陜北某地區(qū)土壤狀況分析及整治措施探討

孫 莎，張亞波，曹曉暉，何 婧

(1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)自然資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710075；2.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075；3.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)自然資源部土地工程技術(shù)創(chuàng)新中心，陜西 西安 710075；4.陜西地建土地工程質(zhì)量檢測(cè)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075)

1 引言

土壤是一種總量有限，且不可再生的自然資源，它在大氣循環(huán)、水循環(huán)、地質(zhì)循環(huán)、生物循環(huán)過程中扮演著至關(guān)重要的角色，直接或間接地影響著人類和動(dòng)植物的生存環(huán)境和生命健康。近十幾年來，隨著工業(yè)化和城市建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，我國(guó)耕地減少面積的40%左右。耕地質(zhì)量和數(shù)量直接關(guān)系到我國(guó)糧食生產(chǎn)和糧食安全，耕地保護(hù)是關(guān)系我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的全局性戰(zhàn)略問題。因此"十分珍惜、合理利用土地和切實(shí)保護(hù)耕地"是必須長(zhǎng)期堅(jiān)持的一項(xiàng)基本國(guó)策。國(guó)家針對(duì)性地出臺(tái)了大量嚴(yán)格的耕地保護(hù)政策，不但包括高標(biāo)農(nóng)田建設(shè)等耕地質(zhì)量提升項(xiàng)目，還包括對(duì)污損土地，未利用土地進(jìn)行開發(fā)治理。陜北位于中國(guó)黃土高原中部，長(zhǎng)期以來由于自然條件等因素，植被覆蓋率低，水土流失嚴(yán)重。為進(jìn)一步了解陜北地區(qū)土壤狀況，本次實(shí)驗(yàn)收集了陜北地區(qū)土壤樣本，對(duì)其進(jìn)行理化性質(zhì)檢測(cè)，并且針對(duì)土壤狀況提出一些關(guān)于土壤整治的想法，以期為該地區(qū)土壤質(zhì)量提升提供參考。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

本次實(shí)驗(yàn)共收集土壤樣本53份，所有土壤樣本均來自陜北某地區(qū)，其中采自風(fēng)沙草灘區(qū)樣本21份，采自中部丘陵溝壑區(qū)樣本32份，實(shí)驗(yàn)試劑均為分析純或優(yōu)級(jí)純。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

將采集的新鮮土壤樣本送達(dá)實(shí)驗(yàn)室后，立即進(jìn)行晾曬，經(jīng)自然條件陰干后，除去石塊、雜草、植物根系，分別過2 mm、1 mm、0.149 mm 篩備用。對(duì)土壤樣本的常規(guī)理化性質(zhì)及重金屬含量進(jìn)行測(cè)定。各指標(biāo)檢測(cè)方法匯總見表1，每次測(cè)定重復(fù)3次，取平均值。

表1 各指標(biāo)檢測(cè)方法匯總表

2.3 數(shù)據(jù)處理

本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3 土壤狀況分析

土壤樣本的質(zhì)地情況如圖1所示。土壤質(zhì)地以中壤土為主，粉壤土、砂壤土分別占比52.8%，39.6%，粉土、粉質(zhì)黏壤土、壤砂土、砂土占比均為1.8%。

圖1 土壤樣本質(zhì)地情況

土壤樣本的理化性質(zhì)及重金屬含量測(cè)定結(jié)果如表2所示。

表2 土壤樣本理化性質(zhì)及重金屬含量測(cè)定結(jié)果

土壤樣本的pH值均大于8.0，呈堿性。根據(jù)我國(guó)土壤酸堿度的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，pH值7.5～8.5為堿性土壤，pH值8.5～9.5為強(qiáng)堿性土壤，pH值大于9.5為堿性極強(qiáng)土壤。考慮到土壤適應(yīng)作物正常生長(zhǎng)，土壤pH值應(yīng)介于7.5～8.5之間。本次檢測(cè)的土壤樣本中僅有9份(16.9%)土壤樣本適宜種植，其余均為強(qiáng)堿性土壤。根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn) GB 15618-2018》中規(guī)定的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，發(fā)現(xiàn)供試土壤的鉻、銅、鋅、砷、鎘、鉛含量均顯著低于風(fēng)險(xiǎn)篩選值，表明所檢土壤樣本不存在重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。

依據(jù)我國(guó)土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[1]，對(duì)土壤樣本的養(yǎng)分指標(biāo)(有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分級(jí)，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 土壤樣本養(yǎng)分指標(biāo)分級(jí)情況

土壤全氮是土壤提供氮素能力的重要指標(biāo)，也是衡量土壤耕作水平的關(guān)鍵因素，供試土壤樣本中97%的樣本全氮水平在六級(jí)，處于極低的水平。土壤有效磷和速效鉀表示植物在短期內(nèi)能夠直接利用的磷和鉀，是土壤肥力的重要指標(biāo)，供試土壤樣本中有84%的樣本有效磷水平處在五級(jí)、六級(jí)水平，16%的樣本處在四級(jí)水平；速效鉀水平主要分布在三級(jí)(100～150 mg/kg，30%)和四級(jí)水平(50～100 mg/kg，70%)。土壤有機(jī)質(zhì)能夠分解土壤營(yíng)養(yǎng)元素，為植物所用，是實(shí)現(xiàn)土壤和生態(tài)環(huán)境中物質(zhì)交換的重要環(huán)節(jié)，約79%的供試樣本中有機(jī)制含量處在五級(jí)、六級(jí)水平，個(gè)別樣本分布在三級(jí)(20～30 g/kg，5%)和四級(jí)(10～20 g/kg，14%)水平。

4 整治措施與探討

綜合分析本次供試土壤樣本的理化性質(zhì)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明陜北該地區(qū)土壤存在鹽堿化程度高，養(yǎng)分貧瘠的問題。自然地理?xiàng)l件是造成該地區(qū)土壤鹽堿化和土壤養(yǎng)分空間差異的一個(gè)重要原因，本次土壤樣本采自陜北的風(fēng)沙灘地區(qū)和黃土高原丘陵溝壑區(qū)。風(fēng)沙灘地區(qū)和黃土高原丘陵溝壑區(qū)位于陜西東北部，地勢(shì)低于西北部，平均海拔在1000～1400 m之間，綜合坡度在5°～15°，海拔和坡度會(huì)直接影響土壤養(yǎng)分分布和可利用程度，因此與陜西南部等海拔較低的區(qū)域相比，陜西北部氣候寒冷，由于受風(fēng)沙地貌、盆地地形以及干旱氣候條件的作用，使得該區(qū)域易受風(fēng)蝕和旱災(zāi)的危害，pH 值呈強(qiáng)堿性，蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降水量，使得鹽分聚集現(xiàn)象嚴(yán)重，動(dòng)植物和微生物的種類和數(shù)量較少，這些都會(huì)影響土壤中各種養(yǎng)分的累積、遷移、分解和轉(zhuǎn)化，會(huì)直接導(dǎo)致土壤養(yǎng)分較為貧瘠[2]。有學(xué)者通過研究地形與土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)隨著坡度的不斷增大，土壤有效磷和有機(jī)質(zhì)含量遞減，坡度越大，土壤可利用程度降低，人工施肥困難，干預(yù)少，而且坡度大會(huì)影響地表徑流，導(dǎo)致水肥流失。土壤有機(jī)質(zhì)與海拔達(dá)到極顯著相關(guān)，海拔升高，有機(jī)質(zhì)含量增加，這是因?yàn)楹０胃咧脖活愋鸵粤值貫橹鳎接欣谟袡C(jī)質(zhì)的積累[3]。除自然地理?xiàng)l件之外，還有一定的人為因素造成了風(fēng)沙灘地區(qū)和黃土高原丘陵溝壑區(qū)土壤養(yǎng)分貧瘠。陜北風(fēng)沙灘地區(qū)和黃土高原丘陵溝壑區(qū)有著豐富的煤炭，石油，天然氣等自然資源儲(chǔ)備，是我國(guó)重要的能源開發(fā)基地[4]。能源開發(fā)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但與此同時(shí)，密集且粗放的開采方式也給當(dāng)?shù)乇旧泶嗳醯纳鷳B(tài)環(huán)境帶來了巨大的壓力[5]。封建民[6]等人對(duì)陜北土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：土地利用類型較為單一，土地利用整體功能較弱，工礦用地密集。趨利性能源開采會(huì)忽視開采過程中造成的環(huán)境問題，如過度開采，工業(yè)廢物排放污染等，還會(huì)惡化當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，弱化生態(tài)環(huán)境的自我修復(fù)能力，造成土地可利用程度越來越低，可修復(fù)難度越來越大。

因此，盡早開展對(duì)癥的土地整治工作，提升土壤質(zhì)量，不僅是順應(yīng)時(shí)代生態(tài)保護(hù)的需要，也是響應(yīng)我國(guó)耕地保護(hù)政策的要求。結(jié)合陜北風(fēng)沙灘地區(qū)和黃土高原丘陵溝壑區(qū)自然地理?xiàng)l件和土壤狀況，提出以下可參考的整治措施。

4.1 鹽堿化治理措施

對(duì)于鹽堿化土地的整治思路分為兩步走，第一步是從源頭上控制鹽分，一方面是要借助水利工程，根據(jù)地形特點(diǎn)及地下水走向修建完善的排水灌溉設(shè)施；另一方面是要平整土地，覆沙蓋鹽，減少了水分蒸發(fā)，抑制地下水鹽向表層運(yùn)移，實(shí)現(xiàn)土壤脫鹽排堿。第二步再輔以物理，化學(xué)和生物手段對(duì)土壤進(jìn)行改良，可通過施用土壤調(diào)節(jié)劑并結(jié)合種植耐鹽堿的牧草和中藥材，綜合開發(fā)與利用鹽堿地資源，在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，增加土壤表層植被覆蓋，減緩地面徑流，既減少水分蒸發(fā)又降低地下水位，抑制耕層土壤鹽分累積[7]。

4.2 土壤養(yǎng)分低治理措施

陜北地區(qū)受自然地形條件影響，土壤沙化嚴(yán)重，隨之而來的是水土流失，保肥保水性差。因此，要從根本上解決養(yǎng)分低的問題，首先要控制水土流失。陜北地區(qū)存在一種砒砂巖，這種巖石外表堅(jiān)硬如石，一旦遇水則松軟如泥，長(zhǎng)期以來向黃河輸送泥沙高達(dá)1億t，也是造成黃河下游河床淤積抬高釀成洪水災(zāi)害的主要原因之一。砒砂巖和沙，特性可互補(bǔ)，可將二者按一定比例進(jìn)行復(fù)配，從而達(dá)到透氣透水和保水保肥性，達(dá)到雙贏效果[8]。另外，可種植選育一些耐旱耐風(fēng)蝕的植物品種，從而進(jìn)一步鞏固水土保持的效果。

4.3 資源開采中的治理

陜北地區(qū)擁有豐富的煤炭，石油，天然氣等礦產(chǎn)資源，在享受經(jīng)濟(jì)紅利的同時(shí)，也出現(xiàn)了很多不容忽視的環(huán)境問題。近年來，隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的覺醒，國(guó)家和政府層面也出臺(tái)了相關(guān)規(guī)章制度來規(guī)范資源的開采模式，從以前粗放式的開采向集約型開采轉(zhuǎn)變，由趨利性開采向綠色開采轉(zhuǎn)變。此外，對(duì)開采后的廢棄礦山地也要進(jìn)行修復(fù)治理，實(shí)現(xiàn)廢棄地向耕地轉(zhuǎn)變。修復(fù)治理手段主要是耕作層構(gòu)建技術(shù)[9]，同過物理，化學(xué)和生物手段重構(gòu)適合耕作的有機(jī)土體結(jié)構(gòu)。物理手段主要是客土法，平整土地后，將熟化后的表層土回填，具體的回填厚度需要通過實(shí)驗(yàn)確定。礦區(qū)土壤受開采工藝的影響，土壤理化性質(zhì)復(fù)雜，土壤酸堿度和正常土壤有較大差異，而且還可能存在重金屬污染。一般而言，石灰石、磷酸鹽是常見的土壤改良劑用于調(diào)整土壤酸堿度。生物炭，腐殖質(zhì)，有機(jī)污泥等有機(jī)物都能有效增加土壤肥力。有研究表明生物炭配合植物種植還可一定程度上修復(fù)重金屬污染土壤。