土体有机重构及应用

土体有机重构及应用

雷娜

1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安， 710075； 2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安， 710075； 3.自然资源部退化及未利用土地整治重点实验室，陕西 西安 710075； 4.陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西 西安， 710075

摘要：土体有机重构一般是人类在尊重自然规律的前提下，采取工程手段充分发挥主观能动性，使土壤形成的过程加快、减慢或者逆转，通过无机的手段带动有机的过程或通过有机促进无机的发展。在实际操作中，可以通过以置换、复配、增减等技术手段，使用物理、化学以及生物重构的方法进行土体重构。重构土体的构建可以增加耕地面积，缓解我国用地紧张的局面，同时提高了土壤质量，保障区域粮食安全，构建新生态系统，保障区域可持续发展。

关键词：有机重构；重构材料；重构方法；物理重构；化学构建；生物重构

Organic Reconstruction and Application of Soil

Lei Na

（1.Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co., Ltd.；2. Institute of Land Engineering and Technology, Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group Co., Ltd.；3. Key Laboratory of Degraded and Unused Land Consolidation Engineering, the Ministry of Land and Resources；4. Shaanxi Provincial Land Consolidation Engineering Technology Research Center Xi’an, China）

Abstract: The organic reconstruction of soil generally means that human beings adopt engineering methods to give full play to their subjective initiative under the premise of respecting the laws of nature, so that the process of soil formation is accelerated, slowed down or reversed, and the organic process is driven by inorganic means or promoted by organic Inorganic development. In actual operation, the soil can be reconstructed by using physical, chemical and biological reconstruction methods through technical means such as replacement, compounding, addition and reduction. The reconstruction of soil construction can increase the area of arable land, relieve the shortage of land in our country, and at the same time improve soil quality, ensure regional food security, build a new ecosystem, and ensure regional sustainable development.

Keywords: organic reconstruction; reconstruction materials; reconstruction methods; physical reconstruction; chemical construction; biological reconstruction

土地自然利用的过程比较缓慢，土体是在几千年、几万年的自然作用和人类社会经济活动的影响下，逐渐形成并不断变化的，有些变化是良性，有些变化则是恶性的。土体有机重构一般是人类在尊重自然规律的前提下，采取工程手段充分发挥主观能动性，使这一过程加快、减慢或者逆转，通过无机的手段带动有机的过程或通过有机促进无机的发展。对构成土体的材料、结构和生物营养等方面进行研究，以置换、复配、增减等技术手段，对土体结构进行重新构建，对土地质量进行提升，对土体环境做出改良，对退化、污损、低效利用等难以利用土体或未利用土体重新构建，将无生命体特征、状态不良的土体转变为具有生命特征的，适宜生命体生存、繁衍的土体。重构土体既能应用于农业生产，也能应用于建设，本文只讨论前者。

1. 土体有机重构的范围

土体有机重构的研究范围主要界定于地表到第一层潜水层以上，纵向跨度从几公分到数百米，根据目标值的不同，取其一定深度范围进行研究和改造重构，从而达到目标生命体所需承载的基础条件。土体有机重构与其它构筑物的基础研究有着本质区别，它是具有一定的生命特征，并能维护生命体繁衍发育的过程（图1）。

传统的土体重构属于无机重构，针对的多为非生命体的承载需求，如土地平整度、土地承重性等。而土体有机重构与土体无机重构最根本的区别在于，土体有机重构以满足目标生命体的承载需求为主要目的，如整治对象的勘察、材料的选择、土体结构的建设、土体化学成分的调节、生物营养元素的调配等，生命体才是其中的决定因素。非生命体对土地的需求，如力学的计算、土体渗漏、土体沉降性等也是土体有机重构的内容，但其目的仍是满足生命体的承载需要。土体有机重构的研究范围更广，针对性更强，在土体有机重构中，土体是一个完整的生命系统，依赖土体而生存的微生物、植物、动物和人类等生命体都是其服务对象。

图1 土体有机重构研究范围

表1 土体有机重构与无机重构的区别

土体有机重构与无机重构根本上都服务于生命体，两者的区别在于首先是服务对象，其次是研究对象，再次是研究目标，最后是服务于生命体的方式不同（表1）。

2. 重构土体材料

土体有机重构的服务对象是有机生命体，通过对一定深度土体进行研究，以置换、复配和重构等技术手段，为承载生命体提供必要的条件。土体有机重构材料研究是将土壤、有机物等自然材料、高分子等人工合成材料应用于土体有机重构中，作为构成土体的物质组成，调配土壤机械组成、确定复配土层厚度、优化土体剖面构型，改良土体物理性质，对自然成土材料、人工合成材料开展颗粒组成、持水特性、养分供应特性等的分析与研究，开展不同材料的成土应用研究，突破土源限制因素，以期对低效利用、不合理利用、未利用以及生产建设活动和自然灾害损毁的土地进行整治，提高土地利用效率。

随着社会经济的发展，土地面积减少，土地质量降低。人类生活与土地需求之间的矛盾日益尖锐，所以未利用土地的开发和提高土地质量成了迫在眉睫的问题。新时代的土地整理旨在根据当地实际条件，寻求废弃土体的再造和开发新型资源，形成新土壤。重构土体材料分为常见及特殊型土体重构材料。常见土体重构材料主要是各种土壤，根据质地一般分为粉土、壤土和粘土，在施工中一般就地取材。特殊土体重构材料主要有矿石材料、生物材料、废弃物以及人工合成材料等。其中矿石材料有砒砂岩、页岩、沙、蛭石等、生物材料有生物炭、废弃物有粉煤灰、煤矸石、糠醛渣、污泥等；人工合成材料有聚丙烯酰胺、聚乙烯醇树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇、脲醛树脂等，聚丙烯酰胺是研究者最为关注的人工合成土壤改良剂。另外还有腐植酸、硫磺、黑矾(硫酸亚铁)、粗硫酸、硫酸铝及酸性肥料等、石膏、磷石膏、脱硫石膏、氧化钙、石灰石等改良材料。

3. 重构土体构建的方法

主要有构建土体结构的物理重构、快速熟化土壤的土体化学重构以及提高土壤养分及微生物活性的土体生物重构，通过重构，形成新的土体或改良原有土体的质量。

（1）土体物理重构

一般来说，土体颗粒重构和土体剖面层级重构是同步进行的，土地工程上应因地制宜，因势利导，应用土地工程技术手段，对土体剖面构型进行改造、改良，在耕作条件下稳定地调节其肥力和稳定性，使整个土体剖面层级的形成向着有利的方向发展。

土体颗粒重构主要包括保土和改土两方面内容。其中保土一般是采取工程技术或生物改良措施，保障土体的流失量在一定的阈值内。控制土体的流失量是土体改良的前提条件。改土的目的是优化土体的颗粒级配，改变土的三相组成，进而增加土体有机质和养分含量，稳定土体结构，改良土壤性状，提高土体肥力。土体颗粒重构的物理方法主要是对土层的改造，主要方法有客土法，土层混合法，引洪淤积法，合理灌溉、晒垡、冻垡等。

土体构型已被广泛用于土体分类、土体肥力与土地资源评价、土体生态评价等多方面的研究和实践。因此调查研究具有特殊性的不同土体时，通过理论探讨和实践验证，鉴别土体构型的主要指标，确定土体剖面构型的类别，找出最佳的土体构型，对指导农业生产、改良利用农用地提供科学依据。耕地的土体改造，主要针对耕地贫瘠，质地砂、粘、板、薄和砾石多的不良土体，采用不同的技术措施，创造表土疏松层、中间营养层和底层紧实的托水托肥层

^[1]。根据耕作土体的剖面结构特点以及优良的土体特征，使构建土层保持或优于正常耕作土体的剖面层次构造，对建立适宜植物生长环境、快速恢复土地的生产力^[2]，提高土地资源的利用率和产出率，增加有效耕作层面积，缓解人地矛盾具有重要意义。

针对退化土体的颗粒和结构重构，具体改良措施有：适时耕作，增施有机肥，改良贫瘠土壤；客土、漫沙、漫淤等，改良过砂过粘土壤^[3]；平整土地；设立灌、排渠系，排水洗盐、种稻洗盐等，改良盐碱土^[4-5]；植树种草，营造防护林，设立沙障、固定流沙，改良风沙土等^[6]。

（2）土体化学重构方法

对于碱地土体，化学重构的重点是施用土壤改良剂，降低或消除土壤盐分和碱分，原理主要是利用胶体的离子吸附交换作用和酸碱中和反应来进行，具体有四种方法。一是施用脱硫石膏，二是施用生物有机肥，三是施用硫磺/硫化铁及废硫酸或绿矾等，四是施用生理酸性肥料。

对于酸性土体，化学重构的重点是调节土体的酸性，为植物生长和发育提供良好的环境。酸性土壤的化学改良必须结合水利、农业等措施，才能取得更好的效果。具体有三种方法。一是施用石灰或者磷石膏，酸性土体石灰需要量可通过交换性酸量或水解性酸量进行大致估算，还可根据土体的阳离子交换量及盐基饱和度、土体潜性酸量等进行估算，二是施用硼泥类物质，三是施用有机物质。

（3）土体生物重构

土体生物重构中的目的是在土体化学重构的基础上进一步提升土壤质量，改良土壤微观结构，形成良好的土壤生态环境，保障粮食安全。

一是施用一定量的绿肥、有机肥和复合肥来改善土壤氮、磷、钾含量，补充作物生长有机质及其营养元素，使其较快生长；二是根据土体的环境条件在土体中放入有益微生物和动物，形成良性循环。

4. 土体有机重构的应用

土地工程是提高土地质量的必要手段，土体有机重构是土地工程的核心，目的是为人居环境和作物生长提供健康的土地，终极目标是追求生态和谐。

土体有机重构是解决不良土体问题的有效手段，如果土体结构存在问题，那么就会导致土地生产力的降低，依附于土地的工程设施建设将会受到极大的限制，难以发挥应有的作用，结构不良或者遭到破坏的土体，对水分、养分、气体、热量等因素的调控能力较差，不能支撑作物的生长，污染物质对土体健康产生了极大的破坏，导致农作物无法生长，或者虽然能够生长，但生命体的安全得不到保障，土体结构不良或污染的土地用于建筑物的建设，则会严重危害居住者的身心健康，我们只有通过土体有机重构的手段，才能够解决土体结构中存在的问题。

土地工程的核心是土体有机重构，服务对象是土体所承载的生命体，包括植物、动物、微生物和人类。土体有机重构是生态文明的基础，生态文明是土地工程的终极目标。一方面，土地工程可以直接为人类提供更多的清洁土地，促进生态文明的发展。在废弃的矿山地区，我们通过化学、生物等措施降低或消除了受污损土地的重金属等污染，重构了受污损土地的质量，恢复了林地、耕地，构建了新的生态系统，彻底改善了该区的生态环境现状，再现了美丽家园。另一方面，土地工程也间接解决人类生存发展中面临的其他生态问题，为人类生存环境的持续改善贡献力量。雾霾四处蔓延，环境污染引发的公害病、职业病事件时有发生。土地具有强大的吸附作用，是污染物的重要集散地，通过土地工程，首先改变点尺度环境质量，继而改善区域生态环境质量，长时间效应下继而必会改善整个地球生态环境质量。

5. 结语

重构土体的构建可以增加耕地面积，缓解我国用地紧张的局面，同时通过化学、生物等措施降低或消除了受污损的土地，提高了土壤的质量，保障区域粮食安全，恢复了林地、草、耕地，能够构建新的生态系统，形成良好的生态系统，保障区域可持续发展。

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