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岩溶治理難點

發布時間: 2021-02-19 10:36:10

① 岩溶土壤改良技術

針對示範區土壤資源特徵及存在的問題,土壤改良主要是從保水土、增土厚、增土肥和改善土壤環境四方面來考慮。本節主要是從增加土壤肥力方面進行研究,主要改良技術如下:

(一)各土壤改良技術思路的相應對策

1.根據岩溶區特殊的地質背景和岩溶作用的特點改良土壤

岩溶土壤中的礦質營養元素主要來自碳酸鹽岩的溶解,土壤中元素含量的高低受岩石中不溶物中元素含量決定。因此,在改良岩溶土壤增加土壤肥力時,要求從促進岩溶作用的正向運動,促進岩石中礦質元素向土壤釋放來增加土壤中元素含量。岩溶動力系統作用受土壤中CO2和水的共同作用,控制土壤中CO2的同時,還要調節控制好土壤水分含量,特別是增加旱季土壤水分的含量,以促進岩溶土壤營養元素的有效性。

岩溶土壤中礦質營養元素的含量和有效性受到土壤中富鈣偏鹼的影響,調節控制土壤鈣的含量和pH值的高低,必須依據岩溶作用的規律,利用微生物和植物呼吸產生的CO2、植物根分泌物、有機質腐化產生的腐殖酸和有機酸等降低土壤pH值和減少鈣的含量,釋放被固定的有效養分。具體措施如種植綠肥植物、增施用有機肥等。

岩溶動力系統作用下,岩溶區植物營養來源表現為土壤、土壤水、岩溶水三種載體,改良岩溶土壤,必然從增加三種載體中營養元素的含量和提高三種載體營養元素的利用率角度進行。例如,改善生態環境促進岩溶動力作用的溶蝕過程,增加土壤水、岩溶水中營養離子的含量;保持水土,提高營養元素的利用率等。

在岩溶土壤中施入適量偏酸性的有機肥料和化學肥料,也可促進岩溶作用的正向運動。例如,在岩溶土壤中施入亞法糖廠的酸性濾泥和硫肥等。

2.根據不同的耕地類型和土壤障礙因子改良土壤

由於受水土流失和富鈣偏鹼的影響程度不同,障礙因子的影響程度差異大。窪地底平旱地首要的可變障礙因子為土壤微量元素、營養元素有效態、耕作層厚度、土壤質地;梯形地首要的可變障礙因子為大量營養元素、元素有效態、土壤層有效厚度、土體構型;石穴地首要的可變障礙因子為岩石裸露率、大量營養元素、土壤容重。在改良岩溶土壤時,應針對不同的耕地類型,將首要的可變障礙因子視為優先改良的對象。例如,利用客土增加梯形地土壤層有效厚度、改善土體構型等。

岩溶土壤的改良是一項復雜的工程,在岩溶區現有的經濟技術條件下,土壤改良應本著先易後難、先主後次的順序,依據岩溶土壤中障礙因子的影響因素改良土壤。在實施土壤改良前,針對各種類型的土地,進行土壤滿足農作物生長的障礙因子評價,區分出可變障礙因子和不可變障礙因子,土壤改良主要是克服可變障礙因子,對於不可變障礙因子只能盡量減少其發生的條件。

3.依據碳氮比原理,結合各種有機肥料特性改良土壤

微生物對有機質的有效分解碳氮比為25∶1,碳氮比過大,微生物分解過快。因此在石灰土壤改良中,施用有機和無機肥料時,將碳氮比大的有機肥料與碳氮比小的有機肥料或者氮肥混合施用,控制碳氮比在25∶1左右。

有機肥料種類較多,但不同種類的有機肥料肥效有其特殊性,如:家畜糞尿中的牛糞為冷性肥料,碳氮比值大,肥效遲緩;而羊糞屬熱性肥料,肥效快;豬糞性質柔和,後勁長等等,在利用有機肥料改良土壤時,必須依據有機肥的特性,將熱性肥料與冷性肥料、家畜糞尿與植物殘體、廄肥與綠肥、豆科綠肥與禾本科肥料等混合施用。既控制碳氮比,又使土壤保持持續肥力。

4.平衡施用化學肥料的原理改良土壤

平衡施肥來源於養分平衡法。它是以李比希的養分歸還學說為基礎,通過土壤養分測試,根據作物需肥量與土壤供肥量之間的差數,計算實現計劃產量的施肥量,並實現農作物與土壤之間的養分平衡。

岩溶區農戶通常施用的化學肥料種類和施肥方式單一。農作物的生長需要多種類的營養元素,且隨著作物的生長發育規律,具有相應的營養元素需求規律,因此在改良岩溶土壤時,應針對具體的土壤和農作物種類,確定相應的化學肥料配施比例、施用方式、施用的最佳時間。

(二)種植綠肥改良土壤

綠肥即作肥料施用的植物綠色體。按不同分類方法可分為:栽培綠肥,野生綠肥;一年生綠肥或多年生綠肥,短期綠肥;水生綠肥,旱生綠肥,稻底綠肥;夏季綠肥,冬季綠肥等。

1.綠肥與作物帶狀間作

在同一塊地上,同一季節內將綠肥作物與其他作物相間種植。間作的作物和綠肥作物以充分利用光能資源、互不影響為原則,例如在玉米地里間種耐陰豆科類綠肥或牧草。在梯形地上,間作條帶的方向基本上沿等高線,或與等高線呈1%~2%的比降,並盡量使條帶方向近南北向。在窪地底,間作條帶的方向基本上沿南北方向。

2.休閑地上種綠肥

春季玉米播種後,同時在玉米條帶行間套種短期速生綠肥;待玉米長出後,將綠肥殺死覆蓋玉米行間地,起到改良土壤理化性質、防水土流失、減少裸地水分蒸發等多種效果。

夏季作物未收獲前15~30天,在玉米等作物行間播種夏季短期綠肥植物;作物收獲後綠肥植物加快生長,約在作物收獲5天後將其翻壓土中,或收割作為牧草通過牲畜糞便和沼渣(液)等形式還土,再播種第二季作物。

冬季農作物收獲後,盡快播種冬季綠肥,待春耕前20~30天犁地,將綠肥翻壓土中或收割作為牧草。

收割作為牧草的綠肥植物,通過牲畜-沼氣循環利用後,以牲畜糞便或沼渣的形式還土。

3.混種綠肥

在同一塊地里,同時混合播種兩種以上的綠肥作物,例如黑麥草與菊苣混播,紫雲英與肥田蘿卜混播等。豆科綠肥與非豆科綠肥、蔓生與直立綠肥混種,使互相間能調節養分,蔓生莖可攀緣直立綠肥,使田間通風透光。所以混種產量較高,改良土壤效果較好。

4.生草栽培改良果園或茶園土壤

生草法,是指在果樹(或茶園)行間或全園(樹盤除外)種植多年生草本植物作為覆蓋作物的一種果園(或茶園)土壤管理方法或耕作方式。其具有提高土壤有機質含量、防止水土流失、提高土壤肥力、調節果園(或茶園)小氣候生態環境、改善果實著色及品質的作用。

果園(或茶園)行間種草或自然生草,注意定期刈割,將割下的草覆蓋在樹冠下面增加土壤有機質;或者用作沼氣原料和牲畜飼料,通過沼渣和牲畜糞便還土。

果園(或茶園)行間人工種草以黑麥草、桂牧1號、狗芽根、三葉草等較好,注意豆科和禾本科混種,協調控制綠肥的碳氮比在一個適宜的范圍。

果園(或茶園)行間人工種草需要解決種草、控草的技術,既要促進草快速生長,又要防止其對果樹造成不良影響;通過給草施肥、灌水,把化肥轉化為有機肥。

果園(或茶園)生草後能有效接納、攔截雨水,減少雨水沖刷和地表徑流,增加土壤有機質和無機營養元素含量。

生草栽培能改善土壤溫度條件,果園(或茶園)生草具有隔熱保墒作用,縮小了地溫的晝夜和季節變化幅度,避免了白天因太陽直射暴曬使土壤急劇升溫,減弱了夜間地面散熱降溫,使一天中土溫變化趨於平衡、減少表層土壤水分蒸發。

冬季,生草覆蓋後減少了地面散熱,反而提高了土壤溫度。

5.種植綠肥改良岩溶土壤應注意的問題

依據岩溶動力作用原理,綠肥以直接翻壓入土發酵最佳,直接翻壓入土增加了新鮮有機能源物質,使微生物迅速繁殖,充分利用產生的有機酸、腐殖酸和二氧化碳,促進土壤岩溶作用正向運動。

在翻壓綠肥入土時,為便於發酵,翻壓前用水澆濕,或者噴上適量的沼液或人畜尿等液體肥;翻壓不宜過深,一般入土10~15cm 深,刨松覆蓋土層,保證綠肥發酵所需的氧。

綠肥翻壓入土後,控制土壤含水量,旱時澆水,雨時排水,一方面供應發酵和岩溶作用所需的水分;另一方面防止水分過多導致有效態養分漏失。

綠肥分解速度不僅與水分有關,還與綠肥本身的老嫩程度和含氮量有關,幼嫩綠色莖葉較之枯老莖葉易於分解,切成碎片、細段的容易分解,所以綠肥作物不等老化就要翻壓;碳氮比率大的分解困難,比率小的分解較快,因此施用較老硬的綠肥和非豆科綠肥時可適當加施一些含氮多的肥料。

綠肥在分解過程中產生的有機酸在改良岩溶土壤的同時,也可能影響農作物生長。因此,綠肥翻壓採用條帶狀,翻壓後作物播種在翻壓的綠肥條帶兩側;或者提早翻壓,待綠肥腐熟後,犁地混合均勻再播種作物。

種綠肥作物也要施一定的肥料。雖然綠肥作物吸收養分的能力較強,但它也是作物,生長發育仍然需要一定的養分,缺肥產量就不高。就以豆科綠肥作物來說,雖然它能固定空氣中的氮素,但在生長初期和生長旺盛期也需要一定的氮素養分,如果此時能適當施些氮肥,就會獲得良好效果;又如綠肥作物對磷素也很敏感,如土壤中有效磷含量低,會大大影響生長發育。故應適當施肥來滿足綠肥作物的需要,以達到「小肥養大肥」的效果。

(三)秸稈還土

1.本地秸稈還土

夏季春玉米收獲前30天,播種黃豆,待玉米收獲後,正值黃豆長出,一邊給黃豆鋤雜草,一邊將生玉米稈葉砍成10~20cm的小段均勻蓋在黃豆行間,並留玉米茬,增加有機質,減少土壤水分蒸發。

秋玉米、甘蔗收獲後,將玉米秸稈和甘蔗葉砍成10~20cm的小段,就地覆蓋在土地上,待播種綠肥前或者雨後翻耕整地壓入土中。

秋季黃豆收獲後,將黃豆秸稈、玉米芯、玉米苞片切成3~5cm的小段,混合人畜糞便積製成堆肥或者放入沼氣池發酵成沼渣,次年春耕時作基肥施入土地。

2.異地秸稈及有機肥料肥土

鑒於峰叢窪地石山區石灰土土壤瘠薄,利用本地秸稈等綠肥不能滿足土壤改良要求,依據就近價廉的原則,附近農業生產條件好的地區運進秸稈等有機肥料。

利用附近平原區大量廉價的稻草秸稈、玉米秸稈、黃豆秸稈、甘蔗葉片,切成3~5cm的小段用作綠肥或則積制堆肥。

異地秸稈施用數量控制在:土層平均厚度小於30cm的梯形地1500kg/畝;土層厚度大於30cm的梯形地1000kg/畝;窪地底平旱地500~700kg/畝。

從附近碎屑岩區,秋季收集落葉闊葉樹、針葉樹、常綠闊葉樹的枯枝落葉作為積制堆肥原料。

在收集秸稈和綠色植物的枯枝落葉作肥料時,特別注意禾本科植物與豆科類植物秸稈混合,針葉樹和闊葉樹的枯枝落葉混合使用,以調整控制有機肥的碳氮比接近25∶1,利於微生物的分解活動。

條件允許的情況下,從附近大型養殖場購買牲畜糞便,通過合理混合發酵熟化後用作基肥肥田,或者積制堆肥後施入土壤。

在利用牲畜糞便作有機肥料時,注意高碳氮比值肥料與低碳氮比值肥料混合、高發熱肥料與冷性肥料。如:羊糞發熱量高,後勁短;牛和豬糞屬冷性肥料,後勁長。在施用時將兩種肥料混合效果好。

3.秸稈還土應注意的問題

秸稈還土,以直接翻壓入土較覆蓋土表效果好,可以充分利用秸稈腐化產生的有機酸、腐殖酸,特別是揮發性酸入土改良土壤。

秸稈還土時,為控制秸稈腐化,與適量的沼渣(液)、人畜糞便等有機肥料或新鮮綠肥混合施用較單一施用效果好。

採用秸稈積制堆肥還土時,因堆肥半熟化時,為微生物活動和有機酸產生的高峰期,依據岩溶動力作用原理,此時還土能更有效利用所產生的CO2、有機酸等,促進岩溶作用的正向運動。

秸稈腐化和岩溶作用的正向運動需要消耗大量水分,而秸稈還土大多在秋收後,通常為旱季,土壤水分缺乏。因此,秸稈宜潑濕後還土或者選擇雨天還土,還土後適時澆水。

微生物分解活動需要消耗大量氧分、氮素,在分解時易與農作物爭奪氧分和氮素,因此秸稈還土不宜過深,一般入土深10cm 左右,同時配施適量的速效氮肥。

同樣,秸稈翻壓入土腐化產生的有機酸促進岩溶作用的同時,影響作物生長,採用「條施旁種」的方式,即秸稈採用條帶狀入土,農作物播種在條帶的兩側。

(四)糖廠濾泥改良土壤

糖廠濾泥富含有機質和植物所需的各種營養元素,價格便宜,供應量大,易推廣示範。

岩溶土壤富鈣偏鹼的環境條件下,利用濾泥改良土壤應選擇偏酸性的亞法糖廠濾泥,避免採用碳法糖廠濾泥,影響改良效果。

糖廠濾泥屬熱性肥料,發酵產生大量熱量,為避免因過熱損壞農作物,需要先進行發酵處理後施用;或者在春播前1~2個月埋入土壤發酵;或者混合適量冷性肥料豬、牛糞。

糖廠濾泥改良土壤以直接埋入土壤發酵效果最好,且採用「條施旁種」的方式,避免腐化造成對農作物的危害。

為提高糖廠濾泥改良土壤的效果,需要與其他有機肥料混合施用發酵,特別是綠色有機肥料。

(五)客土改良

對土層厚度小於30cm的梯形地和坡耕地,在冬季,從附近碎屑岩區運河底、魚塘的淤泥,以及沙質土,並混合鋪在休閑地表面,平鋪約5~10cm厚,待曬干一段時間後,翻土整地改良土壤。

在冬季,從附近運河底、溝底、魚塘的淤泥用作堆肥原料,待堆肥發酵後一起施入土壤。

利用附近城鎮垃圾,通過篩選,除去磚塊、石頭、玻璃碎片等雜質後,與人畜糞尿等摻混積制堆肥。

利用河底、溝底、魚塘的淤泥或者城市垃圾改良土壤時,注意提前將其鋪開日曬或冬凍,殺死細菌後方可用作堆肥或者施用。

在利用客土改良土壤時,避免對客土源地造成水土流失等環境破壞影響。

(六)沼氣渣

通過種草養羊、豬、牛等牲畜,既增加經濟收入,又可提供家畜糞便肥料來源。

結合水土保持整地措施,適量割地埂上或路邊的灌草帶植物,做墊圈材料與牲畜糞便漚堆熟化,或者做沼氣原料,以熟化肥或者沼渣形式還土。

(七)積制堆肥

1.積制堆肥原料

一是堆肥原料的主體,即切碎的秸稈、玉米芯、豆秸、雜草、落葉、刈割綠肥、樹木枯枝落葉等。

二是促進主體原料分解的物質,一般是含氮較多的物質,如人、畜糞尿和化學氮肥。

三是吸收性能較強的物質,如泥土、泥炭等。用於吸收腐熟分解出來的速效養分和有機酸類物質,特別是氮素養分,以減少堆肥的養分損失,吸收有機酸類物質改良酸鹼度。

2.普通堆肥

普通堆肥的特點是堆溫不超過50℃,在半嫌氣的條件下腐熟而成,腐熟時間較長,由於堆溫不高,所以不能殺死雜草種子、病菌和蟲卵等有害物質。具體堆積方法有地面式、半坑式及地下式三種。

地面式適宜於氣溫較高、雨量較多和濕度較大的夏季採用。選擇地勢較平、接近水源、運輸方便的場邊地頭堆積。堆的寬度約兩米,長度不限。先夯實地面,再鋪10~15cm厚的泥土、河溝塘淤泥或者泥炭,以便吸收下滲肥液。然後將切碎的秸稈、豆秸、落葉、雜草、甘蔗渣、米糠等均勻鋪15~25cm 厚,潑水打濕,依次潑加沼渣沼液、人畜糞尿、糖廠綠泥或者河溝塘淤泥,再鋪一層細土或污泥。如此層層堆積,最後抹稀泥封好,或用乾草、稻草和細土遮蓋。一個月後翻堆一次,加水混堆,最後注意封頂。

半坑式堆積方法與高溫堆肥中的半坑式相似,只不設通氣溝、通氣塔。

地下式(坑式)是在路邊地頭挖一個坑,深度以方便操作且距基岩面大於10cm而定,長、寬由堆肥材料多少而定。土坑挖好後,在坑底抹一層淤泥,或者在撒上細土並潑水打濕,防止肥液漏失。隨後參照地面式的方法,將材料投入坑內。1~2個月後翻堆,將分解差的放在底部,並在上面再潑適量的沼渣、沼液,最後仍用細土覆蓋。

3.高溫堆肥

高溫堆肥的特點是具有通氣好、腐熟快以及能殺死病菌、蟲卵、草籽等有害物質。堆積方式主要有地面式和半坑式。

地面式高溫堆肥的主要優點是操作方便、省工、易發熱和分解快。具體操作方法是選擇路邊地頭接近水源處,先將堆肥的主體材料秸稈、豆秸、甘蔗渣、雜草等切碎,長約5cm,攤在地面,按風干秸稈500kg、甘蔗渣500kg、羊糞及豬糞300kg、沼渣500kg、1000kg糖廠綠泥、水1000~1500kg的比例逐層堆積起來,然後垂直切取材料,拌勻,進行再堆積。最後堆型為長方形,寬3~4m,高1.5~2m,過窄或過矮都會影響堆溫的上升。長度以材料多少而定。然後在堆頂覆蓋細土厚約5cm。一般5天內堆溫顯著升高,幾天後可達70℃以上。等堆溫下降至常溫後,破堆將材料充分翻搗,根據需要可再加適量沼渣、沼液、糞尿和水。如羊、豬糞和沼渣不足,可分別用相當秸稈量20%的老堆肥、廄肥和1%的化學氮肥代替。

半坑式高溫堆肥的主要優點是保溫、保水、保肥。在背風向陽近水源處,挖深1m的長方形或圓形坑,口徑比底徑稍大,在底部挖深、寬各15cm的「+」字形氣溝,與坑壁斜溝相接至地面。溝面用玉米或黃豆秸稈縱橫各蓋一層,坑壁斜溝也用秸稈掩蓋,保持溝溝相通不應堵塞,以便通風透氣。再用整根的去葉秸稈,鬆鬆的捆綁成直徑為30cm左右的圓柱體,作為通氣塔,直立於坑底「+」字形氣溝交叉處。坑底最好先鋪一層老堆肥或者糖廠濾泥,然後按風干切碎秸稈或者甘蔗渣:羊、豬糞:沼渣液:糖廠綠泥:水=1∶0.4∶0.2∶3∶2.5的比例,在地面將材料備好,逐層堆積入坑。如果材料量大,可能將通氣塔頂部掩埋時,應將通氣塔接高,保持塔頂高出堆頂。最後用細土嚴封堆頂,但地面的四個通氣口不應掩蓋,通氣塔頂部也應敞開。如急等施用,可在降溫後5~7天打開堆,將上下里外搗均勻,再行堆積;否則,不用翻堆。再到高溫階段後的5~7天將堆頂通氣塔和坑壁斜溝的四個通氣口封死,以停止通氣,利於腐殖質形成。

總之,積制堆肥的方法多種多樣,各有優劣,按照堆肥原料的來源廣、腐熟快和養分損失少的原則,因地制宜。且堆肥的肥分也因原料、堆積方法及腐熟程度的不同而異。

4.利用積制堆肥改良岩溶土壤

以半熟化時施入土壤改良效果較好。普通積制堆肥,夏季1個月左右半熟化,冬季2個月左右半熟化;高溫堆肥半個月左右半熟化。

半熟化堆肥入土,為避免發酵對農作物的影響,宜採用挖溝法條施,農作物種植在條帶兩旁;或者待挖溝法條施入土發酵後,沿與條帶垂直的方向犁地播種。宜選擇在雨天,或者在挖溝施入覆土前用水潑濕。

熟化的堆肥適宜作基肥或者追肥施用。

(八)有機肥施肥方法與步驟

1.土壤改良分區

土壤利用改良分區的目的,是為了提出峰叢窪地石山區土壤利用改良的合理途徑與方向,以便因地制宜地促進農、林、牧的全面發展。本區土壤利用改良區劃的原則是以地貌特徵、土壤特性、分布規律、影響土壤肥力的障礙因素差異等為基礎,以土壤資源適宜性、生產力、障礙因素治理的難易程度為依據,以建立整個示範區良好的自然生態平衡為目標。按照這一原則,將示範區劃分為荒地裸岩區、石穴地、坡耕地、梯形地、窪地底平地五個土壤改良區。

(1)荒地裸岩區

主要指位於峰坡和陡坡的荒草地及裸岩地。這一類型土地,土壤極薄,岩石裸露,土被覆蓋度極低,這類土地主要是結合水土保持工程,在封山育林的基礎上,利用客土植樹,樹穴施用基肥,隨後施用液體肥料,如沼液、人畜尿、化學肥料溶液等。

(2)石穴地

因石穴地土壤肥力相對較好,土層薄,土壤改良主要是在退耕還林還草、搞好水土保持、整地工程的基礎上,利用客土增加土層厚度,平衡施肥,增施磷、鉀肥及微量元素肥為目標。

(3)坡耕地

水土流失嚴重,土層薄,通常被石牙間隔,土壤富含碎石塊,下層土黏重,耕作層土熟化程度低,土壤肥力極差,氮、磷、鉀及微元素缺乏嚴重。土壤改良主要是在退耕還林還草或坡改梯平整土地搞好水土保持的基礎上,配套施用廄肥、堆肥、種植綠肥以及客土改良土壤的方法改良土壤。

(4)梯形地

土壤肥力相對較好,但由於長期粗放耕種,土壤黏重,很少施用有機肥料,大量施用化肥,且化肥種類單一,以氮肥為主,土壤保水保肥能力差,板結嚴重,磷、鉀及微量元素缺乏。土壤改良主要是增施用磷、鉀及微量元素肥料和有機肥料,利用客土改良土壤結構,以及改良土壤酸鹼度,調節控制土壤鈣含量。

(5)窪地底平地

窪地通常在雨季存在不同程度的積水,土壤層相對較厚,但因長期低投入高產出,土壤肥力下降較快,土壤改良以排水工程、平衡施肥、增施有機肥為主。

2.坡耕地改良步驟

坡耕地改良步驟主要是針對坡度小於25°的坡耕地。對於大於25°的坡耕地主要為退耕還林還草。

(1)結合土地整理,搞好水土保持整地工程。

(2)採用分層挖溝的方式施肥,挖溝沿等高線方向,溝深20~30cm,溝寬30~40cm,兩條溝間相隔約50cm。

(3)挖溝時間選擇在秋季農作物收後,連續晴天,避免人為擾動造成水土流失。

(4)挖溝時將表層耕作土挖出堆放到一邊的表土上,再將第二層深挖30cm,堆放到另一邊的表土上。對於土層薄時,深挖至基岩面,一邊挖土,一邊將碎石塊及石牙清除掉,用作修築梯埂原料。

(5)溝挖好後,在溝底撒一層厚度約10cm的生甘蔗渣或事先切碎的秸稈、玉米芯、枯枝落葉、雜草等,用水潑濕,鋪上糖廠濾泥或者河溝塘淤泥約10cm,再蓋上第二層土。

(6)蓋上第二層土時,摻混入少量沙質粘土,按1t/100m2的比例;對於土層厚度小於30cm的土地,補充客土,使土層厚度保持在30cm以上。

(7)蓋上第二層土後,在第二層土表面鋪上事先發酵好的堆肥、廄肥、沼渣、沼液等,厚度約10cm;再蓋上表層耕作土,並摻混入少量沙土,混合均勻,按每100m2摻2t沙土的比例混合。

(8)一條溝施肥完後間隔約50cm 挖另一條溝,按照同樣的方法分層施肥,以此類推,直到挖到梯地的另一側。

(9)在挖溝時不宜緊挨梯埂挖,沿地塊四周,緊挨梯埂留出一條寬10~20cm的土地不動,防止過度擾動造成水土流失。

(10)在第二層表面鋪上有機肥前,在要施用的、事先發酵好的堆肥、廄肥、沼渣、沼液等肥料中混入硫肥,硫肥施用量為每畝3~5kg。

(11)採用挖溝方法施肥必須在犁地播種前1~2個月進行,以利於底層有機肥發酵。

(12)犁地播種後,立即在土層表面撒上層厚度約3~5cm的甘蔗渣與糖廠綠泥的混合物,起到既改善小氣候、減少蒸發、保持水土,又增土肥的作用。

(13)土壤改良的第二年秋季,同樣採用分層挖溝的方法,對第一年挖的兩條溝之間約50cm的土地實施施肥改良。

(14)每年採用沿等高線方向犁地,盡量使施用的有機肥與土壤混合均勻,並沿所挖溝的兩側地呈雙行播種。

3.梯形地改良步驟

(1)平整土地工程,清除梯形地中的碎石和石牙。

(2)採用挖溝的方法挖溝施肥,方法基本同坡耕地,但是在對梯形地挖溝時,除在地塊四周留寬10~20cm的土層不動外,挖完間隔30cm的溝後,再回過頭挖50cm的溝間地,直到完成整塊土地。

(3)在對第二層土上施用有機肥時,可將當季作物施用化學氮肥總量的50%和全部微量元素肥料混合有機肥施用入土,剩下50%的氮肥以追肥的形式分1~2次施入,施入的硫肥為每畝1~2kg。

(4)對梯形地實施土壤改良後,每年以平衡施肥,保證適量的有機肥,土壤肥力一般可持續5年左右,5年後需再進行上述土壤改良措施。

4.窪地底平旱地改良步驟

(1)依據水利改良措施中的易澇窪地治理措施改良。

(2)窪地底地勢低窪,水分條件相對較好,但是長期接受山坡流下的粘土沉積,質地黏重,在用分層挖溝方法改良土壤時,增加沙土的使用量,特別是表土層,按每100m2摻入沙土3t的比例混合施用。

(3)窪地底通常是表層土壤呈酸性,而B、C層土壤呈中性或偏鹼性,在挖溝時適當增加挖溝的深度,一般挖溝深30~40cm,最好挖到50cm的深度。

(4)在溝底施用有機肥料時,按照每畝0.5~1kg的比例混合施用硫肥,然後按每100m2摻入3t的比例蓋上一層沙土,與第二層土混合均勻。

(5)在蓋第二層土時,預留約1/3的土,與表層土混合均勻回填。

(6)挖溝的方向以南北向為好,便與沿溝兩側南北向種植,一次性挖完整塊土地,不在地塊四周留空區。

(7)待有機肥腐熟後,犁地播種,犁地方向應與溝方向正交。

上述各類型土地實施土壤改良時,可視經濟條件適量控制有機肥的使用種類和施用量。

(九)平衡施用化學肥料

平衡施肥是基於土壤養分豐缺和作物需求,通過施肥手段達到供需平衡。平衡施肥來源於養分平衡法。它是以李比希的養分歸還學說為基礎,通過土壤養分測試,根據作物需肥量與土壤供肥量之間的差數,計算實現計劃產量的施肥量,並實現農作物與土壤之間的養分平衡。其公式是:

岩溶峰叢窪地生態重建

根據示範區不同土地類型土壤營養元素有效態檢測結果,窪地底每畝施:氮氨25 kg、鉀肥5kg、磷肥30kg,梯形地:氮氨35kg、鉀肥8kg、磷肥30kg,新開梯地:氮氨45kg、鉀肥10kg、磷肥40kg。

施用適量微量元素肥料,每畝施肥標准:硼肥0.5~0.75kg、銅肥0.8~1.5kg、鐵肥5 kg、鋅肥1~2kg。

依據土壤養分狀況的研究結果,岩溶峰叢窪地石山區,土壤在施肥時應遵循下列方法和原則:

(1)氮是作物生長和產量的首要障礙因子,應以滿足作物對氮素的需求來確定氮肥的使用量。因石山區漏水嚴重,氮肥易隨水流失,需分多次作追肥施用,不宜在下大雨時施用,最好選擇小雨天施用,或者晴天施用後澆水。

(2)石灰土土壤中磷的有效性差,土壤對磷的吸附固定作用強烈,應綜合考慮提高土壤供磷水平和滿足作物對磷素的需求來確定磷肥的施肥量。磷肥的施用宜採用集中施用的方式,並配合有機肥混合施用,以減少土壤對磷的固定。

(3)土壤中的全鉀含量、緩效鉀含量及速效含量都很低,土壤中鉀的儲備極少,施用鉀肥對石灰土作物生長非常重要。鉀肥最好集中條施或穴施於根際附近的土層中,且不宜與有機肥料混施,條件允許可採用葉面噴施。

(4)石灰土壤的供硫水平不高,在施肥時應注意搭配適量的硫肥。

施用化學肥料作基肥時,需配合熟化的有機肥料混合施用,有機肥料通常按半干廄肥1000~1500kg/畝施用。

② 岩溶治理

根據不同類別岩溶,確定齊岳山隧道岩溶治理方案,如表10-25。

表10-25 齊岳山隧道岩溶治理方案表

(1)貧水管道型

1)充填淤泥型。2004年3月22日,齊岳山隧道施工至PDK361+582.5後停止掘進,採用地質鑽機進行超前地質鑽探。3月24日20:00 ,探孔鑽進至13.8 m時,鑽孔沖洗液變濁;20∶10 ,鑽進至15.2 m時,鑽孔內開始出現涌泥;20:13 ,鑽孔內開始涌水,噴射距離2 m。經測試,涌水量為300m3/h。由於涌水量大,鑽機無法鑽進,隨後停止鑽進。1小時後,鑽孔內涌水量減小到150m3/h,之後,涌水逐漸減小,穩定在30m3/h。

根據該岩溶涌水特徵:隨著充填介質淤泥的湧出,開始湧出清水,並且涌水量在短時間內逐漸減小,並穩定在30m3/h。結合該岩溶處於F3 斷層,斷層帶內岩層破碎,平導PDK361+597發育為垂直向岩溶管道,因此管道相對獨立,管道內靜儲量已基本釋放,因而,對於該岩溶,可採取「後處理」措施,即先採取爆破開挖,待岩溶管道完全揭示後,再進行處理。

2004年4月5日,對該岩溶管道進行爆破開挖。爆破開挖後,實際揭示在隧道左側拱腰位置為一直徑ϕ2m的岩溶管道,與預測情況基本一致。針對該岩溶管道,採取以下「後處理」措施,如圖10-80。

①對隧道開挖輪廓線外5 m范圍進行錨網噴防護。錨桿採用2 mϕ22mm砂漿錨桿,錨桿入岩深度1.5 m,外露0.5 m,間距1 m×1 m。鋼筋網採用ϕ6mm鋼筋,網格間距20cm×20cm;噴射C20混凝土厚10cm。

②對DK361+594~+600段採取格柵鋼架支撐,鋼架間距1榀/0.5 m。

③對初期支護外岩溶管道採用M5漿砌片石回填,回填高度2 m。

④預埋ϕ100mmPVC排水盲管,保持原有水系排泄通暢。

⑤對DK361+594~+600段採用K0.5MPa抗水壓加強型襯砌。

2)充填粘土型。2004年4月28日,齊岳山隧道正洞開挖到DK361+597後,採取超前水平鑽探,當鑽至DK361+614位置時,鑽孔內出現了少量涌泥,取心顯示該位置存在一充填型溶洞,充填介質為軟-流塑狀黏土。隨後,停止鑽探,繼續開挖。2004年5月7日,隧道開挖到 DK361 +611 位置停止掘進,並進行進一步加強探測。當探孔鑽探到DK361+613~+617時,突然發生突水、突泥,最遠噴射距離15 m。隨後繼續鑽探,表明正洞前方存在一條由隧道右側拱部向隧道左側底部發育的大型岩溶管道,管道直徑3~5m。管道內充填大量泥砂、粘土,儲量無法估計。根據對該岩溶管道的判斷,為確保安全施工,不留後患,對該溶洞採取「注漿加固-管棚支護」綜合措施進行治理,治理方案如圖10-81。

圖10-80 PDK361+597岩溶管道治理方案

圖10-81 DK361+614岩溶管道處理方案圖

(單位:cm)

①採用C20模築混凝土封閉掌子面,封閉厚度1 m。

②後部徑向注漿加強:對掌子面後部DK361 +605~+610 段採取5 m徑向注漿。注漿管梅花型布置,間距1 m×1 m。注漿材料採用普通水泥單液漿,漿液配比:水灰比0.6∶1~1∶1。注漿採取定壓控制,注漿終壓為1.5~2MPa。

③超前帷幕注漿:對DK361+611~+625段14 m范圍採取5 m超前帷幕注漿,加固溶洞充填物以及破碎圍岩。注漿材料採用普通水泥單液漿、TGRM漿,以普通水泥單液漿為主。普通水泥漿漿液配比為:水灰比0.6∶1~0.8∶1 ,TGRM 漿漿液配比為:水灰比0.8∶1~1∶1。設計注漿擴散半徑1.3 m。注漿採取定壓控制,注漿終壓為1.5~2MPa。

④超前大管棚:對DK361+611~+625段14 m拱部120°范圍施做超前大管棚。大管棚採用ϕ108mm鋼管,環向間距40cm,外插角5°。超前大管棚注入水泥砂漿。

⑤徑向補注漿:DK361+611~+625段開挖後,對該段進行徑向補注漿。注漿范圍為開挖輪廓線外5m。

⑥底部加固注漿:對DK361+611~+625 段底部溶洞進行垂直加固注漿。注漿范圍為基底以下5m。注漿管採用5m長ϕ42mm鋼花管,梅花型布置,間距1m×1m。注漿材料採用普通水泥單液漿,漿液配比為:水灰比0.6∶1~1∶1。注漿採取定壓控制,注漿終壓為1.5~2MPa。

⑦開挖支護:該段採取短台階法開挖,二次襯砌採用K1.0MPa抗水壓加強型襯砌。

3)充填塊石型。2005年2月17日,正洞掘進至DK362+274.5,掌子面超前5 m探孔內出現突水,射距20m,流量為100m3/h。突水4小時後射距減小為12 m,8小時後射距減小為5 m。突水48小時後水量穩定在20m3/h。經現場分析判斷,掌子面前方發生大規模突水的可能性不大,於是2月19日22:00揭示該溶腔。揭示後,溶腔內僅有少量零星塊石墜落,觀察溶腔主要位於隧道頂部(左側為起拱線上50cm,右側為55cm),溶腔沿隧道橫向發育寬度8.3 m,縱向1.7 m。2月20日23:30,在3#橫通道爆破施工時,溶腔上部填充物突然坍塌、湧出,湧出物堆滿掌子面17.5 m空間,湧出物體積約500m3。湧出物主要為塊石和少量粘性土,最大塊石為3 m×2 m×1 m。後經探測,該溶腔沿隧道軸線長14 m,可探高度拱部以上13 m均泥夾孤石。針對DK362+277溶洞,根據其坍塌介質為塊石土的特點,施工中採取以下治理措施。

①在確保安全情況下,對堆積體上半斷面向掌子面方向適當清理,形成上、下半斷面台階。

②採用C20混凝土封閉掌子面,止漿牆厚度1.5 m,止漿牆應採用徑向錨桿和周邊圍岩連接。

③對止漿牆下部堆積體進行花管注漿,固結鬆散堆積體。注漿管長度5 m,注漿材料採用普通水泥單液漿,漿液配比為:水灰比0.6∶1~0.8∶1。注漿採取定壓原則,注漿終壓1.5~2MPa。

④對拱部120°范圍內施作ϕ108mm超前大管棚,管棚長度20m,環向間距30cm,外插角5°。管棚施作完畢後注入普通水泥單液漿,漿液配比為:水灰比0.6∶1~0.8∶1。注漿採取定壓原則,注漿終壓1.5~2MPa。

⑤採取台階法開挖,按K1.0MPa抗水壓結構設計二次襯砌。

⑥徑向注漿加強:DK362+277~+297段開挖後,對該段進行徑向注漿,注漿范圍為開挖輪廓線外5m。

⑦對基底採取ϕ75mm鋼管樁加固,加固深度12 m。鋼管樁採用花管,梅花型布置,間距0.6 m×0.6 m。注漿材料採用普通水泥單液漿,漿液配比為:水灰比0.6∶1~0.8∶1。注漿採取定壓原則,注漿終壓1.5~2MPa。

(2)富水管道型

2004年5月31日3:50 ,齊岳山隧道平導掘進至PDK361+870 ,採取超前炮眼孔進行超前探測。炮眼孔鑽至PDK361+873.5時,突然發生突水,最遠噴射距離5 m,單孔涌水量60m3/h。於是,立即啟動應急預案,封閉掌子面,進一步進行加強鑽探並進行水壓測試。針對平導PDK361+873岩溶,通過採取TSP203、地質雷達,以及深孔超前鑽探等綜合超前地質預測預報手段,探測到含水體構造溶腔呈上窄下寬、右窄左寬形態。掌子面范圍內溶腔寬度為0.4~4.7 m,溶腔由左上向右下延伸,左上最大溶腔寬度12 m,右下最大寬度4 m,如圖10-82。測試最大水壓力為0.26MPa,穩定水壓力為0.14MPa,預估涌水量為(2~7)×104m3/d。

1)方案制定。由於該富水溶腔規模大,同時,進口為反坡施工,因此,對該富水溶腔進行爆破開挖方案、泄水洞方案、繞行方案和注漿堵水方案進行方案比選。

通過對以上方案進行比選,從投資、安全、工藝、可行性、難度、遠期危害等方面綜合考慮,鑒於該富水動水溶腔規模大,目前針對該類似條件下注漿堵水無成熟的實例,且注漿周期長,投資高,又考慮到該溶腔主要受岩層產狀控制,是以溶蝕作用為主而形成的層面裂隙管道型岩溶,該處地質又為背斜構造,這種地質條件下泄水洞方案比較成熟,對地表環境影響有限,同時,該隧道為反坡開挖,若有大量水存在,抽排水費用較高,因此,應採取泄水洞方案。考慮到齊岳山隧道工期緊,採取泄水洞方案需要一定的時間周期,因此,採取迂迴導坑開挖,開辟新的工作面。現場採取右側迂迴導坑和左側泄水洞綜合方案,如圖10-83。

圖10-82 齊岳山隧道PDK361+873岩溶管道形態圖

圖10-83 齊岳山隧道PDK361+873岩溶管道治理方案

2)「迂迴導坑+泄水洞」方案。

①迂迴導坑。綜合施工地質探測成果,PDK361 +873 主要為一豎向發育的管道型岩溶,且具有上小下大,左、右均尖滅的特徵,因此,左側迂迴、右側迂迴、豎向繞行均有一定的可行性,但考慮到右側迂迴對正洞施工有利,且費用最低,因而,選擇採取右側迂迴方案。右側迂迴方案是從平導PDK361+805位置向正洞開設2-1#橫通道,由橫通道進入正洞後,採取下導坑斷面向前掘進,至DK361+891處向左側進行超前深孔鑽探,設置2-2#橫通道繞行穿過含水溶腔後拐進平導,之後平導向前正常開挖。迂迴導坑完成後,平導正洞向前開挖,同時應盡快由2-1#橫通道反向開挖正洞,實現正洞1#橫通道與2-1#橫通道之間的貫通,避免平導獨頭掘進。

②泄水洞。考慮到地形條件,以及正洞、平導的平面位置關系,以及出水點情況,在平導左側距平導20m處設置平行泄水洞。泄水洞洞口設在隧道進口洞口樂園溝位置,高程1112.0(平導洞口高程1125.9),設計泄水洞為1‰上坡。泄水洞採用單車道斷面,單道內凈空尺寸為2.8 m×3.6 m。泄水洞全長1165 m。泄水洞襯砌Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級圍岩段採用噴錨襯砌,Ⅴ級圍岩段採用噴錨整體式襯砌結構,在通過斷層破碎帶、岩溶構造裂隙、溶腔等地段時,採取繞避方案。

在泄水洞施工到PDK361+873富水溶腔時,施工救援通道,爆開含水體,實現泄水。同時,對平導與正洞相應富水溶腔構造處設置泄水通道,實現泄水,本隧道共設置3條泄水通道。

(3)富水溶槽型

2004年10月15日,宜萬鐵路齊岳山隧道進口正洞施工到DK362+050 ,採用TSP203超前預測預報揭示出DK362+058~+065段節理裂隙發育,局部有水。10月17日,隧道開挖到DK362+060,採用5 m加深炮眼孔超前探測時,由探孔中射出水流,射程4 m,隨即封閉掌子面。之後,在掌子面布置6 個ϕ90mm超前探孔,加強對前方超前預測預報。超前探測表明:在隧道前方自左上向右下發育一富水溶槽,溶槽左寬右窄,寬度為0.7~0.1 m。溶槽中充滿水。經測試,充水溶槽內水壓力為0.1MPa。

1)方案設計。

①端部加強:對DK362+055~+060已開挖段採取5 m徑向注漿,加固該段破碎圍岩,以避免由於對DK362+060~+070段超前帷幕注漿引起後部結構破壞。

②頂水注漿:對超前水平探孔進行頂水注漿,將水頂回到原有的流水通道,同時達到熟悉注漿工藝、試驗注漿材料、確定注漿參數的目的。

③超前帷幕注漿:對DK362+060~+070段採取3 m超前帷幕注漿,形成注漿截水帷幕。

④超前大管棚:在DK362+060~+070 段開挖輪廓線外布設超前大管棚,並對大管棚進行注漿,大管棚和超前帷幕注漿共同作用,形成超前剛性支護體系,確保開挖施工安全。

⑤徑向注漿:對DK362+060~+070段開挖後進行5 m徑向注漿,提高充水溶槽段的注漿堵水加固效果。它和超前帷幕,以及抗水壓二次襯砌結構共同作用,形成抗水壓結構體系。

2)注漿設計。

①注漿設計參數:借鑒以往施工經驗,制定該充水溶槽注漿堵水設計參數如表10-26。

表10-26 富水溶槽注漿堵水設計參數表

②注漿設計:根據設計參數進行注漿設計。

a.DK362+055~+060段徑向注漿:分別在DK362+056、+057.5、+059斷面全環布置徑向注漿孔,注漿孔環向間距1.5 m,孔深5 m。注漿管採用ϕ42mm焊接鋼管,管長5 m,花管部分長4 m,溢漿孔間隔垂直梅花型布置,縱向開孔間距20cm,注漿管端部加工呈尖錐狀。

b.頂水注漿:對超前探孔的6個鑽孔進行頂水注漿。

c.DK362+060~+070段帷幕注漿:根據設計參數進行注漿設計,如圖10-84。

圖10-84 超前帷幕注漿設計圖

(單位:cm)

d.DK362+060~+070段超前大管棚:超前帷幕注漿結束後,對DK362+057~+060段擴大斷面1m形成3m(縱向)×1m(環向)工作間,利用工作間施做ϕ108mm超前大管棚,管棚環向間距0.5 m,外插角1°。

e.DK362+060~+070段徑向注漿:開挖完成後,對DK362 +060~+070 段進行徑向注漿加強,確保帷幕注漿的抗水壓作用。徑向注漿加固孔布設間距為1 m×1 m。

3)注漿材料。注漿材料及漿液配比參數根據不同的注漿方案確定。

對於徑向注漿,採用普通水泥單液漿。對於頂水注漿,採用豆石混凝土、水泥砂漿、普通水泥單注液漿和普通水泥-水玻璃雙液漿。對於超前帷幕注漿,採用普通水泥單液漿、普通水泥-水玻璃雙液漿,對於超前大管棚注漿,採用TGRM漿。

普通水泥單液漿漿液配比為:水灰比0.6∶1~0.8∶1。普通水泥-水玻璃雙液漿配比為:水泥漿水灰比0.6∶1~1∶1、水泥漿與水玻璃體積比1∶1~1∶0.3、水玻璃濃度35Be′。TGRM漿漿液配比為:水灰比0.8∶1~1∶1。

4)注漿參數。注漿參數見表10-27 ,現場施工可根據實際情況動態優化調整。

表10-27 注漿參數選擇表

5)注漿順序。注漿順序均採取由下到上、由右到左、間隔跳孔方式進行。

6)注漿結束標准。

①單孔結束標准:注漿壓力逐步升高到設計終壓,並持續10min以上。注漿結束時地層吸漿量小於5L/min。

②全段結束標准:所有注漿孔均符合單孔注漿結束標准,無漏注現象。鑽檢查孔,符合注漿效果質量要求。

7)注漿效果檢查及評定。

①程序控製法:施工程序按規定的施工順序進行。

②檢查孔法(針對超前帷幕注漿):在吸漿量較大的部位、設計的帷幕加固圈最外側范圍,以及可能存在的注漿薄弱環節鑽設檢查孔,檢查孔數量為設計注漿孔數量的10%,且不小於3個。檢查孔應成孔好,無坍孔現象。對檢查孔取心,漿液充填飽滿,漿液有效注入范圍大於設計值。檢查孔涌水量應小於0.2L/(m·min)。

③試驗法(針對超前帷幕注漿):對檢查孔進行注漿試驗,檢查孔注漿壓力應很快(一般不應超過10min)達到設計終壓,達到終壓時地層吸漿量很小(一般應小於5L/min)。

④計量評定法(針對徑向注漿):注漿後涌水量小於設計值5 m3/(m·d)。

8)現場施工。現場施工自2004年10月27日開始,到2004年12月13日結束,歷時48天。

徑向注漿和頂水注漿按設計正常施工。超前帷幕注漿按設計進行了A圈17 個孔的鑽孔及注漿施工,在進行B圈孔鑽孔時,發現鑽孔中均無水,漿液充填飽滿,於是未繼續進行B圈和C圈孔的鑽孔與注漿施工。根據注漿過程中各孔的吸漿情況,以及加固范圍要求,共布置了8個檢查孔,檢查孔均成孔好,無坍孔現象,漿液充填飽滿,無水。對檢查孔進行注漿試驗,注漿量100L,注漿壓力很快達到4~5MPa,這表明原充水溶槽已被漿液有效填充。隨後,對鑽孔過程中出水量較大、溶槽寬度較寬的拱頂及左側拱腰位置局部布置了8根超前大管棚,並注入TGRM漿。

2004年12月15日,對該富水溶槽進行爆破開挖,開挖效果如圖10-85。和注漿前探水孔相比,原充水溶槽被漿液充填飽滿,注漿效果較好,滿足了安全開挖要求。開挖後又對該段進行了徑向注漿加強。

圖10-85 富水溶槽注漿效果照片

③ 研究現狀及存在的主要問題

一、國外研究現狀

石漠化的發展及其對人類的危害是全球性的問題。20世紀年代以來,隨著人口的劇增和生態的破壞,全球岩溶區石漠化在不斷加劇。如地中海岩溶地區、加拿大東南部布魯斯半島、日本秩父地區、澳大利亞塔斯馬尼亞地區等均面臨著嚴重的石漠化問題。各國對石漠化問題都給予了高度的重視,並進行了治理。在開發石漠化區岩溶含水層水資源、退耕還林、利用速生樹種和種苗營養液進行石漠化區生態重建方面,取得了很多有效經驗。但國外石漠化地區人口密度小,水、土、人之間矛盾沒有我國突出,治理相對比較容易,技術成果報道較少。

二、國內研究現狀

近十多年來,國家實施了「八七」扶貧攻堅計劃、長江中上游防護林工程、水土保持工程,以及世界糧食計劃、世界銀行貸款和澳大利亞、紐西蘭的援助項目,在植樹造林、封山育林、退耕還林、坡改梯、砌牆保土、土壤改良、開發岩溶水、種植適生經濟作物等方面做了大量工作,取得了較多的石漠化環境整治的成功經驗,從不同的角度總結了解決單一目標的工程治理措施,以及綜合性的石漠化治理模式。

(一)石漠化治理的主要工程措施

1.生態修復措施

包括植樹造林、退耕還林、封山育林、人工種草、草地改良為主體的生態修復工程,並與經濟林木建設、中葯材種植等相結合,擴大植被覆蓋面積。

2.農田基本建設措施

以提高耕地質量、提高土地產出率、減少自然和人為活動對耕地的破壞和水土流失,增加農民經濟收入,進而達到遏止毀林開荒為目的。該類措施以6°~25°坡耕地治理為重點,通過「坡改梯」(坡地改梯田、梯土)、「旱改水」(旱地改水澆地、平緩旱地改水稻田、望天田改保灌田)、「碎改整」(小塊改大塊、零亂改規整)、新開田土、冷爛銹田改造、窪地排澇等農田改造等,有效地防止或減少水土流失。

3.水利水保建設措施

水資源是動物和植物賴以生存的必要條件,是自然環境的重要組成部分,是可持續發展的基礎。措施將「開源」與「截流」並重,通過對灌區改造、病險水庫治理、地表「三小」(小山塘、小水窖、小水池)工程建設,致力於解決石漠化區人畜飲水和農田灌溉,改善人類生存條件,提高土地產出率,推動農業結構調整,促進石漠化區經濟的發展,對有效實施退耕還林、封山育林、遏止毀林開荒起到保障作用。

4.農業產業結構調整措施

根據地域資源環境條件,進行產業結構調整,合理利用資源,布局適合於當地資源和環境優勢的產業,推動地區經濟的發展。如貴州省根據當地地形、氣候,在一些高寒地區實施退耕還草、發展草地畜牧業,北盤江兩岸發展花椒種植;廣西在石漠化區實施「砍頭樹」種植、發展養殖業等。

5.農村能源改造措施

以解決煤炭資源缺少地區農民生活及生產燃料為目的,通過發展家庭養殖業、沼氣工程、節柴改灶、農村小水電建設、太陽能利用等措施,實現遏制人為對森林的砍伐破壞。

6.生態移民措施

主要方式為異地搬遷。通過小城鎮建設、發展鄉鎮和民營企業,有效地將石漠化區(生態惡劣區)的人口和人類工程活動向資源環境條件較優勢的區域集中,轉移農村勞動力,增加農村人口就業率,一方面使貧困區人口盡快脫貧,另一方面減輕石漠化區資源環境的壓力和人為活動對環境的破壞,使人類對資源的需要和自然資源的承載力達到平衡,逐步恢復生態環境。

7.其他

主要為政策保障措施、科技支撐體系等。包括對石漠化治理的政策支持,治理方式的科技研究、示範工程、石漠化監測、科技培訓、宣傳教育、組織保障等。

(二)石漠化綜合治理的主要模式

石漠化的治理是一項系統工程,一般要根據當地具體的資源環境和社會經濟環境條件,因地制宜,採取多手段、多功能、多層次組合模式進行綜合治理。目前,國內岩溶山區採用的綜合治理模式主要有如下幾類。

1.小流域綜合治理模式

受地形、地貌、水文網和地質結構等條件控制,岩溶石山地區由許多具有獨立功能的小流域單元組成。小流域綜合治理模式的內容為:根據小流域內上、中、下游具體的社會和環境條件確定生態經濟功能,合理地配置生態防護體系,通過一系列組裝配套的科學技術,以水土保持為核心、以水資源開發為基礎、以產業結構調整為手段,實現流域全面規劃,綜合防護體系和復合農業生產體系建設布局,形成符合山區特點的農、林、牧復合農業生產體系。

2.生態環境綜合治理模式

針對岩溶山區缺水、少土、水土流失嚴重和人地矛盾突出的特點,以蓄水、治土、造林為核心,對脆弱生態環境進行治理。利用坡面雨水徑流和表層帶岩溶水與三小工程(小山塘、小水窖、小水池)相結合,形成微型水利系統,達到實現防止水土流失和解決乾旱期間農田灌溉用水的目的;對坡耕地實施「坡改梯」工程,並與具有經濟價值的草、果(樹)種植相結合,把防治土壤強烈流失和溝谷侵蝕的攔沙谷坊相配合;開展生態林建設,將生態林建設與經濟林木種植相結合,既增強流域內水土涵養,又實現增加經濟的收入。通過上述手段,改善流域內的生態環境條件。

3.生態農業建設模式

針對岩溶山區山地多、壩地少的特點,結合地域資源和環境結構,實施農、林、牧一體化的產業結構模式。綜合考慮本地區區域農業資源優勢,以保護和擴大森林覆蓋率為核心,以水土保持、發展經濟和環境保護為目標,合理調整地區經濟結構和農作(植)物結構,維系生態平衡,走生態農業的道路。同時,發展特色農業、名特優產品種植,把種植業、養殖業和產品深加工業聯成整體,提高農產品的經濟附加值,促進生態經濟的有序發展和動態平衡,形成完整、協調的農業生態循環體系,既提高資源的利用,又實現了生態環境的保護。

4.草地畜牧業模式

西南岩溶山區雨熱同季,氣候溫和濕潤,利於牧草的生長,為發展畜牧業提供了優越的條件。在一些人口密度較小、草地面積較大的地區,利用該優勢發展牧農結合型的生態農業,以草養畜、以畜養農,並進一步發展農牧產品深加工業。以草代林代糧,進行草農牧林結合,短期可保持水土,遠期則可開發林木資源,既有近期效益,又有長期效益。

5.生態移民模式

中度以上的石漠化區面積大,水資源和土地資源缺乏,土地生產力和人口承載力低下,對該類地區,可通過生態移民的方式將居民遷移到環境條件較好、資源承載能力較高的地區,一方面可減輕人類為生存對原本就脆弱的生態環境的破壞,使生態環境系統得到恢復和重建,另一方面通過異地開發,改善石漠化區貧困人口的生存環境,促進脫貧,從而實現石漠化區社會經濟和資源環境協調的可持續發展。

6.庭院生態經濟模式

以沼氣建設利用為紐帶,以完善和穩定「經果林—畜禽養殖—沼氣」為基礎,充分利用農戶庭院前後及耕地資源,以改善農民生活基礎設施條件為目的,以種植經濟林木、中葯材和養殖優質畜禽為主要內容,對石漠化山區山、水、林、田、路、網進行綜合規劃建設。通過優化岩溶石漠化區經濟系統中的種植結構、養殖結構、能源結構與技術結構,增加農民收入,優化農村環境。庭院生態經濟模式的高效運行可改變農村庭院生活環境條件和不文明現象,逐步形成以種植為基礎、以養殖業為主幹、以沼氣為紐帶、種養和加工相互配套、農林牧副業協調發展的農村生態經濟體系,與石漠化防治融為一體,推進石漠化的綜合治理。

(三)石漠化理論研究方面的典型工作

1)袁道先院士在《岩溶生態系統和石漠化治理》中,結合西南岩溶石山地區的實際情況,採用大量的科學數據、圖表,對岩溶環境生態系統進行了具體的分析和論證。

2)1999~2002年,中國地質調查局完成了我國西南岩溶山區地下水及生態地質環境調查,採用遙感解譯、地面核實調查等手段,基本查清了我國西南岩溶石山地區石漠化的現狀、空間分布、發展趨勢,編制了《西南岩溶山區地下水及生態地質環境調查報告》。

3)貴州省地礦局王明章研究員等在「貴州省岩溶山區地下水及生態地質環境調查」成果資料的基礎上,編制並出版了《貴州省岩溶石山生態地質環境研究》,對貴州省石漠化的現狀、分布、成因、發展演化,進行了研究和闡述,並從地質學的角度初步提出了石漠化治理的途徑設想。

4)貴州省地礦局區域地質調查院況順達博士等以國家高技術研究發展計劃(863計劃)項目為平台,採用遙感技術完成了石漠化演變監測技術方法的研究,提交了《中國西南地區石漠化遙感調查關鍵技術研究及預警預報成果報告》。

5)貴州省師范大學熊康寧教授等以遙感技術為主要手段,對貴州省石漠化現狀進行了調查,編制出版了《貴州省岩溶石漠化類型遙感調查研究》,闡述了遙感調查的方法、貴州省石漠化的基本特徵和現狀。

6)中國科學院地球化學研究所牽頭,貴州大學、貴州師范大學、貴州科學院、貴州省地礦局、河海大學、同濟大學等單位共同承擔了國家重點基礎研究(973計劃項目),從地球化學的角度開展包括石漠化問題在內的岩溶山區物質運移循環研究。

(四)石漠化治理方面的典型工作

1)林業部門從20世紀80年代以來,結合國家長防、珠防工程,開展了以「退耕還林、植樹造林、封山育林」為主的生態恢復工程。

2)發改委、水利和農業部門以解決缺水問題為核心,採取了以小流域為單元,實行山、水、林、田、路、網統籌規劃綜合治理工程;以坡耕地的綜合整治為突破口,對25°以下石漠化程度較輕、土層較厚的緩坡耕地實施坡改梯工程;在人口密度相對較小的區域,大力實施生態自然修復工程;加大沼氣建設,解決能源緊缺問題;以增加群眾收入、促進農民脫貧致富為重點,因地制宜發展中葯材、花椒、砂仁等具有市場優勢經濟林果,並以此培育和形成生態產業。貴州省內典型工程有關嶺縣石板橋小流域治理工程、花江板貴小流域治理工程、思南碗水壩小流域治理工程等。

3)2003年以來,中國地質調查局開展了西南岩溶石山地區典型岩溶流域地質環境綜合整治示範項目,分別在貴州省、雲南省、廣西壯族自治區、湖南省等省(區)以岩溶流域為單元,開展了以地下水開發為龍頭的石漠化地質環境綜合整治示範工程。典型工程如代表峰叢窪地類型的貴州省巨木地下河流域,代表壟崗槽谷類型的貴州省道真上壩地下河流域、雲南省瀘西小江流域、湖南省洛塔等石漠化治理工程。從地學的角度開展以石漠化綜合治理為目的地質環境整治示範工作。通過多年的工作,初步取得了一定的經驗和成果,豐富了石漠化綜合治理的理論。上述示範工程的實施,將對改善當地人民的生存和生產條件、脫貧致富提供基礎條件,並對推動岩溶山區石漠化綜合整治將起到積極的作用。而且這一項目成為本研究的基礎。

4)在國家林業局的支持下,貴州省科技廳星火科技計劃在省內岩溶石漠化地區實施30萬畝金銀花種植的石漠化生態環境治理工程,推行「林—草—畜」生態研製模式發展畜牧業,帶動農民致富,同時保護和改善生態環境,取得了良好的社會和經濟效益,並完成了《岩溶石漠化地區種植金銀花的生態與經濟效益報告》。

5)中國地質科學院岩溶地質研究所在廣西果化、湖南洛塔等地進行了以地下水開發為主的地質環境整治示範工程。

6)中韓兩國共同投入在貴州省修文縣開展了以植樹造林、小水窖和沼氣工程為主的石漠化治理工程,取得了良好的效果。

7)2008年以來,國家在西南岩溶山區選擇了100個重點縣(其中貴州省55個),開展了石漠化綜合治理試點,目前試點工作正在正常推進。

三、存在的主要問題

石漠化的研究和治理取得了豐碩的成果,但是,總體上看,仍然存在如下方面的問題。

(一)石漠化繼續發展,生態環境形勢仍然嚴峻

當前,國內外有關人員從不同的側面對岩溶石漠化治理開展了大量的研究,並實施了較多的試驗和示範性工程,在岩溶山地區石漠化成因和防治的理論方面都取得了重大的進展,為岩溶山區石漠化的整治提供了較多成功的經驗。但是,應該看到,治理效果仍不是非常理想。根據相關資料,20世紀以來,盡管我國有效治理了岩溶石漠化面積5000平方千米,但由於地質環境條件的復雜性和不合理的人為工程活動,岩溶石漠化加劇的面積增加了2.5萬平方千米。石漠化的加劇和改善面積比為5∶1。岩溶石漠化的形勢仍然嚴峻。

(二)石漠化治理的理論和實踐措施尚需進一步充實和完善

「石漠化的形成和發展是脆弱的岩溶環境條件與不合理的人為活動共同作用的結果」;「脆弱的岩溶地質環境是石漠化發生的基礎、不合理的人為工程活動是石漠化發生的驅動力」;「對石漠化治理不但要對已經發生的石漠化環境進行修復,更重要的是要通過科學的手段防止新的石漠化繼續發生和發展」已經為大眾認識。因此,合理的石漠化的治理途徑不但要對不合理的工程活動進行遏制,而且應通過科學的手段對脆弱的地質環境實施改善,才能達到預期的效果。但是在目前的實踐中,通常採取的各種治理模式都主要集中在針對遏制不合理的人為工程活動方面,而對如何改善石漠化區脆弱的地質環境方面卻重視不夠。

近年來,不同部門從不同行業的角度實施了較多的石漠化整治工程,取得了一定的成果和較豐富的經驗,總結了不同的綜合治理模式。概括起來,這些治理模式基本上都是擴大植被覆蓋面積、土地整理、地表水資源的開發、農業產業結構調整、生態移民、庭院經濟等措施的集成。雖然這些模式既有通過自然和人工干預促使植被恢復、對已經惡化的石漠化生態環境進行修復的工程,也有通過科學的手段改善石漠化區民眾的生活和生產環境、發展經濟、從源頭上防止石漠化繼續發生和發展的措施,但是,綜合分析可以看出,這些治理模式都有一個共同的特點,都將主要的目標集中在對地表生物圈層的人為干預和控制,而不同程度地忽視了支撐生物圈層的地質環境條件對石漠化發展的巨大作用,表現為一是缺乏對石漠化形成的內在基本環境———石漠化區地質環境的綜合整治;二是在治理措施的選擇和工程布局上通常未能充分考慮治理區的地質環境背景(水文地質條件、地球化學背景等)對治理措施的適宜性;三是未能很好地考慮開發利用當地豐富的地質資源並充分利用於石漠化的整治中。其結果治理工程仍然主要在脆弱的地質環境的基礎上進行。盡管多年來國家對水土保持、石漠化防治等生態環境治理工作投入了大量的資金,這些治理工作確實也起到了較好的作用,但是,綜合分析近年來西南岩溶山區石漠化發展的趨勢,石漠化程度和面積仍然在以較快的速率持續發展,究其原因可以認為:造成該問題的原因除石漠化治理的投入力度尚不足以外,還在於當前的治理模式和工程過多是立足於石漠化形成的外因控制上,而對地質環境的治理力度薄弱。

地質環境是一切生態環境形成的基礎,地質環境條件的好壞,決定了生態環境的優劣,「基礎不牢、地動山搖」,可以認為:忽視對地質環境進行有效的整治,基於脆弱的地質環境的基礎上進行的石漠化防治工作唯以取得理想的預期效果。因此,現有的石漠化綜合治理模式有待於進一步的補充和完善。

(三)水源缺乏、土地缺少和土質貧瘠的問題亟待解決

石漠化區生態環境脆弱的基本特徵就是「地表缺水、少土、土質貧瘠」,是造成石漠化形成和發展的最根本的原因,也是目前採用的石漠化治理工程中難以解決關鍵所在。

岩溶山區強烈岩溶發育造成地表水流嚴重漏失,地表出現嚴重的乾旱缺水現象,造成岩溶山區人畜飲水和工農業生產供水困難,成為社會經濟發展的「瓶頸」。

「少土」是岩溶石漠化區生態環境脆弱的另類典型特徵。碳酸鹽岩成土條件本來就極差,加之地形條件以山地為主,土地主要分散分布在山間盆地、谷地和窪地中,可供耕種的土地面積少,土地資源有限。隨著農村人口的增加,人均耕地佔有量呈繼續逐漸減少的趨勢。特別是岩溶山區人口增長速度快,低承載力的土地與高密度的人口必然產生糧食增長與人口增長失衡問題。以貴州省為例,2005年全省人均耕地面積1.7畝,其中常用耕地人均僅0.68畝。退耕還林後雖可有效地防止水土流失的進一步發展,但人口過多的現實卻相應增大了石漠化區土地資源的壓力。雖然加大小城鎮建設和生態移民是緩解農村人口與耕地不足矛盾的有效措施,但是,也應看到未來相當長的時期內農民對土地仍將有較強的依賴性,並且生態移民也需要相應的土地和水資源作支撐。因此,可耕種土地的缺少成為制約生態移民工程實施的「瓶頸」之一。

碳酸鹽岩溶區的耕地一方面是土層薄、分布不連續、保水性和耐旱性差,另一方面土壤中營養元素缺乏,嚴重的水土流失引起土壤中營養元素的大幅度減少,使得耕地土質貧瘠、土地產出率低、農作物品質低下,成為限制地域經濟發展的重要原因之一。

岩溶山區水源匱乏、土地缺少和土質貧瘠與地質環境密切相關,是石漠化治理中的難點所在,也是必須解決的最基本的問題。

④ 岩溶塌陷的防治措施

我國對岩溶塌陷的防治工作開始於60年代,目前已有一套比較完整和成熟的方法、防治的關鍵是在掌握礦區和區域塌陷規律的前提下,對塌陷做出科學的評價和預測,即採取以早期預測、預防為主,治理為輔、防治相結合的辦法。
塌陷前的預防措施主要有:合理安排廠礦企業建設總體布局;河流改道引流,避開塌陷區;修築特厚防洪堤;控制地下水位下降速度和防止突然涌水,以減少塌陷的發生;建造防滲帷幕,避免或減少預測塌陷區的地下水位下降,防止產生地面塌陷;建立地面塌陷監測網。
塌陷後的治理措施主要有:塌洞回填;河流局部改道與河槽防滲;綜合治理。
一般來說,岩溶塌陷的防治措施包括控水措施、工程加固措施和非工程性的防治措施。
(一)控水措施1. 地表水防水措施:防地表水進入塌陷區,可以:
(1)清理疏通河道,加速泄流,減少滲漏;
(2)對漏水的河、庫、塘鋪底防漏或人工改道;
(3)嚴重漏水的洞穴用粘土、水泥灌注填實。
2. 地下水控水措施
根據水資源條件,規劃地下水開采層位、開采強度、開采時間,合理開采地下水,加強動態監測。危險地段對岩溶通道進行局部注漿或帷幕灌漿處理。
(二)工程加固措施1. 清除填堵法:用於相對較淺的塌坑、土洞。
2. 跨越法:用於較深大的塌坑、土洞。
3. 強夯法:用於消除土體厚度小,地形平坦的土洞;
4. 鑽孔充氣法:設置通風調壓裝置,破壞岩溶封閉條件,減小沖爆塌陷發生的機會。
5. 灌注填充法:用於埋深較深的溶洞。
6. 深基礎法:用於深度較大,不易跨越的土洞,常用樁基工程。
7. 旋噴加固法:淺部用旋噴樁形成一「硬殼層」,(厚10~20m即可),其上再設筏板基礎。
(三)非工程性的防治措施1. 開展岩溶地面塌陷的風險評價。
2. 開展岩溶地面塌陷的試驗研究,找出臨界條件。
3. 增強防災意見,建立防災體系。
岩鎔塌陷的防治盡管難度較大,但只要因地制宜地採取綜合的措施,岩溶塌陷災害是完全可以防治的。

⑤ 岩溶地區常見的防治措施有哪些

塌陷前的預防措施主要有:合理安排廠礦
企業
建設總體布局;河流改道引流,避開塌陷區回;修築特厚防洪堤答;控制地下水位下降速度和防止突然涌水,以減少塌陷的發生;建造防滲帷幕,避免或減少預測塌陷區的地下水位下降,防止產生地面塌陷;建立地面塌陷監測網。

塌陷後的治理措施主要有:塌洞回填;河流局部改道與河槽防滲;綜合治理。

一般來說,岩溶塌陷的防治措施包括控水措施、工程加固措施和非工程性的防治措施。

(一)控水措施
1. 地表水防水措施:防地表水進入塌陷區,可以:

(1)清理疏通河道,加速泄流,減少滲漏;

(2)對漏水的河、庫、塘鋪底防漏或人工改道;

(3)嚴重漏水的洞穴用粘土、水泥灌注填實。

2. 地下水控水措施

根據水資源條件,規劃地下水開采層位、開采強度、開采時間,合理開采地下水,加強動態監測。危險地段對岩溶通道進行局部注漿或帷幕灌漿處理。

(二)工程加固措施
1. 清除填堵法:用於相對較淺的塌坑、土洞。

2. 跨越法:用於較深大的塌坑、土洞。

3. 強夯法:用於消除土

⑥ 岩溶建築場地的處理有哪些措施

答:在岩溶地區進行建築,應結合岩溶發育情況、工程要求、施工條件和經內濟安全原則常採取以下處理容措施:1對個體溶洞與溶蝕裂隙,可採取調劑柱距、採取鋼筋混凝土梁板或桁架逾越的辦法;2淺層洞體頂板不穩定,可採取清、爆、挖等辦法去除,然後可結合工程要求用塊石、碎石、粘性土或毛石混凝土等回填至設計標高;3溶洞大頂板有1定厚度可用石砌柱、拱或鋼筋混凝土柱支持,增加洞體穩定性;4岩體裂隙可採取灌注水泥漿等方法處理;5地下水宜輸不宜堵,建築物附近的排泄地表水、落水及岩溶泉應清算疏導,保持水路暢通。土洞的處理措施有:1處理地表水和地下水,地表水可用截流、防滲、堵漏等方法,杜絕地表水滲透土層內,地下水可採取截流或改道的方法,避免土洞地表塌陷的發展;2淺層土洞和岩溶處理方法1樣,採取挖填處理;3灌砂處理,在頂板鑽孔然後灌砂,壓力灌注細石混凝土等;4墊層處理,基礎底面夯填粘性土夾碎石作墊層,提高基地標高,減少頂板附近基底壓力;5一樣採取梁板逾越土體以支持建築物;6採取樁基或沉井穿過覆蓋土層,將荷載傳至穩定基岩上。

⑦ 岩溶和土洞的處理方法有哪些

答:在岩溶地區進行建築,應結合岩溶發育情況、工程要求、施工條件和經濟安全原則版常採取以下處理措施:權1.對個體溶洞與溶蝕裂隙,可採用調整柱距、採用鋼筋混凝土梁板或桁架跨越的辦法;
2.淺層洞體頂板不穩定,可採用清、爆、挖等辦法去除,然後可結合工程要求用塊石、碎石、粘性土或毛石混凝土等回填至設計標高;3.溶洞大頂板有一定厚度可用石砌柱、拱或鋼筋混凝土柱支撐,增加洞體穩定性;4.岩體裂隙可採用灌注水泥漿等方法處理;5.地下水宜輸不宜堵,建築物附近的排泄地表水、落水及岩溶泉應清理疏導,保持水路暢通。
土洞的處理措施有:1.處理地表水和地下水,地表水可用截流、防滲、堵漏等方法,杜絕地表水滲入土層內,地下水可採用截流或改道的方法,防止土洞地表塌陷的發展;2.淺層土洞和岩溶處理方法一樣,採用挖填處理;3.灌砂處理,在頂板鑽孔然後灌砂,壓力灌注細石混凝土等;4.墊層處理,基礎底面夯填粘性土夾碎石作墊層,提高基地標高,減少頂板附近基底壓力;5.同樣採用梁板跨越土體以支撐建築物;6.採用樁基或沉井穿過覆蓋土層,將荷載傳至穩定基岩上。

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