面向土地整理的土壤地質(zhì)環(huán)境研究——以泰安市岱岳區(qū)良莊鎮(zhèn)北部丘陵土地整理區(qū)為例

高明秀,東野光亮

(1.山東農(nóng)業(yè)大學報社,山東泰安 271018;2.山東農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院,山東泰安 271018)

面向土地整理的土壤地質(zhì)環(huán)境研究
——以泰安市岱岳區(qū)良莊鎮(zhèn)北部丘陵土地整理區(qū)為例

高明秀1,2,東野光亮2

(1.山東農(nóng)業(yè)大學報社,山東泰安 271018;2.山東農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院,山東泰安 271018)

土地整理;土壤地質(zhì)環(huán)境;可行性研究;土地利用方式;泰安

研究土壤地質(zhì)環(huán)境對土地整理的影響,對于土地整理可行性研究、整理措施和整理后土地利用方式選擇具有重要的意義。采用實地調(diào)查法、實驗分析法與綜合分析法,以泰安市岱岳區(qū)良莊鎮(zhèn)北部丘陵土地整理區(qū)為例,分析了區(qū)域土壤地質(zhì)環(huán)境及其對土地整理的影響。結果顯示,在該區(qū)進行土地整理是可行的,但土地整理后單純以農(nóng)耕地為利用方式并不是最佳選擇。土壤地質(zhì)環(huán)境對土地整理可行與否、整理措施和整理后土地利用方式選擇、利用效益發(fā)揮以及整理后二次災害發(fā)生的可能性起著決定性的作用,土地整理研究應注重對土壤地質(zhì)環(huán)境的分析。

1 土地整理的概念及研究的意義

土地整理是指在一定的區(qū)域內(nèi),按照土地利用總體規(guī)劃所確定的目標和用途,采取行政、經(jīng)濟、法律和工程技術手段,對土地利用狀況進行綜合整治、調(diào)整改造,以提高土地利用率,改善生產(chǎn)生活條件和生態(tài)環(huán)境的過程。土地整理對增加有效耕地面積,提高耕地質(zhì)量和土地利用率,緩解人地矛盾,加快農(nóng)田基礎設施建設,改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件,治理水土流失,改善生態(tài)環(huán)境,調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構和改善土地利用方式,促進農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收和社會主義新農(nóng)村建設,具有重要的意義。

土地整理的對象是土地,土地是地質(zhì)體的一部分,土地的形成和其理化性質(zhì)都與地質(zhì)密不可分[1]。土地整理區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件決定了該地區(qū)的水系、地貌形態(tài)、土壤及植被類型,并進一步影響著土地整理的重點和難度。實踐證明,在良好的地質(zhì)環(huán)境條件下,土地整理的效果將會產(chǎn)生倍增效應,而在不良的地質(zhì)環(huán)境條件下,如果處理不善,土地整理不僅不會造福而且還可能引發(fā)災害。因此,以土壤地質(zhì)學理論為基礎,研究土地整理復墾與土壤地質(zhì)環(huán)境的關系,并以此作為土地利用適宜性評價、限制性分析、土地整理可行性研究以及科學地選擇整理措施的依據(jù),使土地整理順應地質(zhì)環(huán)境而進行,最大程度地避免國家和人民生命財產(chǎn)損失,最大程度地拓展土地資源的利用空間,是當前合理利用土地、防治地質(zhì)災害的重要環(huán)節(jié)[2]。

盡管災毀土地整理復墾已經(jīng)得到重視[3-4],也有學者在土地開發(fā)整理適宜性評價中選用了一些地質(zhì)、土壤和水文因素指標[5],但總體而言,當前土地整理研究中,土壤地質(zhì)環(huán)境條件往往僅作為項目區(qū)概況介紹的一部分,分析得不夠深入。本研究以泰安市岱岳區(qū)良莊鎮(zhèn)北部丘陵土地整理區(qū)為例,對該區(qū)水土流失及沙化退化土地整理的可行性、整理措施及整理后利用方式選擇進行深入分析,以期為土地整理研究中加強土壤地質(zhì)環(huán)境分析提供借鑒。

2 研究方法與研究區(qū)概況

2.1 研究方法

研究區(qū)土地利用狀況、地形地貌、土壤母巖等采用實地調(diào)查并結合文獻資料進行綜合分析;土壤大形態(tài)采用野外描述,在室內(nèi)進行物理化學性狀分析;土壤微形態(tài)通過將在野外采集的原狀土樣帶回室內(nèi)經(jīng)固結、切片、磨片后在偏光顯微鏡下觀察、描述并拍照進行分析[6]。

2.2 研究區(qū)概況

研究區(qū)是泰安市岱岳區(qū)土地開發(fā)整理規(guī)劃(2001—2010年)中確定的土地開發(fā)整理重點區(qū)域,總面積 10 487.38hm2,規(guī)劃項目 15個,規(guī)劃開發(fā)整理總面積 3 078.15 hm2,新增耕地875.27 hm2。研究區(qū)地處魯中南中低山丘陵區(qū),屬暖溫帶大陸性半濕潤季風氣候,四季分明,雨熱同季,降水集中且季節(jié)性差異明顯,年均氣溫 12.8℃,年均降水量 698.3 mm,冬春盛行偏北風。

區(qū)內(nèi)土地資源短缺與經(jīng)濟發(fā)展的矛盾突出,人均耕地只有0.069 hm2,大面積土地存在著較嚴重的水土流失和沙化、退化問題[7]。

(1)土地破碎,生產(chǎn)力和利用率低。根據(jù)山東省水土保持區(qū)劃[8-9],該區(qū)屬魯中南中低山丘陵極強烈侵蝕區(qū),年侵蝕深 2～4mm,侵蝕模數(shù) 2 000～5 000 t/(km2·a),高者達 5 843 t/(km2·a)。區(qū)內(nèi)溝壑縱橫,坡耕地支離破碎,單塊耕地面積有的只有幾平方米,嚴重影響規(guī)?；?jīng)營和機械化作業(yè)。

(2)土地沙化、退化,生態(tài)環(huán)境脆弱。區(qū)內(nèi)土地大面積沙化、退化,沙化、退化的土地與非沙化土地的比例高達 1∶3;防護林面積小,生態(tài)環(huán)境脆弱,風沙災害嚴重,受害最重的良莊鎮(zhèn)山陽村、茅茨村等曾一度出現(xiàn)過流動沙丘;風蝕加劇了水土流失,破壞了生態(tài)環(huán)境,造成糧食、果品、蔬菜減產(chǎn),給人民生活帶來了極大不便甚至大的經(jīng)濟損失。

3 區(qū)域土壤地質(zhì)環(huán)境及其對土地整理的影響

地質(zhì)構造影響地形、氣候、水文及土壤分布規(guī)律,地質(zhì)條件影響土壤元素含量及理化性質(zhì),進而影響到土地的適宜性,由此構成的氣候、植被、水、熱等因素與土壤地質(zhì)之間的相互作用鏈影響著土地的質(zhì)量及其利用方向。因此,對土地整理區(qū)的土壤地質(zhì)環(huán)境分析應從大的區(qū)域地質(zhì)構造分析入手,然后再逐步深入分析整理區(qū)的地形地貌、土壤及其對小氣候、植被、土地利用等的影響。

3.1 區(qū)域土壤地質(zhì)環(huán)境分析

3.1.1 地形地貌對氣候因素的再分配

地質(zhì)構造決定著地形地貌,進而影響氣候因素的再分配,成為水土流失和土地沙化的外部誘導因素。研究區(qū)地處魯中南斷塊中低山丘陵區(qū),處于泰安大王莊斷裂、泰萊凹陷、汶口斷裂、汶口—汶東凹陷、蓮花山斷裂的環(huán)圍之中,北面的泰山主峰海拔 1 545m,徂徠山主峰海拔 1 027 m,與其東側(cè)之蓮花山低山共同構成一狀如平行四邊形的斷塊山地。該區(qū)位于構造線以北西向為主的徂徠山西南一側(cè),由沿泰山—徂徠山復背斜而來的西北風在此形成“走廊效應”,而東北風分別經(jīng)萊蕪凹陷和汶東凹陷后產(chǎn)生夾擊回旋之勢,加上區(qū)內(nèi)還是西南風的迎風面,秋冬春三季干旱,致使風蝕嚴重。近年來的持續(xù)干旱,良莊鎮(zhèn)年降水量不足 300 m m,風蝕有加重之勢。

研究區(qū)地勢北高南低,海拔 130—237.6 m,坡度大體在2°～10°之間,局部大于 10°。降水年度、季節(jié)分布嚴重不均,冬季降水僅占全年降水量的 4%,夏季降水占 65%～70%,具有春冬旱、夏澇、秋又旱的特點。豐水年降水量大且降水時間集中,水流匯集快,對土地造成強烈沖刷,溝谷、河流源短流急,汛期徑流攜帶大量泥沙傾瀉而下,坡度變緩時又造成泥沙淤積,在河流兩岸及山丘溝谷、坡面、坡麓形成較大面積的沙化土地。在地表徑流的作用下,區(qū)內(nèi)土壤侵蝕主要有片蝕和溝蝕兩種:片蝕使耕地形成較多的凹凸不平的小型淺凹地和凹槽,甚至裸巖出露地表;溝蝕形成大量的淺溝、切溝和小型扇形地,盡管這些小型扇形地土壤條件較好,但由于相當不穩(wěn)定,加上侵蝕切割作用,使其常常難以耕作。區(qū)內(nèi)地下水埋藏較深,加上土壤孔隙大、毛管孔隙少,土壤毛管水上升困難,表土層易干燥。

3.1.2 母巖巖性和礦物學特性及土壤性狀分析

3.1.2.1 母巖巖性和礦物學特性分析

研究區(qū)地層以太古界泰山群為主,其次是新生界第三、第四系地層,主要巖石類型有黑云斜長片麻巖、黑云角閃斜長片麻巖、斜長角閃巖及少量黑云變粒巖。從巖體上看,泰山巖體分布廣泛,按成因分為巖漿型和混合交代型兩大系列?；旌辖淮拖盗袔r體分布廣泛,可分為“原地混合花崗巖”和“準原地混合花崗巖”兩大類?；旌匣◢弾r礦物主要有斜長石、微斜長石、鉀長石、石英、黑云母、綠泥石、綠簾石、磷灰石、白云母(絹)、磁鐵礦、褐鐵礦等,角閃巖礦物主要有角閃石、石英、斜長石、黑云母、綠簾石等,礦物中以長石、石英含量最高。第四系洪積層廣布于山前地帶,呈黃褐色,為砂夾巨礫,在暖溫帶大陸性季風氣候條件下,如果環(huán)境較溫潤和穩(wěn)定,可以發(fā)育為性狀較好的棕壤;但由于石英、長石含量高,晶粒較粗,礦物穩(wěn)定性較高,環(huán)境條件較差的情況下形成了質(zhì)地粗、石礫多的土壤,透水透氣性雖好,但保肥能力較差,水土極易流失。表現(xiàn)在土壤上,礦物組成以石英、長石、云母、角閃石為主,偶見綠泥石、蛇紋石,其中石英含量最高,可達礦物成分的一半以上。質(zhì)地由粗變細時,石英比例減小,長石、云母及其風化物的比例增大。水土流失過程中,隨著細粒物質(zhì)的流失,土壤逐步變得瘠薄。

該區(qū)地質(zhì)構造復雜,褶皺和斷裂較發(fā)育。基巖裂隙發(fā)育,地表溝谷縱橫,坡面多有松散堆積物,易發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流等災害。此外,由于長石含量豐富,局部地帶形成長石礦,長期的無序開采在坡面上留下了許多坑洞,加劇了土地的破壞。

3.1.2.2 土壤性狀分析

區(qū)內(nèi)土壤類型主要為棕壤,其成土母質(zhì)是混合花崗巖、黑云母片麻巖、斜長角閃巖等石英含量較高的巖石風化殘坡積物和坡洪積物。土壤剖面呈明顯的棕灰色或棕褐色,通體無石灰反應,呈中性或微酸性,p H值為 6～7,受地形、侵蝕性和淺層地下水的影響,可劃分為棕壤性土和棕壤兩個亞類。

棕壤性土分布在區(qū)內(nèi)北部丘陵坡地上,土層厚度一般在10～30 c m之間;土壤中含有大量粗砂和礫石,結構體發(fā)育不好,以屑粒狀為主,孔隙大而多,土質(zhì)疏松,不抗旱,不保肥水,侵蝕嚴重。野外質(zhì)地評定大都為多礫質(zhì)砂壤土、砂土,與室內(nèi)機械分析結果相一致[6]。

棕壤分布于區(qū)內(nèi)溝谷梯田、坡麓梯田和近山階地,多由坡積洪積物形成,顏色以棕色為主,表層質(zhì)地多為砂壤土和輕壤土,部分為中壤土;成土年齡較久,剖面發(fā)育較好,在淋溶層下有較明顯的淀積層,淀積層有明顯的膠膜和鐵錳結核,質(zhì)地偏黏,底土層較黏重,多棱柱狀結構;剖面有明顯的次生黏化和黏粒移動及淀積現(xiàn)象;多用作旱作農(nóng)田,較少用作林地且零星分布。區(qū)內(nèi)棕壤可細分為砂壤均質(zhì)坡積洪積物棕壤、砂壤均質(zhì)洪積物棕壤和輕壤表厚黏腰洪積物棕壤 3個土種,以砂壤均質(zhì)洪積物棕壤為多見。由于土體內(nèi)存在黏淀層,妨礙水分下滲,也會發(fā)生水土流失。

3.2 區(qū)域土地整理可行性分析

新中國建立后,通過植樹造林,特別是 1964年良莊鎮(zhèn)茅茨村在山東省水土保持站指導下,在村北營造防風固沙林帶并進行了全方位綜合整治,曾有效地控制了區(qū)內(nèi)風沙危害。這也說明,盡管地形地貌和氣候等水土流失和沙化退化的誘因始終存在,但通過土地整理,改善土地條件,減少水土流失誘因發(fā)生的幾率和減輕危害程度是可以實現(xiàn)的。

3.2.1 微域地質(zhì)環(huán)境改善的可行性

人類雖不可能完全改變地質(zhì)環(huán)境,但可以在一定程度上改善微域地質(zhì)環(huán)境。實踐證明,土地整理中通過邊坡固定、清理耕地上坡面的松散坡洪積物、移除或加固松動的巖石以及修筑圍堰、建生物護坡等,可有效防止崩塌、滑坡對土地的破壞,削高填低、合并地塊可以有效地控制地表水的侵蝕。

徂徠山的構造線從宏觀上控制了區(qū)內(nèi)小地形的分布,影響著水土流失的方向,因此田塊走向要結合構造線與等高線來設計。在坡地上沿等高線修筑梯田進行土地平整,并適當采取引流措施,將多余的水引入溝谷中的塘壩、蓄水池,既可以減輕對土地的侵蝕,又可以作為備用水源。研究區(qū)屬丘陵區(qū),土地整理中往往要采用爆破措施,爆破中要盡可能采取控制性的定向爆破,以防止引起基巖爆裂留下隱患。此外要加強對長石開采的管理,防止出現(xiàn)邊整理邊破壞的現(xiàn)象。

3.2.2 土壤改良的可行性

研究區(qū)土壤的限制因素主要是土層薄而不均、土壤沙化及生產(chǎn)力低下等,可采取有針對性的措施進行改良。根據(jù)水土流失特征,在裸巖石礫地采取人工取石覆土植樹種草措施,以改善生態(tài)環(huán)境;在沙化土地上采取抽沙換土、翻土壓沙、增施有機肥等措施,將沙化土地改良為優(yōu)質(zhì)耕地。

棕壤的肥力高低與土壤有機質(zhì)含量關系密切。據(jù)研究,單產(chǎn) 7 500 k g/hm2以上的高肥力棕壤,表土有機質(zhì)含量一般大于1.5%,心土層的有機質(zhì)含量也在 1.0%以上。然而,研究區(qū)內(nèi)耕作土壤表土有機質(zhì)含量均低于 1.0%,植被較好的荒草地和林地表土有機質(zhì)含量均在1.3%以下。通過提高土壤有機質(zhì)含量可以改良土壤質(zhì)地并減輕水土流失,為高產(chǎn)打下良好的基礎。在提高土壤有機質(zhì)含量方面,施用牲畜圈肥、加大秸稈還田量、種植綠肥等措施都可采用。

對研究區(qū)土壤微形態(tài)的分析發(fā)現(xiàn),土壤基質(zhì)物質(zhì)、黏粒含量在表層(A層)明顯減少,而在 B層(無 B層者除外)有所積累,這種現(xiàn)象在坡上與坡下的對比中也明顯存在。土壤結構、孔隙、生物多樣性、根際微環(huán)境優(yōu)度的分析結果也體現(xiàn)了一致性的規(guī)律,而粗骨顆粒的表現(xiàn)則是逆向的。這反映出水土流失導致該區(qū)土壤基質(zhì)、黏粒物質(zhì)流失,粗骨顆粒、石礫含量相對增加,質(zhì)地、結構性、孔隙以及根際微環(huán)境變差,生物多樣性減少,土壤顆粒結持性降低,抗蝕能力減弱,形成了惡性循環(huán)。此特征也給土地整理措施選擇以啟示,水土流失和沙化嚴重地區(qū)的土地整理不能以增加耕地面積為主要目的,而應以改善生態(tài)環(huán)境為主。因此,整理中可適當加大生物護坡帶的寬度,實行喬灌草合理搭配,并選擇水土保持效果好的品種,不能以追求經(jīng)濟利益為目的,在邊坡種植采伐頻繁的品種;整理后的管護中要嚴格控制林木采伐更新,要調(diào)整種植結構和種植方式,減少土壤直接裸露地表的時間,這樣就可以減少土壤流失的幾率。

3.2.3 水文條件可行性

區(qū)內(nèi)河流及地下水的p H值為 6.5～7.5,礦化度為 250～450mg/L,無污染,水質(zhì)良好,地下水主要由降水補給,可作為農(nóng)業(yè)灌溉用水源。地下水較貧乏,實際開采模數(shù)小于 5萬m3/km2。區(qū)內(nèi)有多條季節(jié)性河流,周邊有多個中小型水庫、塘壩,總蓄水量一般年景保持在 920萬 m3左右,如再輔以機井提水,基本可以滿足區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)用水需求。

3.3 土壤地質(zhì)條件對整理后土地利用方向的影響

如前所述,研究區(qū)屬丘陵地貌,土地水土流失、沙化退化嚴重,地質(zhì)環(huán)境條件決定此區(qū)土地以林草利用方式為佳,當?shù)厝罕姸嗄甑纳a(chǎn)實踐也證明了這一點。我們在近年的研究中發(fā)現(xiàn)[6,10],研究區(qū)不同土地利用方式下的土壤結構差異明顯。微形態(tài)綜合評定結果顯示,林地和林糧間作土地的土壤結構最好、質(zhì)量最高,其次為未利用地,農(nóng)耕地和幼林地質(zhì)量最差。耕地土壤中 A層土壤質(zhì)量較差,而B層土壤總體質(zhì)量相對較好,這說明該區(qū)土地用作林地對促進土體結構的改善最為有效。如果將該區(qū)土地用作耕地,反而會使土壤結構惡化,保肥、保水性能降低,不利于水土流失防治。這表明研究區(qū)土地整理后以林果草業(yè)利用方式最好,這與區(qū)內(nèi)地形地貌、坡度、氣候、水文等條件決定的整理后最優(yōu)選擇一致。但是,限于目前耕地動態(tài)平衡指標的控制,土地整理是以補充耕地為主要目的的,故整理中應特別重視加強防護林建設,適當提高林地比例,以保證整理后土地利用的可持續(xù)性。

4 結果與討論

(1)本研究以土壤地質(zhì)學理論為基礎,分析了泰安市岱岳區(qū)良莊鎮(zhèn)北部丘陵區(qū)土壤地質(zhì)環(huán)境條件與土地整理的相互影響,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)的土壤地質(zhì)環(huán)境條件,對當?shù)氐耐恋卣砜尚信c否、土地整理措施和整理后土地利用方式的選擇、利用效益的發(fā)揮起著決定性的作用。研究區(qū)進行土地整理是可行的,但土地整理后單純以農(nóng)耕地為利用方式并不是最佳選擇,應結合當?shù)赝寥赖刭|(zhì)環(huán)境條件提高林果草業(yè)利用比例,以保證整理后土地利用的可持續(xù)性。

(2)鑒于當前土地整理可行性研究和規(guī)劃設計中對土壤地質(zhì)環(huán)境分析較為忽視的現(xiàn)實,本研究對規(guī)范土地整理可行性研究特別是注重其中的土壤地質(zhì)環(huán)境分析具有重要的現(xiàn)實意義。

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F 301;S 159

A

1000-0941(2011)06-0016-03

國家科技支撐計劃項目(2008B A B 38B 06-01);山東省軟科學研究計劃項目(2009R K A 232)

高明秀(1971—),男,山東青州市人,副編審,博士,從事土地資源與農(nóng)村發(fā)展等研究。

2010-11-15

(責任編輯 趙文禮)