我國表土剝離技術啟蒙與發展研究綜述*

楊紫千，劉小慶，董秀茹，王秋兵

(沈陽農業大學土地與環境學院，遼寧沈陽 110866)

0 引言

土壤是供給自然萬物生長所必需的養分之源，土壤的天然形成過程極其緩慢，相關研究表明1cm厚的土壤形成所耗費的時間大約在300～400年之間，具有一定的不可再生性。而隨著城市發展，建設用地的不斷擴張，許多城鎮周邊的優質土地被建設占用，被建設占用的土地的土壤也遭到了破壞，加劇了土壤資源的稀缺性。表土剝離工作指將建設占用地或露天開采用地(包括臨時性或永久性用地)所涉及的適合耕種的表層土壤進行剝離，并用于原地或異地土地復墾、土壤改良、造地及其他用途的剝離、存放、搬運、耕層構造與檢測等一系列相關技術的總稱[1]。表土剝離不僅最大限度的存續了優質的土壤資源，也拉開了區域土壤資源調配利用的序幕[2]，例如，重慶三峽庫區移土培肥項目，通過對即將被淹沒的三峽庫區內耕地的耕作層土壤進行剝離，對庫區以外的丘陵梯田進行土壤改良，達到了較好的土壤培肥效果，提升了覆土區土壤質量； 吉林省展開“黑土轉場”運動，將建設占用耕地的表層土壤剝離用于農村居民點復墾、土地整治等項目，從而保護黑土資源。國家鼓勵將耕作層土壤剝離用于土地整治、復墾或其他項目以提升耕地質量。在我國，雖然表土剝離技術已開展應用多年但尚處于探索階段，各地雖有相應研究與實踐，但表土剝離技術的發展并不完善，而國外早在20世紀中葉就已開始對表土剝離技術進行相關的探索[3]。這種技術的現實意義在于：(1)最大限度存續優質土壤資源，對實現耕地占補平衡及提升耕地質量意義重大； (2)協調區域土壤資源不平衡問題，加快區域土壤資源調配利用，可實現土壤資源區域公平與耕地質量優劣互補； (3)構建表土剝離流轉應用市場，提高社會就業促進經濟發展。目前相關學者對表土剝離研究主要集中在對剝離技術的研究[4-6]、表土剝離利用方向的研究[7]以及表土剝離再利用時空配置研究[8-11]。

1 表土剝離技術研究

表土剝離技術是一項復雜的集成的體系，并不是一個單項的工程，涉及取土地表土剝離提取技術，表土的臨儲運移以及覆土區土地平整，在這一過程中我國學者受西方國家表土剝離技術發展的啟迪對于表土剝離技術進行了綜合的研究與分析，分別針對表土剝離的內涵[12-15]、表土剝離技術集成體系[15-17]及表土剝離應用的成本收益[18]進行了專門的探討。

1.1 表土剝離內涵研究

表土剝離技術于19世紀末萌芽于澳大利亞與美國， 20世紀70年代礦產資源開發給發達國家帶來的環境壓力已愈演愈烈，因此發達國家在礦產資源開發中開始討論工礦廢棄地的復墾。對工礦廢棄地進行復墾，恢復其工礦開采前地表狀況，需要對廢棄地進行覆土，表土剝離技術由此而生。這一時期學者們開始針對采礦業中的表土剝離機型探討。美國依附于礦區土地復墾對表土剝離進行了相應的研究，其制定的《露天采礦與復墾法》規定了對于采礦用地的復墾必須實行表土剝離進行覆土，使復墾地塊恢復原始狀態，并對表土剝離技術有了簡要的總結[19-21]。澳大利亞于20世紀80年代意識到采礦活動對環境造成的負面影響，為了實現經濟增長不以犧牲環境為代價制訂了《復墾法》，進一步對復墾工作進行了細化與規定，也為表土剝離技術的產生與發展奠定了基礎[22]。加拿大與英國也分別于20世紀末逐漸意識到表土剝離技術在土地復墾中的重要作用并開始相應的研究[23]。

圖1 表土剝離內涵發展

21世紀初，我國學者相繼受西方國家土地復墾中表土剝離技術應用的影響，開始對表土剝離技術有所了解，此時表土剝離技術的內涵也在不斷地發生著變化。城市建設的不斷發展，城市化進程的不斷加快，大量城市周邊的優質農田被建設占用，其珍貴的表土資源也大量被損毀破壞，基于此依托于城市建設的表土剝離技術又被賦予了新的內涵。在城市發展建設中，建設占用耕地以及土地復墾等相關工作都要涉及土地平整，土地平整的過程中涉及表土資源保護的相關問題，尤其在南方丘陵地區，由于其丘陵地貌特點，土地平整工程中往往導致表層土壤被破壞，學者們針對目前的實踐情況提出了在土地平整工程中增加表土保護的工程設計及經費預算，并通過表土剝離技術對表土實行運移保護，如鄭財貴、朱玉碧[24]。城市發展建設不僅涉及土地平整工程，道橋建設與路網布局更標志著城市的發展規模，在公路建設方面，學者對公路建設中表土的利用方式進行了探討，認為在公路建設中需要對表層土壤進行剝離利用，將剝離土壤用于公路沿線綠化，恢復取土場、棄土場、拌和站等臨時占地，改造小流域治理等方面[25-26]。

在城市發展速度變緩，耕地保護措施加緊的新形勢下，表土剝離技術又產生了相應的轉變，從最初的工礦用地復墾到城市建設占用表土的剝離進一步演化為耕地質量提升及土壤改良的重要手段。徐艷等[27]認為只有土壤肥力優質的表土才可用于培肥覆土耕地，即使是肥力貧瘠的土壤也可以用來增加土層厚度。這一觀點被多數學者認同[28-30]，優質表土培肥土壤以及增加耕地土層厚度也為表土資源的區域調配利用打下了基礎。

綜觀表土剝離技術在我國的發展，受發達國家研究啟蒙，由工礦用地的復墾轉向城市建設的表土保護，繼而發展成改良土壤提升耕地地力的重要手段(圖1)。

1.2 表土剝離技術集成體系研究

自21世紀表土剝離技術在我國不斷發展以來，學者們對于表土剝離技術的相應操作規范與流程，工程設計等方面的綜合的表土剝離技術集成體系的研究也日漸增多。在土地復墾方面，學者們一致認為表土在復墾工作中是十分重要的，并提出了“條帶復墾表土外移剝離法”以及“梯田模式表土剝離法”，豐富了表土剝離技術的方法體系[31]。

在露天礦開采方面，美國的煤礦區表土剝離制度是世界上土地復墾工藝最為先進的國家之一，我國學者通過學習借鑒其表土剝離制度，認為美國煤礦區表土剝離制度具有較完全的法律法規保障體系，并且有專項資金對表土剝離工作予以支持[32]。通過對其開采工藝的借鑒，認為半連續工藝具有連續和間斷工藝的綜合優點，不僅機動靈活、適應性強，還具備運費低、能力大、系統可靠性高等優點，針對半連續開采工藝關鍵裝備的設置及具體工程技術進行的研究也越來越多[33]。

在具體的城市開發建設及土地整治項目中，學者們也在操作方案的設計、剝離工藝的創新及剝離模式的總結方面進行了探討。顏世芳等[34]探討在高速公路取土場進行表土剝離時需要注意的要點及事項，認為在取土之前應該對每個取土場因地制宜地進行復墾設計，盡可能選擇地形較高的取土場，對表土剝離技術的深化與具體實施起到推動作用。李建華等[35]深入調研了丘陵地區水田的土地整治工作，針對丘陵地區的獨特地理條件因素，對表土剝離技術在丘陵地區水田的應用上提出了新看法，并提出條帶剝離遞進回填的表土剝離工藝方法。竇森等[36]以吉林省松原市為例，將松原市劃分表土剝離類型區，并提出表土剝離的4種模式，對各種模式的詳細操作規范及技術流程做了詳細的闡釋，進一步加強了表土剝離技術的實際操作性。

1.3 表土剝離成本收益研究

在美國、英國等對表土剝離技術研究較早、較深入的國家，有學者對表土剝離項目的成本收益問題進行了專門的研究。國外學者多通過實地案例的調查對表土剝離項目成本與收益之間的經濟平衡關系進行研究，多數學者如Agata Klimkowska等[37]認為表土剝離項目所帶來的收益不足以平衡其過高的成本，表土剝離項目的成本過高主要集中在挖掘與運輸表土過程[38]，而在表土臨儲的過程中科學的設計可以有助于降低項目成本，Desiree Rivera等[39]通過變量實驗對表土存儲時間與表土種子庫的影響關系進行了研究，認為短周期的表土存儲和大庫存可以降低種子損失，增加表層土壤的恢復潛力且使成本不致過高。相對于國外發達國家學者對于表土剝離成本收益的研究，國內學者對于這一方面的研究不多，但也有少量成果。根據我國目前的表土剝離項目實踐，部分學者通過實地調研對耕作層土壤剝離再利用的成本均價進行了探討，針對不同地區間表土剝離項目成本耗費差異較大的現象，從運輸費用、施工方法和人工費用3個方面結合不同地區實際進行了分析[40]。而在表土剝離項目的收益探討方面，韓春麗[41]認為，耕作層土壤剝離再利用兼具市場價值與社會效益、生態效益和人文效益等非市場價值，并對浙江省余姚市耕作層土壤剝離再利用效益的非市場價值進行了評估。學者們傾向于探討表土剝離項目的綜合效益而不僅限于直接經濟效益的計算[42-44]。綜上所述，無論國內、國外學者的研究，均沒有對于表土剝離的成本收益研究提出具體的、規范的研究方法與技術路線，并未形成一般性的理論，而對于成本收益的探討主要集中在定性層面上，缺乏定量性的數字分析。

2 表土剝離利用方向研究

從表土剝離的內涵演變及技術發展可以看出表土剝離技術在隨著環境及時間的變化而不斷完善、不斷深化，然而無論基于何種目的的表土剝離，植根于哪項進程的覆土改良，都最終落到土壤的利用上，進行表土剝離的項目，土壤剝離后如何進行利用，采取怎樣的方式利用也逐漸成為學者們研究的重點。目前國內學者對于表土剝離再利用的研究方向集中在土地整治與土壤改良兩個方面。

2.1 土地整治中表土剝離利用研究

征地過程涉及不同的項目，大型線性道路工程、工業集中區征地、項目占用基本農田等等，在不同的項目中都要涉及建設占用耕作層土壤的表土剝離。目前我國的征地過程中所進行的表土剝離以及災毀土地臨近區的表土剝離項目多結合土地整治工程加以利用，如將剝離表土用于農村新增耕地的開墾以增加耕地面積，或將剝離表土作為城鄉建設用地增減掛鉤中的復墾用土，將剝離表土運用到農村土地綜合整治中去[45]。在丘陵與山地地貌地區，車德倫和謝杭[46]分析了貴州省表土剝離做法，并提出將非農業建設占用耕地的耕作層土壤用于貴州省的坡耕地梯化工程，多數學者認為非農業建設占用耕作層剝離的具體實施多結合當地地理位置與環境資源稟賦，因地制宜地設計耕作層剝離流程及工程步驟[47-48]。而在平原地區，表土剝離項目多結合農村居民點整治與復墾項目。張鳳榮等[49]通過對吉林市大荒地村的實證調研，分析了在農村居民點新建改造下的，新址表土剝離用于舊有居民點的復墾項目的經濟效益，其研究結果表明，將剝離表土用于農村居民點的復墾建設需要因地制宜，耕地表土剝離用于舊居民點復墾固然可以提升耕地肥力，但其成本費用過高。可見土地整治項目是目前表土剝離技術實行所依托的主要載體。

2.2 土壤改良中表土剝離利用研究

土壤改良是表土剝離再利用的一個重要的方向，追溯其起源，可以上溯至三峽庫區的移土培肥工程，也有學者針對三峽庫區移土培肥工程進行了專門的研究，來探討表土剝離技術的土壤改良效果。陳光銀等[50]針對三峽庫區表土剝離項目提出移土培肥工程績效評價的概念，并建立了移土培肥工程績效評價指標體系，認為三峽庫區移土培肥工程在成效與績效上屬于優質工程。在土壤改良中，用剝離表土培肥耕地土壤需要對培肥對象進行覆土改良，學者針對覆土改良的適宜覆土厚度進行了探討。石彥琴等[51]通過人為設置不同的耕層厚度實驗，利用等質量土壤有機碳庫儲量與層化比的研究方法，對不同耕層厚度對華北地區高產灌溉玉米的產量影響進行分析，得出在耕層厚度為20cm時，土壤有機碳儲量最高，對玉米產量增加效果最好，同時也為表土剝離用于農地土壤改良提供了剝離土層厚度的參考。在土壤改良利用效果的研究中，黑土區的研究更加值得關注，因為黑土區得天獨厚的黑土資源面臨著逐年消減的嚴峻形勢，剝離黑土區表土用以土壤改良其效果收益也會相應較好。張婷婷等[52]通過實驗對長春市凈月區一廢棄礦地進行復墾造田及土壤改良，探討黑土區剝離土壤在不同土層厚度下的再造耕地對作物產量的影響，并提出，在黑土區剝離表土改良土壤肥力在厚度為50cm時，可以達到最佳的效果。

3 表土剝離再利用時空配置研究

表土剝離技術在我國一步步發展起來，經歷了西方的啟蒙，隨著我國經濟與社會環境的發展，表土剝離技術結合著社會發展的需求不斷地發展，從最初的與工礦復墾相結合到保護被建設占用的優質耕地的表土資源，再到應用土壤改良，表土剝離技術經歷了內涵的完善創新，具體實施技術的探討與工程體系的構建，然后到具體的實際應用，正如前文所述，表土剝離技術不是單一的環節，其涉及取土場的選擇、表土的剝離、覆土改良地點的選擇、路徑的優化及土地的平整等一系列連接的過程，因此針對表土剝離的再利用在對接項目的選擇、路徑的設置、利用的時空布局就愈加成為現實的問題，也成為學者們探討的新方向，我國學者針對表土剝離再利用布局研究主要針對成本費用關系，以經濟可行性為前提，對不同地貌的剝離表土再利用布局進行研究[53-55]。

陳艷華等[56]以福建省光澤縣為研究對象，以提高表土剝離再利用項目經濟效益、節約成本為原則，對研究區域內允許建設區耕地耕作層土壤剝離表土涉及再利用覆土地塊配置，提出供需平衡圈理論，對研究區地塊進行剝離適宜度與覆土優先度評價，為表土剝離用于增加耕地土層厚度與土壤改良提供了理論指導。供需平衡圈的提出，為表土剝離區域調配利用布局配置提供了新思路，對表土剝離時空關系的研究還有其他方法，如李亞龍等[57]采用網格化的方法，將其研究區域網格化，確定地面格網單元對地下煤層的影響范圍，以此完成煤礦開采前期地表表層土壤剝離的時間與空間的順序確定。

4 結論與展望

綜上所述，自表土剝離技術在我國萌芽以來，不斷地發展與完善，目前已引起學者們的廣泛關注。在我國城市化進程放緩，城市擴張受到限制，耕地面積保護形勢嚴峻的當前，表土剝離技術的應用與發展正得其時，目前表土剝離技術的應用已經不僅是單純的理論研究，各地政府已積極開展建設項目的表土剝離工作，學者們也從試驗設計角度對表土剝離的相關操作規程與實施技術進行理論的指導，然而表土剝離技術發展仍需完善，目前表土剝離的應用與發展主要體現在以下幾方面。

(1)表土剝離的內涵在發生著深刻轉變。通過對國內外表土剝離技術相關文獻的分析，揭示了表土剝離技術應用方向的遞進規律，即隨著科學技術水平的提高，城市化進程的加快，各國根據本國國情、城市發展布局及資源稟賦的不同，表土剝離技術的發展在不斷的成熟，綜合各國表土剝離技術的應用發展，大致可將表土剝離技術的發展歸納為3個階段。第一階段中，表土剝離技術被用來當做解決問題的技術方法，具體來講，通過表土剝離技術對各國工礦業發展的過程中出現的大量的工礦廢棄地進行復墾修復； 第二階段中，表土剝離技術作為存續與保護土壤資源的手段，即城市發展或工商業用地占用耕地前進行表土剝離； 第三階段中，表土剝離是提升土壤質量，創造經濟價值，實現土壤資源區域調配利用的發展理論。而表土剝離的內涵也隨著表土剝離發展的3個階段由技術轉向方法，最終提升為理論。

(2)表土剝離應用的技術規范不斷完善。在表土剝離技術的應用中，由最初的工礦廢棄地的復墾建設開始，表土剝離作為此項工作中的操作手段，學者們總結了其不同的操作方法，在后續的發展中，表土剝離技術的應用對象，基本的操作流程逐漸清晰，各地在實踐中總結出不同的表土剝離操作模式，形成了各自的操作規范和技術體系。就目前而言，表土剝離的技術規范還有待進一步完善與發展，只有形成統一的科學的技術體系，才能促進表土剝離的實踐應用。

(3)針對表土剝離成本收益的探討較片面。在目前學者們對表土剝離應用的經濟可行性探討中，多數認為表土剝離應用的收益難以抵消其過高的成本費用，因而認為表土剝離的經濟可行性較小，難以指導實踐。這一論調基于片面的表土剝離經濟效益的核算，學者對表土剝離經濟收益的核算因其利用方向的局限而較為片面，且對其成本收益的確定基于定性的分析，缺乏定量的計算，并未將表土這一珍貴的資源的真正價值顯化，而且忽視了表土剝離利用的生態效益及社會效益，因而算出的直接經濟效益嚴重偏離其實際價值。

(4)在土壤改良中缺乏耕層厚度與作物產量的定量分析。表土剝離作為土壤改良的一種利用方式，通過增加土壤質量條件較差的耕地耕層厚度是改良土壤的主要方式，然而在目前的三峽庫區移土培肥工程及其他的表土剝離應用于土壤培肥的項目中，缺乏對耕層厚度與耕地產能這一核心關系的定量分析，同樣缺少對于耕層增厚對耕地產能影響的機理研究，因而阻礙了表土剝離在更大尺度上的土壤改良的利用。

(5)表土剝離區域調配理論還需完善。在表土剝離技術的過程中，對表土進行運移利用是表土剝離的最終目的，然而剝離表土再利用中往往由于區域內缺少對應的利用項目而無法進行，表土資源的調配利用不僅僅限于區域之內，省際、遠距離的調配利用也是一種利用方式，表土剝離的區域調配利用是其發展的必然趨勢，在目前的研究中，如何科學的、有選擇的、有先后的對剝離土壤進行遠距離的覆土利用及調配還需要進一步的解答，尚缺少對于表土剝離適宜運輸距離的研究，因此，表土剝離區域調配理論還需完善。

表土剝離是一項新興的技術，就發展趨勢而言，以下或可成為未來的研究重點。

(1)省級區域間宏觀上的剝離表土調配利用研究。表土剝離利用由于對接項目的不及時性、不穩定性，常常需要將剝離表土進行異地的調配利用，由于其剝離成本的限制、支持資金的不明確等原因，目前的表土剝離異地調配利用范圍受局限，多數只在臨近區域用作綠化用土或進行土地復墾，并未能發揮出表土資源的實際價值，而隨著學者們對于表土剝離研究的進一步深入，各地表土剝離實踐應用的進一步完善，更大尺度上的表土調配利用，尤其是省級區域間宏觀上的剝離表土調配利用將會愈發凸顯出表土剝離在實現區域土壤資源平衡、土壤公平利用上的巨大價值，也會由于更加具有廣度的利用范圍，將剝離表土的利用選擇擴大化，進一步優化剝離表土利用方向選擇，最終更充分的發揮剝離表土的資源價值。

(2)表土剝離適宜運輸距離研究。剝離表土最終要落到土壤的利用上，那么對于不同的剝離表土利用項目，如何進行選擇才合理，其中剝離表土取土區域位置到覆土利用區域位置之間的距離是很重要的一個衡量標準，是不是兩者間的距離越近就是越好的利用選擇，涉及表土剝離利用的適宜運輸距離的探討，只有將剝離的表土對不同覆土利用項目的適宜運輸距離進行計算與評價，才能更準確、更科學地進行表土利用項目的選擇，而這些隨著表土剝離的進一步發展，利用區域的進一步擴大，都將更進一步成為學者們面臨的重要問題。

(3)耕層增厚與耕地產能關系研究。在表土剝離的利用方向中，土壤改良越來越成為學者們關注的重點，土壤改良本身是一個較為復雜的過程，對于不同的土壤類型，其針對性較強且差異性較大。而植根于表土剝離利用的土壤改良更加直接，多數即是對于同類型土壤的覆土，增加其表土層與耕層厚度，若要科學地將剝離表土用于提升耕地的耕層厚度，就要研究這一利用過程的利用效果，并將其最大化，因此研究耕層增厚與耕地產能的關系就愈發凸顯其重要性，只有確定兩者之間的關系才能進一步確定剝離表土用于增加不同耕地耕層厚度的適宜梯度，從而更大程度地發揮這一利用方向的利用效果。

(4)土壤改良項目成果后評價研究。目前的土壤改良項目以工程任務完成為目標，以項目驗收為結束，缺乏對項目完成后的成功評價機制，對于無論是現有的土壤改良項目還是剝離表土對于耕地的增厚耕層覆土改良都大大減少了束縛力，也更增加了其項目完成的隨意性、不嚴肅性，往往難以達到預期的效果，增加土壤改良項目的成果后評價，有利于敦促項目進行的嚴肅性，對項目效果具有一定的保障。

(5)表土剝離項目成本收益及生態社會價值研究。表土具有資源與資產的二重性，那么作為資源其具有經濟價值，對于不同的利用方向產生不同的直接效益； 作為資產，其具有社會價值。目前對表土剝離利用的經濟價值及社會價值研究還比較片面，表土剝離項目在多大程度上具有可行性，如何平衡其經濟收益與實施成本，如何計算其社會價值及生態價值，這些都是值得探討的問題，在這些問題的研究與解決也會促進表土剝離再利用的發展與完善。因此，在未來的研究中，需要學者進一步的研究與思考。

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