2008年，格伦·奥拜尔（Glen Obear）在夏威夷的一个高尔夫球场实习，当时的草坪总监让他帮助诊断一个神秘的问题。球场的一些果岭上出现了秃块和斑点，这些秃块斑点处的草坪正在死亡变薄。价格昂贵，制作精美的果岭仅使用了五年就出现了问题，这让人不安。通常来说，一个新果岭的预期寿命至少是25年。

草坪总监怀疑产生问题的原因不在于草坪本身，而是下面的土壤，在业内被称为“改良的根区”的土壤。根区土壤通常精心施工，既能承受一定的碾压，又能促进排水，同时也为植物生存留下足够的水，这些土壤通常由一层砾石及其上方铺的30厘米厚的沙子组成。但是，当Glen Obear和总监挖掘一处发病区域时，他们发现了一个奇怪的东西：挖掘到一英尺的深度，有一层粘性物质形成的红色土层，似乎阻碍了排水。从来没有人见过这样的事情，随后Glen Obear（获得威斯康星大学麦迪逊分校（UW-Madison）学士学位）带着一块样品回到了威斯康星州。

他的同事起初不知所措。“说实话，最开始的时候，我对此并不感兴趣”Glen Obear当时的硕士导师Doug Soldat（威斯康星大学麦迪逊分校（UW-Madison）在草坪管理和城市土壤方面的推广专家）说。“但我还是让他做了，我真的很高兴我那么做了。”他们最终在近30个美国高尔夫球场（包括麦迪逊的一个高尔夫球场）的果岭下发现了相似的土层。Obear继续调查研究为什么会形成这些土层。他现在在内布拉斯加大学林肯分校（Obear现在在该校读博士）进行带头研究，有朝一日应该可以帮助高尔夫球场管理者防止形成这种奇怪的土层。

在这个过程中，其团队发现了一些其它的东西：这些土层其实并不奇怪，这仅仅是土壤年龄和发展的证据。威斯康星大学麦迪逊分校土壤科学系主任Alfred Hartemink说：“最大的区别在于，在草坪土壤中，这种情况很快就会发生，因为人们经常浇灌草坪，而且施用了大量的铁和肥料。但是我们可以解释一些正在发生的事情，这就是土壤的形成”。

随着土壤年龄的增长

果岭看起来好像很容易损坏，但实际上它有一个坚硬的表面。虽然果岭仅占高尔夫球场面积的2％左右，但它们是所有球手必到的点。另外，果岭的剪草高度不到一厘米，草坪承受着巨大的压力。“所以，土壤基本上需要完美”Soldat说。

美国高尔夫协会（USGA）在二十世纪五十年代就已经意识到这一点，并一直在设计、研究和调整其“沙基根区”，以达到严格的标准。为了确保这些土壤持续地为植物根系提供足够的空隙的同时，也能保证高尔夫球手在上面行走，土壤的主要组成部分是沙子 ， 最好是由粗到中等大小、棱角分明的沙子。Soldat解释说：“也不能过度碾压一个地方不然这里的草就会变得稀疏”。沙还能促进水份的快速渗透，使击球表面保持干燥。

但是，如果果岭干得太快，对草也不好。这主要是下面的砾石层导致的。在粗砂砾石顶部存在细纹理的沙子会产生“质地不连续”，从而提高沙子的持水能力。Solda说：“这个设计很漂亮，现在很多高尔夫行业以外的人都认同这一点”。美国高尔夫协会（USGA）的基本果岭设计适用于运动场和遍布全国的各类高践踏绿地。绿湾包装工队，密尔沃基酿酒商队和华盛顿特区的国家广场都有应用。

尽管如此，改良后的根区并不能抵挡时间的流逝 - 高尔夫球场管理者从一开始就意识到这一点。但是，“根区老龄化”这个问题直到20世纪90年代才被正式研究。这要从从佐治亚大学草坪科学家鲍勃·卡罗（Bob Carrow）被要求调查东南部草坪草季节性变薄衰退开始，被称为是剪股颖的夏季衰退。大多数人把这种衰退归因于疾病，但卡罗不同意。

内布拉斯加-林肯大学草皮科学教授Roch Gaussoin说：“鲍勃非常有创新精神，他说‘不，这是随着果岭的成熟在果岭表面有机质的过度积累，和我们对翦股颖果岭过渡管理造成的’”正如卡罗说的那样，大量灌溉和施肥的剪股颖根生长的速度超过了微生物分解的速度，有机质（OM）在土壤中快速堆积。一旦枯草层达到临界水平，土壤的渗透速度就开始减慢，氧气浓度业开始下降。这些变化反过来又剥夺了草能吸收到的氧气，助长了厌氧微生物活动，并引起其它问题。

RochGaussoin说，Bob Carrow观察到的问题有点极端，因为Bob Carrow正在湿润的东南部地区研究一种冷季型草坪。因此，不久之后，Roch Gaussoin和内布拉斯加大学的几位同事发起了自己的USGA资助的研究：一项为期10年的实验，了解高尔夫果岭随着时间的增长，土壤物理性质会如何变化。为了获得更广泛的研究，他们在2006年到2008年间对15个州的100多个高尔夫球场的300个果岭进行了调查。

他们发现，无论地点，年降雨量，施工方法和其他因素的影响，随着时间的增长，沙基土壤的有机质含量都会增加。在调查中，土壤有机质的平均含量为3％，有些情况下会达到8％以上。内布拉斯加州的实验进一步表明，随着时间的推移，土壤的空气孔隙度减少了40％，渗透率下降了70％到75％。

另一个关键的发现是，通过常规的高尔夫球场养护措施，有机质（OM）含量可以保持在可控的水平 - 尤其是“铺沙”，每周或每两周铺一次沙。Gaussoin说，铺沙不是什么新鲜事，多年它一直和养护措施结合，用来控制枯草层，。然而，这项研究所做的更是验证了这一一般性建议的智慧和有效性。

上图：美国内布拉斯加大学，两个按USGA推荐标准建造的果岭，根区的年龄对水分渗透的影响。八年后根区效应没有显着差异。来源：USGA。

右图：剖面图显示了铺沙层表面有机质积累。来源：Roch Gaussoin。

“果岭管理的先驱 - 我之前的一代人 - 总是说：'你需要用沙子稀释那些有机物质，否则你将会遇到问题'”，Gaussoin说。“而我们通过多年的数据和多项研究发现，铺沙是管理高尔夫球场果岭中有机物的最重要的内容。”

这只是一个例子，展示了草坪业50年来构建根区的经验是如何帮助今天的管理者解决具体问题。但是，对于刚刚开始从事土壤工程的人们来说，还有一个更大的教训。

内布拉斯加大学林肯草坪推广专家，Obear的博士导师，Bill Kreuser说：“土壤随着时间增长产生的变化，是一个重大的值得带回家的消息。“我认为我们很容易被建筑规格所困扰，以至于我们忘记或者说低估了这个系统的动态。”

铁层

当Soldat和Obear开始研究夏威夷球场中这种不正常的胶结材料时，情况就完全不同了。因为没有人曾经在推杆果岭中描述过这样的东西，所以没有大量的草坪科学文献或管理专业知识。

但事实证明，这些材料是已知的，而且，威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员Hartemink和Jim Bockheim花了很短时间就鉴定出来了。Obear说：“这个层看起来像生锈的，而且就是这样。”他邀请威斯康星大学麦迪逊分校的土壤科学家对此进行检查。“红色，硬皮，不透水的氧化铁土层。”

铁层通常在含铁丰富的灰土中产生，特别是位于干燥、富氧土壤层上方的含水量高、氧气含量低的土层。边界上氧化还原电位的差异导致水溶性的还原铁沉淀成氧化铁，并胶结粘土和土壤有机质。经几十年或几个世纪的积累，积累的铁就形成了一个不可渗透的土层，称为土壤分类薄胶层。事实上，Bockheim发表过一篇关于土壤分类薄胶层的论文。

为什么在果岭下面形成类似的土层在短期内还无法解释清楚，但是关于自然土壤的文献提供了一个很好的起点。Hartemink说：“之前我没有研究过这些土壤。但你可以把你所了解的其他土壤形成的过程，应用到建造的土壤上。通过这样做，我们找到了有效的方法去解释草坪土壤中这些铁层形成。”

Obear，Soldat和Hartemink最后提出的模型主要集中在构建根区的沙和砾石交界面。他们的假设是这种结构上的不连续性对于在草皮中保持水分是非常有用的，但无意中为铁层的形成创造了条件：湿润的沙层位于干燥的含氧砾石之上。当还原铁达到这个边界时，就像在灰土中一样，它以氧化铁的形式沉淀下来。研究小组还在一些果岭上发现了表层土壤下的铁层，尽管这一层的强度不如砂砾石界面那么强。

 轻而频繁的铺沙能创造光滑，坚硬的推球面。来源：USGA。

插图：威斯康星州某高尔夫球场的沙子和砾石（30厘米深）界面处产生的铁和锰胶合层。来源：Glen Obear。

Obear很快指出，尽管现在已经在30多个地方的草坪土壤中发现了铁层，但铁层并不是到处都是。他说：“现在，我们仍然尝试解决的基本问题是为什么铁层在一些土壤上形成而在其他的土壤上没有。一个因素可能是铁肥，管理者经常用来给草坪增绿。为了使草坪草更绿而不刺激生长，较多的铁可能会增加下面形成粘合层的风险。

内布拉斯加大学Obear和Kreuser的实验表明pH值也是重要的。Obear说：“在天然的土壤中，pH值是由数千年的降雨量和矿物质所决定的。但在工程土壤里，你可能会从佛罗里达州带来沙子，从西南带来石灰石（碎石）。所以，你可能有一些非常奇怪的pH值组合。”“当差异很大时，例如，当酸性沙子位于碱性砾石顶上时，pH边界的变化也会促进铁的氧化，Kreuser说。“所以，尽管现在还早，但我们相当确信，沙和砾石的pH值相匹配将会有所帮助。”

也就是说，Kreuser，Obear和Soldat都不愿意给高尔夫球场的管理者们正式的建议，直到他们完全理解这些因素——特别是当这些建议会增加开支时。“我们遇到的一个问题是，我们如何降低成本？”Soldat说，“因为如果我们开始指定沙子和砾石的pH值，那么我们也必须开始走得更远，才能得到这些原料。”

尽管科学家们会这样说：现在任何一个使用工程土壤的人都不仅要考虑物理规格，如颗粒大小，孔隙率和排水率，而且还要考虑氧化还原电位，pH值和其他化学性质。迄今为止，在土壤工程规范中大大忽视了这一点，Kreuser说：“我们发现，化学反应非常重要，我们需要更多的指导。”

然后，正如Gaussoin和他的同事们十年前对土壤的物理性质所作的展示，人们应该为场地的转变做好准备，很可能是以不可预知和混乱的方式。Obear说：“工程规格带你进入第一天，然后演变开始了，土壤开始变化。“这并不能让人们有什么实际行动，但是能让人们开始思考这些土壤问题。”

土壤改变带来的问题时常会发生，这是意料之中的事；诀窍就是坚持不懈，保持好奇心，Soldat补充说道。

“在工程设计的媒体上，你总是会看到失败的项目，如雨水花园，屋顶混合绿化，果岭和运动场。“容易做的事情就是说，‘让我们清理并重建’，更难的是要问‘为什么？我们可以弄清楚为什么’。所以，当一些事情失败的时候，真的要关注它。如果你不明白为什么它失败了，那就是一个机会。”

Glen Obear正在密西西比进行果岭土壤学调查。这些果岭被移除、更换，是因为沙和砾石界面之间形成的土层导致排水失效。

译/管理事业部草坪中心 李卡