平 原，馬美景，郭忠錄

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 水土保持研究中心，湖北 武漢 430071； 2.武漢市水務(wù)科學(xué)研究院,湖北 武漢 430014)

古人有云：“日月麗乎天，百谷草木麗乎土?！蓖寥廊κ桥c人類關(guān)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(guó)古代神話故事“女媧造人”也表達(dá)了這個(gè)思想。土壤與人類文明息息相關(guān)，歷史上的大禹治水，都江堰工程都是為了保護(hù)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(hù)，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(hù)和防護(hù)。在我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程中，由于沒有及時(shí)認(rèn)識(shí)到表土資源的重要性，導(dǎo)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(yán)重影響了我國(guó)的糧食安全和生態(tài)安全[1]。

2015年聯(lián)合國(guó)《世界土壤資源狀況報(bào)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(jī)碳損失、養(yǎng)分不平衡、土壤酸化、土壤鹽漬化、土壤污染、土壤滯水嚴(yán)重、土壤板結(jié)、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(dá)250億～400億t[3]。2018年我國(guó)水土流失面積仍有約277萬km2，約占國(guó)土面積的29%；我國(guó)土壤荒漠化嚴(yán)重，總面積約270萬km2，占國(guó)土面積的28%以上，且仍有持續(xù)擴(kuò)大的趨勢(shì)；我國(guó)土壤污染也比較嚴(yán)重，約一半的土地受到了不同程度的污染，土壤資源環(huán)境不容樂觀。

1 土壤的重要性及作用

1.1 土壤是農(nóng)林牧業(yè)的生產(chǎn)基礎(chǔ)

土壤是植被生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，沒有肥沃的土壤，植被將很難存活。土壤為植物提供了機(jī)械支撐，植物根系向下生長(zhǎng)形成“錨桿”固定，使地上部分穩(wěn)定生長(zhǎng)。土壤是營(yíng)養(yǎng)庫，是陸地植物所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)重要供給源，作物生長(zhǎng)發(fā)育所需要的水、肥、氣、熱大多數(shù)直接或間接從土壤中獲得。天然表土覆蓋增加了土壤有機(jī)碳、腐殖質(zhì)和土壤有效磷的含量[4]，可以提供農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的90%的氮和25%～50%的磷[5]。2019年我國(guó)糧食總產(chǎn)量達(dá)到6.639億t左右，人均糧食占有量約為474 kg，基本實(shí)現(xiàn)了自給自足。

1.2 土壤保護(hù)生物多樣性

土壤是地球上生物種類最豐富、數(shù)量最多的亞系統(tǒng)。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中土壤動(dòng)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(dòng)物被描述[6]。土壤為它們提供了棲息地(或潛在動(dòng)植物群落發(fā)展地)和繁殖場(chǎng)所，對(duì)于保護(hù)和提高動(dòng)物多樣性具有重要作用。土壤被認(rèn)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(dá)800萬種微生物，數(shù)十億的微生物細(xì)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(duì)于土壤微生物的認(rèn)知甚少，95%以上的微生物尚未被分離培養(yǎng)過[8]。植物種子成熟后掉落在土壤中，使表土成為一個(gè)強(qiáng)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(jià)值的生物。我們臨床所用的抗生素大多數(shù)來自于土壤中的微生物，土壤動(dòng)物如蚯蚓、螞蟻等也具有藥用價(jià)值，可以治療疾病。

1.3 土壤表層動(dòng)物和微生物群系適中

大多數(shù)土壤小型動(dòng)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(jìn)土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)形成，并且可以顯著增加土壤有機(jī)碳的含量，蚯蚓的糞便可以提升土壤肥力，促進(jìn)植物生長(zhǎng)；黃建全等[11]以蚯蚓糞便作為葡萄扦插苗的生長(zhǎng)基質(zhì)之一，結(jié)果表明合理的蚯蚓糞便比例對(duì)葡萄植株生長(zhǎng)各項(xiàng)指標(biāo)都有促進(jìn)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(chǎn)量，改善土壤質(zhì)量。土壤動(dòng)物還可以破碎植物枯枝落葉，將這些有機(jī)質(zhì)殘?bào)w運(yùn)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(shù)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(xì)菌、真菌、放線菌等。1 g土壤中通常含有數(shù)十億個(gè)微生物，數(shù)量十分驚人。土壤微生物可以起到分解、傳遞養(yǎng)分和促進(jìn)植物生長(zhǎng)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(tài)的氮；放線菌群可以長(zhǎng)期定量分泌抗生物質(zhì)，抑制病害。土壤微生物與植物共生可改善土壤團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)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(guān)的土壤蛋白(GRSP)，可有效黏結(jié)土壤顆粒，改良土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，提升土壤質(zhì)量[13-14]。土壤微生物也受植物的反饋調(diào)節(jié)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(huì)隨林分密度而發(fā)生改變，最佳林分密度可以使微生物最大限度地發(fā)揮改良土壤功能。

1.4 土壤固碳調(diào)節(jié)全球氣候穩(wěn)定

全球氣候變化會(huì)對(duì)我國(guó)的糧食產(chǎn)量、糧食安全、自然災(zāi)害、農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等產(chǎn)生重要的影響，維持全球氣候穩(wěn)定意義重大[16]。土壤有機(jī)碳(SOC)在土壤團(tuán)聚體中的固存和礦化過程，對(duì)于緩解氣候變化和降低土壤退化風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義[17]。土壤固碳功能相當(dāng)強(qiáng)大，全球土壤每年可固定4億～12億t碳[18]，是地球表層生態(tài)系統(tǒng)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(wěn)定和維護(hù)了大氣中CO2的濃度，保證了全球氣候的穩(wěn)定。目前我國(guó)土壤資源緊張，土壤固碳規(guī)模相比于西方國(guó)家差異較大，總體碳密度要低于世界平均值，保護(hù)土壤資源勢(shì)在必行。

1.5 土壤圈維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定

在生態(tài)系統(tǒng)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(zhuǎn)化與遷移、物質(zhì)轉(zhuǎn)化最為頻繁的圈層[20]。全球50%以上的有機(jī)、無機(jī)污染物最終會(huì)滯留在土壤中，經(jīng)過一系列生物化學(xué)反應(yīng)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(huán)過程中起到了關(guān)鍵性作用[18]。地面上的水分通過蒸發(fā)回到大氣中，經(jīng)過遷移后又以降水的形式掉落在地面上，補(bǔ)充地表地下水資源，形成水分大循環(huán)，土壤在水分循環(huán)過程中對(duì)水分的容納可以減緩地表徑流的產(chǎn)生，減緩徑流沖刷導(dǎo)致土壤侵蝕的過程。土壤供給養(yǎng)分促進(jìn)植物生長(zhǎng)，植物吸收養(yǎng)分獲得的能量在食物鏈中層層傳遞，最后經(jīng)過分解又回到了土壤中，促進(jìn)了養(yǎng)分循環(huán)，保障了自然的平衡。

1.6 土壤提供原材料、構(gòu)建成景觀及保護(hù)文化遺產(chǎn)

“China”也有陶瓷的意思，我國(guó)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(chǎn)建設(shè)活動(dòng)中；土壤可以構(gòu)成自然景觀，如五色土、張掖丹霞地貌等奇特的土壤風(fēng)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(zhì)會(huì)因此發(fā)生改變，為考古提供科學(xué)依據(jù)。

1.7 保護(hù)土壤資源是建設(shè)美麗中國(guó)的必然要求

黨的十八大報(bào)告提出建設(shè)美麗中國(guó)，強(qiáng)調(diào)把生態(tài)文明建設(shè)放在首位。土壤污染問題是人民群眾比較關(guān)心的問題，加強(qiáng)土壤污染治理才能保障我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與生態(tài)持續(xù)發(fā)展。十九大報(bào)告提出針對(duì)土壤中的污染問題，要加快生態(tài)文明體制改革，踐行綠水青山就是金山銀山的發(fā)展理念，堅(jiān)決打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)，助力中華民族偉大復(fù)興中國(guó)夢(mèng)的實(shí)現(xiàn)。

保護(hù)土壤資源，堅(jiān)持綠色發(fā)展理念。海綿城市是近年來新興的一種綠色城市發(fā)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(shè)海綿城市不可或缺的元素[18,21]。

2 表土保護(hù)與利用

2.1 表土保護(hù)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(shí)現(xiàn)土壤的功能中起到了至關(guān)重要的作用。金章利等[23]研究表明，土壤養(yǎng)分集中在表土層內(nèi)，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(zhǎng)。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(dòng)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(shù)都是肥沃的表土，致使耕地質(zhì)量下降，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。因此，充分保護(hù)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(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)，越來越多的地方開始進(jìn)行大規(guī)模的開發(fā)與建設(shè)，必須采取措施合理保護(hù)及利用表層土壤資源。水土保持法明確，生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目所占用土地的表土，應(yīng)當(dāng)分層剝離、保存和利用。土地復(fù)墾條例提出，義務(wù)人應(yīng)當(dāng)首先對(duì)擬損毀的耕地、林地、牧草地進(jìn)行表土剝離?！渡a(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50434—2018)已于2019年4月1日起實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)新增了表土保護(hù)率指標(biāo)，要求工程擾動(dòng)范圍內(nèi)的表土剝離量要達(dá)到一定的比例。表土剝離再利用是指將生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目所占地(包括永久占地和臨時(shí)占地)中的表層土壤進(jìn)行剝離，并搬運(yùn)到固定且獨(dú)立的地點(diǎn)堆存，待主體工程結(jié)束后直接用于原地或者異地復(fù)墾、土壤改良或土壤污染治理的技術(shù)。表土剝離再利用直接縮短了土壤的熟化時(shí)間，保護(hù)了土地，為實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)維護(hù)做出貢獻(xiàn)，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(yǎng)分，可以讓區(qū)域內(nèi)植被得到快速恢復(fù)，迅速改善土壤的各種性質(zhì)，使土壤結(jié)構(gòu)得到改善。表土再利用是一個(gè)可以獲得效益的環(huán)節(jié)，剝離下來的表土可用于原生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目完工后臨時(shí)占地區(qū)的復(fù)墾工作，最大限度保護(hù)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(fù)墾，將多余的表土資源賣到土壤資源比較缺乏的地區(qū)進(jìn)行復(fù)墾耕種，既可以協(xié)調(diào)區(qū)域水土資源平衡，也推動(dòng)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展；還可以用于客土改良，對(duì)中低產(chǎn)的土地?fù)饺氡硗粒蛊渫恋匦阅芏虝r(shí)間內(nèi)得到改善，生產(chǎn)力得以提升。

2.4 表土剝離存在的問題

我國(guó)表土剝離技術(shù)研究自1990年開始起步，經(jīng)多年的發(fā)展，已經(jīng)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(shù)仍存在以下幾方面問題：

(1)相關(guān)剝離標(biāo)準(zhǔn)尚未完善。我國(guó)土地管理法、水土保持法、土地復(fù)墾條例、基本農(nóng)田保護(hù)條例都對(duì)保護(hù)表土提出了要求，《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50434—2018)也明確要求需要將表土保護(hù)率寫進(jìn)水土保持方案報(bào)告書內(nèi)，但表土保護(hù)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(guī)范》(SL 575—2012)對(duì)水利水電工程涉及的農(nóng)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(guī)范。按水土保持分區(qū)(紫色土區(qū)、紅壤區(qū)、黃土高原區(qū)等)針對(duì)不同土地利用類型(農(nóng)耕地、荒地、林地等)制定相關(guān)的土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，分等級(jí)規(guī)定剝離厚度，對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目表土資源保護(hù)具有重要的指導(dǎo)意義。

(2)表土剝離技術(shù)體系存在難點(diǎn)。目前來講我國(guó)表土剝離尚未形成一個(gè)很成熟完善的技術(shù)體系，有些地方設(shè)立了地方標(biāo)準(zhǔn)，但未形成比較細(xì)化嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膰?guó)家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，且沒有表土剝離專用機(jī)械。目前主要使用推土機(jī)進(jìn)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(duì)表土過度碾壓，使表土價(jià)值降低；表土堆放過高會(huì)使下層表土底土化，壓實(shí)表土使土壤內(nèi)部微生物難以存活，最終使表土“死去”；表土的肥力會(huì)隨著堆放時(shí)間逐漸降低，下層表土變“死土”。

(3)人為漠視嚴(yán)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(jīng)濟(jì)效益來衡量，應(yīng)該加上社會(huì)效益和生態(tài)效益，很多開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目的主體責(zé)任單位及農(nóng)民還沒有意識(shí)到這一點(diǎn)。主體責(zé)任單位為了加快工程進(jìn)度和利益最大化，忽略表土剝離這一工序，等臨時(shí)占地區(qū)復(fù)墾時(shí)再到其他地方購買表土。農(nóng)民朋友只知道獲得了眼前的利潤(rùn)，不知早已提前透支了子孫后代的資源。加上相關(guān)政府部門對(duì)表土重要性的認(rèn)知不夠，相關(guān)部門協(xié)調(diào)、監(jiān)管不到位，縱容了這一現(xiàn)象的發(fā)生，導(dǎo)致很多珍貴的表土資源損毀。

3 總結(jié)與展望

習(xí)近平總書記曾講：“生態(tài)環(huán)境沒有替代品，用之不覺，失之難存?！北韺油寥酪坏┦ビ肋h(yuǎn)無法找回，恢復(fù)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(tài)可持續(xù)的根本。保護(hù)表土，就是在保護(hù)我們賴以生存的地球家園。

結(jié)合表土剝離技術(shù)現(xiàn)有的研究成果，今后可加強(qiáng)以下方面的工作：①出臺(tái)相應(yīng)表土剝離厚度標(biāo)準(zhǔn)，并盡快形成細(xì)化嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膰?guó)家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，讓表土保護(hù)有法可依，有章可循；②構(gòu)建表土信息發(fā)布平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)表土資源共享，綜合考慮表土剝離的適宜運(yùn)距、成本、效益等，按時(shí)間與空間科學(xué)優(yōu)化，合理地進(jìn)行表土資源協(xié)調(diào)配置，做到高效益、低成本利用表土資源，增加耕地?cái)?shù)量，提升耕地質(zhì)量；③目前的研究熱點(diǎn)主要集中在對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目所占農(nóng)耕用地的表土剝離技術(shù)和再利用方向的研究，而對(duì)荒地、林地表土剝離相關(guān)研究較少。對(duì)于荒地和林地的表土剝離厚度、剝離方式、成本收益、生態(tài)效益、社會(huì)效益有待進(jìn)一步研究。