土壤活水層：廢棄道路生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵

王俊杰，張洋軍

（甘肅省林業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730020）

某自然保護(hù)區(qū)完全封禁后，區(qū)內(nèi)部分道路也被棄用并綠化。對于廢棄沙石道路，綠化方法是在原路面上覆土后栽植油松Pinus tabuliformis大苗，或者播種草籽。觀察發(fā)現(xiàn)，廢棄道路覆土種植的油松枝葉枯黃，長勢衰弱，明顯不如鄰近坡地樹木生長正常。最近，互聯(lián)網(wǎng)上也有網(wǎng)友提問秦直道為什么不容易長草[1]？秦直道修建于秦朝，清朝初年逐漸廢棄[2]。天然長草和植樹種草都屬于生態(tài)恢復(fù)過程。秦直道廢棄后不容易長草，保護(hù)區(qū)廢棄道路覆土種植油松長勢不良，說明廢棄道路這樣的人為干擾嚴(yán)重削弱了自然的生態(tài)恢復(fù)過程，是自然的難以消化之重。人類征用地表空間修建道路，不能用過之后就丟還自然了事，必須想方設(shè)法讓自然能夠消化。許多自然保護(hù)區(qū)封禁后都將面臨廢棄道路的生態(tài)恢復(fù)問題。為此，現(xiàn)就廢棄道路生態(tài)恢復(fù)問題展開討論，通過理論分析揭示其困難原因，進(jìn)而提出廢棄道路生態(tài)恢復(fù)的技術(shù)設(shè)想。

1 廢棄道路生態(tài)恢復(fù)困難的原因

直觀上看，自然保護(hù)區(qū)廢棄道路覆土栽植的油松生長衰弱，人們很容易認(rèn)為是覆土太薄所致，油松根系無法下扎到原路基中，僅靠覆土層吸收不到足夠的養(yǎng)分，因而長勢不良。秦直道不容易長草，同樣也是路面天然降塵形成的覆土太薄所致。進(jìn)而設(shè)想，挖去原路基更換客土，再植樹種草就會生長正常。在土壤理化性質(zhì)不良的地區(qū)，園林綠化首先更換客土。因此，廢棄道路更換客土植樹種草必然有效。但是，全路換土植樹種草，工程量很大，成本高昂，還會帶來棄土取土的問題。

對于植物生長來說，土層厚薄只是問題的一個方面。例如，一些石質(zhì)山坡，土層并不厚，20～30 cm之下便是破碎石礫層，直到基巖，其土層厚度與廢棄道路覆土相差無幾。但石質(zhì)山坡上的樹木一般生長正常。在甘肅隴南還曾發(fā)現(xiàn)，在風(fēng)化板巖瀉溜坡上，覆滿石礫，但生長有苦楝Melia azedarach孤立木，長勢并不比平川地上的苦楝差。在新疆伊犁果子溝，新疆野蘋果Malus sieversii、野 杏Armeniaca vulgaris、阿 爾 泰 山 楂Crataegus altaica等正常生長在亂石叢中。特別在一些懸崖絕壁上也有松柏類樹木正常生長，例如黃山景區(qū)著名的迎客松和夢筆生花奇松。懸崖絕壁上的土更少更薄，甚至比廢棄道路上的覆土還少。為什么樹木能夠生長在懸崖絕壁上？因為懸崖絕壁有各種各樣的縫隙，降水可以沿著縫隙下滲，樹木根系則跟著水走，土壤養(yǎng)分則溶解在水中被植物吸收利用，因而不乏水分養(yǎng)分。黃山夢筆生花奇松的根系正是深扎進(jìn)兩條自頂而下的石縫中[3]。石質(zhì)山坡土層下面的礫石層中縫隙更多，更有利于降水向深層滲透，根隨水走，草木因而長勢健壯。

較大的縫隙會充滿泥土。泥土是一種固體—液體—?dú)怏w三相混合物，其中固體為泥土顆粒，液體為土壤水分，氣體為土壤空氣。泥土顆粒大小不一，形狀不定，互相支撐粘附形成許多孔隙[4-5]，其中當(dāng)量孔徑＞0.02 mm的孔隙，水分在重力作用下迅速下滲排出，成為通氣孔道；當(dāng)量孔徑0.002～0.02 mm的孔隙，毛細(xì)管作用明顯，可以克服重力拉升水分，成為持水孔道；當(dāng)量孔徑更細(xì)的孔隙，束縛水分的作用明顯，屬于非活性孔隙。通氣孔道和持水孔道交織構(gòu)成立體網(wǎng)絡(luò)，是土壤中蓄存水分和空氣的結(jié)構(gòu)。“襄”字本義指挖土播種再覆土的意思，引申為“包裹在內(nèi)、包容”[6]。因此，由“土”和“襄”組合構(gòu)成“壤”字，表示壤具有包容作用，本質(zhì)上說明土壤的作用就在于包容水分和通氣。農(nóng)業(yè)上稱兼有黏土和砂土優(yōu)點，通氣透水、保水保溫性能良好的土壤為“壤土”，原因就在于此。因此，在懸崖絕壁和石質(zhì)山坡上，植物能夠正常生長。

廢棄道路的路基整體堅實致密，如同石板一塊，其中均為非活性孔隙，通氣透水性能微弱，植物根系無法扎入其中，不屬于土壤范疇，只有其上方覆土才具有土壤功能。這就是廢棄道路覆土淺薄時植物生長衰弱的根本原因。

2 土壤活水層

生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵是植樹造林。森林植被這床被子要遠(yuǎn)遠(yuǎn)厚過草地植被，緩和環(huán)境劇烈變化的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于后者，生態(tài)功能更加優(yōu)良[7]。與草本植物相比，樹木的根系下扎很深。因此，土壤存在不透水層，對樹木、對林分的生長影響更大，是生態(tài)恢復(fù)的制約因素。

黃土高原區(qū)土層厚達(dá)數(shù)十米，乃至上百米，但就植物生長而言，其實并不深厚。在黃土區(qū)土壤水分循環(huán)研究中發(fā)現(xiàn)存在干層現(xiàn)象。干層指土壤深處出現(xiàn)的低濕度層，其含水量接近植物凋萎和毛細(xì)管水柱斷裂濕度[8]，在陜西黃土區(qū)出現(xiàn)在2.1～3.0 m[8-9]深處，在甘肅中部黃土區(qū)陽坡林地甚至出現(xiàn)在0.6 m深處[10]。土壤干層頂端是降水入滲的最深處，只有分布在干層以上的植物根系才能吸收利用當(dāng)年降水。也就是說，干層以上的土層才會有效蓄存降水，降水時入滲蓄水，然后被植物吸收利用，對植物來說是活性土層。有人說“有松鼠的山就是活的”，山林有松鼠說明野生動物豐富，生態(tài)系統(tǒng)食物鏈完整，物質(zhì)循環(huán)暢通，系統(tǒng)健康穩(wěn)定?；钚酝翆优c活的山林一樣，循環(huán)通暢，生生不息。

在農(nóng)業(yè)上活土層一般指耕作層，在林業(yè)上則指表土層，其中土壤微生物豐富，能把枯枝落葉迅速分解為礦質(zhì)養(yǎng)分和腐殖質(zhì)，歸還土壤，增加土壤肥力。活性土層與活土層不同，活性土層的活不在肥力，而在水分，是水有活性，是水分的循環(huán)通暢，生生不息。準(zhǔn)確應(yīng)該稱之為活水層，是入滲蓄存天然降水供應(yīng)植物生長發(fā)育的有效土層。在黃土地區(qū)，干土層以上為活水層；在石質(zhì)山坡，由于礫石層透水通氣，活水層則深達(dá)基巖；一些地區(qū)土層含有透水性能微弱的黏化層[6]，其黏化層以上為活水層。因此，廢棄道路生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵是創(chuàng)造深厚的活水層，路面覆蓋薄層土得到的活水層同樣淺薄，生態(tài)恢復(fù)過程微弱。

3 廢棄道路生態(tài)恢復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵

廢棄道路覆土形成的活水層淺薄，蓄水能力有限，又位于樹木根系主要分布層之上，植物得不到充足的水分養(yǎng)分供應(yīng)，長勢自然就衰弱了?？梢苑抡帐|(zhì)坡地的土層結(jié)構(gòu)，設(shè)計新的廢棄道路生態(tài)恢復(fù)方法：先破碎原路基，形成多種多樣的縫隙，再覆土植樹，甚至不用覆土，只需挖穴換土即可。破碎路基可以采用機(jī)械法和爆破法。市場上有多種型號的水泥路面破碎機(jī)，采用沖擊原理，可以均勻破碎包括水泥在內(nèi)的各種路基。王永蕙等人在河北太行山區(qū)試驗爆破松土法改造低產(chǎn)棗園，效果良好[11]。其中阜平試驗棗園為溝谷梯田，土層較厚，由于多年沒有耕作，土壤堅實致密；贊皇試驗棗園為丘陵坡地，土層薄，多礫石。其方法是在樹冠投影外緣打設(shè)炮眼1～2個，口徑15～20 cm，深50～80 cm；每個炮眼填入硝銨炸藥0.75 kg，雷管引爆。爆炸震裂密實表土層，使之破碎為千縫萬隙，爆破后表層土降水入滲速度提高1倍。這個方法同樣適用于廢棄沙石道路的破碎，只是炸藥用量、炮眼密度和深度要根據(jù)路基密實程度試驗確定。

許多路基使用三七灰土分層鋪填夯筑密實而成，破碎后，路基縫隙中殘余的消石灰可能影響植物根系活力。三七灰土由消石灰和黏土按體積比3∶7配制而成，使用歷史悠久。消石灰主要成分為氫氧化鈣，是一種強(qiáng)堿，由生石灰加水消解而成。加水后，生石灰的主要成分氧化鈣水合為氫氧化鈣。氫氧化鈣緩慢與土壤中的二氧化碳結(jié)合生成碳酸鈣，將土壤膠結(jié)硬化起來[12]，三七灰土因此具有較高強(qiáng)度和不透水性。同事何虎林介紹，在主持鐵路、公路路基邊坡綠化工程中發(fā)現(xiàn)，有些灌木成活正常，有些成活率低，甚至成活后又枯死。挖出枯苗觀察，分析認(rèn)為是路基三七灰土中殘余的消石灰致死苗根。不同灌木對消石灰的耐性不同，耐性好的灌木植苗成活率高，成活后生長健壯；耐性差的灌木植苗成活率低，成活后長勢不良。因此，選擇耐性強(qiáng)的樹種，完全可以避免路基三七灰土中殘余消石灰的影響，實現(xiàn)廢棄道路破碎法生態(tài)恢復(fù)的設(shè)想。

4 小結(jié)

廢棄沙石道路覆土栽植油松，長勢衰弱；秦直道廢棄數(shù)百年仍然不容易長草，根本原因在于堅實致密路基透水性能微弱，造成原路面以上土壤活水層淺薄，植物水分供應(yīng)不足。設(shè)想采用機(jī)械法或爆破法破碎路基，再覆土就可以造成與石質(zhì)山坡相似的深厚活水層，為植樹種草、恢復(fù)生態(tài)創(chuàng)造條件。如果路基由三七灰土夯實而成，則需要選擇種植耐消石灰性強(qiáng)的植物。

媒體報道，2018年7月，英國遭受破紀(jì)錄的熱浪襲擊，致使草地中呈現(xiàn)出歷史遺跡輪廓[13]。其原因在于，建筑遺跡的地基被掩埋形成的活水層較薄，遭遇嚴(yán)重干旱時，地表生長的草本植物枯黃而呈現(xiàn)遺跡輪廓[14]。由此可見，不僅廢棄道路生態(tài)恢復(fù)要破碎致密路基，廢棄的其他土地要實現(xiàn)真正的生態(tài)恢復(fù)，同樣需要破碎致密土層，擴(kuò)大活水層厚度。僅靠自然力量很難迅速消化這些人為造成的致密土層，即使成功植樹種草，也會在未來很長的一段歷史時期內(nèi)殘留人為干擾的烙印。