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岩溶治理难点

发布时间: 2021-02-19 10:36:10

① 岩溶土壤改良技术

针对示范区土壤资源特征及存在的问题,土壤改良主要是从保水土、增土厚、增土肥和改善土壤环境四方面来考虑。本节主要是从增加土壤肥力方面进行研究,主要改良技术如下:

(一)各土壤改良技术思路的相应对策

1.根据岩溶区特殊的地质背景和岩溶作用的特点改良土壤

岩溶土壤中的矿质营养元素主要来自碳酸盐岩的溶解,土壤中元素含量的高低受岩石中不溶物中元素含量决定。因此,在改良岩溶土壤增加土壤肥力时,要求从促进岩溶作用的正向运动,促进岩石中矿质元素向土壤释放来增加土壤中元素含量。岩溶动力系统作用受土壤中CO2和水的共同作用,控制土壤中CO2的同时,还要调节控制好土壤水分含量,特别是增加旱季土壤水分的含量,以促进岩溶土壤营养元素的有效性。

岩溶土壤中矿质营养元素的含量和有效性受到土壤中富钙偏碱的影响,调节控制土壤钙的含量和pH值的高低,必须依据岩溶作用的规律,利用微生物和植物呼吸产生的CO2、植物根分泌物、有机质腐化产生的腐殖酸和有机酸等降低土壤pH值和减少钙的含量,释放被固定的有效养分。具体措施如种植绿肥植物、增施用有机肥等。

岩溶动力系统作用下,岩溶区植物营养来源表现为土壤、土壤水、岩溶水三种载体,改良岩溶土壤,必然从增加三种载体中营养元素的含量和提高三种载体营养元素的利用率角度进行。例如,改善生态环境促进岩溶动力作用的溶蚀过程,增加土壤水、岩溶水中营养离子的含量;保持水土,提高营养元素的利用率等。

在岩溶土壤中施入适量偏酸性的有机肥料和化学肥料,也可促进岩溶作用的正向运动。例如,在岩溶土壤中施入亚法糖厂的酸性滤泥和硫肥等。

2.根据不同的耕地类型和土壤障碍因子改良土壤

由于受水土流失和富钙偏碱的影响程度不同,障碍因子的影响程度差异大。洼地底平旱地首要的可变障碍因子为土壤微量元素、营养元素有效态、耕作层厚度、土壤质地;梯形地首要的可变障碍因子为大量营养元素、元素有效态、土壤层有效厚度、土体构型;石穴地首要的可变障碍因子为岩石裸露率、大量营养元素、土壤容重。在改良岩溶土壤时,应针对不同的耕地类型,将首要的可变障碍因子视为优先改良的对象。例如,利用客土增加梯形地土壤层有效厚度、改善土体构型等。

岩溶土壤的改良是一项复杂的工程,在岩溶区现有的经济技术条件下,土壤改良应本着先易后难、先主后次的顺序,依据岩溶土壤中障碍因子的影响因素改良土壤。在实施土壤改良前,针对各种类型的土地,进行土壤满足农作物生长的障碍因子评价,区分出可变障碍因子和不可变障碍因子,土壤改良主要是克服可变障碍因子,对于不可变障碍因子只能尽量减少其发生的条件。

3.依据碳氮比原理,结合各种有机肥料特性改良土壤

微生物对有机质的有效分解碳氮比为25∶1,碳氮比过大,微生物分解过快。因此在石灰土壤改良中,施用有机和无机肥料时,将碳氮比大的有机肥料与碳氮比小的有机肥料或者氮肥混合施用,控制碳氮比在25∶1左右。

有机肥料种类较多,但不同种类的有机肥料肥效有其特殊性,如:家畜粪尿中的牛粪为冷性肥料,碳氮比值大,肥效迟缓;而羊粪属热性肥料,肥效快;猪粪性质柔和,后劲长等等,在利用有机肥料改良土壤时,必须依据有机肥的特性,将热性肥料与冷性肥料、家畜粪尿与植物残体、厩肥与绿肥、豆科绿肥与禾本科肥料等混合施用。既控制碳氮比,又使土壤保持持续肥力。

4.平衡施用化学肥料的原理改良土壤

平衡施肥来源于养分平衡法。它是以李比希的养分归还学说为基础,通过土壤养分测试,根据作物需肥量与土壤供肥量之间的差数,计算实现计划产量的施肥量,并实现农作物与土壤之间的养分平衡。

岩溶区农户通常施用的化学肥料种类和施肥方式单一。农作物的生长需要多种类的营养元素,且随着作物的生长发育规律,具有相应的营养元素需求规律,因此在改良岩溶土壤时,应针对具体的土壤和农作物种类,确定相应的化学肥料配施比例、施用方式、施用的最佳时间。

(二)种植绿肥改良土壤

绿肥即作肥料施用的植物绿色体。按不同分类方法可分为:栽培绿肥,野生绿肥;一年生绿肥或多年生绿肥,短期绿肥;水生绿肥,旱生绿肥,稻底绿肥;夏季绿肥,冬季绿肥等。

1.绿肥与作物带状间作

在同一块地上,同一季节内将绿肥作物与其他作物相间种植。间作的作物和绿肥作物以充分利用光能资源、互不影响为原则,例如在玉米地里间种耐阴豆科类绿肥或牧草。在梯形地上,间作条带的方向基本上沿等高线,或与等高线呈1%~2%的比降,并尽量使条带方向近南北向。在洼地底,间作条带的方向基本上沿南北方向。

2.休闲地上种绿肥

春季玉米播种后,同时在玉米条带行间套种短期速生绿肥;待玉米长出后,将绿肥杀死覆盖玉米行间地,起到改良土壤理化性质、防水土流失、减少裸地水分蒸发等多种效果。

夏季作物未收获前15~30天,在玉米等作物行间播种夏季短期绿肥植物;作物收获后绿肥植物加快生长,约在作物收获5天后将其翻压土中,或收割作为牧草通过牲畜粪便和沼渣(液)等形式还土,再播种第二季作物。

冬季农作物收获后,尽快播种冬季绿肥,待春耕前20~30天犁地,将绿肥翻压土中或收割作为牧草。

收割作为牧草的绿肥植物,通过牲畜-沼气循环利用后,以牲畜粪便或沼渣的形式还土。

3.混种绿肥

在同一块地里,同时混合播种两种以上的绿肥作物,例如黑麦草与菊苣混播,紫云英与肥田萝卜混播等。豆科绿肥与非豆科绿肥、蔓生与直立绿肥混种,使互相间能调节养分,蔓生茎可攀缘直立绿肥,使田间通风透光。所以混种产量较高,改良土壤效果较好。

4.生草栽培改良果园或茶园土壤

生草法,是指在果树(或茶园)行间或全园(树盘除外)种植多年生草本植物作为覆盖作物的一种果园(或茶园)土壤管理方法或耕作方式。其具有提高土壤有机质含量、防止水土流失、提高土壤肥力、调节果园(或茶园)小气候生态环境、改善果实着色及品质的作用。

果园(或茶园)行间种草或自然生草,注意定期刈割,将割下的草覆盖在树冠下面增加土壤有机质;或者用作沼气原料和牲畜饲料,通过沼渣和牲畜粪便还土。

果园(或茶园)行间人工种草以黑麦草、桂牧1号、狗芽根、三叶草等较好,注意豆科和禾本科混种,协调控制绿肥的碳氮比在一个适宜的范围。

果园(或茶园)行间人工种草需要解决种草、控草的技术,既要促进草快速生长,又要防止其对果树造成不良影响;通过给草施肥、灌水,把化肥转化为有机肥。

果园(或茶园)生草后能有效接纳、拦截雨水,减少雨水冲刷和地表径流,增加土壤有机质和无机营养元素含量。

生草栽培能改善土壤温度条件,果园(或茶园)生草具有隔热保墒作用,缩小了地温的昼夜和季节变化幅度,避免了白天因太阳直射暴晒使土壤急剧升温,减弱了夜间地面散热降温,使一天中土温变化趋于平衡、减少表层土壤水分蒸发。

冬季,生草覆盖后减少了地面散热,反而提高了土壤温度。

5.种植绿肥改良岩溶土壤应注意的问题

依据岩溶动力作用原理,绿肥以直接翻压入土发酵最佳,直接翻压入土增加了新鲜有机能源物质,使微生物迅速繁殖,充分利用产生的有机酸、腐殖酸和二氧化碳,促进土壤岩溶作用正向运动。

在翻压绿肥入土时,为便于发酵,翻压前用水浇湿,或者喷上适量的沼液或人畜尿等液体肥;翻压不宜过深,一般入土10~15cm 深,刨松覆盖土层,保证绿肥发酵所需的氧。

绿肥翻压入土后,控制土壤含水量,旱时浇水,雨时排水,一方面供应发酵和岩溶作用所需的水分;另一方面防止水分过多导致有效态养分漏失。

绿肥分解速度不仅与水分有关,还与绿肥本身的老嫩程度和含氮量有关,幼嫩绿色茎叶较之枯老茎叶易于分解,切成碎片、细段的容易分解,所以绿肥作物不等老化就要翻压;碳氮比率大的分解困难,比率小的分解较快,因此施用较老硬的绿肥和非豆科绿肥时可适当加施一些含氮多的肥料。

绿肥在分解过程中产生的有机酸在改良岩溶土壤的同时,也可能影响农作物生长。因此,绿肥翻压采用条带状,翻压后作物播种在翻压的绿肥条带两侧;或者提早翻压,待绿肥腐熟后,犁地混合均匀再播种作物。

种绿肥作物也要施一定的肥料。虽然绿肥作物吸收养分的能力较强,但它也是作物,生长发育仍然需要一定的养分,缺肥产量就不高。就以豆科绿肥作物来说,虽然它能固定空气中的氮素,但在生长初期和生长旺盛期也需要一定的氮素养分,如果此时能适当施些氮肥,就会获得良好效果;又如绿肥作物对磷素也很敏感,如土壤中有效磷含量低,会大大影响生长发育。故应适当施肥来满足绿肥作物的需要,以达到“小肥养大肥”的效果。

(三)秸秆还土

1.本地秸秆还土

夏季春玉米收获前30天,播种黄豆,待玉米收获后,正值黄豆长出,一边给黄豆锄杂草,一边将生玉米秆叶砍成10~20cm的小段均匀盖在黄豆行间,并留玉米茬,增加有机质,减少土壤水分蒸发。

秋玉米、甘蔗收获后,将玉米秸秆和甘蔗叶砍成10~20cm的小段,就地覆盖在土地上,待播种绿肥前或者雨后翻耕整地压入土中。

秋季黄豆收获后,将黄豆秸秆、玉米芯、玉米苞片切成3~5cm的小段,混合人畜粪便积制成堆肥或者放入沼气池发酵成沼渣,次年春耕时作基肥施入土地。

2.异地秸秆及有机肥料肥土

鉴于峰丛洼地石山区石灰土土壤瘠薄,利用本地秸秆等绿肥不能满足土壤改良要求,依据就近价廉的原则,附近农业生产条件好的地区运进秸秆等有机肥料。

利用附近平原区大量廉价的稻草秸秆、玉米秸秆、黄豆秸秆、甘蔗叶片,切成3~5cm的小段用作绿肥或则积制堆肥。

异地秸秆施用数量控制在:土层平均厚度小于30cm的梯形地1500kg/亩;土层厚度大于30cm的梯形地1000kg/亩;洼地底平旱地500~700kg/亩。

从附近碎屑岩区,秋季收集落叶阔叶树、针叶树、常绿阔叶树的枯枝落叶作为积制堆肥原料。

在收集秸秆和绿色植物的枯枝落叶作肥料时,特别注意禾本科植物与豆科类植物秸秆混合,针叶树和阔叶树的枯枝落叶混合使用,以调整控制有机肥的碳氮比接近25∶1,利于微生物的分解活动。

条件允许的情况下,从附近大型养殖场购买牲畜粪便,通过合理混合发酵熟化后用作基肥肥田,或者积制堆肥后施入土壤。

在利用牲畜粪便作有机肥料时,注意高碳氮比值肥料与低碳氮比值肥料混合、高发热肥料与冷性肥料。如:羊粪发热量高,后劲短;牛和猪粪属冷性肥料,后劲长。在施用时将两种肥料混合效果好。

3.秸秆还土应注意的问题

秸秆还土,以直接翻压入土较覆盖土表效果好,可以充分利用秸秆腐化产生的有机酸、腐殖酸,特别是挥发性酸入土改良土壤。

秸秆还土时,为控制秸秆腐化,与适量的沼渣(液)、人畜粪便等有机肥料或新鲜绿肥混合施用较单一施用效果好。

采用秸秆积制堆肥还土时,因堆肥半熟化时,为微生物活动和有机酸产生的高峰期,依据岩溶动力作用原理,此时还土能更有效利用所产生的CO2、有机酸等,促进岩溶作用的正向运动。

秸秆腐化和岩溶作用的正向运动需要消耗大量水分,而秸秆还土大多在秋收后,通常为旱季,土壤水分缺乏。因此,秸秆宜泼湿后还土或者选择雨天还土,还土后适时浇水。

微生物分解活动需要消耗大量氧分、氮素,在分解时易与农作物争夺氧分和氮素,因此秸秆还土不宜过深,一般入土深10cm 左右,同时配施适量的速效氮肥。

同样,秸秆翻压入土腐化产生的有机酸促进岩溶作用的同时,影响作物生长,采用“条施旁种”的方式,即秸秆采用条带状入土,农作物播种在条带的两侧。

(四)糖厂滤泥改良土壤

糖厂滤泥富含有机质和植物所需的各种营养元素,价格便宜,供应量大,易推广示范。

岩溶土壤富钙偏碱的环境条件下,利用滤泥改良土壤应选择偏酸性的亚法糖厂滤泥,避免采用碳法糖厂滤泥,影响改良效果。

糖厂滤泥属热性肥料,发酵产生大量热量,为避免因过热损坏农作物,需要先进行发酵处理后施用;或者在春播前1~2个月埋入土壤发酵;或者混合适量冷性肥料猪、牛粪。

糖厂滤泥改良土壤以直接埋入土壤发酵效果最好,且采用“条施旁种”的方式,避免腐化造成对农作物的危害。

为提高糖厂滤泥改良土壤的效果,需要与其他有机肥料混合施用发酵,特别是绿色有机肥料。

(五)客土改良

对土层厚度小于30cm的梯形地和坡耕地,在冬季,从附近碎屑岩区运河底、鱼塘的淤泥,以及沙质土,并混合铺在休闲地表面,平铺约5~10cm厚,待晒干一段时间后,翻土整地改良土壤。

在冬季,从附近运河底、沟底、鱼塘的淤泥用作堆肥原料,待堆肥发酵后一起施入土壤。

利用附近城镇垃圾,通过筛选,除去砖块、石头、玻璃碎片等杂质后,与人畜粪尿等掺混积制堆肥。

利用河底、沟底、鱼塘的淤泥或者城市垃圾改良土壤时,注意提前将其铺开日晒或冬冻,杀死细菌后方可用作堆肥或者施用。

在利用客土改良土壤时,避免对客土源地造成水土流失等环境破坏影响。

(六)沼气渣

通过种草养羊、猪、牛等牲畜,既增加经济收入,又可提供家畜粪便肥料来源。

结合水土保持整地措施,适量割地埂上或路边的灌草带植物,做垫圈材料与牲畜粪便沤堆熟化,或者做沼气原料,以熟化肥或者沼渣形式还土。

(七)积制堆肥

1.积制堆肥原料

一是堆肥原料的主体,即切碎的秸秆、玉米芯、豆秸、杂草、落叶、刈割绿肥、树木枯枝落叶等。

二是促进主体原料分解的物质,一般是含氮较多的物质,如人、畜粪尿和化学氮肥。

三是吸收性能较强的物质,如泥土、泥炭等。用于吸收腐熟分解出来的速效养分和有机酸类物质,特别是氮素养分,以减少堆肥的养分损失,吸收有机酸类物质改良酸碱度。

2.普通堆肥

普通堆肥的特点是堆温不超过50℃,在半嫌气的条件下腐熟而成,腐熟时间较长,由于堆温不高,所以不能杀死杂草种子、病菌和虫卵等有害物质。具体堆积方法有地面式、半坑式及地下式三种。

地面式适宜于气温较高、雨量较多和湿度较大的夏季采用。选择地势较平、接近水源、运输方便的场边地头堆积。堆的宽度约两米,长度不限。先夯实地面,再铺10~15cm厚的泥土、河沟塘淤泥或者泥炭,以便吸收下渗肥液。然后将切碎的秸秆、豆秸、落叶、杂草、甘蔗渣、米糠等均匀铺15~25cm 厚,泼水打湿,依次泼加沼渣沼液、人畜粪尿、糖厂绿泥或者河沟塘淤泥,再铺一层细土或污泥。如此层层堆积,最后抹稀泥封好,或用干草、稻草和细土遮盖。一个月后翻堆一次,加水混堆,最后注意封顶。

半坑式堆积方法与高温堆肥中的半坑式相似,只不设通气沟、通气塔。

地下式(坑式)是在路边地头挖一个坑,深度以方便操作且距基岩面大于10cm而定,长、宽由堆肥材料多少而定。土坑挖好后,在坑底抹一层淤泥,或者在撒上细土并泼水打湿,防止肥液漏失。随后参照地面式的方法,将材料投入坑内。1~2个月后翻堆,将分解差的放在底部,并在上面再泼适量的沼渣、沼液,最后仍用细土覆盖。

3.高温堆肥

高温堆肥的特点是具有通气好、腐熟快以及能杀死病菌、虫卵、草籽等有害物质。堆积方式主要有地面式和半坑式。

地面式高温堆肥的主要优点是操作方便、省工、易发热和分解快。具体操作方法是选择路边地头接近水源处,先将堆肥的主体材料秸秆、豆秸、甘蔗渣、杂草等切碎,长约5cm,摊在地面,按风干秸秆500kg、甘蔗渣500kg、羊粪及猪粪300kg、沼渣500kg、1000kg糖厂绿泥、水1000~1500kg的比例逐层堆积起来,然后垂直切取材料,拌匀,进行再堆积。最后堆型为长方形,宽3~4m,高1.5~2m,过窄或过矮都会影响堆温的上升。长度以材料多少而定。然后在堆顶覆盖细土厚约5cm。一般5天内堆温显著升高,几天后可达70℃以上。等堆温下降至常温后,破堆将材料充分翻捣,根据需要可再加适量沼渣、沼液、粪尿和水。如羊、猪粪和沼渣不足,可分别用相当秸秆量20%的老堆肥、厩肥和1%的化学氮肥代替。

半坑式高温堆肥的主要优点是保温、保水、保肥。在背风向阳近水源处,挖深1m的长方形或圆形坑,口径比底径稍大,在底部挖深、宽各15cm的“+”字形气沟,与坑壁斜沟相接至地面。沟面用玉米或黄豆秸秆纵横各盖一层,坑壁斜沟也用秸秆掩盖,保持沟沟相通不应堵塞,以便通风透气。再用整根的去叶秸秆,松松的捆绑成直径为30cm左右的圆柱体,作为通气塔,直立于坑底“+”字形气沟交叉处。坑底最好先铺一层老堆肥或者糖厂滤泥,然后按风干切碎秸秆或者甘蔗渣:羊、猪粪:沼渣液:糖厂绿泥:水=1∶0.4∶0.2∶3∶2.5的比例,在地面将材料备好,逐层堆积入坑。如果材料量大,可能将通气塔顶部掩埋时,应将通气塔接高,保持塔顶高出堆顶。最后用细土严封堆顶,但地面的四个通气口不应掩盖,通气塔顶部也应敞开。如急等施用,可在降温后5~7天打开堆,将上下里外捣均匀,再行堆积;否则,不用翻堆。再到高温阶段后的5~7天将堆顶通气塔和坑壁斜沟的四个通气口封死,以停止通气,利于腐殖质形成。

总之,积制堆肥的方法多种多样,各有优劣,按照堆肥原料的来源广、腐熟快和养分损失少的原则,因地制宜。且堆肥的肥分也因原料、堆积方法及腐熟程度的不同而异。

4.利用积制堆肥改良岩溶土壤

以半熟化时施入土壤改良效果较好。普通积制堆肥,夏季1个月左右半熟化,冬季2个月左右半熟化;高温堆肥半个月左右半熟化。

半熟化堆肥入土,为避免发酵对农作物的影响,宜采用挖沟法条施,农作物种植在条带两旁;或者待挖沟法条施入土发酵后,沿与条带垂直的方向犁地播种。宜选择在雨天,或者在挖沟施入覆土前用水泼湿。

熟化的堆肥适宜作基肥或者追肥施用。

(八)有机肥施肥方法与步骤

1.土壤改良分区

土壤利用改良分区的目的,是为了提出峰丛洼地石山区土壤利用改良的合理途径与方向,以便因地制宜地促进农、林、牧的全面发展。本区土壤利用改良区划的原则是以地貌特征、土壤特性、分布规律、影响土壤肥力的障碍因素差异等为基础,以土壤资源适宜性、生产力、障碍因素治理的难易程度为依据,以建立整个示范区良好的自然生态平衡为目标。按照这一原则,将示范区划分为荒地裸岩区、石穴地、坡耕地、梯形地、洼地底平地五个土壤改良区。

(1)荒地裸岩区

主要指位于峰坡和陡坡的荒草地及裸岩地。这一类型土地,土壤极薄,岩石裸露,土被覆盖度极低,这类土地主要是结合水土保持工程,在封山育林的基础上,利用客土植树,树穴施用基肥,随后施用液体肥料,如沼液、人畜尿、化学肥料溶液等。

(2)石穴地

因石穴地土壤肥力相对较好,土层薄,土壤改良主要是在退耕还林还草、搞好水土保持、整地工程的基础上,利用客土增加土层厚度,平衡施肥,增施磷、钾肥及微量元素肥为目标。

(3)坡耕地

水土流失严重,土层薄,通常被石牙间隔,土壤富含碎石块,下层土黏重,耕作层土熟化程度低,土壤肥力极差,氮、磷、钾及微元素缺乏严重。土壤改良主要是在退耕还林还草或坡改梯平整土地搞好水土保持的基础上,配套施用厩肥、堆肥、种植绿肥以及客土改良土壤的方法改良土壤。

(4)梯形地

土壤肥力相对较好,但由于长期粗放耕种,土壤黏重,很少施用有机肥料,大量施用化肥,且化肥种类单一,以氮肥为主,土壤保水保肥能力差,板结严重,磷、钾及微量元素缺乏。土壤改良主要是增施用磷、钾及微量元素肥料和有机肥料,利用客土改良土壤结构,以及改良土壤酸碱度,调节控制土壤钙含量。

(5)洼地底平地

洼地通常在雨季存在不同程度的积水,土壤层相对较厚,但因长期低投入高产出,土壤肥力下降较快,土壤改良以排水工程、平衡施肥、增施有机肥为主。

2.坡耕地改良步骤

坡耕地改良步骤主要是针对坡度小于25°的坡耕地。对于大于25°的坡耕地主要为退耕还林还草。

(1)结合土地整理,搞好水土保持整地工程。

(2)采用分层挖沟的方式施肥,挖沟沿等高线方向,沟深20~30cm,沟宽30~40cm,两条沟间相隔约50cm。

(3)挖沟时间选择在秋季农作物收后,连续晴天,避免人为扰动造成水土流失。

(4)挖沟时将表层耕作土挖出堆放到一边的表土上,再将第二层深挖30cm,堆放到另一边的表土上。对于土层薄时,深挖至基岩面,一边挖土,一边将碎石块及石牙清除掉,用作修筑梯埂原料。

(5)沟挖好后,在沟底撒一层厚度约10cm的生甘蔗渣或事先切碎的秸秆、玉米芯、枯枝落叶、杂草等,用水泼湿,铺上糖厂滤泥或者河沟塘淤泥约10cm,再盖上第二层土。

(6)盖上第二层土时,掺混入少量沙质粘土,按1t/100m2的比例;对于土层厚度小于30cm的土地,补充客土,使土层厚度保持在30cm以上。

(7)盖上第二层土后,在第二层土表面铺上事先发酵好的堆肥、厩肥、沼渣、沼液等,厚度约10cm;再盖上表层耕作土,并掺混入少量沙土,混合均匀,按每100m2掺2t沙土的比例混合。

(8)一条沟施肥完后间隔约50cm 挖另一条沟,按照同样的方法分层施肥,以此类推,直到挖到梯地的另一侧。

(9)在挖沟时不宜紧挨梯埂挖,沿地块四周,紧挨梯埂留出一条宽10~20cm的土地不动,防止过度扰动造成水土流失。

(10)在第二层表面铺上有机肥前,在要施用的、事先发酵好的堆肥、厩肥、沼渣、沼液等肥料中混入硫肥,硫肥施用量为每亩3~5kg。

(11)采用挖沟方法施肥必须在犁地播种前1~2个月进行,以利于底层有机肥发酵。

(12)犁地播种后,立即在土层表面撒上层厚度约3~5cm的甘蔗渣与糖厂绿泥的混合物,起到既改善小气候、减少蒸发、保持水土,又增土肥的作用。

(13)土壤改良的第二年秋季,同样采用分层挖沟的方法,对第一年挖的两条沟之间约50cm的土地实施施肥改良。

(14)每年采用沿等高线方向犁地,尽量使施用的有机肥与土壤混合均匀,并沿所挖沟的两侧地呈双行播种。

3.梯形地改良步骤

(1)平整土地工程,清除梯形地中的碎石和石牙。

(2)采用挖沟的方法挖沟施肥,方法基本同坡耕地,但是在对梯形地挖沟时,除在地块四周留宽10~20cm的土层不动外,挖完间隔30cm的沟后,再回过头挖50cm的沟间地,直到完成整块土地。

(3)在对第二层土上施用有机肥时,可将当季作物施用化学氮肥总量的50%和全部微量元素肥料混合有机肥施用入土,剩下50%的氮肥以追肥的形式分1~2次施入,施入的硫肥为每亩1~2kg。

(4)对梯形地实施土壤改良后,每年以平衡施肥,保证适量的有机肥,土壤肥力一般可持续5年左右,5年后需再进行上述土壤改良措施。

4.洼地底平旱地改良步骤

(1)依据水利改良措施中的易涝洼地治理措施改良。

(2)洼地底地势低洼,水分条件相对较好,但是长期接受山坡流下的粘土沉积,质地黏重,在用分层挖沟方法改良土壤时,增加沙土的使用量,特别是表土层,按每100m2掺入沙土3t的比例混合施用。

(3)洼地底通常是表层土壤呈酸性,而B、C层土壤呈中性或偏碱性,在挖沟时适当增加挖沟的深度,一般挖沟深30~40cm,最好挖到50cm的深度。

(4)在沟底施用有机肥料时,按照每亩0.5~1kg的比例混合施用硫肥,然后按每100m2掺入3t的比例盖上一层沙土,与第二层土混合均匀。

(5)在盖第二层土时,预留约1/3的土,与表层土混合均匀回填。

(6)挖沟的方向以南北向为好,便与沿沟两侧南北向种植,一次性挖完整块土地,不在地块四周留空区。

(7)待有机肥腐熟后,犁地播种,犁地方向应与沟方向正交。

上述各类型土地实施土壤改良时,可视经济条件适量控制有机肥的使用种类和施用量。

(九)平衡施用化学肥料

平衡施肥是基于土壤养分丰缺和作物需求,通过施肥手段达到供需平衡。平衡施肥来源于养分平衡法。它是以李比希的养分归还学说为基础,通过土壤养分测试,根据作物需肥量与土壤供肥量之间的差数,计算实现计划产量的施肥量,并实现农作物与土壤之间的养分平衡。其公式是:

岩溶峰丛洼地生态重建

根据示范区不同土地类型土壤营养元素有效态检测结果,洼地底每亩施:氮氨25 kg、钾肥5kg、磷肥30kg,梯形地:氮氨35kg、钾肥8kg、磷肥30kg,新开梯地:氮氨45kg、钾肥10kg、磷肥40kg。

施用适量微量元素肥料,每亩施肥标准:硼肥0.5~0.75kg、铜肥0.8~1.5kg、铁肥5 kg、锌肥1~2kg。

依据土壤养分状况的研究结果,岩溶峰丛洼地石山区,土壤在施肥时应遵循下列方法和原则:

(1)氮是作物生长和产量的首要障碍因子,应以满足作物对氮素的需求来确定氮肥的使用量。因石山区漏水严重,氮肥易随水流失,需分多次作追肥施用,不宜在下大雨时施用,最好选择小雨天施用,或者晴天施用后浇水。

(2)石灰土土壤中磷的有效性差,土壤对磷的吸附固定作用强烈,应综合考虑提高土壤供磷水平和满足作物对磷素的需求来确定磷肥的施肥量。磷肥的施用宜采用集中施用的方式,并配合有机肥混合施用,以减少土壤对磷的固定。

(3)土壤中的全钾含量、缓效钾含量及速效含量都很低,土壤中钾的储备极少,施用钾肥对石灰土作物生长非常重要。钾肥最好集中条施或穴施于根际附近的土层中,且不宜与有机肥料混施,条件允许可采用叶面喷施。

(4)石灰土壤的供硫水平不高,在施肥时应注意搭配适量的硫肥。

施用化学肥料作基肥时,需配合熟化的有机肥料混合施用,有机肥料通常按半干厩肥1000~1500kg/亩施用。

② 岩溶治理

根据不同类别岩溶,确定齐岳山隧道岩溶治理方案,如表10-25。

表10-25 齐岳山隧道岩溶治理方案表

(1)贫水管道型

1)充填淤泥型。2004年3月22日,齐岳山隧道施工至PDK361+582.5后停止掘进,采用地质钻机进行超前地质钻探。3月24日20:00 ,探孔钻进至13.8 m时,钻孔冲洗液变浊;20∶10 ,钻进至15.2 m时,钻孔内开始出现涌泥;20:13 ,钻孔内开始涌水,喷射距离2 m。经测试,涌水量为300m3/h。由于涌水量大,钻机无法钻进,随后停止钻进。1小时后,钻孔内涌水量减小到150m3/h,之后,涌水逐渐减小,稳定在30m3/h。

根据该岩溶涌水特征:随着充填介质淤泥的涌出,开始涌出清水,并且涌水量在短时间内逐渐减小,并稳定在30m3/h。结合该岩溶处于F3 断层,断层带内岩层破碎,平导PDK361+597发育为垂直向岩溶管道,因此管道相对独立,管道内静储量已基本释放,因而,对于该岩溶,可采取“后处理”措施,即先采取爆破开挖,待岩溶管道完全揭示后,再进行处理。

2004年4月5日,对该岩溶管道进行爆破开挖。爆破开挖后,实际揭示在隧道左侧拱腰位置为一直径ϕ2m的岩溶管道,与预测情况基本一致。针对该岩溶管道,采取以下“后处理”措施,如图10-80。

①对隧道开挖轮廓线外5 m范围进行锚网喷防护。锚杆采用2 mϕ22mm砂浆锚杆,锚杆入岩深度1.5 m,外露0.5 m,间距1 m×1 m。钢筋网采用ϕ6mm钢筋,网格间距20cm×20cm;喷射C20混凝土厚10cm。

②对DK361+594~+600段采取格栅钢架支撑,钢架间距1榀/0.5 m。

③对初期支护外岩溶管道采用M5浆砌片石回填,回填高度2 m。

④预埋ϕ100mmPVC排水盲管,保持原有水系排泄通畅。

⑤对DK361+594~+600段采用K0.5MPa抗水压加强型衬砌。

2)充填粘土型。2004年4月28日,齐岳山隧道正洞开挖到DK361+597后,采取超前水平钻探,当钻至DK361+614位置时,钻孔内出现了少量涌泥,取心显示该位置存在一充填型溶洞,充填介质为软-流塑状黏土。随后,停止钻探,继续开挖。2004年5月7日,隧道开挖到 DK361 +611 位置停止掘进,并进行进一步加强探测。当探孔钻探到DK361+613~+617时,突然发生突水、突泥,最远喷射距离15 m。随后继续钻探,表明正洞前方存在一条由隧道右侧拱部向隧道左侧底部发育的大型岩溶管道,管道直径3~5m。管道内充填大量泥砂、粘土,储量无法估计。根据对该岩溶管道的判断,为确保安全施工,不留后患,对该溶洞采取“注浆加固-管棚支护”综合措施进行治理,治理方案如图10-81。

图10-80 PDK361+597岩溶管道治理方案

图10-81 DK361+614岩溶管道处理方案图

(单位:cm)

①采用C20模筑混凝土封闭掌子面,封闭厚度1 m。

②后部径向注浆加强:对掌子面后部DK361 +605~+610 段采取5 m径向注浆。注浆管梅花型布置,间距1 m×1 m。注浆材料采用普通水泥单液浆,浆液配比:水灰比0.6∶1~1∶1。注浆采取定压控制,注浆终压为1.5~2MPa。

③超前帷幕注浆:对DK361+611~+625段14 m范围采取5 m超前帷幕注浆,加固溶洞充填物以及破碎围岩。注浆材料采用普通水泥单液浆、TGRM浆,以普通水泥单液浆为主。普通水泥浆浆液配比为:水灰比0.6∶1~0.8∶1 ,TGRM 浆浆液配比为:水灰比0.8∶1~1∶1。设计注浆扩散半径1.3 m。注浆采取定压控制,注浆终压为1.5~2MPa。

④超前大管棚:对DK361+611~+625段14 m拱部120°范围施做超前大管棚。大管棚采用ϕ108mm钢管,环向间距40cm,外插角5°。超前大管棚注入水泥砂浆。

⑤径向补注浆:DK361+611~+625段开挖后,对该段进行径向补注浆。注浆范围为开挖轮廓线外5m。

⑥底部加固注浆:对DK361+611~+625 段底部溶洞进行垂直加固注浆。注浆范围为基底以下5m。注浆管采用5m长ϕ42mm钢花管,梅花型布置,间距1m×1m。注浆材料采用普通水泥单液浆,浆液配比为:水灰比0.6∶1~1∶1。注浆采取定压控制,注浆终压为1.5~2MPa。

⑦开挖支护:该段采取短台阶法开挖,二次衬砌采用K1.0MPa抗水压加强型衬砌。

3)充填块石型。2005年2月17日,正洞掘进至DK362+274.5,掌子面超前5 m探孔内出现突水,射距20m,流量为100m3/h。突水4小时后射距减小为12 m,8小时后射距减小为5 m。突水48小时后水量稳定在20m3/h。经现场分析判断,掌子面前方发生大规模突水的可能性不大,于是2月19日22:00揭示该溶腔。揭示后,溶腔内仅有少量零星块石坠落,观察溶腔主要位于隧道顶部(左侧为起拱线上50cm,右侧为55cm),溶腔沿隧道横向发育宽度8.3 m,纵向1.7 m。2月20日23:30,在3#横通道爆破施工时,溶腔上部填充物突然坍塌、涌出,涌出物堆满掌子面17.5 m空间,涌出物体积约500m3。涌出物主要为块石和少量粘性土,最大块石为3 m×2 m×1 m。后经探测,该溶腔沿隧道轴线长14 m,可探高度拱部以上13 m均泥夹孤石。针对DK362+277溶洞,根据其坍塌介质为块石土的特点,施工中采取以下治理措施。

①在确保安全情况下,对堆积体上半断面向掌子面方向适当清理,形成上、下半断面台阶。

②采用C20混凝土封闭掌子面,止浆墙厚度1.5 m,止浆墙应采用径向锚杆和周边围岩连接。

③对止浆墙下部堆积体进行花管注浆,固结松散堆积体。注浆管长度5 m,注浆材料采用普通水泥单液浆,浆液配比为:水灰比0.6∶1~0.8∶1。注浆采取定压原则,注浆终压1.5~2MPa。

④对拱部120°范围内施作ϕ108mm超前大管棚,管棚长度20m,环向间距30cm,外插角5°。管棚施作完毕后注入普通水泥单液浆,浆液配比为:水灰比0.6∶1~0.8∶1。注浆采取定压原则,注浆终压1.5~2MPa。

⑤采取台阶法开挖,按K1.0MPa抗水压结构设计二次衬砌。

⑥径向注浆加强:DK362+277~+297段开挖后,对该段进行径向注浆,注浆范围为开挖轮廓线外5m。

⑦对基底采取ϕ75mm钢管桩加固,加固深度12 m。钢管桩采用花管,梅花型布置,间距0.6 m×0.6 m。注浆材料采用普通水泥单液浆,浆液配比为:水灰比0.6∶1~0.8∶1。注浆采取定压原则,注浆终压1.5~2MPa。

(2)富水管道型

2004年5月31日3:50 ,齐岳山隧道平导掘进至PDK361+870 ,采取超前炮眼孔进行超前探测。炮眼孔钻至PDK361+873.5时,突然发生突水,最远喷射距离5 m,单孔涌水量60m3/h。于是,立即启动应急预案,封闭掌子面,进一步进行加强钻探并进行水压测试。针对平导PDK361+873岩溶,通过采取TSP203、地质雷达,以及深孔超前钻探等综合超前地质预测预报手段,探测到含水体构造溶腔呈上窄下宽、右窄左宽形态。掌子面范围内溶腔宽度为0.4~4.7 m,溶腔由左上向右下延伸,左上最大溶腔宽度12 m,右下最大宽度4 m,如图10-82。测试最大水压力为0.26MPa,稳定水压力为0.14MPa,预估涌水量为(2~7)×104m3/d。

1)方案制定。由于该富水溶腔规模大,同时,进口为反坡施工,因此,对该富水溶腔进行爆破开挖方案、泄水洞方案、绕行方案和注浆堵水方案进行方案比选。

通过对以上方案进行比选,从投资、安全、工艺、可行性、难度、远期危害等方面综合考虑,鉴于该富水动水溶腔规模大,目前针对该类似条件下注浆堵水无成熟的实例,且注浆周期长,投资高,又考虑到该溶腔主要受岩层产状控制,是以溶蚀作用为主而形成的层面裂隙管道型岩溶,该处地质又为背斜构造,这种地质条件下泄水洞方案比较成熟,对地表环境影响有限,同时,该隧道为反坡开挖,若有大量水存在,抽排水费用较高,因此,应采取泄水洞方案。考虑到齐岳山隧道工期紧,采取泄水洞方案需要一定的时间周期,因此,采取迂回导坑开挖,开辟新的工作面。现场采取右侧迂回导坑和左侧泄水洞综合方案,如图10-83。

图10-82 齐岳山隧道PDK361+873岩溶管道形态图

图10-83 齐岳山隧道PDK361+873岩溶管道治理方案

2)“迂回导坑+泄水洞”方案。

①迂回导坑。综合施工地质探测成果,PDK361 +873 主要为一竖向发育的管道型岩溶,且具有上小下大,左、右均尖灭的特征,因此,左侧迂回、右侧迂回、竖向绕行均有一定的可行性,但考虑到右侧迂回对正洞施工有利,且费用最低,因而,选择采取右侧迂回方案。右侧迂回方案是从平导PDK361+805位置向正洞开设2-1#横通道,由横通道进入正洞后,采取下导坑断面向前掘进,至DK361+891处向左侧进行超前深孔钻探,设置2-2#横通道绕行穿过含水溶腔后拐进平导,之后平导向前正常开挖。迂回导坑完成后,平导正洞向前开挖,同时应尽快由2-1#横通道反向开挖正洞,实现正洞1#横通道与2-1#横通道之间的贯通,避免平导独头掘进。

②泄水洞。考虑到地形条件,以及正洞、平导的平面位置关系,以及出水点情况,在平导左侧距平导20m处设置平行泄水洞。泄水洞洞口设在隧道进口洞口乐园沟位置,高程1112.0(平导洞口高程1125.9),设计泄水洞为1‰上坡。泄水洞采用单车道断面,单道内净空尺寸为2.8 m×3.6 m。泄水洞全长1165 m。泄水洞衬砌Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩段采用喷锚衬砌,Ⅴ级围岩段采用喷锚整体式衬砌结构,在通过断层破碎带、岩溶构造裂隙、溶腔等地段时,采取绕避方案。

在泄水洞施工到PDK361+873富水溶腔时,施工救援通道,爆开含水体,实现泄水。同时,对平导与正洞相应富水溶腔构造处设置泄水通道,实现泄水,本隧道共设置3条泄水通道。

(3)富水溶槽型

2004年10月15日,宜万铁路齐岳山隧道进口正洞施工到DK362+050 ,采用TSP203超前预测预报揭示出DK362+058~+065段节理裂隙发育,局部有水。10月17日,隧道开挖到DK362+060,采用5 m加深炮眼孔超前探测时,由探孔中射出水流,射程4 m,随即封闭掌子面。之后,在掌子面布置6 个ϕ90mm超前探孔,加强对前方超前预测预报。超前探测表明:在隧道前方自左上向右下发育一富水溶槽,溶槽左宽右窄,宽度为0.7~0.1 m。溶槽中充满水。经测试,充水溶槽内水压力为0.1MPa。

1)方案设计。

①端部加强:对DK362+055~+060已开挖段采取5 m径向注浆,加固该段破碎围岩,以避免由于对DK362+060~+070段超前帷幕注浆引起后部结构破坏。

②顶水注浆:对超前水平探孔进行顶水注浆,将水顶回到原有的流水通道,同时达到熟悉注浆工艺、试验注浆材料、确定注浆参数的目的。

③超前帷幕注浆:对DK362+060~+070段采取3 m超前帷幕注浆,形成注浆截水帷幕。

④超前大管棚:在DK362+060~+070 段开挖轮廓线外布设超前大管棚,并对大管棚进行注浆,大管棚和超前帷幕注浆共同作用,形成超前刚性支护体系,确保开挖施工安全。

⑤径向注浆:对DK362+060~+070段开挖后进行5 m径向注浆,提高充水溶槽段的注浆堵水加固效果。它和超前帷幕,以及抗水压二次衬砌结构共同作用,形成抗水压结构体系。

2)注浆设计。

①注浆设计参数:借鉴以往施工经验,制定该充水溶槽注浆堵水设计参数如表10-26。

表10-26 富水溶槽注浆堵水设计参数表

②注浆设计:根据设计参数进行注浆设计。

a.DK362+055~+060段径向注浆:分别在DK362+056、+057.5、+059断面全环布置径向注浆孔,注浆孔环向间距1.5 m,孔深5 m。注浆管采用ϕ42mm焊接钢管,管长5 m,花管部分长4 m,溢浆孔间隔垂直梅花型布置,纵向开孔间距20cm,注浆管端部加工呈尖锥状。

b.顶水注浆:对超前探孔的6个钻孔进行顶水注浆。

c.DK362+060~+070段帷幕注浆:根据设计参数进行注浆设计,如图10-84。

图10-84 超前帷幕注浆设计图

(单位:cm)

d.DK362+060~+070段超前大管棚:超前帷幕注浆结束后,对DK362+057~+060段扩大断面1m形成3m(纵向)×1m(环向)工作间,利用工作间施做ϕ108mm超前大管棚,管棚环向间距0.5 m,外插角1°。

e.DK362+060~+070段径向注浆:开挖完成后,对DK362 +060~+070 段进行径向注浆加强,确保帷幕注浆的抗水压作用。径向注浆加固孔布设间距为1 m×1 m。

3)注浆材料。注浆材料及浆液配比参数根据不同的注浆方案确定。

对于径向注浆,采用普通水泥单液浆。对于顶水注浆,采用豆石混凝土、水泥砂浆、普通水泥单注液浆和普通水泥-水玻璃双液浆。对于超前帷幕注浆,采用普通水泥单液浆、普通水泥-水玻璃双液浆,对于超前大管棚注浆,采用TGRM浆。

普通水泥单液浆浆液配比为:水灰比0.6∶1~0.8∶1。普通水泥-水玻璃双液浆配比为:水泥浆水灰比0.6∶1~1∶1、水泥浆与水玻璃体积比1∶1~1∶0.3、水玻璃浓度35Be′。TGRM浆浆液配比为:水灰比0.8∶1~1∶1。

4)注浆参数。注浆参数见表10-27 ,现场施工可根据实际情况动态优化调整。

表10-27 注浆参数选择表

5)注浆顺序。注浆顺序均采取由下到上、由右到左、间隔跳孔方式进行。

6)注浆结束标准。

①单孔结束标准:注浆压力逐步升高到设计终压,并持续10min以上。注浆结束时地层吸浆量小于5L/min。

②全段结束标准:所有注浆孔均符合单孔注浆结束标准,无漏注现象。钻检查孔,符合注浆效果质量要求。

7)注浆效果检查及评定。

①程序控制法:施工程序按规定的施工顺序进行。

②检查孔法(针对超前帷幕注浆):在吸浆量较大的部位、设计的帷幕加固圈最外侧范围,以及可能存在的注浆薄弱环节钻设检查孔,检查孔数量为设计注浆孔数量的10%,且不小于3个。检查孔应成孔好,无坍孔现象。对检查孔取心,浆液充填饱满,浆液有效注入范围大于设计值。检查孔涌水量应小于0.2L/(m·min)。

③试验法(针对超前帷幕注浆):对检查孔进行注浆试验,检查孔注浆压力应很快(一般不应超过10min)达到设计终压,达到终压时地层吸浆量很小(一般应小于5L/min)。

④计量评定法(针对径向注浆):注浆后涌水量小于设计值5 m3/(m·d)。

8)现场施工。现场施工自2004年10月27日开始,到2004年12月13日结束,历时48天。

径向注浆和顶水注浆按设计正常施工。超前帷幕注浆按设计进行了A圈17 个孔的钻孔及注浆施工,在进行B圈孔钻孔时,发现钻孔中均无水,浆液充填饱满,于是未继续进行B圈和C圈孔的钻孔与注浆施工。根据注浆过程中各孔的吸浆情况,以及加固范围要求,共布置了8个检查孔,检查孔均成孔好,无坍孔现象,浆液充填饱满,无水。对检查孔进行注浆试验,注浆量100L,注浆压力很快达到4~5MPa,这表明原充水溶槽已被浆液有效填充。随后,对钻孔过程中出水量较大、溶槽宽度较宽的拱顶及左侧拱腰位置局部布置了8根超前大管棚,并注入TGRM浆。

2004年12月15日,对该富水溶槽进行爆破开挖,开挖效果如图10-85。和注浆前探水孔相比,原充水溶槽被浆液充填饱满,注浆效果较好,满足了安全开挖要求。开挖后又对该段进行了径向注浆加强。

图10-85 富水溶槽注浆效果照片

③ 研究现状及存在的主要问题

一、国外研究现状

石漠化的发展及其对人类的危害是全球性的问题。20世纪年代以来,随着人口的剧增和生态的破坏,全球岩溶区石漠化在不断加剧。如地中海岩溶地区、加拿大东南部布鲁斯半岛、日本秩父地区、澳大利亚塔斯马尼亚地区等均面临着严重的石漠化问题。各国对石漠化问题都给予了高度的重视,并进行了治理。在开发石漠化区岩溶含水层水资源、退耕还林、利用速生树种和种苗营养液进行石漠化区生态重建方面,取得了很多有效经验。但国外石漠化地区人口密度小,水、土、人之间矛盾没有我国突出,治理相对比较容易,技术成果报道较少。

二、国内研究现状

近十多年来,国家实施了“八七”扶贫攻坚计划、长江中上游防护林工程、水土保持工程,以及世界粮食计划、世界银行贷款和澳大利亚、新西兰的援助项目,在植树造林、封山育林、退耕还林、坡改梯、砌墙保土、土壤改良、开发岩溶水、种植适生经济作物等方面做了大量工作,取得了较多的石漠化环境整治的成功经验,从不同的角度总结了解决单一目标的工程治理措施,以及综合性的石漠化治理模式。

(一)石漠化治理的主要工程措施

1.生态修复措施

包括植树造林、退耕还林、封山育林、人工种草、草地改良为主体的生态修复工程,并与经济林木建设、中药材种植等相结合,扩大植被覆盖面积。

2.农田基本建设措施

以提高耕地质量、提高土地产出率、减少自然和人为活动对耕地的破坏和水土流失,增加农民经济收入,进而达到遏止毁林开荒为目的。该类措施以6°~25°坡耕地治理为重点,通过“坡改梯”(坡地改梯田、梯土)、“旱改水”(旱地改水浇地、平缓旱地改水稻田、望天田改保灌田)、“碎改整”(小块改大块、零乱改规整)、新开田土、冷烂锈田改造、洼地排涝等农田改造等,有效地防止或减少水土流失。

3.水利水保建设措施

水资源是动物和植物赖以生存的必要条件,是自然环境的重要组成部分,是可持续发展的基础。措施将“开源”与“截流”并重,通过对灌区改造、病险水库治理、地表“三小”(小山塘、小水窖、小水池)工程建设,致力于解决石漠化区人畜饮水和农田灌溉,改善人类生存条件,提高土地产出率,推动农业结构调整,促进石漠化区经济的发展,对有效实施退耕还林、封山育林、遏止毁林开荒起到保障作用。

4.农业产业结构调整措施

根据地域资源环境条件,进行产业结构调整,合理利用资源,布局适合于当地资源和环境优势的产业,推动地区经济的发展。如贵州省根据当地地形、气候,在一些高寒地区实施退耕还草、发展草地畜牧业,北盘江两岸发展花椒种植;广西在石漠化区实施“砍头树”种植、发展养殖业等。

5.农村能源改造措施

以解决煤炭资源缺少地区农民生活及生产燃料为目的,通过发展家庭养殖业、沼气工程、节柴改灶、农村小水电建设、太阳能利用等措施,实现遏制人为对森林的砍伐破坏。

6.生态移民措施

主要方式为异地搬迁。通过小城镇建设、发展乡镇和民营企业,有效地将石漠化区(生态恶劣区)的人口和人类工程活动向资源环境条件较优势的区域集中,转移农村劳动力,增加农村人口就业率,一方面使贫困区人口尽快脱贫,另一方面减轻石漠化区资源环境的压力和人为活动对环境的破坏,使人类对资源的需要和自然资源的承载力达到平衡,逐步恢复生态环境。

7.其他

主要为政策保障措施、科技支撑体系等。包括对石漠化治理的政策支持,治理方式的科技研究、示范工程、石漠化监测、科技培训、宣传教育、组织保障等。

(二)石漠化综合治理的主要模式

石漠化的治理是一项系统工程,一般要根据当地具体的资源环境和社会经济环境条件,因地制宜,采取多手段、多功能、多层次组合模式进行综合治理。目前,国内岩溶山区采用的综合治理模式主要有如下几类。

1.小流域综合治理模式

受地形、地貌、水文网和地质结构等条件控制,岩溶石山地区由许多具有独立功能的小流域单元组成。小流域综合治理模式的内容为:根据小流域内上、中、下游具体的社会和环境条件确定生态经济功能,合理地配置生态防护体系,通过一系列组装配套的科学技术,以水土保持为核心、以水资源开发为基础、以产业结构调整为手段,实现流域全面规划,综合防护体系和复合农业生产体系建设布局,形成符合山区特点的农、林、牧复合农业生产体系。

2.生态环境综合治理模式

针对岩溶山区缺水、少土、水土流失严重和人地矛盾突出的特点,以蓄水、治土、造林为核心,对脆弱生态环境进行治理。利用坡面雨水径流和表层带岩溶水与三小工程(小山塘、小水窖、小水池)相结合,形成微型水利系统,达到实现防止水土流失和解决干旱期间农田灌溉用水的目的;对坡耕地实施“坡改梯”工程,并与具有经济价值的草、果(树)种植相结合,把防治土壤强烈流失和沟谷侵蚀的拦沙谷坊相配合;开展生态林建设,将生态林建设与经济林木种植相结合,既增强流域内水土涵养,又实现增加经济的收入。通过上述手段,改善流域内的生态环境条件。

3.生态农业建设模式

针对岩溶山区山地多、坝地少的特点,结合地域资源和环境结构,实施农、林、牧一体化的产业结构模式。综合考虑本地区区域农业资源优势,以保护和扩大森林覆盖率为核心,以水土保持、发展经济和环境保护为目标,合理调整地区经济结构和农作(植)物结构,维系生态平衡,走生态农业的道路。同时,发展特色农业、名特优产品种植,把种植业、养殖业和产品深加工业联成整体,提高农产品的经济附加值,促进生态经济的有序发展和动态平衡,形成完整、协调的农业生态循环体系,既提高资源的利用,又实现了生态环境的保护。

4.草地畜牧业模式

西南岩溶山区雨热同季,气候温和湿润,利于牧草的生长,为发展畜牧业提供了优越的条件。在一些人口密度较小、草地面积较大的地区,利用该优势发展牧农结合型的生态农业,以草养畜、以畜养农,并进一步发展农牧产品深加工业。以草代林代粮,进行草农牧林结合,短期可保持水土,远期则可开发林木资源,既有近期效益,又有长期效益。

5.生态移民模式

中度以上的石漠化区面积大,水资源和土地资源缺乏,土地生产力和人口承载力低下,对该类地区,可通过生态移民的方式将居民迁移到环境条件较好、资源承载能力较高的地区,一方面可减轻人类为生存对原本就脆弱的生态环境的破坏,使生态环境系统得到恢复和重建,另一方面通过异地开发,改善石漠化区贫困人口的生存环境,促进脱贫,从而实现石漠化区社会经济和资源环境协调的可持续发展。

6.庭院生态经济模式

以沼气建设利用为纽带,以完善和稳定“经果林—畜禽养殖—沼气”为基础,充分利用农户庭院前后及耕地资源,以改善农民生活基础设施条件为目的,以种植经济林木、中药材和养殖优质畜禽为主要内容,对石漠化山区山、水、林、田、路、网进行综合规划建设。通过优化岩溶石漠化区经济系统中的种植结构、养殖结构、能源结构与技术结构,增加农民收入,优化农村环境。庭院生态经济模式的高效运行可改变农村庭院生活环境条件和不文明现象,逐步形成以种植为基础、以养殖业为主干、以沼气为纽带、种养和加工相互配套、农林牧副业协调发展的农村生态经济体系,与石漠化防治融为一体,推进石漠化的综合治理。

(三)石漠化理论研究方面的典型工作

1)袁道先院士在《岩溶生态系统和石漠化治理》中,结合西南岩溶石山地区的实际情况,采用大量的科学数据、图表,对岩溶环境生态系统进行了具体的分析和论证。

2)1999~2002年,中国地质调查局完成了我国西南岩溶山区地下水及生态地质环境调查,采用遥感解译、地面核实调查等手段,基本查清了我国西南岩溶石山地区石漠化的现状、空间分布、发展趋势,编制了《西南岩溶山区地下水及生态地质环境调查报告》。

3)贵州省地矿局王明章研究员等在“贵州省岩溶山区地下水及生态地质环境调查”成果资料的基础上,编制并出版了《贵州省岩溶石山生态地质环境研究》,对贵州省石漠化的现状、分布、成因、发展演化,进行了研究和阐述,并从地质学的角度初步提出了石漠化治理的途径设想。

4)贵州省地矿局区域地质调查院况顺达博士等以国家高技术研究发展计划(863计划)项目为平台,采用遥感技术完成了石漠化演变监测技术方法的研究,提交了《中国西南地区石漠化遥感调查关键技术研究及预警预报成果报告》。

5)贵州省师范大学熊康宁教授等以遥感技术为主要手段,对贵州省石漠化现状进行了调查,编制出版了《贵州省岩溶石漠化类型遥感调查研究》,阐述了遥感调查的方法、贵州省石漠化的基本特征和现状。

6)中国科学院地球化学研究所牵头,贵州大学、贵州师范大学、贵州科学院、贵州省地矿局、河海大学、同济大学等单位共同承担了国家重点基础研究(973计划项目),从地球化学的角度开展包括石漠化问题在内的岩溶山区物质运移循环研究。

(四)石漠化治理方面的典型工作

1)林业部门从20世纪80年代以来,结合国家长防、珠防工程,开展了以“退耕还林、植树造林、封山育林”为主的生态恢复工程。

2)发改委、水利和农业部门以解决缺水问题为核心,采取了以小流域为单元,实行山、水、林、田、路、网统筹规划综合治理工程;以坡耕地的综合整治为突破口,对25°以下石漠化程度较轻、土层较厚的缓坡耕地实施坡改梯工程;在人口密度相对较小的区域,大力实施生态自然修复工程;加大沼气建设,解决能源紧缺问题;以增加群众收入、促进农民脱贫致富为重点,因地制宜发展中药材、花椒、砂仁等具有市场优势经济林果,并以此培育和形成生态产业。贵州省内典型工程有关岭县石板桥小流域治理工程、花江板贵小流域治理工程、思南碗水坝小流域治理工程等。

3)2003年以来,中国地质调查局开展了西南岩溶石山地区典型岩溶流域地质环境综合整治示范项目,分别在贵州省、云南省、广西壮族自治区、湖南省等省(区)以岩溶流域为单元,开展了以地下水开发为龙头的石漠化地质环境综合整治示范工程。典型工程如代表峰丛洼地类型的贵州省巨木地下河流域,代表垄岗槽谷类型的贵州省道真上坝地下河流域、云南省泸西小江流域、湖南省洛塔等石漠化治理工程。从地学的角度开展以石漠化综合治理为目的地质环境整治示范工作。通过多年的工作,初步取得了一定的经验和成果,丰富了石漠化综合治理的理论。上述示范工程的实施,将对改善当地人民的生存和生产条件、脱贫致富提供基础条件,并对推动岩溶山区石漠化综合整治将起到积极的作用。而且这一项目成为本研究的基础。

4)在国家林业局的支持下,贵州省科技厅星火科技计划在省内岩溶石漠化地区实施30万亩金银花种植的石漠化生态环境治理工程,推行“林—草—畜”生态研制模式发展畜牧业,带动农民致富,同时保护和改善生态环境,取得了良好的社会和经济效益,并完成了《岩溶石漠化地区种植金银花的生态与经济效益报告》。

5)中国地质科学院岩溶地质研究所在广西果化、湖南洛塔等地进行了以地下水开发为主的地质环境整治示范工程。

6)中韩两国共同投入在贵州省修文县开展了以植树造林、小水窖和沼气工程为主的石漠化治理工程,取得了良好的效果。

7)2008年以来,国家在西南岩溶山区选择了100个重点县(其中贵州省55个),开展了石漠化综合治理试点,目前试点工作正在正常推进。

三、存在的主要问题

石漠化的研究和治理取得了丰硕的成果,但是,总体上看,仍然存在如下方面的问题。

(一)石漠化继续发展,生态环境形势仍然严峻

当前,国内外有关人员从不同的侧面对岩溶石漠化治理开展了大量的研究,并实施了较多的试验和示范性工程,在岩溶山地区石漠化成因和防治的理论方面都取得了重大的进展,为岩溶山区石漠化的整治提供了较多成功的经验。但是,应该看到,治理效果仍不是非常理想。根据相关资料,20世纪以来,尽管我国有效治理了岩溶石漠化面积5000平方千米,但由于地质环境条件的复杂性和不合理的人为工程活动,岩溶石漠化加剧的面积增加了2.5万平方千米。石漠化的加剧和改善面积比为5∶1。岩溶石漠化的形势仍然严峻。

(二)石漠化治理的理论和实践措施尚需进一步充实和完善

“石漠化的形成和发展是脆弱的岩溶环境条件与不合理的人为活动共同作用的结果”;“脆弱的岩溶地质环境是石漠化发生的基础、不合理的人为工程活动是石漠化发生的驱动力”;“对石漠化治理不但要对已经发生的石漠化环境进行修复,更重要的是要通过科学的手段防止新的石漠化继续发生和发展”已经为大众认识。因此,合理的石漠化的治理途径不但要对不合理的工程活动进行遏制,而且应通过科学的手段对脆弱的地质环境实施改善,才能达到预期的效果。但是在目前的实践中,通常采取的各种治理模式都主要集中在针对遏制不合理的人为工程活动方面,而对如何改善石漠化区脆弱的地质环境方面却重视不够。

近年来,不同部门从不同行业的角度实施了较多的石漠化整治工程,取得了一定的成果和较丰富的经验,总结了不同的综合治理模式。概括起来,这些治理模式基本上都是扩大植被覆盖面积、土地整理、地表水资源的开发、农业产业结构调整、生态移民、庭院经济等措施的集成。虽然这些模式既有通过自然和人工干预促使植被恢复、对已经恶化的石漠化生态环境进行修复的工程,也有通过科学的手段改善石漠化区民众的生活和生产环境、发展经济、从源头上防止石漠化继续发生和发展的措施,但是,综合分析可以看出,这些治理模式都有一个共同的特点,都将主要的目标集中在对地表生物圈层的人为干预和控制,而不同程度地忽视了支撑生物圈层的地质环境条件对石漠化发展的巨大作用,表现为一是缺乏对石漠化形成的内在基本环境———石漠化区地质环境的综合整治;二是在治理措施的选择和工程布局上通常未能充分考虑治理区的地质环境背景(水文地质条件、地球化学背景等)对治理措施的适宜性;三是未能很好地考虑开发利用当地丰富的地质资源并充分利用于石漠化的整治中。其结果治理工程仍然主要在脆弱的地质环境的基础上进行。尽管多年来国家对水土保持、石漠化防治等生态环境治理工作投入了大量的资金,这些治理工作确实也起到了较好的作用,但是,综合分析近年来西南岩溶山区石漠化发展的趋势,石漠化程度和面积仍然在以较快的速率持续发展,究其原因可以认为:造成该问题的原因除石漠化治理的投入力度尚不足以外,还在于当前的治理模式和工程过多是立足于石漠化形成的外因控制上,而对地质环境的治理力度薄弱。

地质环境是一切生态环境形成的基础,地质环境条件的好坏,决定了生态环境的优劣,“基础不牢、地动山摇”,可以认为:忽视对地质环境进行有效的整治,基于脆弱的地质环境的基础上进行的石漠化防治工作唯以取得理想的预期效果。因此,现有的石漠化综合治理模式有待于进一步的补充和完善。

(三)水源缺乏、土地缺少和土质贫瘠的问题亟待解决

石漠化区生态环境脆弱的基本特征就是“地表缺水、少土、土质贫瘠”,是造成石漠化形成和发展的最根本的原因,也是目前采用的石漠化治理工程中难以解决关键所在。

岩溶山区强烈岩溶发育造成地表水流严重漏失,地表出现严重的干旱缺水现象,造成岩溶山区人畜饮水和工农业生产供水困难,成为社会经济发展的“瓶颈”。

“少土”是岩溶石漠化区生态环境脆弱的另类典型特征。碳酸盐岩成土条件本来就极差,加之地形条件以山地为主,土地主要分散分布在山间盆地、谷地和洼地中,可供耕种的土地面积少,土地资源有限。随着农村人口的增加,人均耕地占有量呈继续逐渐减少的趋势。特别是岩溶山区人口增长速度快,低承载力的土地与高密度的人口必然产生粮食增长与人口增长失衡问题。以贵州省为例,2005年全省人均耕地面积1.7亩,其中常用耕地人均仅0.68亩。退耕还林后虽可有效地防止水土流失的进一步发展,但人口过多的现实却相应增大了石漠化区土地资源的压力。虽然加大小城镇建设和生态移民是缓解农村人口与耕地不足矛盾的有效措施,但是,也应看到未来相当长的时期内农民对土地仍将有较强的依赖性,并且生态移民也需要相应的土地和水资源作支撑。因此,可耕种土地的缺少成为制约生态移民工程实施的“瓶颈”之一。

碳酸盐岩溶区的耕地一方面是土层薄、分布不连续、保水性和耐旱性差,另一方面土壤中营养元素缺乏,严重的水土流失引起土壤中营养元素的大幅度减少,使得耕地土质贫瘠、土地产出率低、农作物品质低下,成为限制地域经济发展的重要原因之一。

岩溶山区水源匮乏、土地缺少和土质贫瘠与地质环境密切相关,是石漠化治理中的难点所在,也是必须解决的最基本的问题。

④ 岩溶塌陷的防治措施

我国对岩溶塌陷的防治工作开始于60年代,目前已有一套比较完整和成熟的方法、防治的关键是在掌握矿区和区域塌陷规律的前提下,对塌陷做出科学的评价和预测,即采取以早期预测、预防为主,治理为辅、防治相结合的办法。
塌陷前的预防措施主要有:合理安排厂矿企业建设总体布局;河流改道引流,避开塌陷区;修筑特厚防洪堤;控制地下水位下降速度和防止突然涌水,以减少塌陷的发生;建造防渗帷幕,避免或减少预测塌陷区的地下水位下降,防止产生地面塌陷;建立地面塌陷监测网。
塌陷后的治理措施主要有:塌洞回填;河流局部改道与河槽防渗;综合治理。
一般来说,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:防地表水进入塌陷区,可以:
(1)清理疏通河道,加速泄流,减少渗漏;
(2)对漏水的河、库、塘铺底防漏或人工改道;
(3)严重漏水的洞穴用粘土、水泥灌注填实。
2. 地下水控水措施
根据水资源条件,规划地下水开采层位、开采强度、开采时间,合理开采地下水,加强动态监测。危险地段对岩溶通道进行局部注浆或帷幕灌浆处理。
(二)工程加固措施1. 清除填堵法:用于相对较浅的塌坑、土洞。
2. 跨越法:用于较深大的塌坑、土洞。
3. 强夯法:用于消除土体厚度小,地形平坦的土洞;
4. 钻孔充气法:设置通风调压装置,破坏岩溶封闭条件,减小冲爆塌陷发生的机会。
5. 灌注填充法:用于埋深较深的溶洞。
6. 深基础法:用于深度较大,不易跨越的土洞,常用桩基工程。
7. 旋喷加固法:浅部用旋喷桩形成一“硬壳层”,(厚10~20m即可),其上再设筏板基础。
(三)非工程性的防治措施1. 开展岩溶地面塌陷的风险评价。
2. 开展岩溶地面塌陷的试验研究,找出临界条件。
3. 增强防灾意见,建立防灾体系。
岩镕塌陷的防治尽管难度较大,但只要因地制宜地采取综合的措施,岩溶塌陷灾害是完全可以防治的。

⑤ 岩溶地区常见的防治措施有哪些

塌陷前的预防措施主要有:合理安排厂矿
企业
建设总体布局;河流改道引流,避开塌陷区回;修筑特厚防洪堤答;控制地下水位下降速度和防止突然涌水,以减少塌陷的发生;建造防渗帷幕,避免或减少预测塌陷区的地下水位下降,防止产生地面塌陷;建立地面塌陷监测网。

塌陷后的治理措施主要有:塌洞回填;河流局部改道与河槽防渗;综合治理。

一般来说,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:防地表水进入塌陷区,可以:

(1)清理疏通河道,加速泄流,减少渗漏;

(2)对漏水的河、库、塘铺底防漏或人工改道;

(3)严重漏水的洞穴用粘土、水泥灌注填实。

2. 地下水控水措施

根据水资源条件,规划地下水开采层位、开采强度、开采时间,合理开采地下水,加强动态监测。危险地段对岩溶通道进行局部注浆或帷幕灌浆处理。

(二)工程加固措施
1. 清除填堵法:用于相对较浅的塌坑、土洞。

2. 跨越法:用于较深大的塌坑、土洞。

3. 强夯法:用于消除土

⑥ 岩溶建筑场地的处理有哪些措施

答:在岩溶地区进行建筑,应结合岩溶发育情况、工程要求、施工条件和经内济安全原则常采取以下处理容措施:1对个体溶洞与溶蚀裂隙,可采取调剂柱距、采取钢筋混凝土梁板或桁架逾越的办法;2浅层洞体顶板不稳定,可采取清、爆、挖等办法去除,然后可结合工程要求用块石、碎石、粘性土或毛石混凝土等回填至设计标高;3溶洞大顶板有1定厚度可用石砌柱、拱或钢筋混凝土柱支持,增加洞体稳定性;4岩体裂隙可采取灌注水泥浆等方法处理;5地下水宜输不宜堵,建筑物附近的排泄地表水、落水及岩溶泉应清算疏导,保持水路畅通。土洞的处理措施有:1处理地表水和地下水,地表水可用截流、防渗、堵漏等方法,杜绝地表水渗透土层内,地下水可采取截流或改道的方法,避免土洞地表塌陷的发展;2浅层土洞和岩溶处理方法1样,采取挖填处理;3灌砂处理,在顶板钻孔然后灌砂,压力灌注细石混凝土等;4垫层处理,基础底面夯填粘性土夹碎石作垫层,提高基地标高,减少顶板附近基底压力;5一样采取梁板逾越土体以支持建筑物;6采取桩基或沉井穿过覆盖土层,将荷载传至稳定基岩上。

⑦ 岩溶和土洞的处理方法有哪些

答:在岩溶地区进行建筑,应结合岩溶发育情况、工程要求、施工条件和经济安全原则版常采取以下处理措施:权1.对个体溶洞与溶蚀裂隙,可采用调整柱距、采用钢筋混凝土梁板或桁架跨越的办法;
2.浅层洞体顶板不稳定,可采用清、爆、挖等办法去除,然后可结合工程要求用块石、碎石、粘性土或毛石混凝土等回填至设计标高;3.溶洞大顶板有一定厚度可用石砌柱、拱或钢筋混凝土柱支撑,增加洞体稳定性;4.岩体裂隙可采用灌注水泥浆等方法处理;5.地下水宜输不宜堵,建筑物附近的排泄地表水、落水及岩溶泉应清理疏导,保持水路畅通。
土洞的处理措施有:1.处理地表水和地下水,地表水可用截流、防渗、堵漏等方法,杜绝地表水渗入土层内,地下水可采用截流或改道的方法,防止土洞地表塌陷的发展;2.浅层土洞和岩溶处理方法一样,采用挖填处理;3.灌砂处理,在顶板钻孔然后灌砂,压力灌注细石混凝土等;4.垫层处理,基础底面夯填粘性土夹碎石作垫层,提高基地标高,减少顶板附近基底压力;5.同样采用梁板跨越土体以支撑建筑物;6.采用桩基或沉井穿过覆盖土层,将荷载传至稳定基岩上。

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