公路建設(shè)及運營中的土地退化問題研究進展,農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學論文

公路建設(shè)及運營中的土地退化問題研究進展,農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學論文引言土地退化是指土地數(shù)量減少和質(zhì)量降低。數(shù)量減少表現(xiàn)為表土喪失，或整個土體的損失，或土地被非農(nóng)業(yè)占用;質(zhì)量降低則表現(xiàn)為土壤物理、化學和生物學方面的質(zhì)量下降。近年來，隨著人口增長和經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，各類生產(chǎn)建設(shè)活動，如礦山開采、道路修建等急劇增加，致使土地退化問題日益嚴重。當下對礦山開采導致土地退化問題研究較多，但對道路建設(shè)引發(fā)土地退化問題重視不夠。事實上，公路工程建設(shè)不但占用了大量土地，致使表土甚至整個土體喪失，而且公路工程建設(shè)經(jīng)過中進行的大量挖填活動，對土壤和植被的自然經(jīng)過和自然形態(tài)也產(chǎn)生了劇烈擾動，加劇了土壤侵蝕，導致土壤物理、化學和生物學性質(zhì)惡化，致使土地功能退化。除此之外，公路運營中汽車尾氣、輪胎摩擦、各種散落物、融雪劑等也對土壤造成了污染，進一步加劇了土地退化問題。土地退化既是資源問題，也是環(huán)境問題，是人與自然不和諧的重要表現(xiàn)。因而，研究公路建設(shè)及運營中的土地退化問題，對保衛(wèi)我們國家貴重的土地資源、營造良好的人居環(huán)境、促進人與自然的和諧發(fā)展意義重大。通過對國內(nèi)外研究現(xiàn)在狀況分析、歸納和總結(jié)，指出了當前我們國家研究中存在的問題和缺乏，明確了今后研究方向和重點，以期為進一步開展相關(guān)研究提供參考。1公路建設(shè)及運營損毀土地分析公路建設(shè)及運營對土地的毀壞能夠分為直接毀壞和間接毀壞(圖1)。直接毀壞主要指因公路工程建設(shè)和公路運營對土地的占用和污染，主要包括公路主體工程對土地的永久占用、臨時用地對土地的占用和毀壞、工程施工經(jīng)過中各種建筑材料和人工垃圾對土地的污染，以及公路運營導致的土壤污染等。間接毀壞主要指因公路工程施工毀壞了原來的地形地貌、植被等，擾亂了原始土壤的發(fā)育層次和土體構(gòu)型，毀壞了原來的土壤構(gòu)造等，進而引發(fā)土地功能的退化。主要包括土壤侵蝕，土壤物理、化學和生物學性質(zhì)的惡化等。2公路建設(shè)對土地的占用我們國家公路建設(shè)土地使用具有占用和消耗土地面積大和土地利用效率低兩大特征。早期，我們國家高速公路基本都建于平原丘陵地區(qū)，占用經(jīng)濟價值高的土地資源數(shù)量宏大，每公里占地可到達8.0～10.7hm2以上。如今固然加大了公路工程建設(shè)土地節(jié)約集約利用研究，但占用土地的數(shù)量仍然宏大。根據(jù)交通運輸部頒布的最新公路工程項目建設(shè)用地標準:高速公路(八車道)占地仍然達到8.6154～9.3025hm2/km，一般公路(雙車道)占地也到達1.7279～2.2819hm2/km。2002年以來我們國家每年新增公路建設(shè)用地面積約為14.7104hm2左右(含村道)。華而不實，高速公路建設(shè)用地面積在公路建設(shè)用地總面積中占32%左右，華而不實耕地面積占45%左右。國、省干線道路改造用地面積，在建設(shè)用地總面積中占68%左右，華而不實耕地用量占55%左右。截至2018年底，我們國家高速公路總里程達8.5104km，新增占用土地資源約70104hm2，華而不實耕地約55104hm2。根據(jù)(交通運輸十二五發(fā)展規(guī)劃〕，到2021年我們國家公路總里程到達450104km，高速公路總里程到達10.8104km，2級及以上公路里程到達65104km，農(nóng)村公路總里程達到390104km。估計到2021年，全國公路網(wǎng)占用的土地資源較當前將再增長15%左右，公路建設(shè)對土地需求及占用仍然宏大。3公路建設(shè)對土壤侵蝕的影響土壤侵蝕是公路建設(shè)造成的最常見的環(huán)境影響之一。因公路建設(shè)經(jīng)過中土壤侵蝕危害極大，所以公路建設(shè)造成的土壤侵蝕問題備受關(guān)注。當前關(guān)于公路建設(shè)和運營對土壤侵蝕問題研究主要集中在公路建設(shè)損毀土壤侵蝕規(guī)模、土壤侵蝕機理、土壤侵蝕規(guī)律及侵蝕預測方式方法研究等幾個方面。3.1土壤侵蝕規(guī)模公路建設(shè)造成的土壤侵蝕規(guī)模宏大，不同地區(qū)、不同用地類型、不同部位土壤侵蝕差異不同明顯。廣東省道路建設(shè)造成的水土流失量每年高達462.03104m3。黃土高原塬區(qū)道路平均侵蝕模數(shù)高達40000t/(km2a)。河南商丘至營廓集段高速公路建設(shè)初期該區(qū)風蝕模數(shù)為200t/(km2a)，但在3a施工建設(shè)中，植被毀壞逐步構(gòu)成裸地后的風蝕模數(shù)增加為1180t/(km2a)，幾乎是該項目區(qū)風蝕模數(shù)的十倍。寧夏銀武高速公路棄土場邊坡一個雨季產(chǎn)生的溝蝕量達9779.55t/km2。京珠高速公路粵境南段棄土場平均侵蝕模數(shù)為3.24104t/(km2a)。贛定高速公路建設(shè)經(jīng)過中土壤侵蝕模數(shù)到達14524t/(km2a)。華而不實取土場邊坡土壤侵蝕模數(shù)為22540t/(km2a)，臺面土壤侵蝕模數(shù)為10500t/(km2a)，棄土場邊坡土壤侵蝕模數(shù)為25990t/(km2a)，臺面土壤侵蝕模數(shù)為14010t/(km2a);路堤、路塹和施工場地邊坡土壤侵蝕模數(shù)分別為16270t/(km2a)，14450t/(km2a)和6590t/(km2a)。3.2土壤侵蝕機理道路建設(shè)是土壤侵蝕的重要誘導因素。表土物質(zhì)組成對土壤侵蝕和流失起著重要作用，道路工程建設(shè)毀壞了原有的植被，構(gòu)成了大量裸露地面，公路填方坡土質(zhì)松懈，極易構(gòu)成侵蝕溝，侵蝕溝的構(gòu)成不僅造成了大量的水土流失，而且成為泥沙源通往溝道河流的便捷通道。路面和溝道的存在加速了水流聚集經(jīng)過和徑流流速，大大影響了坡面侵蝕、泥沙沉積的方式和發(fā)生頻率。公路建設(shè)導致土壤侵蝕多發(fā)的另外一個因素是道路建設(shè)改變了坡面固有的地表徑流和地下水流，改變了原有水文要素。3.3土壤侵蝕規(guī)律公路建設(shè)土壤侵蝕具有時間分布上不平衡、空間上呈線狀或羽狀分布、土壤侵蝕量大、侵蝕類型復雜，誘發(fā)性土壤侵蝕發(fā)生頻數(shù)大等特征。室內(nèi)模擬試驗表示清楚有細溝產(chǎn)生時，長度對侵蝕有明顯影響，坡長增加侵蝕量也增加。不同部位土壤侵蝕不同，路肩及坡頂侵蝕在路堤邊坡侵蝕中最嚴重。土壤含水率能夠不同程度地減少邊坡的平均風蝕量，沒有任何防護措施的松懈堆積物土壤風蝕量明顯大于其他邊坡。3.4土壤侵蝕預測方式方法張翼等采用實地調(diào)查法，利用1∶10000地形圖直接量測法預測了河南三靈公路水土流失量。ZIEGLEＲ等利用改良的KINEＲOS2估算公路的產(chǎn)流產(chǎn)沙，認為KINEＲOS2較適用于公路的侵蝕經(jīng)過。LANE等用人工模擬降雨在公路邊坡小區(qū)(10.5)m上進行試驗，并對WEPP模型的參數(shù)進行了定量化，但沒有對模型的有效性進行驗證。李志剛等以模糊感悟器特有算法對坡面土沖刷量進行預報，并以MATLAB-NNTToolbox為工具，建立了公路邊坡沖刷量計算模型，對公路邊坡土壤侵蝕量進行了初步預測。4公路建設(shè)及運營對土壤的污染公路建設(shè)及運營經(jīng)過中造成嚴重的土壤污染，十分是重金屬污染是路域土壤的重要特征。公路路域重金屬污染主要以鉛為主，其次是鋅、鎘、鉻、銅、鎳和錳等。公路運營中土壤污染空間分異是當下研究的重點。研究表示清楚，隨著土壤深度增加，鉛含量迅速減少，鉛主要累積在表土層的0～5cm，距地面10cm下面時，即到達土壤背景值的下限。土壤中鉛污染是以公路為軸線在其兩側(cè)呈帶狀順道延伸。在距公路0～100m范圍內(nèi)土壤鉛污染明顯，且與距公路的距離成反比關(guān)系，隨著距公路垂直距離的增加而降低。鎘在距公路20～40m處出現(xiàn)峰值，而后逐步下降，在距公路50m范圍內(nèi)污染明顯，距離公路100m以外污染接近背景值。5公路建設(shè)對土壤物理、化學和生物學性質(zhì)的影響公路建設(shè)使土壤遭受機械壓碾、人工踐踏而造成土壤壓實和板結(jié)。人為擾動使土層排列混亂，很多土層之間沒有發(fā)生學上的聯(lián)絡(luò)，腐殖質(zhì)層被剝離或被埋藏，其他土層破碎且沒有出現(xiàn)統(tǒng)一的規(guī)律，土層深淺變異較大。土壤顆粒組成極端，土壤構(gòu)造遭到嚴重毀壞，通氣和持水孔隙降低，水分含量降低，幾乎完全失去了土壤水庫的功能。土壤養(yǎng)分減少，肥力降低，有機質(zhì)含量低，速效養(yǎng)分貧乏，構(gòu)造差，不利于植物成活。利用程度不同的道路對其影響域內(nèi)林內(nèi)土壤表層溫度、土壤含水量、土壤pH等環(huán)境因子，都呈現(xiàn)一定的邊緣正效應。公路建設(shè)對公路邊坡土壤理化性質(zhì)影響最為劇烈。邊坡不具備植被生長所必需的土壤環(huán)境，坡面土狀物質(zhì)只是一種成土母質(zhì)。邊坡土壤構(gòu)造性差、土質(zhì)松懈，抗沖刷能力低。邊坡自然土壤構(gòu)造徹底被毀壞，上邊坡一般泥土中有機質(zhì)含量僅為0.2%左右，含水率不到20%，土壤微生物活性弱;下邊坡有機質(zhì)含量為1.0%，含水率為25%，有殘存的土壤微生物活動。公路陽坡土壤硬度大于陰坡，土壤水分和土壤養(yǎng)分均表現(xiàn)為陰坡＞陽坡，并且陰、陽坡的土壤水分從下往上逐步減少，低坡高區(qū)域比高坡高區(qū)域減少速度快。6問題與瞻望當前，國內(nèi)外關(guān)于公路建設(shè)及運營經(jīng)過中土地退化問題，從土地占用、土壤侵蝕、土壤污染和土壤性質(zhì)惡化等方面都開展了較多的研究，為我們提供了極其有價值的參考。但從國內(nèi)外研究現(xiàn)在狀況和工程實踐來看，關(guān)于公路建設(shè)及運營中土地退化問題的研究還是嚴重滯后于公路工程建設(shè)，十分是在公路建設(shè)日新月異的中國，公路建設(shè)及運營導致的土地退化問題更為突出，公路建設(shè)及運營損毀土地復墾及生態(tài)重建的工作亟需科學理論的指導。當前國內(nèi)外研究還存在下面問題，對這些問題的研究亟待加強。(1)缺乏系統(tǒng)的公路建設(shè)及運營經(jīng)過中土地退化、演變、恢復經(jīng)過研究。由于公道路路長，跨越區(qū)域牽涉到多種地形、地貌、氣候和水文條件，生態(tài)環(huán)境牽涉面廣，當前尚沒有針對公路建設(shè)和運營經(jīng)過中土地，十分是土壤退化機理、土壤生態(tài)系統(tǒng)演變及恢復的系統(tǒng)而全面的研究。(2)缺少公路沿線土壤侵蝕發(fā)生、發(fā)展規(guī)律的系統(tǒng)研究。公路建設(shè)引起的土壤侵蝕類型是多樣的，不同部位土壤侵蝕發(fā)生機理完全不同。當下關(guān)于土壤侵蝕的研究主要是針對個體道路或其某個部位定性的，或者基于實驗室的研究，缺少長期的定位觀測研究，十分是缺少自然條件下道路侵蝕規(guī)律定量的、系統(tǒng)的研究。由于公路建設(shè)有其本身的特殊性，其土壤侵蝕也呈現(xiàn)出自個的特點，因而需要系統(tǒng)、深切進入地研究影響土壤侵蝕的因子及其內(nèi)在機理。(3)對公路建設(shè)經(jīng)過中土地占用和土壤性質(zhì)惡化規(guī)律研究不夠。由于公路建設(shè)工程類型多，沿線土地類型多且復雜，不同公路構(gòu)筑物占地規(guī)律也不同。當下研究主要是從經(jīng)濟利益的角度去研究占地，對節(jié)約土地只是一種兼顧的因素，尚不能從規(guī)劃、設(shè)計、施工階段將節(jié)約、集約用地作為一個限制性因從來考慮，土地占用隨意性大。十分是缺少工程施工及后期管護經(jīng)過中表土及土壤養(yǎng)分流失機理和規(guī)律研究，對表土資源缺乏保衛(wèi)利用。今后應加強公路建設(shè)用地節(jié)約集約利用技術(shù)和標準研究，加強對土壤資源的保衛(wèi)與利用等方面的研究。感謝通訊作者戴軍教授對本文的精心指導。以下為參考文獻:［1］黃昌勇．土壤學［M］．北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2000:291．HUANGChang-yong．SoilScience［M］．Beijing:ChinaAgriculturePress，2000:291．［2］閆淑榮，吳群琪．公路建設(shè)可持續(xù)發(fā)展與土地利用問題及其對策［J］．長安大學學報:社會科學版，2008，10(3):27－33．YANShu-rong，WUQun-qi．ProblemsfromLandUseandSustainableDevelopmentinHighwayConstructionandStrategy［J］．JournalofChanganUniversity:SocialScienceEdition，20