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〔編者按〕 人們在建設城市的各種活動中，往往建造了一個以人工環境嚴重干擾了自然環境為特征的城市生態環境，導致植物生存條件的改變。而城市的地下環境是影響園林植物生長、生存與分布的重要生態因子，研究其影響規律及探討相應措施，對加強城市園林建設的科學性，充分發揮園林綠地的綜合功能，建設生態健全的城市，都有著十分重要的意義。本文作者根據近年對北京市區的調查研究，對此問題進行探討。
北京城區位于北京小平原，永定河與潮白河兩大水系之間，座落在以永定河為主的洪積沖積扇脊部，自然土壤以潮褐土為主。其地勢自西北向東南傾斜，自然土中粘粒含量也自西北向東南逐漸增加。市區土質多為壤土，以中壤、輕壤比重較大、粘土、沙土較少。隨著城市的發展和范圍的擴大、市區多數土地都經歷了由自然土到經過耕作的農田、進而成為城市用地的演變過程，市區土壤的自然性狀已發生很大改變。目前的市區包括了自遼金以來歷經興廢、五次建都的全部范圍，部分地域已有上千年的城市歷史。尤其自元代建大都以來的700多年間，城市基本保持在舊城區的有:目前的東城、西城，崇文，宣武這些區域內。長期以來，城市興建的房屋和道路逐步取代了原有的植被；日益增加的人群活動和各種車輛、機械的輾壓，使市區土壤的密實度顯著增高；由于大量建筑物多次重建，城市居民從事炊事、取暖以及工業生產和市政道路工程施工等活動，產生了大量房碴土、廢棄建筑材料、爐灰、焦渣、垃圾等廢棄物，這些廢棄物在消納的過程中，填埋、摻混到土壤中，形成了含有部分自然土和部分城市廢棄物的人工填土；市區植物枝葉歸回土壤的營養循環過程中斷，加上城市大量夾雜物的入侵，土壤日趨貧瘠；城市地面及地下的各種構筑物又直接限制了植物根系的生存空間；近年來，灑鹽融雪又造成土壤的局部污染。如此等等因素構成了獨特的北京城市地下環境，從而對城市園林植物的生存條件產生直接的影響。
一、城市土壤密實度及其對植物的影響
土壤密實度顯著大于郊區土壤，是城市土壤的一個主要特點。一般人流踐踏地區影響深度為3～10厘米，土壤硬度在14～28公斤/厘米2之間；車輛輾壓影響深度為30～35厘米，土壤硬度在10——20公斤/厘米2之間，在某些特殊地段，經機械多層壓實后其影響深度可達1米以上。
由于城市土壤不存在耕作條件，而且土壤缺少有機質，一般難以利用形成團塊結構的方法進行改良。土壤填埋后長期不能改變其結構狀況，因此，土壤透氣、排水和持水能力在很大程度上受土壤密實度的制約。而土壤的機械組成(粒級分布)是影響密實度(除了外力因素以外)的另一個主要因素。土壤粒級分布不同，其壓縮性也有差異。由粒徑越小的顆粒組成的土壤，在受壓后其體積變化越大，通氣孔隙減少也越多。一般砂性土受壓后變化小，壤土變化較大，粘土變化最大。據調查分析表明:北京市區砂粒與粗粉粒(粒徑1～0.01毫米)占61～85%、粘粒(粒徑小于0.001毫米)占5～19%的土壤，通氣孔隙度一般為9～19%；而砂粒及粗粉粒含量不足60%，粘粒多在20%以上的土壤，通氣孔隙度在9%以下(包括北京市園林局科教處等調查材料)。
幾年來我們對北京市區不同地段的土壤密實度與樹木生長關系作了大量調查測定，一般適于樹木生長的土壤硬度在8公斤/厘米2以，下相應容重在1.45克/厘米3以下，這樣的土壤在市區測定點中不足44%。有些地區土壤硬度可達100公斤/厘米2以上，容重最大值為1.9克/厘米3。城區土壤的高密實度對樹木的生長與生存產生十分不利的影響。
土壤密實度的增高，使通氣孔隙減少，導致土壤透氣性的降低。減少了土壤和大氣之間的氣體交換，樹木因而生長不良，嚴重時可使根組織窒息死亡。對通氣性要求較高的樹木，如油松、白皮松等樹種尤為明顯。同時，隨著土壤密實度的增加，機械阻抗也加大，妨礙樹木根系的延伸。
不同樹種對土壤密實的耐受能力不同，據對樹木根系正常分布范圍內(樹冠垂線以內，地下土層80厘米以上，淺根樹種如刺槐在40厘米以上)進行的大量測定表明，北京常見樹木中對土壤硬度的反應大致如表1所示:
由于北京市區許多地方人工填土是經多次填埋而成，不同層次的土質及密實度常存在差異。一般樹木依其耐受密實能力的不同，根系總是朝著適合于其生長的土層伸長，而不適合的土層則很少或沒有根系分布，致使樹木在其正常營養面積范圍內的有效根量減少(見表2)。
上表指明，當土壤硬度達到14公斤/厘米時，油松很難扎根生長。硬度再高，更無根系分布。其他樹種的扎根也存在不同的土壤硬度極限指標。
土壤是由固體(在城市土壤有機質含量極低的情況下，主要是礦物質)、液體和氣體三相物質構成的統一體。其中液相、氣相物質在土壤中所占比例處于一種動態平衡的狀態。土壤中三相物質所占的不同比例及土壤的相應容重，可以較準確地反映出土壤的通氣孔隙和持水孔隙數量及其對植物生長的影響。調查分析表明，不耐土壤密實的樹種(如油松)在固相為4.7～5.5，液相為2.7～3.2，氣相為1.3～2.4，相應土壤容重為1.30～1.47克/厘米3時，生長良好。固相超過5.5，氣相僅為0.7～1.2，相應容重高達1.54～1.67克/厘米3時，由于通氣性差而生長不良。當固相僅為3.5～3.6，氣相高達3.2，土壤容重為0.84～0.88克/厘米3時，保水保肥性差，也會導致樹木生長惡化(見表3)。
在土壤密實的地區，由于植樹坑內土壤經過挖掘回填，而造成坑內外，土壤密實度的差別，不僅常使樹木根系無法穿透坑外密實土層，而形成環繞植樹坑壁生長的畸形分布，樹木生長狀況因而惡化，還由于灌溉或降雨后坑內水分的垂直滲漏和水平擴散受阻而造成坑內積水，導致樹木爛根而死亡。
土壤密實可使某些樹木形成菌根的數量銳減。與樹木根系共生的菌根，可使吸收水份和鹽類的根表面積擴大100～1000倍，可提供額外的一些無機鹽類，特別是增加可給態氮素以改善樹木的營養狀況(《樹木生態與養護》，聯邦德國貝爾納茨基著，中譯本第47頁)。這在北京城市碴土極缺氮素的情況下尤為重要。城市土壤密實對菌根發生的抑制作用，使具外寄生型菌根的樹木如松屬、云杉屬、冷杉屬、落葉松屬等，以及具有內寄生型菌根的樹木如杏銀屬、柏科、杉科、槭屬、懸鈴木屬、榆屬等的樹種適應生存的能力下降。這也是某些北京常見樹種，從郊區移入城市栽植后生長不良的一個原因。
土壤密實對根系生長的限制，常使樹木改變其根系分布特性，不少深根樹種變為淺根分布，多數樹種支持樹體的根量減少，從而使樹木的穩定性減弱，易受大風及其他城市機械因子的傷害而刮倒或撞倒。如1985年7月27日，大風將北京城區1000多株樹木刮倒，其中部分樹木被連根拔起，造成了嚴重的損失。
為減少土壤密實對城市植物生長的不良影響，除選擇一些抗逆性強的樹種外，還可通過往土壤中摻入碎樹枝、腐葉土等多孔性有機物，或混入適量粗砂礫、碎磚瓦等以改善通氣狀況。對已種樹木的過地段，可在若干年內分期改良。在各項建設工程中應避免對綠化地段的機械輾壓。對根系分布范圍內的地面應防止踐踏。
二、城市土壤——人工填土的構成及其對植物的影響
北京市區人工填土的埋深及分布，既受城建歷史的制約，又同北京地理條件密切相關，不同地段表現較大差異。舊城區多數地段由于城市人口的增加，使城市各種生產、生活廢棄物大量增加，大部分就地消納，一般埋深為2～4米；有些建設歷史悠久、人口集中的地段達4～6米；建國以來新開發區，如朝陽區建國門外、西城區釣魚臺等一般埋深小于1米。永定河曾在北京小平原多次改道和由于地形差異而形成的湖、泊、溝、坑及凹地等地段，由于城市建設需要而陸續被填埋，其埋深度一般在6米以上。在歷代城建過程中，大量磚瓦在郊區取土生產，形成大量的窯坑，以及過去王公貴族在其庭院內開挖人工湖泊、小河等，又形成許多溝坑凹地，以后陸續廢棄和用碴土填埋，這類地段一般深達4～6米。就城區整體而言，一般人工填埋深度在1～5米之間。
據近年對北京市區園林植物根系調查，多數樹木根系深度在地下2米以內，其中行道樹、分車帶等樹木由于土壤密實度和地下設施等影響，根系多集中分布在1米以內。有些灌木和草坪等地被植物根系更淺。由此可見，北京舊城區絕大多數綠色植物并非生長于自然土壤上，而是生長于人工填土上。新發展市區范圍內有些分布在原來洼地的人工填土上，有些則分布在農田土上，其中含有一定數量的人工夾雜物，因此，人工填土的理化性質對城市植物的生存和分布產生直接的影響。
北京市區人工填土的單質夾雜物，常見的有20多種，依其主要理化性質可分為下列幾類:
1.磚碴類:來源于建筑碴土。解放前幾百年間所建房屋，絕大多數是磚木結構，重建時廢棄的殘磚碎瓦多就地消納。粒徑一般為2～5厘米，容重為1.63～1.82g/厘米3，質地較硬，不易風化。通氣孔隙度僅4.8～8.17%，但以固體形式侵入土壤后，常使土中的大孔隙增加，透氣、排水性增強。持水孔隙度為29.78～32.33%，具有吸水性，能在土壤中吸收并保持一定的水份，但比一般中壤土的持水數低得多。磚瓦含量過多時，可使土壤持水能力下降。
經粉碎后測定，其全氮、速效磷及速效鉀含量分別為0.016%，5.2ppm及35ppm，含量極微。除了其粉末摻入土壤時略有營養效果外，通常大量以固態存在于土壤中，且不易分解，故可視為對土壤不起營養補充的作用。磚瓦含量過高時，還會使提供養分的土壤容積減少，從而使城市土壤的貧瘠程度加劇。
2.煤灰類:以煤球灰渣為主，是民間炊事，取暖小煤爐燃燒后的殘余物，也包括碎煤灰等。煤球灰多為橢圓形的多孔體，粒徑一般為2～3厘米，容重0.67～0.94克/厘米3，質松易碎。持水孔隙度為31.25～33.50%，通氣孔隙度為21.25～39.7%，具有通氣、吸水性，含量適當時，可改善土壤的通氣性，吸水和排水狀況也具有一定的保水作用。且由于容重較小易碎而有利于植物根系的穿透。含量過多時由于球粒間空隙過多，而使土壤持水能力下降。煤球灰類含有部分養分，磷、錳的含量都較其他夾雜物為高，且由于質脆易碎，而多以粉末狀態存在于土壤中，故能為土壤提供部分養份，也有一定的保肥作用。
3.煤焦碴:為大型鍋爐燃燒后的殘余物，其灰燼大部分煉成焦狀，呈多角形，粒徑大小不等。容重差異較大，為0.83～1.23克/厘米3，不易破碎。大孔隙多，細孔隙少，通氣孔隙度為21.1～40.5%，故以固體狀態存在于土壤時，可使土壤透氣及排水性增強。但持水孔隙度僅為8.5～11.5%，保水性極差。焦碴含有微量養分，但不易為植物吸收。焦碴在土壤中含量過多時，其減少提供養分的土壤容積的作用同磚瓦類相似，但降低土壤持水能力較磚瓦類為大。
4.石灰碴類:由石灰石鍛燒而成。石灰可使土壤增加堿性。石灰土的持水孔隙度為40.3～46.8%，吸水性強，而且具膠結性，易使土壤固結。一般還原成碳酸鈣后，不易破碎。容重為1.14～1.4克/厘米3。但以固體存在于土壤時，可加大土壤大孔隙。石灰對植物根系有傷害作用，生石灰在土壤上層堆積經淋溶后傷根更甚。
5.混凝土塊及礫石類:來源于道路、建筑的廢棄物，包括水泥混凝土塊、瀝青混凝土塊及砂礫、石碴卵石等。混凝土塊容重高達2.05～2.38克/厘米3。總孔隙度僅為14.93～19.43%，持水孔隙及通氣孔隙都低。在土壤中含量適當時增加大孔隙，改善透氣排水狀況，沒有持水作用。含量多時，會使土壤持水力顯著下降，內含極微量養分，也因極難分解而不可利用。其減少提供養分的土壤容積的作用與磚瓦類相同。
不同類型夾雜物理化性質的測定(見表4、表5)。
以上不同類型夾雜物摻混到土壤后，即形成各種類型的城市碴土，即磚碴土、煤灰碴土、焦碴土、石灰碴土及礫石碴土。
各類夾雜物進入土壤，是一種人為的、又是隨機的過程，因此，不同地區夾雜物的分布也表現為很大的隨機性。由于夾雜物在消納過程中侵入土壤方式的不同，可分別形成單一夾雜物堆積層；因大量填埋或經過兩次以上掘填的地方，形成兩種以上夾雜物同土壤的混合存在；以及由于夾雜物多次回填，而形成不同夾雜物相交替的堆積層等，其種類及分布深度也各不相同。城市碴土這種形成的特點決定了其在調查研究上的復雜性。但從城區整體來看，不同類型夾雜物的分布比重，也表現有一定的規律性。老城區多數地段以磚碴類為主，也包括一些煤灰類；一些主要干道及分車帶，以礫石碴為主；原有湖泊溝坑填埋地段以混埋為主。
據對市區內分布于不同城區的5862個土坑調查分析，以每一地段相同的碴土類型只按一個調查點計算，共178個點，不同碴土類型所占比例(見表6)。
以上數據是對市區不同地段調查統計的，故可在一定程度上，說明北京城區不同碴土類型的分布數量狀況。其中磚碴土、礫石碴土，煤球灰碴土所占比例近90%，是北京市區主要的碴土類型。
以上各種類型夾雜物，對植物生存條件的有利或不利影響，依碴土類型、侵入土壤的方式和數量、侵入地原有土壤的機械組成等因素不同而異。
固體類夾雜物(如磚碴、焦碴、礫石碴等)侵入土根后，由于在土壤中有一定支撐作用，在城區外力作用頻繁的地區以及土壤較粘重的地段，其適當含量，尤其是和土壤相間混合的存在狀態，有利于改善士壤通氣狀況，是形成樹木局部根系伸長，從而增加根量，改善樹木生長狀況的有利因素。但在形成單一的堅硬夾雜物層的地方，又常會使樹根無法穿越而限制其分布深度或廣度(見表7)。
土壤中固體夾雜物含量適當時，能在一定程度上提高土壤(尤其是粘重土壤)的排水能力。但含量過多會使土壤持水能力下降。碴粒本身占有一定體積，使土壤相對減少，而降低土壤水份的絕對含量，常使城市植物的水份逆境加劇，尤其早春供水不足，是植物越冬的最大威脅。城市植物由于水份平衡經常處于負值，而表現生長不良，早期落葉，甚至死亡。
對城市人工碴土的利用和改良可采取如下措施:選擇適宜的樹種；對難以用于植樹的土壤進行更換；對由于細粒太少而持水能力差的土壤，應將大粒徑的固體夾雜物挑出，保留夾雜物占土壤總容積的比例不超過1/3，并可摻人部分細粒進行調整；對由于粗粒太少而透氣、滲水、排水能力差的土壤，可摻人部分粗粒加以改良。
三、城市土壤貧瘠化及其對植物的影響
市區內植物的落葉、殘枝常作為垃圾而被清除運走，難以回到土中，使土壤營養循環中斷，土壤有機質含量很低。據測定市區土壤有機質含量均在1%以下，只及郊區菜園土的1/2～1/4。有機質是土壤氮素的主要來源，城市土壤中有機質的減少又直接導致氮素的減少。
城市土壤所含夾雜物中，煤球灰碴內含養份雖可參與分解活動而被植物吸收，但含量極低。其余夾雜物基本不起營養作用。隨著夾雜物含量增加，土壤可給總養分相對減少。某些含石灰的夾雜物可使土壤鈣鎂鹽類增加，使土壤PH值增高。據在北京城區211個測點測定表明，土壤PH值為7.4～9.7，平均值為8.1，一般比郊區為高。由于PH值的增高，不僅降低了土壤中鐵、磷等元素的有效性，也抑制了土壤微生物的活動及對其它養分的分解。夾雜物的存在，又使土壤中的粘粒含量相對減少，膠結物質減少，鹽基代換量低。據測定北京城區土壤平均代換量為8.51m·1/100克土，屬于保肥性差的土壤。北京城區土壤主要養分含量測定(見表8)。
由表8可見，北京城市土壤除鉀含量較高外，全氮含量僅及菜園土的1/2～1/8，堿解氮減少3/4，磷素部分地區較缺，少部分地區極缺，全磷比菜園土減少1/3，速效磷減少20%。如同北京郊區土壤養分分級標準(共分8類)相比較，速效磷僅相當于與7類土的含量，有機質相當于7類土，全氮則相當于8類土，屬于極缺氮素的貧瘠土壤。
無機鹽類是形成植物葉綠素、各種酶和色素的基礎物質，也是光合作用的活化劑，尤其低氮會阻礙光合作用的進行。城市土壤養分(除鉀以外)的虧缺，使城市植物的碳素生長量大為減少，加上通氣性差和水分虧乏，影響土壤肥力等其他因素，使城市植物較郊區同類植物生長量要低，其壽命也相應縮短。
為改善城市植物養分貧乏的狀況，結合城市土壤改良進行人工施肥是必要的措施，應增加城市土壤有機質的含量。并可采取適用于城市植物的肥釘、肥棒、緩釋肥等不同類型的肥料和相應的施肥器械和施肥方法。還可選種具有固氮能力的植物以改善土壤的低氮狀況，以及根據不同植物生長需要進行合理的灌溉等。
四、城市地面及地下構筑物對植物的影響
城市多數植物生長于人工環境中，其正常生長所需的營養面積，包括根系垂直生長和水平伸展的生存空間，都由于城市構筑物的影響而受到限制，從而改變其分布狀況及數量。城市植物周圍鋪裝地面封閉，阻礙降水的滲入和氣體的交換；行道樹由于種植距車行道過近而形成根系的不對稱分布:在狹窄的分車帶中(寬1.6～3米)由于路牙和兩側車道的阻隔，造成車道下墊層處，樹木吸收根大量饑餓死亡，多數根系呈同車道相平行的方向伸展；地下管道的鋪設，雖有局部疏松土壤、有利于根系沿縫隙穿透的作用，個別地區鋪設熱力管道在與種植物距離適當時還可提高地溫、減少凍土層而有利于如棣棠、大葉黃楊等不耐寒樹種的越冬和存活；但在管道密擠排列鋪設的情況下(如長安街)，則會限制根系的垂直分布，并使土壤提升水分的毛細管被切斷。在某些地下工程如地鐵的加強層范圍內這種情況更為典型，從而使植物生長在構筑物上下阻隔類似大花盆的環境之中。近年還發現由于煤氣泄漏而使一批毛白楊死亡。
不同樹種對城市構筑物所形成的狹小生存空間適應能力有較大差異。較耐土壤密實和對土壤通氣要求較低的樹種如國槐、絨毛白臘、欒樹等，在地面鋪裝的條件下較能適應生存，并在營養面積較小的情況下，有較多根系分布；有些樹種如毛白楊等作行道樹栽植時，可在很遠的地段形成龐大根群，側根較多；不耐密實和對土壤通氣要求較高的樹種如云杉、白皮松、油松等則適應能力較低。城市構筑物對植物根系生長的影響雖因樹種不同而有異，但不良影響只是程度不同而已。
城市構筑物對植物生存空間的限制，加上土壤的密實與貧瘠，人們又常在一定的面積上配置不同植物，或株距較密，致使植物的共生矛盾突出。主要表現為植物根系在有限空間及貧瘠土壤中爭奪水份、養分和空氣，常使某些植物生長占優勢而使另一些植物生長不良。城市植物的種間矛盾不同于自然林地或郊區的特點，在于他們都受城市惡劣的地下環境的制約。
為了減少城市構筑物對植物生存的不利影響，在營養面積較小的地段應選栽抗逆性強的深根樹種，對植物有限營養面積內的土壤進行分期分段深翻改良和進行根系修剪，選栽淺根地被植物和改進植物配置以減少共生矛盾，為改進城市街道植物生存空間過于狹小的狀況，應合理設計道路斷面。
五、化雪鹽對植物的傷害
近年來北京主要干道使用10～20%的氯化鈉鹽作為融雪劑，融化的鹽水通過道牙縫隙滲透或車行飛濺污染植物根區土壤而引起傷害，已構成城區地下環境中影響植物生存的一個新因素。1981年東長安大街局部土壤含鹽量曾高達0.55%，毛白楊死亡145株；1985年三里河路分車帶油松部分土壤含鹽量達0.3—0.7%，使100多株受害，死亡38株；黃楊、檜柏等綠籬也大量受害或死亡。
鹽分能阻礙水分從土壤中向根內滲透和破壞原生質吸附離子的能力而引起原生質的脫水，造成不可逆轉的傷害。此外，氯化鈉的積累還會削弱氨基酸和碳水化合物的代謝作用，妨礙根部對鈣、鎂、磷等基本養份的吸收，導致土壤板結、通氣和供水狀況惡化。
城市樹木受害后，一般闊葉樹表現為葉片變小，葉緣和葉片有枯斑、呈棕色，嚴重時葉片干枯脫落。有的樹木表現為多次萌發新梢及開花，芽干枯。針葉樹針葉枯黃，嚴重時全枝或全株枯死。
樹木攝取了過多鹽份，在尚未致死的情況下，可通過落葉，部分地轉移鹽份，但又可隨落葉回歸土壤中。在土壤排水能力很好的情況下，充分的降水和過量的灌溉則可把鹽分淋溶到根系以下更深的土層中而減輕危害；但當鹽分過高時，在很短時間內就可致樹木于死地，而淋溶土壤中的鹽份卻需要較長的時間。據1983年7月8日在三里河分車帶測定，表明土壤中含鹽量已較早春受害時顯著減少，同時也反映出經降雨和正常灌溉淋溶后不同深度的土壤中含鹽量分布狀況。見表9。
雖然受害植株土壤鹽分可得到水分的淋溶，但在北京城區自然降雨和人工灌溉數量都有限的情況下，將鹽分淋溶到根系分布范圍以下的數量是很少的，并且還受城市土壤底層密實因素的制約。
樹木的抗鹽性是原生質的一種特性，不同樹種對鹽分耐受力有較大差異。北京一般落葉樹，當土壤中含鹽量達0.3%時引起傷害，針葉樹達0.18～0.2%時，即可引起傷害。因此，干道兩側防止化雪鹽危害樹木已成為一個急需解決的問題。改進現有的路牙結構并將路牙縫隙封嚴，是阻止化雪鹽水進入植物根區的關鍵措施。由于樹木吸收鹽量中僅一部分隨落葉轉移，多數貯存于樹干木質部、樹枝和根內，翌年春天，又會隨蒸騰流而被重新輸送到葉片、樹木。這種對鹽分貯存的特性常使其抗鹽性減弱，在連續使用化雪鹽的地段，由于頭幾年鹽分的積累，在以后鹽分濃度較低的情況下也會引起傷害。因此，嚴格控制化鹽雪的合理用量非常重要，及時消除融化雪水，可減少過往車輛引起飛濺傷害植物，必須嚴禁將帶鹽的雪，堆放到樹木根區改善行道樹土壤的通氣性和水分供應，以及增施硝態氮、鉀、磷、錳、和硼等肥料，都有利于淋溶和減少樹木對氯化鈉的吸收而減輕危害。
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