城市生态环境退化与土地工程基础理论研究

　　一、土地是人类文明的载体

　　人类对土地的最原始需求是居住，从树上下来在陆地生活后，首先要解决居住的问题，从以前的山洞、半地坑窑、窑洞到今天的高楼大厦等为人类提供了遮风挡雨的场所，并在此基础上逐渐发展出了城市。随着文明的发展，原始采摘已不满足人类对食物的需求，产生了农业，从刀耕火种的原始农业到主要使用金属、木制农具以及畜力的传统农业，再到以机械化、市场化为主要特征的现代农业，人类对土地的需求和开发越来越大。人类对土地的不断适应，深入了基因，长期对土地的开发利用，产生了文明，人类与土地逐步形成了“人——地”生命系统。土地承载着人类，产生了早期的城市，从“聚落”到“城堡”再到“城市”，城市的概念已经发展了几千年，古罗马、古希腊时代就已经发展出了城市规划、排污、给排水技术等。土地是城市建设的母体，现代化城市是在城市规划、给排水设计、土木工程、道路设计、园林设计等众多学科和技术体系支撑下建设、扩展的。

　　二、生态环境的退化催生了土地工程的提出和实践

　　当今社会，城市越来越大、功能越来越齐全，应该是人与生态环境最协调的时候，然而状况却恰恰相反。当前城市扩展过快，资源、人口过于集中，导致生态环境问题十分突出，如空气污染严重，含硫化合物、含氮化合物、可吸入颗粒物等问题，水体、土体污染，饮用水难以保障安全，缺水问题严峻，垃圾围城问题突出，城市生态系统整体脆弱等。据统计，中国现有600多座城市中，超过三分之二的城市存在缺水问题，垃圾累计堆存量超过7亿吨，占地5万多公顷，200多个大中城市已被垃圾包围，填埋和露天堆放又造成了二次污染；拥堵、内涝问题更是困扰着每一个市民。这就是通常所说的“城市病”。产生这种病的主要原因在于一是对城市建设的母体——土地的承载力及土体结构关注不足，对不良土体的危害认识不足，特别是土体污染具有隐蔽性、累积性、滞后性和不可逆性，土体的缓冲性和溶解性能够在承受范围内自然降低污染物的危害，同时也会掩盖土体污染问题。遮蔽人类的眼睛，土体污染危机一旦爆发，对自然环境、人类生活的危害将十分巨大，后果难以想象。

　　土地是人类赖以生存和发展的物质基础，“地安百安”“地乱百乱”。陕西地建集团在多年的工程实践中，意识到治好这种“病”，首先要解决土地问题，通过土体有机重构这种土地工程的核心技术从根本上解决城市土体污染等问题，从而使广大市民生活在健康、“无病”的土地上。从本质上说土地工程是运用工程手段解决土地问题，把未利用土地、退化土地、有害土地等进行改造、净化达到高效、无害利用，能动协调人地关系和谐发展的过程。土体有机重构就是通过对一定深度土体进行研究，以置换、复配和重构等技术手段，为承载生命体提供必要的条件。在此基础上，地建集团在国际上首次倡议推动土地工程学科建设，以系统的理论基础和学科体系指导土地工程实践，培养土地工程人才，推动人地关系回归到和谐发展的有序状态。从这个意义上说，以土体有机重构为核心技术的土地工程是生态文明的基础。

　　三、土体有机重构研究自成体系、内涵丰富

　　土地有机重构是土地整治工程的核心技术，其科研博采百科、自成体系，涵盖以下研究方向：（一）力学需求研究。在土体有机重构中，需要对所使用和研究材料的物理性质以及工程分类有一个清晰明了的认识。深入研究土体材料的强度、变形、渗透等特性，分析和计算不同材料和基础工程的承载力、固结压缩、渗透等；（二）颗粒需求研究。将土壤、石砾等自然材料、高分子等人工合成材料应用于土体有机重构中，作为构成土体的物质组成。土体颗粒对土体的物理、化学、力学性质起决定性作用。开展土体中颗粒的大小与形状、矿物成分与颗粒的相互搭配情况及其与水的相互作用和气体在孔隙中的相对含量分析，科学指导土体的颗粒和结构改良；（三）土体剖面——层级重构研究。土体剖面构型改良实质为采用工程手段构建适宜作物生长及人类居住的良好剖面构型，改善土体环境质量，增强土体协调水、肥、气、热能力，提升土地质量；(四)生化需求研究。去除土体中的污染物质、放射性物质等；减少有毒物质的积累；促进环境的改善；(五)生物营养保障研究。主要依据是普探结果和目标作物，根据原有土体和外源土体的养分状况，开展土体生物营养的调控等。荷兰的科研人员模拟火星土壤进行了有机生命体培养试验，初步结果表明，通过一定的处理措施，生命体能够在火星土壤中生存，这说明，未来开展外星土体有机重构是有可能的；(六)水资源利用研究。随着工业化的发展，城市的增多，人口的迅速增长，对水资源的需求量逐渐增大，水资源危机日益突出，因此土地工程的实施离不开水资源利用的配套工程建设，离不开开展水资源利用研究，达到最大限度的利用水资源；(七)生态环境设计研究。包括深入开展土地工程生态安全格局构建研究、土地工程设计的生态重建与生物多样性保护研究、土地工程的人居环境建设研究以及土地工程对生态环境的影响研究等。

　　四、大数据是发展土地工程的重要工具

　　运用大数据手段能够快速解决土地工程中的问题，提升土地工程学科数据采集能力、要素整合能力、计算仿真能力、决策支撑能力、成果展示能力。在多年的工程实践中，特别是在国家大数据战略的指引下，国土资源系统和广大土地工程企业积累了大量的海量信息，全国基本形成国土资源“一张图”数据库，为提升国土资源管理与服务水平、推动土地工程发展发挥了重要作用。