丘陵区水田整治中的表土剥离技术研究

摘要：调研了安徽省现阶段土地整治工作，分别从水田的特征、表土的影响、剥离的难点和存在的问题等方面分析了丘陵区水田表土剥离的内涵；提出了丘陵区水田表土剥离的田块归并原则、参照剥离原则和“点对点”等原则，并根据丘陵区的地形地貌和土壤特点，设计标准田块，制定水田内部规划和确定剥离单元划分；同时选择适宜的表土剥离机械，提出了条带剥离递进回填的表土剥离工艺，减少表土剥离土方量、增加耕地的水田表土剥离技术。

关键词：丘陵；水田；土地整治；表土剥离

中图分类号：S284 文献标识码：B 文章编号：0439-8114（2013）05-1039-05

Research on Surface Soil Stripping in Hilly Paddy Fields Remediation

LI Jian-hua，ZHAO Yan-ling，FU Xin，XIN Kai，LIU Xue-ran

（Institute of land Reclamation and Ecological Restoration，China University of Mining and Technology， Beijing 100083，China）

Abstract： After thorough investigation of land remediation at the present stage in Anhui province，the connotation of surface soil stripping in hilly paddy fields was analyzed， including the characteristics of the paddy fields， the impact of surface soils， and the problems of stripping. Aiming at surface soil stripping of hilly paddy fields， the principles of plot merging， reference stripping and “point-to-point” were proposed. According to the hilly topography and soil characteristics， standard plots was designed to develop the internal planning of paddy fields and determine the stripping unit. At the same time， appropriate machineries of surface soil stripping were chosen. Surface soil stripping process of band stripping progressive backfill was raised. The earthwork of surface soil stripping was reduced and the areas of farmland increased. It proposed new thought of surface soil in paddy fields stripping in further research of land remediation.

Key words： hills； paddy fields； land remediation； surface soil stripping

随着经济社会的快速发展、城镇化的推进、人口的增加，产业结构的调整以及产业链转移等相关问题使得保护耕地的压力日益增大。2010年国务院正式批复《皖江城市带承接产业转移示范区规划》（以下称为《规划》），安徽沿江城市带承接产业转移示范区建设纳入国家发展战略，使得沿海东部产业向中部转移。执行《规划》的过程中不可避免占用大量的耕地，安徽省通过全面开展土地整治工作，确保耕地数量和质量，与新增建设用地实现有效平衡。而作为水稻生产载体的水田是安徽省的主要耕地类型之一，其质量和数量直接影响粮食产量，关系粮食安全。

土地整治是通过工程、生态和技术等手段，优化土地利用结构，有效补充耕地，完善农业生产配套措施，提升土地产能和改善农民生产生活条件、保护农村生态环境的综合措施，也是保障发展、统筹城乡土地配置的重大战略。通过对安徽省土地整治工作调研发现，土地平整过程中表土剥离存在工程量过大、施工难度大、技术操作性差等问题，无法保障水田质量，增加整治后的培肥成本。本研究针对丘陵区水田，通过研究适宜的表土剥离技术，为土地整治工程提供新的技术思路。

1 丘陵区水田表土剥离的内涵

1.1 丘陵区水田的特点

1.1.1 土壤含水量高且粘性大 土壤是农业生产的主要生产资料，是历史的自然体，它在自然与人为的综合作用下，处于不断的变化与更新之中[1]。根据气候条件、水稻生长特点和耕种习惯，以早晚两季稻计，丘陵区水田每年基本保持8个月有水期或者多水期，使得水田熟化程度高，水田土壤容重大，含有机质多。水田土壤是一种特殊的土壤类型，水稻生长期间耕层内水分饱和，氧气极少，呈还原状态；水稻成熟后，排水及土壤耕作使得耕层内充满空气，呈氧化状态。水田土壤可分为耕作层、犁底层、心土层[2]。水田土壤性质外在表现为含水量高且粘性大，对土地整治中表土剥离的施工机械、施工时机选择有直接影响。

1.1.2 田块集中分布且形状不规则 经过长期的人工开垦，安徽省多数水田块集中分布在适宜种植的丘陵区，高程相近的田块呈带状分布，整体呈阶梯状。在未开展土地整治前，经过长期的农业生产，水田田面较为平整，具备自然的灌溉条件。水田集中区域的周边自然存在可供开垦的土地资源数量少、质量低。针对土地整治区的丘陵水田的现状及设计标准，重新划分田块，打破原有田块布局，降低田埂系数，整理田块形状有利于大型机械化作业，提高农业生产效率。

1.1.3 丘陵区水田生态结构相对简单 丘陵区域生态系统具有结构的多元化和组成的多样性特点，各子系统之间及各生态要素之间相互影响、相互制约，直接影响着系统整体功能的发挥[3]。在长期的农业生产过程中，水稻的种植、农药化肥的使用、生态环境的再造都直接影响丘陵区生态系统，形成了以水稻为主要物种的生态格局。正是由于这种相对简单的生态系统构成，使得水田生态环境和生态安全容易受到人为的干扰和破坏。

1.2 表土对整治后水田质量的影响

1.2.1 减少对水田土壤结构的破坏 土地整治过程中，重型施工机械设备对土壤具有压实作用。土壤被反复碾压，其紧实度增加，在表土层和心土层之间形成一条压实带，破坏了原有的土壤结构。反复碾压又造成了土壤孔隙的减少，降低了土壤的通气性和入渗性能，间接影响到农作物的生长。另一方面，水田土壤平整后容易造成土壤板结，增加了深耕的难度和经济成本，阻碍了水稻根系发育，从而降低水稻的产量。表土回填后，深松前由 “压实带-心土层”恢复到“表土层-压实带-心土层”，重新构造水田的土壤结构可减少压实对土壤结构的破坏。

1.2.2 贮存土壤肥力 土壤的有机质和养分主要贮存在表土层，其中土壤养分是土壤肥力的物质基础，是土壤的基本属性和本质特征[4]，土壤有机质是表征土壤质量的重要因子，在调节土壤理化性质、改善土壤结构、培育土壤肥力等方面有着重要作用[5，6]。准确了解水田土壤养分的现状及动态变化，对于充分利用土地资源、评价和管理土地资源、粮食安全发展规划、农业结构调整规划、耕地质量保护与建设、无公害农产品生产、科学施肥、生态建设等提供科学依据，从而促进农业可持续发展[7]。在土地整治中，剥离表土的过程，实质就是搬运和保护土壤肥力的过程。通过表土剥离，整治后的水田能够较快地恢复到整治前的肥力水平。

1.2.3 保护耕作生态系统 表土层最靠近地表，该层土壤富含腐殖质，一般厚度20～30 cm，是泥土中含有机质和微生物最多的地方，有利于地力的快速恢复和植物的快速生长[8]。水稻根系的体积和质量随土层深度增加而下降，主要分布在土壤耕作层（0～20 cm）或表层（0～10 cm），分布比例占80%以上[9]。表土层承担着养分循环、物质交换、能量流动等媒介作用，为动物、微生物以及其他草本植物提供生存、生长的场所，构成了主要的耕作生态系统。剥离后回填，保持土层原有土壤，有利于原有耕作生态系统的恢复。

1.3 丘陵区水田表土剥离的难点

1.3.1 地形条件复杂 在安徽省具备土地整治潜力的地区主要为丘陵区，有一定的地面起伏，水田田面存在高程差，每个田块周边的情况复杂，可能存在或者靠近未利用地、水塘、林地、道路、坟地、村庄等。单一的表土剥离技术无法解决全部的问题，而且增加了相应的成本。因而针对不同的地形条件，需研究不同的表土剥离技术，采用不同的剥离工艺。

1.3.2 剥离土层厚度不均 在安徽省丘陵区的土地整治工程中，一般设计剥离20～30 cm的表土。实施过程中易出现剥离厚度达不到或者超过标准厚度的问题，甚至出现薄的表土层下是岩石层的情况，从而直接导致停工，需重新修正原有的土地整治规划和工程设计，造成了延误工期和增加工程量等问题。因此应充分了解丘陵区的地质结构，测算表土层厚度，从而选取贴合实际的表土剥离方法，保障土地整治工作的顺利进行。

1.3.3 剥离时机的选择 由于土地整治工程量大，工期长短不一，不可避免地影响到农业生产，一般情况下会耽误一季粮食作物的生产，减少粮食产量。安徽省农业生产一般为一年两季，水稻-小麦或者水稻-水稻。针对安徽的实际农业生产条件和规律，剥离时机应选择在第一季收割后，此时水田土壤含水量低， 11月到来年的清明作为整治期，使得整治后的水田留有足够的培肥时间，有利于下一年的春耕。

1.3.4 表土储存难度大 表土剥离后，需要大量土地来储存表土，而整治项目区周边不具备存贮条件的场地，另外表土的储存也增加运输成本和管理成本。表土储存期，由于雨水侵蚀和自然沉降作用使得长期存储的表土养分流失、肥力降低、土壤结构变化，不利于表土回填后恢复肥力。根据实际的整治区域情况，需确定土地整治中表土储存方式，降低储存成本和风险。

1.4 现有表土剥离技术存在的问题

1.4.1 表土剥离工程缺乏重视 在调研中，发现某些项目区的土地整治规划和工程设计中均有表土剥离的要求，而实际施工过程中的表土剥离没有得到足够的重视，甚至并未进行相应的表土剥离工作。土地整治所涉及的相关利益方有土地管理部门、整治区农民、施工方、设计部门、监理部门等，对表土剥离工作缺乏足够的认识，注重耕地数量不重视质量，增加了整治后农业生产中的培肥成本。

1.4.2 表土剥离工艺粗糙 现阶段的表土剥离工艺常出现于复垦研究领域，有“条带复垦表土外移剥离法”和“梯田模式表土剥离法”等生态复垦表土剥离工艺[10]，针对土地整治中表土剥离的工艺研究不多。安徽省的土地整治实践中，剥离机械主要以40～74 kW的推土机和油动0.5～2.0 m3的挖掘机为主，其分别对土地整治规划设计要求的田块进行剥离，较少涉及具体的施工工艺和路径设计，未能有效剥离表土。

1.4.3 表土剥离相关制度不健全 实施土地整治以来，国家和地方政府已经出台了很多相关的法律法规和政策文件，但是针对表土剥离的要求和规定不具备强制性，缺少可操作性，使得从设计、申报、审批、施工、监管、验收等环节均不能保障表土剥离工作的顺利进行。同时，欠缺表土剥离激励机制和惩戒机制，一方面不能在相关工作上给予一定的支持；另一方面不能对未履行表土剥离责任的单位和个人实施相应的惩罚，弱化了相关法律法规的权威性。

1.4.4 表土剥离的资金投入不足 安徽省的土地整治规划方案中，亩均投资不到2 000元，80%左右的经费预算用于整治工程施工，土方工程预算一般为总施工费用的45%左右。土方工程涉及土地平整工程、农田水利工程、田间道路工程等，而土地平整工程的土方量主要来源于表土剥离和土地平整。根据《土地开发整理项目预算定额标准》测算土方，未能制定针对表土剥离的成本核算方式，使得剥离、运输、储存、管理等方面的成本不能准确测算，导致在实际施工中大量压缩表土剥离的资金使用，甚至省略表土剥离工作。

2 丘陵区水田表土剥离技术

2.1 表土剥离原则

在安徽省，由国家投资的土地整治项目区的规模均在800万～990万hm2，新增耕地率控制在3%以上，普遍存在整治规模大、单位面积平均投资低的问题。针对丘陵区水田的表土剥离，从土地整治项目区的选择、规划设计、工程施工等方面均应充分考虑工程量，以减少表土剥离工程量为原则，即减少剥离的土方量。

假设在某土地整治项目区中，自然水田数量为m（m∈N），任意一块水田为a（n），每块水田的高程为h（n），高程差为h（n），其中n

2.1.1 田块归并原则 丘陵区水田的整治中，根据各田块的面积和高差实行归并，小水田块合并为大水田，实行归并后再剥离，构建田块归并原则表（表1），作为表土剥离前的基础。

1）高程差绝对值小于3 cm，相邻田块全归并。在土地平整中，田面平整度要求高程差绝对值（|h（n）|） 应小于3 cm。因此若田块间的高程差低于3 cm，相邻田块可以归并，形成大田块且不需要表土剥离。

2）高程差大于表土剥离厚度，相邻田块两两归并。表土剥离厚度为20～30 cm，相邻田块间高程差大于表土剥离厚度，则以较大水田块选择邻近的田块合并。

3）高程差的绝对值大于3 cm而小于表土剥离厚度，选择性归并。若零散的小田块数量多且集中时，可以选择性归并成若干大田块。

2.1.2 参照剥离原则 在归并后的田块内，选择参照田块。参照田块一般选择高程相对较低的水田块，且参照田块原则上不进行表土剥离工作。归并后水田块实施部分表土剥离，减少表土剥离土方量。

2.1.3 “点对点”原则 在表土剥离工作前，选择和确定表土剥离后的处置场地，一般选择为整治区内的水塘、未利用地和旧村址等。剥离后的土壤从剥离点直接运输到处置点，不进行存储，直接在处置点平整成为耕地。

2.2 丘陵区水田剥离规划

2.2.1 标准水田块设计 标准水田块设计是为了满足土地整治后的水田利于水稻生长和农业机械作业，达到水土保持要求，满足灌溉排水和防护功能，便于农业生产管理。水田块方向设计通常选择南北向，确保水田的长边方向具备足够的光照条件。田块边长一般为300～400 m，具体长度可依据自然条件调整。田块宽度主要考虑机械作业、灌溉和防护要求，即100～300 m；田块形状要求外形规整，结合现有的沟、渠、道、林及其他自然或行政界线，以矩形为宜（图2）。

2.2.2 水田块内部规划 根据安徽省的地形、地貌、气候、土壤等自然特征，进一步对水田进行规划设计。水田一般采取格田形式，格田设计主要考虑灌排因素，满足水稻不同生长阶段的灌排要求。格田的田面高差为±3 cm，长度以40～120 m为宜，宽度以20～40 m为宜，田埂顶宽30 cm，田坎宽度1～2 m（图2）。原则上以自然规整的田坎、田埂为规划边界，划定格田，减少土方工程量。

2.2.3 剥离单元划分 表土剥离单元的数量决定了表土剥离的土方量，直接影响土地平整工作。根据表土剥离原则和标准田块设计要求，划分表土剥离单元。原则上以格田作为表土剥离单元，且所占标准田块中的总格田的比率控制在50%以下。若田块间高程差小于3 cm，以田坎为边，通过机械或者人工法去除田埂，不需要表土剥离；若田块高程差大于表土厚度，参照田块不剥离，剥离其他田块表土；若田块高程差大于3 cm而小于表土厚度，且零散的小田块数量多且集中时，可以选择归并后的部分大田块作为剥离单元（图3）。

2.3 表土剥离工艺

2.3.1 剥离机械选择 在安徽省的土地整治中，普遍采用的施工机械有单斗挖掘机、推土机、履带式拖拉机、拖式铲运机、自卸汽车等，一般选取40～74 kW的推土机和油动0.5～2.0 m3的单斗挖掘机为剥离机械，基本能够满足表土剥离要求。

2.3.2 条带剥离递进回填法 若矩形水田剥离单元的面积为S，其长L，宽W，以长边为轴划分为了n（n∈N）个条带，首先将第一个条带表土剥离，剥离后的表土暂时放入参照田块中，余土的土方放置到表土处置点，从第二个条带起，将第nT个条带的表土回填到第nT-1个条带上，余土运至处置点，依次剥离回填，直到最后n条带的表土回填倒数n-1个条带上，余土运至处置点后，第一个条带的表土回填到第n个条带上（图4）。

2.3.3 剥离造田 由于处置点选择为坑塘、未利用地和旧村址等，在表土剥离工作前需进行相应的预处理工程，即确定处置点的填埋覆土面积和厚度以及划分格田。表土剥离工作开展后，将多余土方直接运输至处置点后平整造田，成为项目区整治后的新增耕地。

3 结论

土地整治中的表土剥离工作对于保护土地资源、保证农田质量和发展农业生产具有重要意义。丘陵地貌和水田本身的特点使得其表土剥离成为安徽省及我国其他中部省份地区的技术难点。本研究立足于安徽省丘陵区表土剥离工作实践，分析了目前表土剥离工作存在的问题，基于归并、参照剥离和“点对点”原则，经过田块内部规划和划定剥离单元，研究并提出了适宜安徽省丘陵区的水田表土剥离新工艺――条带剥离递进回填法，为进一步研究土地整治中表土剥离技术提供了参考。

参考文献：

[1] 王洪杰，李宪文，史学正，等.不同土地利用方式下土壤养分的分布及其与土壤颗粒组成的关系[J].水土保持学报，2002，17（2）：44-46.

[2] 李明金，张宝库，陈长海，等.水稻田耕整地方法的现状及特点[J].农业装备技术，2011，37（3）：49-50.

[3] 鲁 迪，王冠波，喻光明.低山丘陵区农地整理的有序化设计[J].湖北农业科学，2009，48（6）：1488-1491.

[4] 孔样斌，张凤荣，齐 伟，等.集约化农区土地利用变化对土壤养分变化的影响―以河北省曲周县为例[J].地理学报，2003， 58（3）：333-342.

[5] 尹云峰，蔡祖聪，钦绳武.长期施肥条件下潮土不同组分有机质动态的研究[J].应用生态学报，2005，16（5）：875-878.

[6] 蒋勇军，袁道先，谢世友，等.典型岩溶流域土壤有机质空间变异――以云南小江流域为例[J].生态学报，2007，27（5）：2040-2047.

[7] 周学文，赵小敏，胡国瑞，等. 南方丘陵地区水田土壤养分变异分析[J]. 江西农业大学学报，2009，31（5）：919-926.

[8] 黄昌勇.土壤学[M].北京：中国农业出版社，2001.7.

[9] 蔡昆争，骆世明，段舜山.水稻根系的空间分布及其与产量的关系[J].华南农业大学学报（自然科学版），2003，24（3）：1-4.

[10] 付梅臣，陈秋计.矿区生态复垦中表土剥离及其工艺[J].金属矿山，2004（8）：63-65.