《Journal of Environmental Management》：Not all sealed soils recover alike: Pedogenic and technogenic controls on post-de-sealing recovery
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并非所有被密封的土壤都能同等恢复：成土过程与技术成因对去密封后恢复的共同调控
土壤密封（soil sealing）是一种主要且持续的土地占用形式，也是人为土壤退化的严重形式。通过以完全或部分不透水材料覆盖地表，密封切断了土壤与大气及地上生物圈的联系，且常伴随开
并非所有被密封的土壤都能同等恢复：成土过程与技术成因对去密封后恢复的共同调控
土壤密封（soil sealing）是一种主要且持续的土地占用形式，也是人为土壤退化的严重形式。通过以完全或部分不透水材料覆盖地表，密封切断了土壤与大气及地上生物圈的联系，且常伴随开挖、表土层移除、压实及建筑材料的添加。其后果不仅限于抑制入渗：密封改变了孔隙结构、水气交换、土壤温度、土壤有机碳（SOC）与养分库、生物活性以及土壤维持植被和调节生物地球化学循环的能力。尽管密封本身以地表覆盖物为定义特征，但与施工相关的压实可延伸至更深层次，破坏大孔隙连续性、根系穿透、排水及地下水再分配；这些影响在移除地表覆盖物后仍可能持续存在。
防止新增密封仍是保护土壤功能的首要策略。然而，现有密封地表代表了城市与基础设施建设遗留的巨大存量。通过去密封（de-sealing）将其转化为透水土地，正日益被纳入土壤修复、城市更新与土地占用减缓政策。尽管欧洲对土壤密封已进行十余年的系统监测，但去密封的可比统计资料仍然稀缺。移除不透水覆盖物并不会自动恢复原有土壤。压实的心土层、表层土壤的缺失、反应性改变、养分耗竭、孔隙网络破坏、盐度或钠度、污染及技术成因材料可能在路面移除后持续存在。去密封是一种干预措施；功能恢复是随后暴露土壤体的演化过程。
规模有限且异质性强的实验文献表明，这种演化具有高度变异性。城市火山灰土（Andosol）在去密封及自然植被恢复后，表现出容重相对快速下降以及有机碳、全氮和微生物活性的增加。相比之下，其他地区的近期暴露城市基质仍保持高容重、低储水能力、碱性反应及显著氮耗竭。短期实验还表明，水力与生物轨迹在很大程度上取决于路面移除后所采用的处理方式。这些观察表明，相关的科学问题不仅在于去密封能否改善土壤功能，更在于为何不同土壤间恢复的幅度、速率及可达程度存在差异。
对土壤抵抗力和恢复力的成土学解释此前未受到充分关注。土壤抵抗力和恢复力取决于成土过程及土地利用所生成的性质，包括颗粒大小分布、黏土矿物学、有机质、有机-矿物结合体、铁铝相及交换化学。孔隙结构、团聚作用及自然水分状况进一步决定结构脆弱性与功能恢复。这些属性既影响对机械和化学扰动的响应，也影响扰动移除后恢复功能的能力。它们还可能有利于某一功能而制约另一功能。单一性质的恢复不能作为整个土壤恢复的证据。
世界土壤资源参比基础（World Reference Base for Soil Resources，WRB）为解释这些机制提供了有用框架。32个参比土组（Reference Soil Group）不应按其假定的可恢复性直接排序。相反，WRB诊断层、诊断性质、诊断材料及限定词提供了影响去密封后轨迹的成土学特征信息。火山灰特性（andic properties）、富有机质表层、变性行为（vertic behaviour）、盐化或钠化条件、潜育或滞水特性、受限有效深度及技术成因材料均识别了与物理或化学恢复相关的机制。
这一问题因欧盟（EU）2025/2360号指令（关于土壤监测与恢复力）而获得了直接的政策相关性。该指令第10条第7款要求主管当局识别通过去密封或土壤重建具有高土壤健康改善潜力的区域，并考虑技术可行性、成本效益及可实现的土壤健康改善水平。该指令界定了决策需求，但未规定如何估算该可实现改善的土壤组分。尽管这一法律背景属于欧洲，但将修复目标与残余土壤体性质相匹配的根本需求具有普遍性。
本综述从成土学视角审视去密封后的土壤恢复，在此将其理解为对土壤形态、剖面组织、物理性质、矿物学、化学过程及生物功能的综合解释。其目标在于：（i）批判性综合去密封后土壤恢复的直接证据；（ii）识别控制恢复速率与可达程度的土壤性质与过程；（iii）评估WRB诊断信息与限定词如何为这些机制提供信息；（iv）建立功能特异性的土壤恢复潜力（Soil Recovery Potential，SRP）框架；以及（v）探讨SRP如何为去密封优先排序作出贡献，同时保持其与污染风险、技术可行性、成本及土壤功能本地需求之间的区分。
研究评估了三个工作假设：（H1）恢复速率与可达程度随残余土壤剖面的保存程度增加而提高，并随技术成因改造对剖面的替代或破坏而降低；（H2）恢复是异步且功能特异性的，因此某一领域的改善不能作为整体土壤恢复的替代指标；（H3）WRB诊断信息仅在以剖面完整性、当前土壤状态及技术成因遗留为条件时，才能支持机制性恢复预期，而非作为固定的恢复类别使用。
研究背景与问题
土壤密封是一种主要且持续的土地占用形式，也是严重的人为土壤退化方式。通过用完全或部分不透水材料覆盖地表，密封切断了土壤与大气和地上生物圈的联系，并常伴随开挖、表土层移除、压实和建筑材料添加。其后果远超抑制入渗，还包括孔隙结构改变、水气交换受阻、土壤温度变化、有机碳和养分库耗竭、生物活性降低以及维持植被和调节生物地球化学循环能力的下降。虽然防止新增密封仍是保护土壤功能的首要策略，但现有密封地表代表了城市和基础设施建设的巨大遗留存量，通过去密封将其转化为透水土地正日益被纳入土壤修复和城市更新政策。然而，移除不透水覆盖物并不会自动恢复原有土壤，压实的心土层、表层缺失、反应性改变、养分耗竭、孔隙网络破坏、盐度或钠度、污染及技术成因材料可能在路面移除后持续存在。现有文献表明，去密封后土壤演化具有高度变异性：部分城市火山灰土表现出快速改善，而其他地区暴露基质仍保持高容重、低储水能力、碱性反应和氮耗竭。因此，核心科学问题不仅在于去密封能否改善土壤功能，更在于为何不同土壤间恢复的幅度、速率和可达程度存在差异。此前研究未充分从成土学角度解释这种变异性，而欧盟2025/2360号指令虽要求识别具有高土壤健康改善潜力的区域，却未规定如何估算可实现的土壤组分改善水平。
研究内容与结论
研究人员开展了系统性文献综述，从成土学视角综合去密封后土壤恢复的直接证据，识别控制恢复速率与可达程度的土壤性质与过程，评估WRB诊断信息与限定词的机制性价值，建立功能特异性的土壤恢复潜力框架，并探讨其在去密封优先排序中的应用。研究得出以下主要结论：去密封后土壤轨迹反映成土遗留与技术成因遗留的相互作用，剖面组织、质地、矿物学、有机质、交换性质、有效深度和自然水分状况构成恢复的持久控制因素，而表土层移除、压实和建筑材料决定成土潜力有多少能在密封下存续；恢复是异步且功能特异性的，结构、水力、化学和生物功能不必同步恢复，单一性质的改善不能作为整体恢复的证据；WRB参比土组不应被解释为固定的恢复类别，其诊断信息仅在以剖面完整性、技术成因遗留和当前土壤状态为条件时才具有机制性价值。研究的重要意义在于提出了一个以参考条件为基础、时间依赖且功能特异性的SRP框架，区分被动恢复、辅助恢复和土壤重建三种路径，为欧盟土壤监测法律下的去密封决策提供了土壤学组分评估方法，并将可恢复性与环境风险、技术可行性、成本和功能需求明确区分。
关键技术与方法
研究人员采用了结构化文献检索方法，在Scopus和Web of Science数据库中进行检索，检索时间截至2026年8月20日，并在修订期间更新至2026年10月2日。检索组合了土壤去密封、去密封、解封、去铺装和路面移除等术语与土壤物理、化学和生物性质及修复相关术语。研究考虑了六个证据流：直接去密封研究、密封遗留、机械扰动后的结构恢复力、土壤化学约束、城市土壤与技术土及结构恢复力、矿物学、有机质、养分动态、盐度、钠度和WRB诊断信息。直接证据研究需满足土壤或基质被明确表征、密封移除后至少测量一项物理、化学或生物终点指标、且设计和时间基础足以解释恢复等条件。机制性类比研究仅在测试可转移至去密封后恢复的过程时被纳入。同行评审研究和官方WRB或欧盟来源用于科学和政策解释，会议摘要和非同行评审的机制性声明不作为主要证据。
研究结果
3. 密封表面下的成土与技术成因遗留。 去密封暴露的土壤条件主要反映施工期间及密封期间的改变。施工通常涉及表土层剥离、开挖、平整、压实以及骨料、砂、混凝土碎片或其他材料的填筑。路面下的剖面可以从相对完整但孤立的土壤到截断的心土层或主要为技术成因的基质不等。剖面截断同时移除有机质、交换位点、养分、生物发育团聚体、根系和大部分可用于恢复的生物遗留。施工引起的压实可持续存在于路面以下较深位置，其功能重要性不仅在于容重增加，更在于连通大孔隙的丧失、机械阻抗增大和孔径分布改变。粗骨料或碎石可快速传导水分但储水极少，入渗本身不能作为水力功能恢复的证据。密封抑制凋落物输入、根际沉积和根系周转，改变有机质和养分转化的环境。城市碳库需特别谨慎，木炭、沥青和其他技术成因碳形式可能贡献于分析测得的碳而不提供与植物来源有机质相关的生物功能。施工材料可施加额外化学遗留，混凝土、砂浆和富碳酸盐骨料通常提高pH和钙输入，这种碱化不应被解释为等同于天然高盐基状态。密封通常降低生物活性，但不一定消除土壤的生物遗留，密封数十年的土壤中仍可回收可动员的外生菌根真菌接种体。
4. 去密封后土壤恢复的直接证据。 文献表明去密封后土壤性质和功能可以改变，但现有研究并未提供共同恢复轨迹的等价证据。那不勒斯城市火山灰土的时空替代序列显示，在去密封2、20和34个月并自然植被恢复的地点，容重下降、有机碳、氮、微生物生物量、呼吸和酶活性增加，表明在残余土壤性质有利时相对快速的改善是可能的。意大利北部实验表明，去密封的城市土壤可以在不系统替换为农业表土的情况下恢复生物质量并支持植被。米兰一年后的实地监测显示，通气、水分交换和土壤气候条件快速变化，而大多数化学性质保持相对稳定，pH响应受再生混凝土骨料释放的碱性离子影响。巴勒莫实验提供了特别清晰的证据：入渗最初极高，因为降雨进入粗粒无结构碎石，18个月后稳态入渗相对初始测量下降25-97%，而压实亚层中的锥尖阻力相对去密封前下降约一个数量级，但水力、植被和微生物轨迹在不同处理间分化。德国北部案例代表更受约束的轨迹，尽管表面开放，土壤仍保持压实、碱性、氮耗竭和低储水能力，限制无辅助树木建植的潜力。蚯蚓丰富度在去密封后头几年增加，但pH、有机质、黏粒含量和地表处理强烈影响群落组装。文献呈现四个初步模式：某些土壤过程在数月到数年内响应；结构、水力、养分相关和生物性质不同步变化；去密封后管理可大幅改变轨迹；残余土壤或技术成因基质的初始条件是变异的主要来源。
5. 去密封后功能恢复的成土学控制因素。 剖面完整性决定从原土壤分类中能获得多少预测信息，表土层保存保留有机碳、养分、反应表面、团聚和生物繁殖体，截断则同时移除这些组分。压实对孔隙几何和连通性的改变比颗粒大小分布更直接，大孔隙度、空气渗透性和孔隙连通性与多种土壤功能的关系比单独容重更密切。机械应力下的抵抗和恢复取决于质地、矿物学和有机质的相互作用，铁氧化物和稳定微团聚与高度风化土壤中相对较高的物理恢复力相关。粗质地土壤表面开放后易于传导水分，但比表面积、阳离子交换容量和持水容量有限，快速入渗可与低植物有效水和养分保持共存。细质地土壤提供更大的水和养分潜在储存，但压实期间可能严重丧失传导孔隙，矿物学起决定性作用，胀缩黏土可通过干湿循环产生裂缝并促进结构重组，而交换性钠相关的分散可抵消这种恢复。有机质通过团聚体结合、养分供应、微生物底物提供和与反应性矿物表面的相互作用促进恢复，矿物-有机结合体包括吸附、配体交换、共沉淀和阳离子介导相互作用。火山灰材料提供大反应表面积并可稳定大量有机碳，若火山灰材料在密封下存续，这些性质可能有利于植被建立后的碳再积累，但恢复速率仍取决于新鲜有机输入。养分供应恢复不仅取决于养分储量，还取决于交换位点的数量和性质、盐基饱和度以及可变电荷土壤中的pH。施工来源的碱度使解释复杂化，高pH可能反映富碳酸盐碎石而非天然富盐基交换复合体。磷的有效性强烈依赖矿物表面的反应，短程有序铝硅酸盐、铝-腐殖质复合体和铁铝氢氧化物可通过特异性吸附反应保持低溶液磷。同一矿物相可能有利于其他功能，物理功能或碳储存的恢复可在磷供应未同等恢复的情况下发生。某些限制不太可能通过被动恢复消失，钠度是明显例子，高比例交换性钠促进膨胀和分散，移除路面本身不能纠正交换复合体，可能需要钙添加和淋洗。盐度通过不同机制起作用，高可溶盐浓度施加渗透胁迫但也可维持黏土絮凝，电导率和交换性钠应分别评估。水成土壤需要不同的恢复目标，潜育、滞水或还原条件是其自然功能的一部分，永久通气不是适当的普遍终点。有效深度对恢复施加内在限制，浅层基岩或胶结亚表层无论表面改善如何都限制根系体积和储水。
6. WRB信息作为恢复评估的机制基础。 WRB的诊断层、性质、材料和限定词编码了与土壤功能相关的成土学特征，但参比土组不应被分配固定恢复分数。火山灰特性识别短程有序矿物相和反应性铝铁，暗沃或黑色表层提供富有机质、生物结构化表层材料的信息，变性特性指示胀缩行为，钠质层和钠化特性识别交换化学约束，盐化特性指示可溶盐效应，潜育和滞水特性及还原材料表征特定水文和氧化还原状况。这些特征的预测价值取决于剖面保存，历史分类在诊断层或材料被移除、埋藏或强烈混合时逐渐失去信息性。技术土代表这一原则的极端情况，技术成因材料占主导时，其组成和排列可比原自然参比土组更强烈地控制pH、碳酸盐状况、细土体积、根系条件、水分关系和养分库。WRB应提供机制背景而非恢复排名，其作用可表达为WRB诊断信息→成土机制→功能特异性恢复预期，以剖面完整性、技术成因遗留和当前土壤状态为条件。
7. 土壤恢复潜力作为功能特异性框架。 SRP被定义为一种条件性、前瞻性评估，描述去密封后一种或多种土壤功能在指定时间范围、气候和管理制度下接近适当参考条件的方向、速率和可达程度。框架区分四个土壤状态：密封时土壤、去密封后即时条件、去密封后时间t的条件和适当参考条件，这一区分防止快速物理效应被误认为修复。恢复必须对照成土学上适当的参考进行评估，附近未密封且成土因素可比的土体优先选用，城市改造移除适当参考地点时，可结合土壤图、历史描述和类似土体定义参考包络线。恢复速率和恢复完整性应分开处理，土壤可能快速响应但稳定在远低于参考条件的水平，另一土壤可能缓慢恢复但最终接近参考。框架提出五个相互作用的恢复域：结构完整性和根系条件、水力功能、养分供应和化学缓冲、有机质恢复和碳稳定化、生物栖息地和生物地球化学再激活。SRP更适合用层级而非加性指数表示：第一层是剖面完整性，第二层是相对持久的成土属性，第三层是当前土壤状态，气候和去密封后管理改变变化的速率和可达程度。被动恢复应与辅助恢复潜力区分，后者通过针对性干预移除特定约束。普遍加权的SRP指数目前证据不足，应针对每个目标功能识别初始距离、主要成土约束、预期方向和速率、不完全恢复的可能性以及主动干预的需求。
8. 土壤信息化的去密封优先排序。 SRP描述土壤恢复功能的能力，但不单独决定去密封地点。场地优先排序需将土壤组分与环境风险、修复要求、可行性和功能本地需求整合。评估应首先确定是否保留可恢复的土壤体以及暴露其是否环境可接受，污染应保持在SRP评分之外并作为初步风险门控。SRP是功能特异性的，必须明确本地所需土壤功能，雨水调节需要水分传导和储存，树木建植还需要根系体积、通气、植物有效水和养分供应。建议采用两级评估：市政筛选结合密封地表清单、土壤图、施工历史和污染登记识别候选场地；场地级评估描述剖面完整性、施工影响深度、人工制品、有效根系深度、质地和矿物学特征，量化压实和水力传导及持水，表征有机碳和全氮、pH、电导率、阳离子交换容量或盐基状况、交换性钠及目标特异性养分和生物指标。三种路径可区分：被动或最小辅助恢复、辅助恢复和土壤重建，技术可行性和成本效益应针对明确路径评估。决策层级为：环境风险和基质身份→目标土壤功能→功能特异性SRP→恢复或重建路径→技术可行性和成本效益→优先级→监测。从去密封后即时条件开始的监测通过确定观察轨迹是否符合预期恢复概况来闭合框架，持续分歧应触发对SRP预期和所选干预的重新评估。
讨论与结论
讨论部分强调，现有证据的主要局限是缺乏跨对比土壤、在可比去密封和修复处理下进行长期比较研究。现有研究时间短且场地特异，难以分离土壤性质与气候、施工历史和管理的影响，直接证据也集中在欧洲温带和地中海环境，热带、干旱和寒冷城市环境的恢复轨迹基本未知。未来实验应从去密封后即时条件开始，在对比成土环境中监测相同恢复域，以直接检验矿物学、质地、有机质、交换化学和剖面完整性差异是否产生一致的恢复速率和终点差异。参考条件定义需更多关注，采样应延伸至施工影响的深度。指标应代表控制各恢复域的过程，水力评估应结合传导与持水、植物有效水和有效深度，化学评估应区分总养分储量与养分供应过程，盐度和钠度需分别测量。未来研究应更系统地表征成土和技术成因遗留，包括剖面截断、诊断层保存、施工层厚度、粗碎片、人工制品和运输材料，并尽可能区分土壤成因和技术成因对测得碳库的贡献。SRP验证需要分离内在恢复与修复效应的实验设计，未处理去密封对照应在可行时纳入，可比测量和一致报告分析方法、采样深度、WRB特征和施工历史对结果转移至关重要。最终，SRP应通过前瞻性测试验证：恢复预期应在去密封时或之后立即根据可用信息建立，随后与独立场地的实测轨迹比较。研究结论指出，去密封移除物理屏障，但暴露土壤的恢复能力取决于其下保留的土壤体。去密封后轨迹反映成土遗留与技术成因遗留的相互作用，WRB诊断信息仅在以剖面完整性、技术成因遗留和当前土壤状态为条件时才具有机制性价值。SRP框架将恢复视为基于参考、时间依赖且功能特异性的，分离去密封的即时效应与后续土壤发育，区分恢复速率与可达程度，避免将结构不同功能合并为过早的普遍评分，并区分被动恢复、辅助恢复和土壤重建。现有证据与三个工作假设定性一致：残余剖面保存越好恢复潜力越大；恢复域异步且功能特异；WRB信息仅在条件化时具有机制性用途。土壤中心评估可为欧盟土壤监测法律下去密封决策中可实现的土壤健康改善水平提供成土学组分，同一逻辑适用于欧盟以外任何修复规划需区分土壤可恢复性与环境风险、技术可行性、修复努力和功能需求的情境。主要剩余挑战是经验验证，需要跨对比成土环境的长时期比较研究以确定恢复轨迹能否定量预测。实际去密封决策应遵循顺序：确定环境风险和是否保留可恢复土壤体，定义所需土壤功能，估算功能特异性SRP，选择被动、辅助或重建路径，然后评估可行性和成本并监测轨迹，防止去铺装行为本身被视为修复证据。
