土壤活水层：废弃道路生态恢复的关键

王俊杰，张洋军

（甘肃省林业科学研究院，甘肃 兰州 730020）

某自然保护区完全封禁后，区内部分道路也被弃用并绿化。对于废弃沙石道路，绿化方法是在原路面上覆土后栽植油松Pinus tabuliformis大苗，或者播种草籽。观察发现，废弃道路覆土种植的油松枝叶枯黄，长势衰弱，明显不如邻近坡地树木生长正常。最近，互联网上也有网友提问秦直道为什么不容易长草[1]？秦直道修建于秦朝，清朝初年逐渐废弃[2]。天然长草和植树种草都属于生态恢复过程。秦直道废弃后不容易长草，保护区废弃道路覆土种植油松长势不良，说明废弃道路这样的人为干扰严重削弱了自然的生态恢复过程，是自然的难以消化之重。人类征用地表空间修建道路，不能用过之后就丢还自然了事，必须想方设法让自然能够消化。许多自然保护区封禁后都将面临废弃道路的生态恢复问题。为此，现就废弃道路生态恢复问题展开讨论，通过理论分析揭示其困难原因，进而提出废弃道路生态恢复的技术设想。

1 废弃道路生态恢复困难的原因

直观上看，自然保护区废弃道路覆土栽植的油松生长衰弱，人们很容易认为是覆土太薄所致，油松根系无法下扎到原路基中，仅靠覆土层吸收不到足够的养分，因而长势不良。秦直道不容易长草，同样也是路面天然降尘形成的覆土太薄所致。进而设想，挖去原路基更换客土，再植树种草就会生长正常。在土壤理化性质不良的地区，园林绿化首先更换客土。因此，废弃道路更换客土植树种草必然有效。但是，全路换土植树种草，工程量很大，成本高昂，还会带来弃土取土的问题。

对于植物生长来说，土层厚薄只是问题的一个方面。例如，一些石质山坡，土层并不厚，20～30 cm之下便是破碎石砾层，直到基岩，其土层厚度与废弃道路覆土相差无几。但石质山坡上的树木一般生长正常。在甘肃陇南还曾发现，在风化板岩泻溜坡上，覆满石砾，但生长有苦楝Melia azedarach孤立木，长势并不比平川地上的苦楝差。在新疆伊犁果子沟，新疆野苹果Malus sieversii、野 杏Armeniaca vulgaris、阿 尔 泰 山 楂Crataegus altaica等正常生长在乱石丛中。特别在一些悬崖绝壁上也有松柏类树木正常生长，例如黄山景区著名的迎客松和梦笔生花奇松。悬崖绝壁上的土更少更薄，甚至比废弃道路上的覆土还少。为什么树木能够生长在悬崖绝壁上？因为悬崖绝壁有各种各样的缝隙，降水可以沿着缝隙下渗，树木根系则跟着水走，土壤养分则溶解在水中被植物吸收利用，因而不乏水分养分。黄山梦笔生花奇松的根系正是深扎进两条自顶而下的石缝中[3]。石质山坡土层下面的砾石层中缝隙更多，更有利于降水向深层渗透，根随水走，草木因而长势健壮。

较大的缝隙会充满泥土。泥土是一种固体—液体—气体三相混合物，其中固体为泥土颗粒，液体为土壤水分，气体为土壤空气。泥土颗粒大小不一，形状不定，互相支撑粘附形成许多孔隙[4-5]，其中当量孔径＞0.02 mm的孔隙，水分在重力作用下迅速下渗排出，成为通气孔道；当量孔径0.002～0.02 mm的孔隙，毛细管作用明显，可以克服重力拉升水分，成为持水孔道；当量孔径更细的孔隙，束缚水分的作用明显，属于非活性孔隙。通气孔道和持水孔道交织构成立体网络，是土壤中蓄存水分和空气的结构。“襄”字本义指挖土播种再覆土的意思，引申为“包裹在内、包容”[6]。因此，由“土”和“襄”组合构成“壤”字，表示壤具有包容作用，本质上说明土壤的作用就在于包容水分和通气。农业上称兼有黏土和砂土优点，通气透水、保水保温性能良好的土壤为“壤土”，原因就在于此。因此，在悬崖绝壁和石质山坡上，植物能够正常生长。

废弃道路的路基整体坚实致密，如同石板一块，其中均为非活性孔隙，通气透水性能微弱，植物根系无法扎入其中，不属于土壤范畴，只有其上方覆土才具有土壤功能。这就是废弃道路覆土浅薄时植物生长衰弱的根本原因。

2 土壤活水层

生态恢复的关键是植树造林。森林植被这床被子要远远厚过草地植被，缓和环境剧烈变化的性能远远优于后者，生态功能更加优良[7]。与草本植物相比，树木的根系下扎很深。因此，土壤存在不透水层，对树木、对林分的生长影响更大，是生态恢复的制约因素。

黄土高原区土层厚达数十米，乃至上百米，但就植物生长而言，其实并不深厚。在黄土区土壤水分循环研究中发现存在干层现象。干层指土壤深处出现的低湿度层，其含水量接近植物凋萎和毛细管水柱断裂湿度[8]，在陕西黄土区出现在2.1～3.0 m[8-9]深处，在甘肃中部黄土区阳坡林地甚至出现在0.6 m深处[10]。土壤干层顶端是降水入渗的最深处，只有分布在干层以上的植物根系才能吸收利用当年降水。也就是说，干层以上的土层才会有效蓄存降水，降水时入渗蓄水，然后被植物吸收利用，对植物来说是活性土层。有人说“有松鼠的山就是活的”，山林有松鼠说明野生动物丰富，生态系统食物链完整，物质循环畅通，系统健康稳定。活性土层与活的山林一样，循环通畅，生生不息。

在农业上活土层一般指耕作层，在林业上则指表土层，其中土壤微生物丰富，能把枯枝落叶迅速分解为矿质养分和腐殖质，归还土壤，增加土壤肥力。活性土层与活土层不同，活性土层的活不在肥力，而在水分，是水有活性，是水分的循环通畅，生生不息。准确应该称之为活水层，是入渗蓄存天然降水供应植物生长发育的有效土层。在黄土地区，干土层以上为活水层；在石质山坡，由于砾石层透水通气，活水层则深达基岩；一些地区土层含有透水性能微弱的黏化层[6]，其黏化层以上为活水层。因此，废弃道路生态恢复的关键是创造深厚的活水层，路面覆盖薄层土得到的活水层同样浅薄，生态恢复过程微弱。

3 废弃道路生态恢复技术的关键

废弃道路覆土形成的活水层浅薄，蓄水能力有限，又位于树木根系主要分布层之上，植物得不到充足的水分养分供应，长势自然就衰弱了。可以仿照石质坡地的土层结构，设计新的废弃道路生态恢复方法：先破碎原路基，形成多种多样的缝隙，再覆土植树，甚至不用覆土，只需挖穴换土即可。破碎路基可以采用机械法和爆破法。市场上有多种型号的水泥路面破碎机，采用冲击原理，可以均匀破碎包括水泥在内的各种路基。王永蕙等人在河北太行山区试验爆破松土法改造低产枣园，效果良好[11]。其中阜平试验枣园为沟谷梯田，土层较厚，由于多年没有耕作，土壤坚实致密；赞皇试验枣园为丘陵坡地，土层薄，多砾石。其方法是在树冠投影外缘打设炮眼1～2个，口径15～20 cm，深50～80 cm；每个炮眼填入硝铵炸药0.75 kg，雷管引爆。爆炸震裂密实表土层，使之破碎为千缝万隙，爆破后表层土降水入渗速度提高1倍。这个方法同样适用于废弃沙石道路的破碎，只是炸药用量、炮眼密度和深度要根据路基密实程度试验确定。

许多路基使用三七灰土分层铺填夯筑密实而成，破碎后，路基缝隙中残余的消石灰可能影响植物根系活力。三七灰土由消石灰和黏土按体积比3∶7配制而成，使用历史悠久。消石灰主要成分为氢氧化钙，是一种强碱，由生石灰加水消解而成。加水后，生石灰的主要成分氧化钙水合为氢氧化钙。氢氧化钙缓慢与土壤中的二氧化碳结合生成碳酸钙，将土壤胶结硬化起来[12]，三七灰土因此具有较高强度和不透水性。同事何虎林介绍，在主持铁路、公路路基边坡绿化工程中发现，有些灌木成活正常，有些成活率低，甚至成活后又枯死。挖出枯苗观察，分析认为是路基三七灰土中残余的消石灰致死苗根。不同灌木对消石灰的耐性不同，耐性好的灌木植苗成活率高，成活后生长健壮；耐性差的灌木植苗成活率低，成活后长势不良。因此，选择耐性强的树种，完全可以避免路基三七灰土中残余消石灰的影响，实现废弃道路破碎法生态恢复的设想。

4 小结

废弃沙石道路覆土栽植油松，长势衰弱；秦直道废弃数百年仍然不容易长草，根本原因在于坚实致密路基透水性能微弱，造成原路面以上土壤活水层浅薄，植物水分供应不足。设想采用机械法或爆破法破碎路基，再覆土就可以造成与石质山坡相似的深厚活水层，为植树种草、恢复生态创造条件。如果路基由三七灰土夯实而成，则需要选择种植耐消石灰性强的植物。

媒体报道，2018年7月，英国遭受破纪录的热浪袭击，致使草地中呈现出历史遗迹轮廓[13]。其原因在于，建筑遗迹的地基被掩埋形成的活水层较薄，遭遇严重干旱时，地表生长的草本植物枯黄而呈现遗迹轮廓[14]。由此可见，不仅废弃道路生态恢复要破碎致密路基，废弃的其他土地要实现真正的生态恢复，同样需要破碎致密土层，扩大活水层厚度。仅靠自然力量很难迅速消化这些人为造成的致密土层，即使成功植树种草，也会在未来很长的一段历史时期内残留人为干扰的烙印。