砒砂巖與沙復配成土造田工程技術規(guī)范編制研究報告

魏樣+盧楠

摘 要：介紹了陜西省地方標準《砒砂巖與沙復配成土造田工程技術規(guī)范》的項目背景，研究編制和推廣應用情況。重點對標準中的技術要點、難點問題和創(chuàng)新性內容進行了深入的分析解讀。

關鍵詞：砒砂巖；地方標準；編制

中圖分類號：S-3 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170712001

陜西省地方標準砒砂巖與沙復配成土造田工程技術規(guī)范是由陜西省土地工程建設集團和陜西地建土地工程技術研究院負責起草編制的國內首個砒砂巖與與沙復配成土造田工程技術規(guī)范。本標準于 2016年12月完成初稿，次年1月開始面向社會征求意見。

本標準的制定可改變多年來毛烏素沙地土地整治工程質量參差不齊，監(jiān)管無標準可依的尷尬局面，使陜西省毛烏素沙地砒砂巖與沙復配成土造田工程有據(jù)可依，填補了我國在毛烏素地區(qū)土地整治采用的砒砂巖與沙復配成土造田工程標準的空白，居于國內領先水平。依據(jù)此標準在陜北毛烏素沙地選取項目區(qū)進行示范推廣。通過項目實施，有效增加了耕地面積，改善了農業(yè)生產(chǎn)條件和生產(chǎn)效率，提高了糧食產(chǎn)量。通過對項目區(qū)實施灌溉與排水工程、田間道路工程、農田防護與生態(tài)環(huán)境保持工程等配套工程措施，合理調整了項目區(qū)種植結構，改善了當?shù)氐膮^(qū)域自然生態(tài)環(huán)境，逐步建立起人與自然、環(huán)境之間協(xié)調發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)，將原來的沙荒地打造成為景觀生態(tài)農業(yè)基地，在增產(chǎn)增收的同時，有效帶動了當?shù)芈糜螛I(yè)的發(fā)展。

作為國內首個砒砂巖與沙復配成土造田工程技術標準，《砒砂巖與沙復配成土造田工程技術規(guī)范》在術語定義、材料選擇、各單項工程的設計要求、施工要求和驗收要求等主要內容和關鍵部分，都有著獨到的技術創(chuàng)新與突破。本文基于項目研究及相關工作過程，結合標準文本，對其中的關鍵技術創(chuàng)新要點進行解讀分析和說明。

1 項目背景和市場現(xiàn)狀

毛烏素沙地是鄂爾多斯高原東南部和陜北長城沿線沙地的統(tǒng)稱，位于N3730'～3920'，E10720'～11130'之間。長期以來，毛烏素沙地面臨區(qū)域土地沙漠化、生態(tài)退化等嚴重的生態(tài)環(huán)境問題。隨著氣候暖化趨勢的日益顯現(xiàn)和人類活動強度的不斷增大，土地沙漠化加劇、水資源缺乏、水土流失、土地質量下降等綜合問題日益突出。如何有效防治土地沙漠化、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境、協(xié)調人地關系，成為國內管理界、學術界密切關注的重大現(xiàn)實問題。從近些年來的防治技術研究與實踐來看，呈現(xiàn)出常規(guī)化、單一性、短期性的特點與問題，基礎性技術集成和自主創(chuàng)新能力不足、成果偏少，因而面對區(qū)域性生態(tài)退化、土地質量下降和人地關系惡化等一系列難題，亟需立足當?shù)貙嶋H、明確科學目標，推進深度研究和創(chuàng)新。

毛烏素沙地廣泛分布著被當?shù)厝怂追Q為“砒砂巖”的松散巖層，它具體指古生代二疊紀、中生代三疊紀、侏羅紀和白堊紀的厚層砂巖、砂頁巖和泥質砂巖組成的巖石互層。該地層為陸相碎屑巖系，由于其上覆巖層厚度小、壓力低，造成其成巖程度低、沙粒間膠結程度差、結構強度低。砒砂巖無水堅硬如石，遇水則松軟如泥。由于這種巖層自身物理、化學性質和當?shù)靥厥獾淖匀弧⑷宋沫h(huán)境，使得該巖層極易發(fā)生風化剝蝕。砒砂巖區(qū)土壤侵蝕模數(shù)高達3～4萬t/km2·a，是黃土高原侵蝕最劇烈的區(qū)域，被稱為“世界水土流失之最”和“環(huán)境癌癥”。當?shù)厝罕娚钍芷渌亮魇：Γ暺湮：Χ救缗史Q其為“砒砂巖”。

在環(huán)境整治時，“治黃必先治沙，治沙必先治砒砂巖區(qū)”成為各界共識。沙與砒砂巖是當?shù)馗挥?種性質明顯不同的物質，整體上風沙化、水土流失是其“2害”。但二者具有極強的互補性。當兩種物質獨自分布時，分別面臨土地沙漠化和水土流失問題，可謂“兩害”；但當兩者按照一定的比例配合成土后，情況發(fā)生了根本性變化。如何一舉兩得、變“兩害為一寶”，既是當今土地資源利用的核心科學問題，也是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略問題。

本標準項目正是在這樣的現(xiàn)狀和背景條件下，由陜西省土地工程建設集團和陜西地建土地工程技術研究院提出、申報和實施完成的。針對毛烏素沙地特點和土地整治市場行業(yè)現(xiàn)狀，結合標準編制規(guī)則要求，本標準規(guī)定了應用砒砂巖與沙復配成土技術進行土地開發(fā)造田的材料選擇、設計要求、施工要求和驗收要求。

2 標準特點

2.1 可操作性強

標準的可操作性特點指的是實用性和可行性，作為標準關鍵是要考慮2點：指標要簡化，方法要簡便；必須考慮其項目的設計、工程的施工以及驗收工作的可行性，在確定指標時盡可能使用客觀指標和現(xiàn)行的統(tǒng)計指標，減少主觀指標和設計新指標。

標準必須有很強的可操作性，技術要求應明確并可行，這是衡量標準編制水平及決定項目價值的重要考核指標。在設計或選擇確定標準方法時，既要充分考慮與現(xiàn)行標準的銜接，又要根據(jù)工程特性設計出可行適用的標準方法。本標準在制定時盡可能參考現(xiàn)行國家、行業(yè)和地方標準，同時還將試驗結果與工程經(jīng)驗相融合，如不同作物最適顆粒級配和關鍵性的施工方法等。

2.2 技術先進

砒砂巖與沙復配成土技術有高水平的科研團隊為強大支撐，團隊中的不同研究小組來自與成土造田技術緊密相關的研究領域，小組間通過緊密合作、信息共享，有效整合了各自優(yōu)勢力量，保證了標準制定的科學性和先進性。研究團隊擁有基礎實驗中心、土體有機重構核心實驗區(qū)、中試基地以及野外科學實驗觀測站等研究基地，擁有國內外先進的實驗儀器設備，為復配成土造田工程技術研發(fā)、工程示范等提供了強有力的后備支撐。技術的成型過程包括室內實驗、大田實驗、典型基地示范和規(guī)模推廣4個環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)互為支撐，環(huán)環(huán)相扣，體現(xiàn)了技術流程設計和實施的規(guī)范性。最后，無論從實驗還是基地示范來看，砒砂巖和沙復配成土技術己經(jīng)從實踐上證實了成土技術理論的可靠性。以理論和實踐的緊密結合為前提，以開創(chuàng)性的工作為特色，充分體現(xiàn)了該標準模式的先進性。

在設計或選擇確定標準工程施工方法時，既要充分考慮與現(xiàn)行標準的銜接，又要根據(jù)工程特性設計出可行適用的標準方法。本標準的設計盡可能參考現(xiàn)行國家、行業(yè)和地方標準，同時也將室內實驗、大田試驗、典型基地示范過程中總結的相關數(shù)據(jù)和寶貴經(jīng)驗融入進來，對工程標準進行了必要的調整和優(yōu)化。因此，本標準不僅具有很好的通用性、適用性和可操作性，而且體現(xiàn)了技術先進性。endprint

2.3 推廣價值高

毛烏素沙地面積廣闊，砒砂巖廣布，為砒砂巖與沙復配成土造田工程技術規(guī)范的推廣提供了良好的自然條件；毛烏素沙地是我國西北地區(qū)降水相對豐沛區(qū)，通過節(jié)水灌溉，能夠在保證不破壞生態(tài)環(huán)境的前提下開展大規(guī)模農業(yè)經(jīng)營；隨著城市化的推進，毛烏素沙地農村人口大量向城鎮(zhèn)轉移，農村青壯年勞動力大量減少，這為現(xiàn)代化大規(guī)模農業(yè)的開展帶來了機遇。由此可見，在毛烏素沙地只要具備3個條件，即砒砂巖與沙造田工程標準成熟，必要的政府、企業(yè)和個人資金投入，現(xiàn)代農業(yè)開發(fā)企業(yè)的進駐，就能大規(guī)模推廣成土造田工程技術。

2.4 保護生態(tài)

毛烏素沙地是我國主要的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)之一。由明清以來大規(guī)模墾荒導致；作為我國能源開發(fā)的重點區(qū)域，能源工業(yè)的發(fā)展則加劇了諸多原有生態(tài)問題，如植被破壞、環(huán)境污染、水位下降、沙丘活化等，使該地區(qū)沙漠化加劇，嚴重影響了人與自然的和諧發(fā)展與能源基地的可持續(xù)發(fā)展。該地區(qū)植被類型多樣，廣泛分布著沙生、旱生、鹽生和沼澤等非地帶性植被，對其進行治理成本較低，恢復生態(tài)較易。示范區(qū)的實踐證實，標準的實施可以規(guī)范毛烏素沙地治理，并按照歷史上毛烏素沙地草、林、耕地的狀態(tài)在不同的區(qū)域開展造田和生態(tài)恢復工程，將有效恢復該區(qū)域歷史原貌。

3 編制原則

作為國內首個采用砒砂巖與沙復配成土造田工程的技術標準，本標準編制遵循“科學性、全面性性、系統(tǒng)性、實用性”的原則，盡可能與國際通行標準接軌，注重標準的可操性與規(guī)范性。

3.1 科學性原則

砒砂巖與沙復配成土造田工程技術規(guī)范涉及土地整治中的主體工程和配套工程建設等方面的關鍵工程技術研究，與一般土地整治工程標準比較，更具有針對性，其專業(yè)技術含量也更高，這就要求在編制標準時要具有很強的科學性，合理安排造田工程的每個環(huán)節(jié)、技術，使其在標準中有合理的定位，既不遺漏又不重復。

3.2 全面性原則

標準的編制要考慮砒砂巖與沙復配成土造田工程的每一個環(huán)節(jié)、步驟。主體工程土體有機重構以及配套工程中的灌溉與排水工程、輸配電工程、道路工程以及農田防護與生態(tài)環(huán)境保持工程都納入了標準編制考慮的范疇。

3.3 系統(tǒng)性原則

雖然砒砂巖與沙復配成土造田工程涉及的專業(yè)范圍廣、環(huán)節(jié)多、過程復雜，但它仍然是一個系統(tǒng)的有機整體，工程中涉及的各項要求都有規(guī)律、有步驟的在本標準中得到體現(xiàn)。

3.4 實用性原則

標準是實踐的總結和升華，應對實踐具有指導作用。本標準的編制結合毛烏素沙地實際情況，盡可能的便于在工程實踐中操作。

4 標準解讀

4.1 術語和定義

本標準涉及的術語除已在相關技術資料有明確的定義外，還有部分重要術語需要加以界定。因此，對本標準中砒砂巖、主體工程、土體物理重構、土體化學重構和生物營養(yǎng)重構做了相應的定義。

4.1.1 主體工程

砒砂巖與沙復配成土造田工程的主體工程是本標準的核心部分，主體工程主要包括土體物理重構、土體化學重構和生物營養(yǎng)重構。

4.1.2 土體物理重構

通過客土、復配等方法，調配土壤機械組成、確定復配土層厚度、優(yōu)化土體剖面構型，實現(xiàn)土體物理性狀的改良。

4.1.3 土體化學重構

通過物理、化學、生物等措施，有效的調節(jié)土體酸堿性、基礎養(yǎng)分等化學指標，使土體中各化學成分達到耕地具有的最基本的生產(chǎn)力。

4.1.4 生物營養(yǎng)重構

通過多年養(yǎng)分培育調節(jié)，形成復配土中植物、動物和微生物良好生長的營養(yǎng)環(huán)境。

4.2 工程技術解析

砒砂巖與沙復配成土造田工程的核心部分是主體工程和配套工程的實施。主體工程從物理重構、化學重構以及生物營養(yǎng)重構3方面做了規(guī)范。通過砒砂巖與沙復配首先達到適宜作物生長的土壤顆粒級配，隨后優(yōu)化土體剖面結構，構建合適的耕作層構型，調節(jié)土壤各化學指標達到作物生長適宜范圍，最后調節(jié)土體養(yǎng)分，滿足生命體生長需求。

4.2.1 土體物理重構

復配應選用氧化型的泥質砒砂巖，選用的砒砂巖應首先檢測機械組成和重金屬含量，機械組成應符合表1要求，重金屬含量應不高于GB 15618土壤環(huán)境質量二級標準。機械組成根據(jù)GB/T 19077.1-2008 進行測定，重金屬含量根據(jù)GB/T 14506.30-2010進行測定。

復配土層厚度應達到30cm以上，容重應≤1.45g/cm3，復配后保證砒砂巖巖塊直徑≤4cm。項目區(qū)主要種植作物為馬鈴薯，土壤粘粒（<0.002mm）含量宜設計為3%～4%，項目區(qū)主要種植作物為玉米，土壤粘粒（<0.002mm）含量宜設計為5%～6%，建議覆砒砂巖厚度可根據(jù)砒砂巖與沙的粘粒含量，通過式（1）進行計算。

H=30×（C復配土-C沙）/（C砒砂巖-C沙） （1）

式中：H——覆砒砂巖厚度，cm；

C——粘粒含量，%。

根據(jù)項目區(qū)面積準確核算砒砂巖拉運總量。對選擇的砒砂巖料場進行踏勘，調研砒砂巖存量并采集標本進行檢測，選擇合理料場，遵循就近原則。采用自卸式翻斗車等機械拉運砒砂巖至項目區(qū)，卸至田塊指定區(qū)域以方便攤覆。以每個田塊為一個施工單元，覆砒砂巖前根據(jù)機械運輸方量計算出單車砒砂巖攤覆面積，在田面上用白灰劃出方格網(wǎng)，使每個方格網(wǎng)面積和單車砒砂巖攤覆面積相等，砒砂巖攤覆后對砒砂巖厚度進行全面采點測量，以保證覆砒砂巖厚度均勻符合設計要求。使用翻旋深度不小于30cm旋耕機械垂直交叉旋耕各1次，重構旋耕次數(shù)可根據(jù)砒砂巖粒徑、耕作層混合均勻程度適當調整。

4.2.2 土體化學重構

土體化學重構要求復配土體耕作層pH、電導率、陽離子交換量、有機質、全氮、有效磷、速效鉀等基礎化學指標能夠滿足耕地最基本的生產(chǎn)力，實現(xiàn)作物最基本的生長需求。對于毛烏素沙地來說，如果項目區(qū)有輕度鹽漬化或土壤pH稍高，不符合設計要求，對作物生長不利，可選擇施用石膏、生理酸性肥料等進行改良，降低土壤pH改良劑施用量采用式（2）進行計算。endprint

G= [（10-J-10-K）×0[×B×2.5×I ]/D×10000 （2）

式中：

G——改良劑添加量，kg/hm2；

J——設計pH值；

K——復配土實際pH值；

30——耕作層厚度，cm；

B——耕作層容重，g/cm3；

2.5——pH測定水土比；

I——改良劑摩爾質量，g；

D——1mol改良劑能中和的OH-離子摩爾數(shù)，mol

新復配土體化學養(yǎng)分含量一般較低，新增耕地應以增施有機肥為主，首年土質成分調節(jié)應以改善土體中基礎養(yǎng)分為目的，以基本可滿足作物生長為目標，化學養(yǎng)分施用量采用式（3）進行計算。

Y=（Q-S）×30×B×10 （3）

式中：

Y——某肥料養(yǎng)分施用量，kg/hm2；

Q——土壤某養(yǎng)分含量設計值，mg/kg；

S——土壤某養(yǎng)分含量測定值，mg/kg；

30——耕作層厚度，cm；

B——耕作層容重，g/cm3。

4.2.3 生物營養(yǎng)重構

生物營養(yǎng)重構在土體化學重構的基礎上進行，通過首年養(yǎng)分調節(jié)，后期多年養(yǎng)分培育應以形成土體植物、動物和微生物良好的生長環(huán)境為目標。養(yǎng)分多年培育調節(jié)肥料施用量根據(jù)NY/T 1118-2006中養(yǎng)分平衡法進行計算，公式見式（4）。

Y=（X×M-S×0.15×T）/F （4）

式中：

Y——某肥料養(yǎng)分施用量，kg/hm2；

X——作物單位產(chǎn)量某養(yǎng)分吸收量，kg/100kg；

M——目標產(chǎn)量，100kg/hm2；

S——土壤某養(yǎng)分含量測定值，mg/kg；

T——校正系數(shù)（土壤養(yǎng)分利用率）；

F——某肥料養(yǎng)分當季利用率。

4.2.4 配套工程

本標準對造田工程的相關配套工程進行了規(guī)范，其中主要包括灌溉與排水工程、輸配電工程、道路工程、農田防護與生態(tài)環(huán)境保持工程。配套工程以現(xiàn)行國家、行業(yè)和地方標準為依據(jù)，結合毛烏素沙地特點對個別設計參數(shù)和施工要求進行了詳細說明。

5 工程示范推廣

在陜北毛烏素地區(qū)選取具有代表性的項目進行標準的應用推廣，將砒砂巖與沙復配成土工程技術由小范圍田塊試驗向毛烏素沙地大地域推進打好基礎。以實現(xiàn)造田工程的新思路為指導，在充分利用成土新技術的基礎上，結合現(xiàn)代土地整治工程技術，使昔日的沙丘荒漠變成了現(xiàn)代化的標準農田，取得了明顯效果。項目的示范推廣帶動了工程標準的推廣，累計推廣面積2767hm2，實現(xiàn)新增耕地2653hm2。

6 標準實施效益評價

6.1 社會效益

應用本標準在毛烏素沙地開展復配成土造田工程，有利于保持耕地總量動態(tài)平衡，拓寬建設用地空間；有利于優(yōu)化土地利用結構，促進土地集約利用；有利于改善農業(yè)生產(chǎn)條件和基礎設施建設，提高農業(yè)生產(chǎn)率；有利于促進節(jié)約集約用地，促進農民增收、農業(yè)增效、農村發(fā)展。通過引入大規(guī)模現(xiàn)代化農業(yè)，改變了傳統(tǒng)的農業(yè)生產(chǎn)方式，使當?shù)馗刹咳罕姷乃枷氘a(chǎn)生翻天覆地的變化，這種巨變將推動農業(yè)生產(chǎn)以及其他產(chǎn)業(yè)結構的轉型和效益的提升。

6.2 經(jīng)濟效益

在整治后的沙地上建設大規(guī)模現(xiàn)代化農業(yè)，將改變傳統(tǒng)小農生產(chǎn)效益低的現(xiàn)實。為落實設計中的現(xiàn)代農業(yè)模式，在項目建設期間，施工方均根據(jù)現(xiàn)代設施農業(yè)和標準的要求進行，并和后期農業(yè)種植公司實現(xiàn)“無縫對接”，一切的施工和土壤改良都朝這個方向走。因此，當?shù)卮迕窨梢詮耐恋刈饨鹬蝎@得收益（如原有的荒沙地由10元/667m2提高到現(xiàn)在新開發(fā)耕地200元/667m2）。此外，現(xiàn)代化農業(yè)企業(yè)的引入也將增加地方稅收和就業(yè)機會。

6.3 生態(tài)效益

砒砂巖與沙復配成土造田工程項目依據(jù)標準實施后，項目區(qū)水土流失得到有效控制，區(qū)域生態(tài)環(huán)境明顯改善，工程建設擾動土地的治理率可達95.5%，水土流失面積的治理度達到85.7%。項目建設完成后，隨著新植林帶的成長及農作物的種植，植物恢復系數(shù)可達95.8%，林草覆蓋率達69.0%，在防風、固沙、排除空氣污染，凈化空氣、改善項目區(qū)小氣候，美化環(huán)境等方面，發(fā)揮重要的作用；形成錯落有致的人工綠色農田生態(tài)系統(tǒng)：“田方、路平、林齊”，與社會經(jīng)濟發(fā)展相平衡的農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)將逐步形成。砒砂巖與沙復配成土建成的田地土壤肥沃，水分充足，抗旱能力強，是高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的優(yōu)質基本農田。為調整農村產(chǎn)業(yè)結構、發(fā)展多種經(jīng)營、促進退耕還林還草創(chuàng)造了有利條件。通過實施砒砂巖與沙復配成土造田重大工程，既可以增加優(yōu)質農田，又能夠有效鞏固退耕還林和生態(tài)建設成果。

7 結語

由于砒砂巖與沙復配成土技術在我國的廣泛應用相對較晚，因而關于砒砂巖與沙復配成土造田工程還存在很多設計和施工上的不足，雖然目前已取得了不少的研究成果，但還遠不能滿足既有工程指導及驗收評定的需要，特別是對土體有機重構還沒有相應成熟的指導標準。本標準內容完整、技術要求全面充分，施工方法技術先進、操作性強，具有鮮明的技術創(chuàng)新特點，使砒砂巖與沙復配成土造田工程的施工及驗收有章可循，對強化施工質量意識、規(guī)范施工技術、整頓行業(yè)市場秩序等起到積極的引導作用。作為一項綜合性很強的成土造田技術標準，它集土地整治、規(guī)模化現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展于一體，將“沙害”轉變?yōu)椤吧迟Y源”，形成一個良性循環(huán)發(fā)展的新型造田治沙思路。這一標準的制定，除了在造田過程中產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益外，也將改變毛烏素沙地治理由單純的國家投入為主的思路，實現(xiàn)包括各級政府、國內外企業(yè)、當?shù)剞r戶多元主體參與的沙地治理方式，產(chǎn)生潛在的巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。在有效提升各單位設計、施工能力的同時，為將來申報行業(yè)標準和國家標準做好了充分的準備。

作者簡介：魏樣，工程師/農藝師，在讀博士，主要從事土地整治工程研究。endprint