表土保護和再利用工程
——以上海國際旅游度假區(qū)為例

柏 營

(上海申迪建設有限公司,上海 201205)

1 研究背景

肥沃土壤形成是一個漫長的過程，從巖石風化到土壤形成要歷經(jīng)一個漫長的過程，相對人的壽命而言，土壤資源是一種不可再生的自然資源。特別是表層土，要經(jīng)歷漫長的耕作過程或植被恢復才發(fā)育而成，因此表土資源是其中更為寶貴的珍稀資源。而我國有限的耕地面積中稱得上肥沃的不到三分之一，相當一部分耕地面積地力貧瘠或存在其它障礙因子，因此保護土壤就是保護有限的表土資源，表土資源的破壞或流失甚至比單純的耕地面積減少更隱蔽也更嚴重。特別是城市無限擴張和開發(fā)，肥沃的表土往往被用作道路或房屋的下墊土或是建筑垃圾的一部分。而同時城市開發(fā)后需要綠化種植時又不得不從外購土或使用沒有肥力的深層土，深層土沒經(jīng)過耕作，充其量只是自然土壤的形成階段，根本不適合植物生長，城市綠化水平質量不高的很大原因之一就是使用了大量深層土。表土保護后再利用，不但能提高種植土質量，而且保護了表土中蘊藏的大量種子資源和土著生物群體，因此保護表土就是保護自然資源，對保護開發(fā)區(qū)域的生物多樣性也有積極作用。肥沃表土一旦保護不當發(fā)生退化或被污染，短期內很難修復，表土保護刻不容緩。

相對而言，國外在土地開發(fā)時較為重視對表土的保護：日本、荷蘭等國家表土保護均已立法，如日本都市計劃法第33條9項規(guī)定：為保全開發(fā)區(qū)和周邊地域環(huán)境，要采取必要的措施保全開發(fā)區(qū)內必要的樹木和表土，工程結束后再利用表土來種植植物。而英國、美國還頒布了有關表土保護標準，特別是表土用于綠化，并為具體工程實施提供技術指導。近年來隨著我國對環(huán)境質量要求不斷提高，表土保護的重要性也引起重視。很多學者和專家都對表土保護和再利用開展了研究和實踐。

雖然國內有不少表土資源保護研究，也有一些實際應用的工程案例，但缺少相關技術標準作為指導。而國外之所以表土保護能有效實施，除了政策的保障，還有相關標準作為技術支撐。為此，結合具體工程實踐，形成可操作、可復制、可推廣并適宜中國應用的表土保護技術標準刻不容緩。為此，本文結合上海國際旅游度假區(qū)核心區(qū)域3.9km2表土保護和再利用工程，對整個表土保護過程進行總結，形成相關技術標準，以便為我國表土資源保護提供技術支撐。

2 上海國際旅游度假區(qū)表土收集和再利用

根據(jù)整個上海國際旅游度假區(qū)表土的收集和再利用的全過程，具體分以下五個步驟實施。

2.1 表土現(xiàn)場調查

2.1.1 表土現(xiàn)場踏勘

現(xiàn)場對上海國際旅游度假區(qū)核心區(qū)一期規(guī)劃地進行踏勘，總共發(fā)現(xiàn)有161個種植土地塊，但由于表土分布界線不清晰且精度不夠，無法對表土的儲量進行精準的估算，給后續(xù)的表土收集工程的土方體積核算及核價帶來較大的誤差。因此，在表土現(xiàn)場調查之前，采用RTK（Real Time Kinematic，實時動態(tài)測量技術）技術、天寶VRS（Trimble Virtual Reference Stations，天寶虛擬參考站）技術以及上海VRS網(wǎng)絡技術，對調查區(qū)域進行勘探，進行精確、高效、科學的地塊位置和邊界的確定，其水平定位精度可達8mm，高程精度可達15mm。并根據(jù)現(xiàn)場定位結果，繪制表土分布圖。

2.1.2 表土現(xiàn)場取樣

根據(jù)度假區(qū)建設項目情況，按照表土收集區(qū)勘探定界情況，對項目現(xiàn)場進行實地調查，進行取樣。

1）采樣地塊的劃分：按照項目建設區(qū)劃內的地形圖和勘探定界圖，將區(qū)域內的表土進行劃分。劃分依據(jù)主要是地形地貌、土地利用現(xiàn)狀、周圍環(huán)境、土壤類型以及母質厚度，其中的大棚菜地由于設施栽培因素，相關指標容易超標，單獨將此類地塊劃出。

2）采樣單元的劃分：根據(jù)地勢、土壤均勻或差異度、植被類型等情況，根據(jù)面積確定采樣單元，一般5 000m2分一個取樣單元，為一個混合取樣點，但一塊有四址田埂的地塊至少確定一個取樣單元。

3）采樣方法和深度：采用蛇形布點法，每個取樣單元為5～10個取樣點混合。考慮到項目區(qū)域內的土方平衡、地形設置以及剝離表土質量與耗費資源的平衡性，采樣深度為0～50cm或0～30cm。

2.2 表土質量分級

2.2.1 檢測項目評定規(guī)則

1）表土質量要求如表1所示，其中pH、EC、有機質、質地等4項主控指標是必測指標，檢測結果應100%符合標準要求，否則該表土視為不合格，應重新進行改良。

2）當表土對養(yǎng)分平衡、排水性能或成熟度等要求比較高時，除檢測4項主控指標外，應根據(jù)需要選擇檢測表1中水解性氮（有效氮）、有效磷、速（有）效鉀、有效硫、有效鎂、有效錳、有效銅、有效鋅、有效鐵、有效鉬、入滲率、發(fā)芽指數(shù)和碳氮比等13項；檢測結果至少80%應符合標準要求，且超幅在標準值的±20%以內；否則該表土視為不合格，應重新進行改良修復。

3）當表土或表土改良后種植土可能存在某種潛在障礙因子時，必須增加表1中的鹽害、硼害、重金屬污染和石礫含量的檢測，且障礙因子指標必須100%符合標準要求，否則該表土視為不合格，應重新進行改良或修復。

表1 表土檢測項目及質量要求

2.2.2 質量分類

依據(jù)以上檢測項目的檢測結果，并結合表土現(xiàn)場收集的難易程度（見表2），將表土進行分級分類：其中I類表土可直接使用，II類表土簡單改良后可再利用，III類表土經(jīng)修復合格后方能再利用，IV類表土不建議再利用。

表2 表土再利用的質量等級分類

遵循經(jīng)濟性和可操作性原則，根據(jù)土壤的質量分類，明確表土有效分布范圍和厚度，制定表土分布圖。對各個表土的分布面積和可剝離的體積進行精準估算，為現(xiàn)場數(shù)字化施工以及工程費用核算提供技術依據(jù)。

2.3 表土收集

2.3.1 原則

表土剝離應遵循的基本原則是：

1）“先永久后臨時”：視工程占地的性質而定，永久占地（建筑用地、地形占地等）內的表土優(yōu)先剝離，后剝離臨時占地（臨時道路、施工臨時場所等）；使用后需恢復植被或農用的，可不進行表土剝離。

2）“先原地后異地”：先原地利用，后異地利用，以減少表土剝離及運輸?shù)墓こ塘恳约皩ζ渌麉^(qū)域表土的碾壓。

3）“先厚后薄”、“先易后難”：先剝離土層厚的區(qū)域，后剝離土層薄的區(qū)域，分層剝離；先剝離容易剝離的地方，后剝離難度較大的地方。盡量簡化和減輕現(xiàn)場施工難度。

另外，還應綜合考慮地形、坡度、積水情況、道路條件等影響因素。達到盡量利用表土資源和施工效率之間的平衡。

2.3.2 制定收集路線

根據(jù)現(xiàn)場可供堆置土壤的地塊所處位置，以最大限度減少對表土碾壓破壞為原則，進行就近收集，且充分利用已建成道路，盡量做到一個地塊只有一條碾壓表土的通道，有條件的應在道路上鋪設鋼板，以減少機械的直接碾壓。

2.3.3 表土清表

在表土進行剝離收集前，利用人工或者割草機等清除干凈表土上的雜草、農作物等雜物，禁止使用推土機、焚燒等破壞表土和環(huán)境的清表行為。

2.3.4 表土剝離

表土剝離的方法有多種，主要依據(jù)表土剝離區(qū)的地質地貌、交通運輸情況確定，主要有條帶式表土剝離法和梯田模式表土剝離：

1）條帶式表土剝離法

根據(jù)施工機械寬度，將復墾區(qū)劃分成不同的剝離條帶，每一條帶大致為施工機械寬度的倍數(shù)，由外向里依次剝離。這種表土剝離技術主要應用于地下水位比較高的區(qū)域。

2）梯田模式表土剝離法

適用于地下潛水位較低的區(qū)域，塌陷的過程中未對種植作物產(chǎn)生影響，可以在坡地上修筑梯田，然后對塌陷的土地進行平整工程，以增加耕地的面積。在修筑梯田的工程中，利用表土逐行置換法、表土中間堆置法等工藝進行土壤位移，并在表土中進行傾倒、挖坑和填充。

根據(jù)現(xiàn)場調查情況，兼顧兩種方法的優(yōu)點，采用“分層平移表土剝離法”：利用推土機、拖式鏟運機，針對平原上的優(yōu)質土壤，根據(jù)不同土壤質量等級，對不同厚度表土進行抄平剝離的方法。此次剝離分為30cm和50cm兩種深度。

2.3.5 表土運輸

表土運輸所用車輛或者機械工具應先清洗干凈，防止油污、建筑垃圾等雜物污染表土；盡量縮短運輸距離，防止表土被過度振動而壓實板結；運輸時對表土質量類型應做好記錄，防止堆放混亂；必要時在運輸路線蓋上蓋板，減少對土壤碾壓和土壤振動。

2.4 表土堆放

2.4.1 堆場建設

表土堆放場地不能影響周邊公共設施、工業(yè)企業(yè)、居民點等的安全，涉及河道的應符合治理規(guī)劃及防洪行洪規(guī)定。規(guī)劃建設好進出通道、堆放區(qū)、排水溝，便于現(xiàn)場操作，再采用施工材料進行場地加固處理，防止堆場在使用過程中發(fā)生嚴重沉降甚至破壞。

2.4.2 分類堆放

根據(jù)實際的調查測定結果，嚴格按照既定的表土堆放方案，將表土進行分類堆放。

2.4.3 堆場保護

表土在堆場存放期間，雨水淋失和自然沉降等因素都會導致表土養(yǎng)分流失和結構變化，堆土和取土也會影響土體的穩(wěn)定性，暴雨等會引發(fā)水土流失甚至滑坡、崩塌等。采取壓實、攔擋、排水及覆蓋或種植等措施對堆場進行保護。

1）壓實：為防止水土流失以及自然沉降帶來的土堆不穩(wěn)定，對土堆進行規(guī)范高度的自然壓實和平整，堆放高度＜4 m，最大坡度不得超過1∶2（豎向∶水平）。

圖1 土壤堆放高度

2）攔擋：用土埂在邊坡下側修建攔擋，平地堆土周圍用編織袋裝土護砌。攔擋工程的規(guī)模根據(jù)土體規(guī)模、地面坡度、降雨等情況確定，對可能發(fā)生滑坡的土體，增設防護帶加固等工程措施。

3）排水：在堆土區(qū)周邊建排水溝、暗涵、抽排水管等排水設施，設計標準根據(jù)積水面積、徑流系數(shù)、氣象等情況確定。

4）覆蓋或種植：為防止表土在堆放過程中退化，采用土工布、塑料布、防塵網(wǎng)對現(xiàn)場收集的表土進行了覆蓋，布接縫采用重疊搭接法或插入少量竹簽連接好，土堆下部用石塊或土塊等重物壓實避免風吹。堆放時間超過一個生長季節(jié)的，進行種草，不僅可以減少降雨對表土的沖刷，減緩徑流速度，減少表土流失，還可以進一步改善土壤結構和肥力。

2.5 表土的再利用

表土的再利用采用就近利用的原則，主要用于占地區(qū)域復耕或恢復林草植被覆土，也可以用于異地造田、改良土壤、廢棄地復墾等，表土應分層剝離、交錯回填。

2.5.1 表土晾曬和粉碎

在即將利用已收集表土前，在天氣晴好時去除堆放表土上的覆蓋層，讓表土進行自然風干晾曬，至土壤含水量＜20%，為了使收集的土壤改良均勻，對晾曬好的土壤進行粉碎。

2.5.2 表土改良

根據(jù)擬達到的改良目標以及土壤主要障礙因子，進行不同配比的配方試驗并進行植物栽培試驗，在大量試驗基礎上，最后確立了技術配方。根據(jù)實驗室大量配方以及中試的試驗結果，對產(chǎn)品不斷優(yōu)化，最后確立生產(chǎn)配方，進行規(guī)模化生產(chǎn)。

3 結論與討論

通過上海國際旅游度假區(qū)項目實施，總共對規(guī)劃區(qū)域內3.9平方公里規(guī)劃地中約76.2萬平方米（折合約1143畝）農田表土進行收集，折合收集表土約28.6萬方；另外對核心區(qū)外圍2.1平方公里規(guī)劃地中部分農田表土進行收集，目前已經(jīng)收集表土約15.4萬方，整個項目收集表土約44萬方。通過該項目實施，一方面使寶貴的肥沃的表土資源得到了保護，另一方面結合有機肥的改良，實現(xiàn)了廢棄物的循環(huán)利用，達到“節(jié)約資源、廢棄物循環(huán)利用”的目的，取得了經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益三者共贏。

3.1 經(jīng)濟效益

原有土地開發(fā)模式由于不進行表土保護，而地形開挖無形中增加外源渣土的量，加上綠化種植時候外進客土，兩者相加運輸費用也是非常昂貴，而表土再利用減少了渣土量和運輸費用。

因此，從目前來看，該項目取得的經(jīng)濟效益是可觀的，達到4 576萬元。從長遠來看，由于對植物生長有所改善，其經(jīng)濟效益也是可觀的。

開挖10 000 m3表土的各項費用組成：

1）表土清表：挖機：1×3個臺班，約6 600～7 500元；

2）表土運輸：挖機：1×10個臺班，約22 000～25 000元；

卡車：5×10=50臺班，約75 000～90 000元；鋼板：50～80塊：6 000～10 000元。

3）表土堆放：挖機：1×13個臺班，約26 000～32 500元；

鋼板：2 400～3 600元。

折合費用：總計138 000，折合費用為13.8元/m3

一般表土費用在150元左右，根據(jù)現(xiàn)場收集的44萬方表土，該項目直接節(jié)省經(jīng)濟效益為近6 000萬元。

3.2 生態(tài)效益

雖然表土資源從調查到收集的費用比從外地買來的客土高，但收集的表土是肥沃的、表層的熟化土壤，具有良好的物理化學特性，且對其所處的自然條件有清楚的了解，而外來的客土一般為深層土，沒有活性，土壤物理結構較差，即使其再利用，與收集的表土資源相比，其改良資金遠遠高于表土的改良費用；此外，表土由于經(jīng)過了幾千年甚至上萬年的形成過程，含有許多微生物，該土壤更能較好的促進植物的生長，對上海國際旅游度假區(qū)在很短的時間內保持景觀效果提供了物質基礎。

3.3 社會效益

通過上海國際旅游度假區(qū)規(guī)模化、機械化的表土保護和再利用，對我國類似項目以及其它城市表土資源的保護具有積極推動、借鑒和規(guī)范作用，為貫徹執(zhí)行我國所提倡的環(huán)境友好型、資源節(jié)約型的城市生態(tài)環(huán)境建設提供具體案例。同時通過項目實施，總結現(xiàn)場經(jīng)驗并汲取國外相關標準，制訂了上海市地方標準《綠化用表土保護和再利用技術規(guī)范》（DB31/T 661-2012）和林業(yè)行業(yè)標準《綠化用表土保護技術規(guī)范》（LY/T 2445-2015），這2項標準的實施將有利于指導我國表土資源保護和再利用。