對大型土遺址的植物病害研究
——以西安阿房宮遺址為例

劉 甜，趙曉文，劉建軍，王 開

(西北農(nóng)林科技大學風景園林藝術學院，陜西楊凌 712100)

0 引言

土遺址是指以土作為主要建筑材料的由古人的生產(chǎn)以及生活等多種活動實際遺留下來的歷史遺跡，屬于重要的文物資源之一。這些文物資源都以夯土的形式遺存至今。但是，隨著城市化進程的加快，作為中華文明繁衍播發(fā)之地的西安，其數(shù)百平方公里的大遺址保護面臨巨大挑戰(zhàn)［1－2］。對露天土遺址而言，受風雨等自然因素影響的土遺址日漸消減甚至消失。通過對西安現(xiàn)存的阿房宮遺址、漢長安城遺址及杜陵遺址的保存狀況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，植物對土遺址具有雙重作用。遺址上長有植被的區(qū)域保存相對較好，植被對防止風雨等自然因素起到良好的保護作用，但在植物對土遺址產(chǎn)生保護作用的同時，其根劈作用及根系對土遺址亦產(chǎn)生了破壞。因此，植物對土遺址造成的負面影響成為利用植物進行保護土遺址工作中的棘手問題。

在植物對土遺址作用的研究中，對于其保護作用有了初步的調(diào)查研究，但對于其負面作用大都停留在概念上，只是簡單地提到因植物根系產(chǎn)生了裂隙，鮮有就真實的遺址來展開調(diào)查，以及討論植物給土遺址帶來的負作用及其機理。就植物根系來講，它是土壤、植物間的連接體，它在吸收營養(yǎng)成分，為自身的生長和發(fā)育供給營養(yǎng)物質(zhì)時，也給土壤環(huán)境以及土體結(jié)構(gòu)以特定的影響。植物根系作用是植物對土遺址產(chǎn)生負面影響的主要原因，由于夯土自身脆弱的結(jié)構(gòu)和根系作用等影響，使得土遺址開裂坍塌等現(xiàn)象十分嚴重，已經(jīng)嚴重威脅到遺址的保存。通過對阿房宮遺址的植物進行調(diào)查，結(jié)合實際的遺址分析研究植物對土遺址病害產(chǎn)生的負面影響，為植物的破壞機理提供理論依據(jù)，以期突破傳統(tǒng)的物理化學方法，在土遺址保護領域為植物保護土遺址提出相應建議并為土遺址的實際保護工作提供理論基礎以及技術支持。

1 研究區(qū)域概況及研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究地位于今陜西省西安市阿房宮前殿遺址，為阿房宮遺址的核心建筑，1961年被國務院公布為第一批國家重點文物保護單位。遺址區(qū)地處西安市渭河以南，古皂河以西13 km，平均海拔400 m，屬于暖溫帶半濕潤的季風氣候區(qū)。

阿房宮前殿遺址是迄今為止規(guī)模最龐大的夯土臺基遺址，臺基由東至西全長127 m，由南到北則長425 m，由秦代地面統(tǒng)計，現(xiàn)存的高度中最大高度為12 m。遺址的四周均為村落，遺址西側(cè)中部的缺口因周邊村落堆積傾倒的廢棄垃圾對遺址造成污染嚴重?，F(xiàn)存臺基上部基本被苗圃及果園占據(jù)，遺址墻基臺緣周圍均被植物包圍，遺址西側(cè)墻面有填埋窯洞的痕跡。

1.2 研究方法

1．2．1 土遺址植物分布調(diào)查方法 阿房宮前殿遺址為露天遺存的土遺址，表面多覆蓋有野生植被。這些植被是生物侵蝕的主要來源，根據(jù)遺址區(qū)環(huán)境和植被分布狀況，采用野外調(diào)查中的樣帶法和踏查法［3－4］對遺址區(qū)植物進行整體調(diào)查。圍繞露天土遺址中的臺緣地帶設置帶寬為5 m的樣帶。

在此樣帶內(nèi)分設5組樣方，每組樣方含3個喬木樣方(30 m×5 m)，其位置依次設于已有自然植被生長的臺地南、北、西3側(cè)(圖1)。在每個喬木樣方內(nèi)分設1個灌木樣方(3 m×3 m)，且每個灌木樣方內(nèi)分設1個草木樣方(1 m×1 m)。對于大面積的臺基內(nèi)部植物則用踏查法進行調(diào)查。

1．2．2 植物根劈作用研究方法 根據(jù)前殿遺址裂隙的分布情況選定研究區(qū)域:由于前殿遺址南北兩側(cè)均為回填土緩坡，東側(cè)臨近村落，三面皆無垂直裂縫。因此，本研究以阿房宮前殿遺址北側(cè)部分區(qū)域及西側(cè)區(qū)域的垂直斷面(總長約400 m)為研究對象，旨在全面分析植物在根劈裂隙中的作用(圖1)。

調(diào)查時間選擇在3月份植被未萌發(fā)新葉時，以便于清晰地觀測出其裂縫信息及開展測量工作。借鑒土壤裂隙特征研究中使用的圖像分析法獲取臺緣裂隙基本數(shù)據(jù)。使用相機拍照的同時用鋼尺對裂縫的具體長度加以測量并記錄，然后用PS軟件對分辨率為600 dpi的照片進行處理。用鋼尺以及游標卡尺依次對縫隙內(nèi)根系的長度與直徑、裂縫的具體長度以及寬度進行測量(最大值、最小值)，裂縫面積使用圖像分析法計算［5］。詳盡地測出裂縫對應地上部的其多項指標(如樹高、胸徑、基徑等)并記錄植物種名。

1．2．3 遺址區(qū)土壤樣品采集方法 于2018年3月份植被未萌發(fā)新葉時采集土樣。于樹冠投影的范圍之內(nèi)，在已除去土壤表面的落葉枯枝之后，距主干30～50 cm范圍內(nèi)避開樹冠的重疊區(qū)挖取0～10 cm土層內(nèi)的根系，分別在根系表面約2 mm處和遠離根系區(qū)域取得根際土和非根際土［6］;采集墻基臺緣立面距地面160 cm左右無根系分布的夯土作為對照組;每組采集5個樣本。將取得的土樣帶回實驗室，在－20℃下冷凍保存，用于測定土壤含水率、有機質(zhì)、微生物碳、微生物氮、胡敏酸、富里酸等指標。

1.3 土壤測定方法

測定土壤含水率、土壤有機質(zhì)含量采用烘干法和重鉻酸鉀外加熱法［7］;土壤微生物氮以及微生物碳測定采用氯仿熏蒸－K2SO4浸提法［8］。土壤腐殖質(zhì)組分采用焦磷酸鈉－氫氧化鈉溶液提取法提?。?］，浸提液中為胡敏酸和富里酸，胡敏酸的含量采用重鉻酸鉀比色法;富里酸和胡敏素的含量采用差減法獲得［10］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20．0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。分析植物基徑、株高、根長、根徑和裂隙面積間的相關性;用LSD法檢驗各組土壤間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 土遺址主要病害類型

通過對阿房宮前殿遺址的調(diào)查發(fā)現(xiàn)該遺址存在5種病害類型。由于土遺址被破壞的自然因素多樣，鮮少有單一要素所引起的病害，大多是多重要素共同作用而引發(fā)的結(jié)果，也可能為諸多要素互相交替作用之后的結(jié)果。現(xiàn)按不同的病害類型形成原因?qū)Σ『M行分類(表1)。

表1 阿房宮前殿遺址主要病害類型Table 1 Main disease types of the front hall site of Epang Palace

2.2 土遺址植物分布情況

阿房宮前殿遺址區(qū)域遍布高大的喬木及根系發(fā)達的灌木樹種，自然植被主要分布于臺基的南側(cè)、北側(cè)和西側(cè)邊緣地帶，呈條帶狀分布。野生植被內(nèi)側(cè)緊鄰果園和苗圃基地，人為因素干擾嚴重。

從生態(tài)型分類看，阿房宮前殿遺址記錄到植物32種，其中9種為喬木，4種為灌木，19種為草本。草本層植物種類多樣，灌木層和喬木層則相對較貧乏。受中心臺地的影響，導致喬木層原有植物樹種大量增加。野生喬木優(yōu)勢種為根系發(fā)達的深根性樹種構(gòu)樹、榆樹和臭椿;酸棗和枸杞作為西北地區(qū)常見的植物根系發(fā)達且耐干旱、耐貧瘠的野生灌木，為灌木層優(yōu)勢種。草本層植物種類多為西安地區(qū)常見一、二年生植株。

2.3 植物的根劈作用

2．3．1 不同植物對臺緣裂隙的貢獻率 植物侵蝕作用中遺址邊緣區(qū)域植物根劈作用的破壞性最為顯著。調(diào)查區(qū)域中有7種植物引發(fā)根劈裂隙，不同植物造成的根劈作用結(jié)果如表2所示［11］，其中數(shù)量最多的樹種對臺緣裂隙的引發(fā)無顯著影響。依據(jù)的具體數(shù)量可知，酸棗對引發(fā)裂隙數(shù)量最為顯著，然后依次為臭椿、榆樹、枸杞、構(gòu)樹和紫花泡桐，刺槐最不顯著;依據(jù)所引發(fā)裂隙總面積大小可知，酸棗對引發(fā)裂隙面積最為顯著，然后依次為臭椿、榆樹、紫花泡桐、刺槐和構(gòu)樹，枸杞最不顯著。由此可知臭椿以及酸棗、榆樹引發(fā)的裂隙侵蝕最為顯著，且各個樹種在此兩種侵蝕程度下的強度排序序基本一致。

表2 阿房宮前殿遺址處裂縫基本情況Table 2 Crack features of the front hall site of Epang Palace

(續(xù)表2)

2．3．2 裂隙面積與植物調(diào)查因子間的相關性 由表2可知，酸棗、臭椿和榆樹產(chǎn)生的裂隙面積占總面積比例最大，因此對這3種植物進行詳細調(diào)查。調(diào)查樣本基本信息如表3所示［11］，其各種指標間都有較大差異。將測定信息不完全的數(shù)據(jù)篩除后，臭椿以及榆樹、酸棗的樣本數(shù)量按次為21株、16株、69株，并對植物間每種指標進行相關性分析。

酸棗的樣本數(shù)共69個，各個調(diào)查因子與裂縫面積均呈顯著相關，其相關系數(shù)在0．287～0．819之間;臭椿的樣本數(shù)共21個，各個調(diào)查因子與裂縫面積均呈顯著相關，其相關系數(shù)在0．056～0．852之間;榆樹的樣本數(shù)較少，共16個，榆樹的根長、基徑、根徑均與裂縫面積呈顯著相關，其相關系數(shù)范圍為0．615～0．886(表4)。植物的各項調(diào)查因子與裂隙面積的相關性大小為:根徑＞根長＞基徑＞株高。結(jié)果表明裂縫內(nèi)的根系直徑大小與裂隙面積顯著相關，而株高與裂縫面積的大小無顯著影響。

表3 調(diào)查植株的基本參數(shù)范圍Table 3 General parameter range of the sampled plants

表4 調(diào)查植株變量間相關矩陣Table 4 Individual correlation matrix between the sampled plants

2.4 植物根系對土壤環(huán)境的影響

植物根系層是以植物活根系為主的土層，物質(zhì)和能量的遷移轉(zhuǎn)化在此層最為活躍，其中有根際土層和非根際土層。根際是在物理、化學、生物學性質(zhì)上受植物根系活動影響，有別于土體的那部分微域環(huán)境。因此，為探析植物根系對土壤環(huán)境的影響，對露天遺址區(qū)植物的根際土、非根際土及原生夯土進行土壤性質(zhì)比較分析。

通過遺址區(qū)植物根際土壤和遺址原生夯土的土壤性質(zhì)進行對比發(fā)現(xiàn)，根際土和非根際土對夯土壤性質(zhì)存在顯著性影響(表5)。根際土和非根際土與原生夯土對照相比較，土壤含水率、有機質(zhì)、微生物碳、微生物氮、胡敏酸和富里酸等土壤性質(zhì)均存在顯著性差異。總體而言，根際土和非根際土與夯土相比差異最大的為胡敏酸，差異最小的為富里酸，根際土對比差異由大到小為胡敏酸＞微生物氮＞有機質(zhì)＞微生物碳＞H/F＞含水率＞富里酸;非根際土對比差異由大到小為胡敏酸＞微生物氮＞有機質(zhì)＞微生物碳＞H/F＞含水率＞富里酸。H/F比值越大說明植物根系周圍土體中土壤的腐殖化程度高［12］，破壞了夯土原有結(jié)構(gòu)，對土遺址造成破壞越嚴重。

表5 植物根系對夯土性質(zhì)的影響Table 5 Effects of plant roots on soil properties in the site

3 結(jié)論

阿房宮遺址的主要病害類型包含了邊緣夯土的基礎掏蝕、洞穴遺存、開裂坍塌、沖溝發(fā)育、表面剝蝕。引發(fā)上述的現(xiàn)象的因素為:風化侵蝕、雨蝕、植物根系作用等。其中植物根劈作用引發(fā)的裂隙是阿房宮遺址面臨的最具有威脅性的病害類型，這同樣是半干旱區(qū)域中土遺址所需直面的特殊問題。

針對不同侵蝕類型對遺址所帶來的破壞程度進行評價后得知，阿房宮前殿遺址中植物作用和人為破壞是主要影響因素，其侵蝕速度快，使得土方量大面積減少;其次為雨蝕作用，侵蝕速度較緩慢，不會造成遺址坍塌及大面積缺失;風化侵蝕對土遺址產(chǎn)生的影響不顯著。

通過現(xiàn)場調(diào)查植物作用分析，利用植物保護土遺址選取適栽植物的主要因素為植物的根系特征。植物的篩選關鍵是篩選根系在40 cm以內(nèi)的淺根性，且根系不是很發(fā)達的植物，使植物根系對土遺址的破壞程度降到最低。例如鋪地柏、火炬樹等木本植物和假儉草等草本植物。這些植物根系分布較淺，既能減弱遺址受風蝕雨蝕的病害程度，又能減小植物根劈作用產(chǎn)生的破壞。