丘陵區水田整治中的表土剝離技術研究

李建華，趙艷玲，付馨，信凱，劉雪冉

摘要：調研了安徽省現階段土地整治工作，分別從水田的特征、表土的影響、剝離的難點和存在的問題等方面分析了丘陵區水田表土剝離的內涵；提出了丘陵區水田表土剝離的田塊歸并原則、參照剝離原則和“點對點”等原則，并根據丘陵區的地形地貌和土壤特點，設計標準田塊，制定水田內部規劃和確定剝離單元劃分；同時選擇適宜的表土剝離機械，提出了條帶剝離遞進回填的表土剝離工藝，減少表土剝離土方量、增加耕地的水田表土剝離技術。

關鍵詞：丘陵；水田；土地整治；表土剝離

中圖分類號：S284 文獻標識碼：B 文章編號：0439-8114（2013）05-1039-05

Research on Surface Soil Stripping in Hilly Paddy Fields Remediation

LI Jian-hua，ZHAO Yan-ling，FU Xin，XIN Kai，LIU Xue-ran

（Institute of land Reclamation and Ecological Restoration，China University of Mining and Technology， Beijing 100083，China）

Abstract： After thorough investigation of land remediation at the present stage in Anhui province，the connotation of surface soil stripping in hilly paddy fields was analyzed， including the characteristics of the paddy fields， the impact of surface soils， and the problems of stripping. Aiming at surface soil stripping of hilly paddy fields， the principles of plot merging， reference stripping and “point-to-point” were proposed. According to the hilly topography and soil characteristics， standard plots was designed to develop the internal planning of paddy fields and determine the stripping unit. At the same time， appropriate machineries of surface soil stripping were chosen. Surface soil stripping process of band stripping progressive backfill was raised. The earthwork of surface soil stripping was reduced and the areas of farmland increased. It proposed new thought of surface soil in paddy fields stripping in further research of land remediation.

Key words： hills； paddy fields； land remediation； surface soil stripping

隨著經濟社會的快速發展、城鎮化的推進、人口的增加，產業結構的調整以及產業鏈轉移等相關問題使得保護耕地的壓力日益增大。2010年國務院正式批復《皖江城市帶承接產業轉移示范區規劃》（以下稱為《規劃》），安徽沿江城市帶承接產業轉移示范區建設納入國家發展戰略，使得沿海東部產業向中部轉移。執行《規劃》的過程中不可避免占用大量的耕地，安徽省通過全面開展土地整治工作，確保耕地數量和質量，與新增建設用地實現有效平衡。而作為水稻生產載體的水田是安徽省的主要耕地類型之一，其質量和數量直接影響糧食產量，關系糧食安全。

土地整治是通過工程、生態和技術等手段，優化土地利用結構，有效補充耕地，完善農業生產配套措施，提升土地產能和改善農民生產生活條件、保護農村生態環境的綜合措施，也是保障發展、統籌城鄉土地配置的重大戰略。通過對安徽省土地整治工作調研發現，土地平整過程中表土剝離存在工程量過大、施工難度大、技術操作性差等問題，無法保障水田質量，增加整治后的培肥成本。本研究針對丘陵區水田，通過研究適宜的表土剝離技術，為土地整治工程提供新的技術思路。

1 丘陵區水田表土剝離的內涵

1.1 丘陵區水田的特點

1.1.1 土壤含水量高且粘性大 土壤是農業生產的主要生產資料，是歷史的自然體，它在自然與人為的綜合作用下，處于不斷的變化與更新之中[1]。根據氣候條件、水稻生長特點和耕種習慣，以早晚兩季稻計，丘陵區水田每年基本保持8個月有水期或者多水期，使得水田熟化程度高，水田土壤容重大，含有機質多。水田土壤是一種特殊的土壤類型，水稻生長期間耕層內水分飽和，氧氣極少，呈還原狀態；水稻成熟后，排水及土壤耕作使得耕層內充滿空氣，呈氧化狀態。水田土壤可分為耕作層、犁底層、心土層[2]。水田土壤性質外在表現為含水量高且粘性大，對土地整治中表土剝離的施工機械、施工時機選擇有直接影響。

1.1.2 田塊集中分布且形狀不規則 經過長期的人工開墾，安徽省多數水田塊集中分布在適宜種植的丘陵區，高程相近的田塊呈帶狀分布，整體呈階梯狀。在未開展土地整治前，經過長期的農業生產，水田田面較為平整，具備自然的灌溉條件。水田集中區域的周邊自然存在可供開墾的土地資源數量少、質量低。針對土地整治區的丘陵水田的現狀及設計標準，重新劃分田塊，打破原有田塊布局，降低田埂系數，整理田塊形狀有利于大型機械化作業，提高農業生產效率。

1.1.3 丘陵區水田生態結構相對簡單 丘陵區域生態系統具有結構的多元化和組成的多樣性特點，各子系統之間及各生態要素之間相互影響、相互制約，直接影響著系統整體功能的發揮[3]。在長期的農業生產過程中，水稻的種植、農藥化肥的使用、生態環境的再造都直接影響丘陵區生態系統，形成了以水稻為主要物種的生態格局。正是由于這種相對簡單的生態系統構成，使得水田生態環境和生態安全容易受到人為的干擾和破壞。

1.2 表土對整治后水田質量的影響

1.2.1 減少對水田土壤結構的破壞 土地整治過程中，重型施工機械設備對土壤具有壓實作用。土壤被反復碾壓，其緊實度增加，在表土層和心土層之間形成一條壓實帶，破壞了原有的土壤結構。反復碾壓又造成了土壤孔隙的減少，降低了土壤的通氣性和入滲性能，間接影響到農作物的生長。另一方面，水田土壤平整后容易造成土壤板結，增加了深耕的難度和經濟成本，阻礙了水稻根系發育，從而降低水稻的產量。表土回填后，深松前由 “壓實帶-心土層”恢復到“表土層-壓實帶-心土層”，重新構造水田的土壤結構可減少壓實對土壤結構的破壞。

1.2.2 貯存土壤肥力 土壤的有機質和養分主要貯存在表土層，其中土壤養分是土壤肥力的物質基礎，是土壤的基本屬性和本質特征[4]，土壤有機質是表征土壤質量的重要因子，在調節土壤理化性質、改善土壤結構、培育土壤肥力等方面有著重要作用[5，6]。準確了解水田土壤養分的現狀及動態變化，對于充分利用土地資源、評價和管理土地資源、糧食安全發展規劃、農業結構調整規劃、耕地質量保護與建設、無公害農產品生產、科學施肥、生態建設等提供科學依據，從而促進農業可持續發展[7]。在土地整治中，剝離表土的過程，實質就是搬運和保護土壤肥力的過程。通過表土剝離，整治后的水田能夠較快地恢復到整治前的肥力水平。

1.2.3 保護耕作生態系統 表土層最靠近地表，該層土壤富含腐殖質，一般厚度20～30 cm，是泥土中含有機質和微生物最多的地方，有利于地力的快速恢復和植物的快速生長[8]。水稻根系的體積和質量隨土層深度增加而下降，主要分布在土壤耕作層（0～20 cm）或表層（0～10 cm），分布比例占80%以上[9]。表土層承擔著養分循環、物質交換、能量流動等媒介作用，為動物、微生物以及其他草本植物提供生存、生長的場所，構成了主要的耕作生態系統。剝離后回填，保持土層原有土壤，有利于原有耕作生態系統的恢復。

1.3 丘陵區水田表土剝離的難點

1.3.1 地形條件復雜 在安徽省具備土地整治潛力的地區主要為丘陵區，有一定的地面起伏，水田田面存在高程差，每個田塊周邊的情況復雜，可能存在或者靠近未利用地、水塘、林地、道路、墳地、村莊等。單一的表土剝離技術無法解決全部的問題，而且增加了相應的成本。因而針對不同的地形條件，需研究不同的表土剝離技術，采用不同的剝離工藝。

1.3.2 剝離土層厚度不均 在安徽省丘陵區的土地整治工程中，一般設計剝離20～30 cm的表土。實施過程中易出現剝離厚度達不到或者超過標準厚度的問題，甚至出現薄的表土層下是巖石層的情況，從而直接導致停工，需重新修正原有的土地整治規劃和工程設計，造成了延誤工期和增加工程量等問題。因此應充分了解丘陵區的地質結構，測算表土層厚度，從而選取貼合實際的表土剝離方法，保障土地整治工作的順利進行。

1.3.3 剝離時機的選擇 由于土地整治工程量大，工期長短不一，不可避免地影響到農業生產，一般情況下會耽誤一季糧食作物的生產，減少糧食產量。安徽省農業生產一般為一年兩季，水稻-小麥或者水稻-水稻。針對安徽的實際農業生產條件和規律，剝離時機應選擇在第一季收割后，此時水田土壤含水量低， 11月到來年的清明作為整治期，使得整治后的水田留有足夠的培肥時間，有利于下一年的春耕。

1.3.4 表土儲存難度大 表土剝離后，需要大量土地來儲存表土，而整治項目區周邊不具備存貯條件的場地，另外表土的儲存也增加運輸成本和管理成本。表土儲存期，由于雨水侵蝕和自然沉降作用使得長期存儲的表土養分流失、肥力降低、土壤結構變化，不利于表土回填后恢復肥力。根據實際的整治區域情況，需確定土地整治中表土儲存方式，降低儲存成本和風險。

1.4 現有表土剝離技術存在的問題

1.4.1 表土剝離工程缺乏重視 在調研中，發現某些項目區的土地整治規劃和工程設計中均有表土剝離的要求，而實際施工過程中的表土剝離沒有得到足夠的重視，甚至并未進行相應的表土剝離工作。土地整治所涉及的相關利益方有土地管理部門、整治區農民、施工方、設計部門、監理部門等，對表土剝離工作缺乏足夠的認識，注重耕地數量不重視質量，增加了整治后農業生產中的培肥成本。

1.4.2 表土剝離工藝粗糙 現階段的表土剝離工藝常出現于復墾研究領域，有“條帶復墾表土外移剝離法”和“梯田模式表土剝離法”等生態復墾表土剝離工藝[10]，針對土地整治中表土剝離的工藝研究不多。安徽省的土地整治實踐中，剝離機械主要以40～74 kW的推土機和油動0.5～2.0 m3的挖掘機為主，其分別對土地整治規劃設計要求的田塊進行剝離，較少涉及具體的施工工藝和路徑設計，未能有效剝離表土。

1.4.3 表土剝離相關制度不健全 實施土地整治以來，國家和地方政府已經出臺了很多相關的法律法規和政策文件，但是針對表土剝離的要求和規定不具備強制性，缺少可操作性，使得從設計、申報、審批、施工、監管、驗收等環節均不能保障表土剝離工作的順利進行。同時，欠缺表土剝離激勵機制和懲戒機制，一方面不能在相關工作上給予一定的支持；另一方面不能對未履行表土剝離責任的單位和個人實施相應的懲罰，弱化了相關法律法規的權威性。

1.4.4 表土剝離的資金投入不足 安徽省的土地整治規劃方案中，畝均投資不到2 000元，80%左右的經費預算用于整治工程施工，土方工程預算一般為總施工費用的45%左右。土方工程涉及土地平整工程、農田水利工程、田間道路工程等，而土地平整工程的土方量主要來源于表土剝離和土地平整。根據《土地開發整理項目預算定額標準》測算土方，未能制定針對表土剝離的成本核算方式，使得剝離、運輸、儲存、管理等方面的成本不能準確測算，導致在實際施工中大量壓縮表土剝離的資金使用，甚至省略表土剝離工作。

2 丘陵區水田表土剝離技術

2.1 表土剝離原則

在安徽省，由國家投資的土地整治項目區的規模均在800萬～990萬hm2，新增耕地率控制在3%以上，普遍存在整治規模大、單位面積平均投資低的問題。針對丘陵區水田的表土剝離，從土地整治項目區的選擇、規劃設計、工程施工等方面均應充分考慮工程量，以減少表土剝離工程量為原則，即減少剝離的土方量。

假設在某土地整治項目區中，自然水田數量為m（m∈N），任意一塊水田為a（n），每塊水田的高程為h（n），高程差為△h（n），其中n

2.1.1 田塊歸并原則 丘陵區水田的整治中，根據各田塊的面積和高差實行歸并，小水田塊合并為大水田，實行歸并后再剝離，構建田塊歸并原則表（表1），作為表土剝離前的基礎。

1）高程差絕對值小于3 cm，相鄰田塊全歸并。在土地平整中，田面平整度要求高程差絕對值（|△h（n）|） 應小于3 cm。因此若田塊間的高程差低于3 cm，相鄰田塊可以歸并，形成大田塊且不需要表土剝離。

2）高程差大于表土剝離厚度，相鄰田塊兩兩歸并。表土剝離厚度為20～30 cm，相鄰田塊間高程差大于表土剝離厚度，則以較大水田塊選擇鄰近的田塊合并。

3）高程差的絕對值大于3 cm而小于表土剝離厚度，選擇性歸并。若零散的小田塊數量多且集中時，可以選擇性歸并成若干大田塊。

2.1.2 參照剝離原則 在歸并后的田塊內，選擇參照田塊。參照田塊一般選擇高程相對較低的水田塊，且參照田塊原則上不進行表土剝離工作。歸并后水田塊實施部分表土剝離，減少表土剝離土方量。

2.1.3 “點對點”原則 在表土剝離工作前，選擇和確定表土剝離后的處置場地，一般選擇為整治區內的水塘、未利用地和舊村址等。剝離后的土壤從剝離點直接運輸到處置點，不進行存儲，直接在處置點平整成為耕地。

2.2 丘陵區水田剝離規劃

2.2.1 標準水田塊設計 標準水田塊設計是為了滿足土地整治后的水田利于水稻生長和農業機械作業，達到水土保持要求，滿足灌溉排水和防護功能，便于農業生產管理。水田塊方向設計通常選擇南北向，確保水田的長邊方向具備足夠的光照條件。田塊邊長一般為300～400 m，具體長度可依據自然條件調整。田塊寬度主要考慮機械作業、灌溉和防護要求，即100～300 m；田塊形狀要求外形規整，結合現有的溝、渠、道、林及其他自然或行政界線，以矩形為宜（圖2）。

2.2.2 水田塊內部規劃 根據安徽省的地形、地貌、氣候、土壤等自然特征，進一步對水田進行規劃設計。水田一般采取格田形式，格田設計主要考慮灌排因素，滿足水稻不同生長階段的灌排要求。格田的田面高差為±3 cm，長度以40～120 m為宜，寬度以20～40 m為宜，田埂頂寬30 cm，田坎寬度1～2 m（圖2）。原則上以自然規整的田坎、田埂為規劃邊界，劃定格田，減少土方工程量。

2.2.3 剝離單元劃分 表土剝離單元的數量決定了表土剝離的土方量，直接影響土地平整工作。根據表土剝離原則和標準田塊設計要求，劃分表土剝離單元。原則上以格田作為表土剝離單元，且所占標準田塊中的總格田的比率控制在50%以下。若田塊間高程差小于3 cm，以田坎為邊，通過機械或者人工法去除田埂，不需要表土剝離；若田塊高程差大于表土厚度，參照田塊不剝離，剝離其他田塊表土；若田塊高程差大于3 cm而小于表土厚度，且零散的小田塊數量多且集中時，可以選擇歸并后的部分大田塊作為剝離單元（圖3）。

2.3 表土剝離工藝

2.3.1 剝離機械選擇 在安徽省的土地整治中，普遍采用的施工機械有單斗挖掘機、推土機、履帶式拖拉機、拖式鏟運機、自卸汽車等，一般選取40～74 kW的推土機和油動0.5～2.0 m3的單斗挖掘機為剝離機械，基本能夠滿足表土剝離要求。

2.3.2 條帶剝離遞進回填法 若矩形水田剝離單元的面積為S，其長L，寬W，以長邊為軸劃分為了n（n∈N）個條帶，首先將第一個條帶表土剝離，剝離后的表土暫時放入參照田塊中，余土的土方放置到表土處置點，從第二個條帶起，將第nT個條帶的表土回填到第nT-1個條帶上，余土運至處置點，依次剝離回填，直到最后n條帶的表土回填倒數n-1個條帶上，余土運至處置點后，第一個條帶的表土回填到第n個條帶上（圖4）。

2.3.3 剝離造田 由于處置點選擇為坑塘、未利用地和舊村址等，在表土剝離工作前需進行相應的預處理工程，即確定處置點的填埋覆土面積和厚度以及劃分格田。表土剝離工作開展后，將多余土方直接運輸至處置點后平整造田，成為項目區整治后的新增耕地。

3 結論

土地整治中的表土剝離工作對于保護土地資源、保證農田質量和發展農業生產具有重要意義。丘陵地貌和水田本身的特點使得其表土剝離成為安徽省及我國其他中部省份地區的技術難點。本研究立足于安徽省丘陵區表土剝離工作實踐，分析了目前表土剝離工作存在的問題，基于歸并、參照剝離和“點對點”原則，經過田塊內部規劃和劃定剝離單元，研究并提出了適宜安徽省丘陵區的水田表土剝離新工藝——條帶剝離遞進回填法，為進一步研究土地整治中表土剝離技術提供了參考。

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