人工土壤配置及重建类型

（一）人工土壤组分

人工土壤组分包括基本材料和添加材料。前者主要有植壤土、有机质、肥料等，是植物生长所需的基本条件；后者一般有土壤改良剂、土壤黏合剂、保水剂、纤维材料等，它们用于营造或优化植物生长环境，是配置人工土壤必不可少的重要组分。

（1）植壤土。植壤土是人工土壤的骨料。为了降低造价，一般取自工程所在地的自然土壤，尽量使用当地的肥土或熟土（壤土、沙壤土）。配置时先将土壤中的石块、碎石、杂草、杂根等异物剔除，再经粉碎风干过筛（8 mm），使其适于喷播机械的作业条件和要求。

（2）有机质。有机质是为植物提供养分和根系生长空间的基本材料。对于农田土壤，其中有机质的含量一般占耕层（厚度50 cm左右）土壤总量的0.4%～7%，它是土壤的核心成分和土壤肥力的物质基础。但是对坡面人工土壤层而言，其厚度一般只在10 cm左右，若要使如此之薄的基盘为植物长期维持养分供应，有机质含量就必须大大高于农田土壤的有机质含量。目前常用的有机质材料有草炭、腐叶土、植物堆肥、饼肥、糠壳等。

（3）肥料。肥料主要用来供应植物生长所需的速效养分及长效（缓释）养分，并兼有一定改善土壤性质的作用。根据肥料提供植物养分的特性和营养成分，一般可分为无机肥料（化学肥料）、有机肥料和微生物肥料。

考虑到不同植物的生长对营养元素的需求有所差异，而不同肥料对植物生长的营养促进作用也不尽相同，肥料在植被建植中的施用需把握这几点：在使用无机肥料时宜选用复合肥，如磷酸二铵、尿磷钾肥等；如果植被建植以木本植物为主，为了在初期抑制草本植物的生长，则此时应选用含氮较少、含磷较多的复合肥；如果需要尽快形成坡面草被，则在初期要促进草本植物的生长，复合肥的养分配比宜含氮较多、含磷较少；若人工土壤的抗侵蚀能力较差，因易发肥分流失，此时则多用速效肥；若人工土壤的抗侵蚀能力较强，其中又掺入了较多的有机肥料，此时则应使用缓释肥或控释肥，以减少化肥使用量、提高肥分利用率。

（4）改良剂。土壤改良剂的主要功效是通过对土壤性状、质地和结构的改善，使土壤的理化性质和生物活性得到改良，从而提高肥料的利用率，促进植物的生长发育。根据其材料性质可分为高分子类（如多糖类衍生物、木质素衍生物、聚丙烯酰胺等），有机类（秸秆、壳质粗粉、泥炭、竹炭、锯木屑等），矿物类（如沸石、石灰、石膏、珍珠岩、蛭石、磷石膏等）和其他类型（如城市污泥、炉灰渣等）。土壤改良剂主要用于对性状较差的细密和中等质地土壤的物理改良，例如，为了增加细质地土壤的渗透性和持水能力可加入泥炭；为了使土壤疏松、便于根系穿透可加入珍珠岩、炉灰渣等。土壤改良剂还有其他不同的用途，例如，加入沸石、石灰和竹炭等改善酸性土壤；加入石膏、磷石膏等改善碱性土壤。另外，生物土壤改良剂使用也较为普遍。

（5）保水剂。保水剂用来贮存并缓慢释放植物生长所需的大量水分。目前主要有丙烯酰胺—丙烯酸盐共聚交联物、淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物两大类，其分子结构有网状分子链，属具保水涵水作用的树脂。保水剂自身虽不溶于水，但能够在土壤中反复进行水分的“吸收—蓄存—释放”过程，遇水时迅速吸收而膨胀成凝胶将水分贮存起来（吸水量可为自身重量的100倍以上），干旱时缓慢释放水分供给植物的根系。不仅如此，因有蓄水作用，可减少可溶性养分的淋溶损失，达到节水节肥、提高水肥利用率的效果；因能发生吸水膨胀和失水收缩现象，土壤可在紧实与疏松状态之间变化，故土壤的物理结构和活性可得到一定的改善。

（6）黏合剂。黏合剂用于增强人工土壤颗粒之间的聚合能力，防止其在坡面上受到重力和风化作用而出现流失现象，以增强植物生长基材的稳定性。黏合剂分为有机类和无机类两种，前者主要有高分子聚合物和沥青乳剂，后者包括普通硅酸盐水泥和离子黏合剂等。高分子聚合物是指由聚丙烯酰胺制剂、聚乙烯醇等构成的非离子均聚物，它遇水后可形成溶胶体，通过较强的胶结作用把分散的土壤粒子黏结成稳固的团粒；沥青乳液是本身加入特殊的添加剂混合后而形成的一种乳剂，具有强烈的黏附作用，能将土粒联结起来，形成较理想的团聚体；普通硅酸盐水泥是指以硅酸钙为主要成分的水泥加入适量的石膏粉制成的水硬性胶凝材料，遇水后发生结晶作用将土壤粒子粘连；离子型无机黏合剂由石灰、石膏、明矾等构成，它们与土壤混合后，在水的作用下会发生灰化反应生成钙矾石，其与二氧化碳接触又发生氧化反应，使结晶效应进一步增强，故可粘连土、沙、砾石的混合物。

（7）团粒剂。团粒剂是一种特殊的黏合剂，但它改善了常规有机类黏结材料收缩性大、易龟裂，而无机类黏合材料碱性大、易产生板结的缺点，是一种增大土壤黏性、促进团粒结构形成的水溶性高分子长链聚合物，近年来得到大量应用。其具有很强的絮凝性，当遇水中悬浮的土壤颗粒时，一个分子可以吸附多个土壤颗粒，而一个土壤颗粒又可以与多个分子吸附，可使土壤形成大体积的絮团，增加土壤中的团聚体，从而使土壤颗粒在径流中不易被剥离和悬浮，故侵蚀作用大大减小。不仅如此，因土壤单粒间形成小孔隙、团聚体间形成大孔隙，所以与单粒结构相比总孔隙度较大，而小孔隙能保水保肥，大孔隙则通气透水。团粒结构的土壤形成促进植物生长的微环境，特别有利于幼苗根系的生长及土壤中水肥的吸收、利用。

（8）稳定剂。团粒剂使用时还需掺入稳定剂，其为水融性聚合物，也属于一种特殊的土壤改良剂，主要用来增强土壤团粒密度，稳定固化土壤结构，保持土壤团粒特性等。稳定剂与团粒剂结合后，可以有效提高土壤的黏滞力和水分的渗透力，改善土壤的亲水性，从而使蜂窝状的土壤团粒结构更加稳定，不会因为土壤的松散、通透而造成土壤及养分流失，并有利于种子萌发和根系生长。

（9）植物纤维。植物纤维是广泛分布在种子植物中的一种厚壁组织，在植物体中主要起机械支持作用。它虽然也是有机质，在其缓慢分解过程中可提供植物生长所需养分，但在人工土壤中还起到增加土壤粒子摩擦力、提高基质的连接性能和抗侵蚀的作用。常用于人工土壤的植物纤维包括农作物秸秆（稻草、麦秸、玉米秸等），果壳（花生壳），木屑，纸屑等，它们由于获取容易、成本低，已成为工程上最常用的植物纤维。此外，也可用经粉碎处理的草炭、麻纤维、椰纤维等，其中椰纤维比一般植物纤维的木质素含量更高，抗腐蚀性、抗拉伸性更强，自然分解时间为5～10年，是配置人工土壤的最佳选择。植物纤维用于人工土壤前应对其进行发酵处理，以消除对植物生长的影响并降低硬度。此外，这些植物还需经机械切割加工，纤维长度通常在2～3 cm之间，以便于喷播机械作业。

（二）人工土壤的类型

目前，人工土壤的类型主要有厚层基质、植被混凝土、高次团粒等，它们是通过相应的喷播技术方法实施的（详见下节内容），已在公路植被建植和土壤重建工程中得到越来越多的应用。

1. 厚层基质

所谓“厚层”，是指人工土壤形成的厚度可达到8 cm以上；所谓“基质”，是指人工土壤的组分以有机质材料为主。厚层基质是采用专用机械设备（灰料喷射机），将人工配制的有机质、复合肥、黏合剂、保水剂、改良剂等添加材料，与种植土、植物种子（草本或草灌组合）混合，再通过压缩空气将这些复合材料喷敷到植生面上，形成一种适于植物生长的人工土壤层。

厚层基质与人工客土在组分配置上大致相同，不过厚层基质的主材是有机质，而客土的主材是种植土，这是二者的最大区别。此外，虽然它们均通过机械喷播实现，但各自解决不同质地条件的植被建植问题：人工客土主要用于回填处和土质缓坡上的植被建植，虽可以用于风化程度较高的岩质坡面，但因自身比重较大、养分含量不足和稳定性较差等缺陷，不宜用于较陡的岩质坡面；而厚层基质在比重、结构、养分和稳定性等方面相对人工客土更有优势，故可以在较陡坡面上获得较好的植被恢复效果。

目前，国内已有多种较为成熟的厚层基质材料及工艺，例如TBS（西南交通大学）、PMS（北方林业大学）技术等，但从本质来讲，其基本配置及特性大致相同，主要差异表现在不同立地条件下的组分构成和环境适应性上。

2. 植被混凝土

厚层基质虽然在缓坡、较陡坡上的实施效果较为理想，但对于高陡边坡来讲，厚层基质难以适应坡面的不稳定性和抗冲刷要求，而其对于营建组合群落也具有一定的局限性。为此，植被混凝土应需而生。

植被混凝土是在厚层基质组分配置基础上改进而来的，主要由种植土、有机质、水泥、专用添加剂材料等组成。鉴于高分子材料黏结剂在缺水条件和自然降解作用下，其功能、寿命会逐渐受到影响，比如后期出现土层龟裂、剥落的现象，特别是与岩质坡面的附着性较差，故采用水泥代替高分子黏结剂，以增强土层的基材与植被混凝土的依附性，并提高其抗冲刷能力。工程上植被混凝土常用的黏结剂是P42.5硅酸盐水泥，因其呈碱性且易硬化，需用添加剂进行调节。

植被混凝土主要为高陡边坡的植被建植而开发，其形成是通过空气压缩机和水泥喷射机的动力而实现的，故其成型工艺与喷锚护坡基本相同。植被混凝土基质中因为掺入了大量水泥而使其能够形成牢固的护坡基底，又因为掺入了特殊添加剂而使植物种子能够在适宜的环境下正常发芽生长，从而为高陡边坡植被建植提供了一种人工土壤新材料。

近年来，三峡大学研发了一种含砼绿化添加剂的植被混凝土（CBS）材料，其由多种组分配制而成，已在国内若干高陡边坡植被建植工程中得到应用，且植被恢复效果明显。

3. 高次团粒

大量公路植被恢复工程实践表明，乔灌木植物组合种植不仅具有良好的抗旱、保水、防风沙、降尘土等优点，而且具有生长快、耐贫瘠并对生长环境要求低等优势，但由于一般植生基材无法有效解决坡面表土抗冲刷能力的问题，难以为乔灌木早期生长提供稳定的土质基础，故不能实现乔灌植物的组合种植。20世纪80年代，日本彩光株式会社研发了“绿化工法”，即高次团粒（SF）技术，为解决这一瓶颈问题提供了一种可行、有效的途径。

高次团粒具有与天然表土接近的土壤结构及特性，其固土、肥、水性能强，疏水透气性好，且适宜微生物栖息。高次团粒结构为粒子的集合体（团粒），团粒内部与团粒之间具有大小不同的孔隙，团粒间的小孔隙具有保持水分、养分的功能，团粒间的大孔隙则发挥着保水、通气的作用。另外，团粒结构中的粒子通过静电的作用吸附大量的养分，使团粒间的孔隙中栖息着大量的微生物，为植物提供了良好的生长条件。

随着材料技术的不断完善，高次团粒组分的适应性不断提高，已逐渐在各种复杂地质、地貌以及植被难以建植的地段得到应用，特别在高陡岩质边坡植被恢复工程中效果显著。目前，国内高分子团粒技术正处于不断研发、完善中，比如青岛冠中生态有限公司、湖南双胜生态环保有限公司、三峡大学护坡绿化研究所等单位，先后开发出各具特色的高次团粒技术，促进了公路植被恢复技术的普及和提高。