像呵護皮膚一樣呵護土壤
——論土壤的重要性及表土保護與利用

平 原，馬美景，郭忠錄

(1.華中農業大學 水土保持研究中心，湖北 武漢 430071； 2.武漢市水務科學研究院,湖北 武漢 430014)

古人有云：“日月麗乎天，百谷草木麗乎土。”土壤圈是與人類關系最密切的圈層之一，地球上的一切生命都直接或間接來源于土壤，中國古代神話故事“女媧造人”也表達了這個思想。土壤與人類文明息息相關，歷史上的大禹治水，都江堰工程都是為了保護肥沃的表土。人類從土壤中獲得的食物超過總量的95%以上，而從其他圈層中獲得的食物不到5%。人類的皮膚需要精心呵護，表土作為土壤的最外層部分，如同地球的皮膚一樣，同樣需要保護和防護。在我國社會主義現代化建設的進程中，由于沒有及時認識到表土資源的重要性，導致很多珍貴的表土資源沒有得到再利用，約有1/3的耕地受到不同程度的破壞，嚴重影響了我國的糧食安全和生態安全[1]。

2015年聯合國《世界土壤資源狀況報告》中指出全球土壤整體面臨著“十大威脅”，分別是土壤侵蝕、土壤有機碳損失、養分不平衡、土壤酸化、土壤鹽漬化、土壤污染、土壤滯水嚴重、土壤板結、地表硬化和生物多樣性喪失[2]。全球每年因土壤侵蝕而造成的表土流失高達250億～400億t[3]。2018年我國水土流失面積仍有約277萬km2，約占國土面積的29%；我國土壤荒漠化嚴重，總面積約270萬km2，占國土面積的28%以上，且仍有持續擴大的趨勢；我國土壤污染也比較嚴重，約一半的土地受到了不同程度的污染，土壤資源環境不容樂觀。

1 土壤的重要性及作用

1.1 土壤是農林牧業的生產基礎

土壤是植被生長發育的基礎，沒有肥沃的土壤，植被將很難存活。土壤為植物提供了機械支撐，植物根系向下生長形成“錨桿”固定，使地上部分穩定生長。土壤是營養庫，是陸地植物所必需的營養物質重要供給源，作物生長發育所需要的水、肥、氣、熱大多數直接或間接從土壤中獲得。天然表土覆蓋增加了土壤有機碳、腐殖質和土壤有效磷的含量[4]，可以提供農作物生長所需的90%的氮和25%～50%的磷[5]。2019年我國糧食總產量達到6.639億t左右，人均糧食占有量約為474 kg，基本實現了自給自足。

1.2 土壤保護生物多樣性

土壤是地球上生物種類最豐富、數量最多的亞系統。在陸地生態系統中土壤動物是除土壤微生物以外最為豐富的生物類群，目前僅有1%～5%的土壤動物被描述[6]。土壤為它們提供了棲息地(或潛在動植物群落發展地)和繁殖場所，對于保護和提高動物多樣性具有重要作用。土壤被認為是地球上最大的遺傳基因庫，1 g土壤里可能包含了多達800萬種微生物，數十億的微生物細胞，其基因組相比于人類的基因組要豐富1 000倍[7]。而我們對于土壤微生物的認知甚少，95%以上的微生物尚未被分離培養過[8]。植物種子成熟后掉落在土壤中，使表土成為一個強大的種子基因庫。土壤種子基因庫是潛在的植物群落，是植被生生不息繁衍下去的前提與保障，保證了植物的多樣性。土壤還是“資源庫”，可以為人類提供具有藥用價值的生物。我們臨床所用的抗生素大多數來自于土壤中的微生物，土壤動物如蚯蚓、螞蟻等也具有藥用價值，可以治療疾病。

1.3 土壤表層動物和微生物群系適中

大多數土壤小型動物如蚯蚓、線蟲、螞蟻等在土壤中具有重要的作用[9]。以蚯蚓為例，于建光等[10]研究表明蚯蚓的存在可以促進土壤團聚體結構形成，并且可以顯著增加土壤有機碳的含量，蚯蚓的糞便可以提升土壤肥力，促進植物生長；黃建全等[11]以蚯蚓糞便作為葡萄扦插苗的生長基質之一，結果表明合理的蚯蚓糞便比例對葡萄植株生長各項指標都有促進作用；李楊等[12]研究也表明，一定比例的蚯蚓糞便可以提高作物產量，改善土壤質量。土壤動物還可以破碎植物枯枝落葉，將這些有機質殘體運往土壤中，增加與土壤微生物的接觸面積，提高土壤微生物的活性，增加土壤微生物的種類和數量。

土壤微生物是土壤中一切肉眼看不見或看不清楚的微小生物的總稱，主要包括細菌、真菌、放線菌等。1 g土壤中通常含有數十億個微生物，數量十分驚人。土壤微生物可以起到分解、傳遞養分和促進植物生長的功能：固氮菌群可以固定氮源，為植物提供氮肥；硝酸菌群可以為植物根系提供硝酸態的氮；放線菌群可以長期定量分泌抗生物質，抑制病害。土壤微生物與植物共生可改善土壤團聚體的結構和功能。叢枝根菌與植物根系共生，可以分泌與球囊霉素相關的土壤蛋白(GRSP)，可有效黏結土壤顆粒，改良土壤團聚體結構，提升土壤質量[13-14]。土壤微生物也受植物的反饋調節作用，植物多樣性的提高可以增加微生物的活性。李智超等[15]研究表明，微生物代謝功能會隨林分密度而發生改變，最佳林分密度可以使微生物最大限度地發揮改良土壤功能。

1.4 土壤固碳調節全球氣候穩定

全球氣候變化會對我國的糧食產量、糧食安全、自然災害、農村社會經濟發展等產生重要的影響，維持全球氣候穩定意義重大[16]。土壤有機碳(SOC)在土壤團聚體中的固存和礦化過程，對于緩解氣候變化和降低土壤退化風險具有重要意義[17]。土壤固碳功能相當強大，全球土壤每年可固定4億～12億t碳[18]，是地球表層生態系統最活躍的碳庫之一[19]，其固定的碳含量是大氣碳庫的兩倍。土壤碳庫穩定和維護了大氣中CO2的濃度，保證了全球氣候的穩定。目前我國土壤資源緊張，土壤固碳規模相比于西方國家差異較大，總體碳密度要低于世界平均值，保護土壤資源勢在必行。

1.5 土壤圈維持生態系統穩定

在生態系統的五大圈層中，土壤圈是生物圈、巖石圈、大氣圈和水圈的交界面，是能量轉化與遷移、物質轉化最為頻繁的圈層[20]。全球50%以上的有機、無機污染物最終會滯留在土壤中，經過一系列生物化學反應和物理沉淀，起到緩沖、降解、固定和解毒的作用。土壤圈在水分循環過程中起到了關鍵性作用[18]。地面上的水分通過蒸發回到大氣中，經過遷移后又以降水的形式掉落在地面上，補充地表地下水資源，形成水分大循環，土壤在水分循環過程中對水分的容納可以減緩地表徑流的產生，減緩徑流沖刷導致土壤侵蝕的過程。土壤供給養分促進植物生長，植物吸收養分獲得的能量在食物鏈中層層傳遞，最后經過分解又回到了土壤中，促進了養分循環，保障了自然的平衡。

1.6 土壤提供原材料、構建成景觀及保護文化遺產

“China”也有陶瓷的意思，我國古代人民用自己的智慧來利用土壤，陶瓷就是其一。人們利用黏土來燒制陶瓷，便利自己的生活；土壤中的沙石、礦物可以與水泥混合形成混凝土，被廣泛用于生產建設活動中；土壤可以構成自然景觀，如五色土、張掖丹霞地貌等奇特的土壤風景線；土壤還可以用于考古。土壤見證了不同文明的興衰，其遺物遺跡被埋沒土壤中，土壤的理化性質會因此發生改變，為考古提供科學依據。

1.7 保護土壤資源是建設美麗中國的必然要求

黨的十八大報告提出建設美麗中國，強調把生態文明建設放在首位。土壤污染問題是人民群眾比較關心的問題，加強土壤污染治理才能保障我國社會、經濟與生態持續發展。十九大報告提出針對土壤中的污染問題，要加快生態文明體制改革，踐行綠水青山就是金山銀山的發展理念，堅決打好污染防治攻堅戰，助力中華民族偉大復興中國夢的實現。

保護土壤資源，堅持綠色發展理念。海綿城市是近年來新興的一種綠色城市發展方向，用來解決城市降雨引起的洪澇問題。而土壤作為城市降雨的重要載體，其具有水分入滲、持水和自凈的能力，是建設海綿城市不可或缺的元素[18,21]。

2 表土保護與利用

2.1 表土保護的重要性

表土(topsoil或surface soil)一般指土層的最上部分的土壤，其薄厚因土壤類型而異[22]。相比于底土，表土在實現土壤的功能中起到了至關重要的作用。金章利等[23]研究表明，土壤養分集中在表土層內，并隨著土層深度的增加而逐漸降低，且表土中有底土缺乏的鉀素和鈣，適宜的pH值更適宜作物生長。盛浩等[24]研究表明，微生物含量及活性隨土層的加深而明顯降低，表層土壤中微生物含量及活性均為最高。土壤動物也具有“表聚性”的特征，其豐富度隨著深度增加而降低[25]。而土壤侵蝕過程中流失的大多數都是肥沃的表土，致使耕地質量下降，嚴重影響了農業生產。因此，充分保護與合理利用表土資源是十分有必要的。

2.2 表土剝離的必要性

近年來隨著我國經濟的迅速增長，越來越多的地方開始進行大規模的開發與建設，必須采取措施合理保護及利用表層土壤資源。水土保持法明確，生產建設項目所占用土地的表土，應當分層剝離、保存和利用。土地復墾條例提出，義務人應當首先對擬損毀的耕地、林地、牧草地進行表土剝離?！渡a建設項目水土流失防治標準》(GB/T 50434—2018)已于2019年4月1日起實施，該標準新增了表土保護率指標，要求工程擾動范圍內的表土剝離量要達到一定的比例。表土剝離再利用是指將生產建設項目所占地(包括永久占地和臨時占地)中的表層土壤進行剝離，并搬運到固定且獨立的地點堆存，待主體工程結束后直接用于原地或者異地復墾、土壤改良或土壤污染治理的技術。表土剝離再利用直接縮短了土壤的熟化時間，保護了土地，為實現生態環境可持續維護做出貢獻，具有不可忽視的作用。

2.3 表土利用的多樣性

EMSENS et al.[26]研究表明，自然表土中含有較高的養分，可以讓區域內植被得到快速恢復，迅速改善土壤的各種性質，使土壤結構得到改善。表土再利用是一個可以獲得效益的環節，剝離下來的表土可用于原生產建設項目完工后臨時占地區的復墾工作，最大限度保護耕地資源，有效增加耕地面積，緩解人地矛盾；也可用于異地復墾，將多余的表土資源賣到土壤資源比較缺乏的地區進行復墾耕種，既可以協調區域水土資源平衡，也推動了區域經濟社會的發展；還可以用于客土改良，對中低產的土地摻入表土，使其土地性能短時間內得到改善，生產力得以提升。

2.4 表土剝離存在的問題

我國表土剝離技術研究自1990年開始起步，經多年的發展，已經取得了一定的研究成果，但仍亟待深入研究。目前表土剝離技術仍存在以下幾方面問題：

(1)相關剝離標準尚未完善。我國土地管理法、水土保持法、土地復墾條例、基本農田保護條例都對保護表土提出了要求，《生產建設項目水土流失防治標準》(GB/T 50434—2018)也明確要求需要將表土保護率寫進水土保持方案報告書內，但表土保護率并沒有涉及具體的剝離厚度。只有《水利水電工程水土保持規范》(SL 575—2012)對水利水電工程涉及的農耕地和山坡地剝離厚度提出了要求，但目前還沒有形成專門的剝離厚度規范。按水土保持分區(紫色土區、紅壤區、黃土高原區等)針對不同土地利用類型(農耕地、荒地、林地等)制定相關的土壤質量評價指標，分等級規定剝離厚度，對生產建設項目表土資源保護具有重要的指導意義。

(2)表土剝離技術體系存在難點。目前來講我國表土剝離尚未形成一個很成熟完善的技術體系，有些地方設立了地方標準，但未形成比較細化嚴謹的國家統一標準，且沒有表土剝離專用機械。目前主要使用推土機進行表土剝離，在表土剝離過程中易使土壤上下層混合，且易對表土過度碾壓，使表土價值降低；表土堆放過高會使下層表土底土化，壓實表土使土壤內部微生物難以存活，最終使表土“死去”；表土的肥力會隨著堆放時間逐漸降低，下層表土變“死土”。

(3)人為漠視嚴重。成本高是表土剝離中面臨的比較大的問題，而表土剝離帶來的收益不能直接以經濟效益來衡量，應該加上社會效益和生態效益，很多開發建設項目的主體責任單位及農民還沒有意識到這一點。主體責任單位為了加快工程進度和利益最大化，忽略表土剝離這一工序，等臨時占地區復墾時再到其他地方購買表土。農民朋友只知道獲得了眼前的利潤，不知早已提前透支了子孫后代的資源。加上相關政府部門對表土重要性的認知不夠，相關部門協調、監管不到位，縱容了這一現象的發生，導致很多珍貴的表土資源損毀。

3 總結與展望

習近平總書記曾講：“生態環境沒有替代品，用之不覺，失之難存。”表層土壤一旦失去永遠無法找回，恢復可耕作的表層土壤需千年之久，肥沃適生的表土是人類生存和良好生態可持續的根本。保護表土，就是在保護我們賴以生存的地球家園。

結合表土剝離技術現有的研究成果，今后可加強以下方面的工作：①出臺相應表土剝離厚度標準，并盡快形成細化嚴謹的國家統一標準，讓表土保護有法可依，有章可循；②構建表土信息發布平臺，實現跨地區表土資源共享，綜合考慮表土剝離的適宜運距、成本、效益等，按時間與空間科學優化，合理地進行表土資源協調配置，做到高效益、低成本利用表土資源，增加耕地數量，提升耕地質量；③目前的研究熱點主要集中在對生產建設項目所占農耕用地的表土剝離技術和再利用方向的研究，而對荒地、林地表土剝離相關研究較少。對于荒地和林地的表土剝離厚度、剝離方式、成本收益、生態效益、社會效益有待進一步研究。