几种城市绿地草坪草需水规律研究

2013-08-17蒋庭菲范兴科侯红蕊

水土保持研究 2013年6期

蒋庭菲，范兴科，侯红蕊，和钟，姚瑾

（1．西北大学城市与环境学院国家林业局西北林业调查规划设计院，西安710048；2．西北农林科技大学水土保持研究所，陕西杨凌712100；3．内蒙古城市规划市政设计研究院，呼和浩特010010；3．渭南市城乡规划管理局，陕西渭南714000；5．陕西省测绘地理信息局，西安710054）

随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，城市居民极其渴望改变交通拥挤、雾霾笼罩、噪声扰人、硬化地面遍布等“灰色环境”，追求“蓝天、白云、绿地”的宜居环境。绿地建设可起到美化、保护和改善环境的作用，是建设人类物质文明和精神文明的重要内容。草坪是城市绿地建设的重要组成部分，在保护和美化环境、陶冶情操、防止尘土飞扬和水土流失、调节气候、净化空气、吸附噪音等方面有着重要作用［1－2］。

我国大中城市草坪建设发展速度很快，在降水丰沛的南方其草坪发展速度一直居高不下，北方城市草坪发展较慢。据了解，在20世纪末，北京市草坪面积即达3 000万m3，且每年以150万m3的速度递增。大连市更是每年新增草坪面积240万m3。在寸土寸金的上海市，草坪面积也以每年增长230万m3的速度发展［3］。草坪草属于浅根系、高耗水植物，灌溉需水量较大［4－5］。然而我国是一个水资源严重短缺的国家，人均水资源量不足2 200m3，居世界109位，仅为世界平均水平的1／4。而且我国水资源地区分布极不均衡，淮河流域及其以北地区的国土面积占全国的65%，但其水资源量仅占全国水资源总量的20%［6］。据统计，我国现有建制城市600多座，其中400余座城市正在遭遇不同程度的缺水，108座严重缺水。正常年景全国城市缺水约60亿m3［7］。以往对生态环境建设中的林草地土壤水分问题研究较多［8］，但对城市绿地建设中草坪草的需水问题研究较少［9－10］，因此，有必要研究草坪草根系在土壤中的分布规律和生长需水规律，为灌水时确定其计划湿润土层深度和灌溉制度设计，以及今后在城镇绿地建设中配置草坪草的种类、比例提供科学依据。

1 试验设计和试验方法

1．1 试验设计

试验在陕西省杨凌区水土保持研究所试验场内进行。该区年均降水量633．7mm，干燥度1．33，雨热同季，50%的降水集中在7—9月3个月。年均日照时数2 158．5h。试验地土壤为黏壤土，土壤田间持水量为24%，凋萎湿度为7%。0—5cm土壤容重1．15g／cm3，0—50cm 平均容重1．37g／cm3。供试草种有剪股颖（Agrostisstolonifera）、马蹄金（Dichondrarepens）、早熟禾（Poapratensis）和白花三叶草（Trifoliumrepens）四种。设计六种灌水处理，共布设24个小区（图1），每个小区面积5m×2．15m。每种处理中依次栽种剪股颖、马蹄金、早熟禾和白三叶。

试验小区草坪草建造采用移栽方法，4月16日栽草，7月上旬，各区草坪草已全部覆盖地面，盖度达95%以上。7月16日所有小区全部灌水一次，灌水量为各区设计灌水量。7月19日，开始土壤水分观测。

灌水方式采用微喷技术，微喷毛管选用Φ10mm的PE管，顺小区长边敷设，架空置于每个小区的中央。每4个小区设1个闸阀，控制一种处理的灌水。喷头选用折射式（单向）微喷头，供水压力为0．1 MPa，喷头出水量41min，喷头间距1m。

主要观测项目包括植物根系和土壤含水率。植物根系采用直径78mm的土钻分层采土冲洗，风干称量，重复两次。土壤水分采用烘干称重法测量，取样深度50cm，重复一次，土壤水分观测时间基约为15d一次。5月30日，对各小区进行土壤水分本底值测量，采样深度为100cm。

图1 试验场布设

1．2 灌溉制度设计

1．2．1 灌水定额灌水定额依下式计算［11－12］：

式中：M——次灌水定额（mm）；γ——土壤容重（g／cm3）；H——土壤设计湿润层深度（cm）；Q——土壤田间持水量（%）；β1——土壤含水率上限值；β2——土壤含水率下限值；η——灌溉水利用系数，取0．85。

根据草坪草根系分布特点，六种处理的计划湿润层深度分别设计为16，20，25，30，30，30cm。为了避免灌水结束后水分的深层渗漏，达到节水灌溉的目的，取土壤田间持水量的90%为灌水上限，第一处理的灌水下限为土壤田间持水量的80%；第二处理为75%；第三和第四处理为70%；第五处理为65%；第六处理为60%。据此计算得各处理的灌水定额分别为：5．68，10．72，18．00，22，27．2，33．00mm。

1．2．2 次灌水历时次灌水历时依下式计算：

式中：t——次灌水历时（min）；L——小区实际长度（m）；B——小区实际宽度（m）；M——次灌水定额（mm）；n——每个小区中喷头的个数（个）；q——每个喷头的流量（m3／min）。

根据（2）式计算得各处理的次灌水历时分别为15，28，47，57，70，85min。

1．2．3 灌水周期六种处理的设计灌水周期T分别为0d即每天灌水（下雨除外），1，2，3，4，5d。灌水日若遇降雨，当日降雨量小于次灌水定额时，仍进行灌水，其所灌水量为次灌水定额与降雨量二者之差值。当降雨量大于灌水定额时，取消本次灌水。

1．2．4 草坪草需水量计算与作物田间需水量［13］一样，草坪草的田间需水量是指草坪草在正常生长情况下，供应植株蒸腾和棵间土壤蒸发所需的水量，故亦称作物腾发量。本试验采用下式来计算草坪草的需水量。

式中：E——草坪草日需水量（mm／d）；P——降水量（mm）；M——灌水量（mm）；W1，W2——月初和月末0—50cm土层中土壤储水量（mm）；D——月天数（d）。

2 结果与分析

2．1 四种草坪草根系在土层中的分布规律

本试验对供试的四种草坪草植物根系在土壤中的空间分布进行了研究。表1列举了剪股颖根系在土层中分布的测量结果。图2绘出了剪股颖、马蹄金、早熟禾、白三叶植物根系在土壤中的分布结构。对表1和图2进行分析发现，剪股颖、马蹄金、早熟禾、白三叶四种草坪草根系在土壤中的分布属于“伞”形分布结构，其76%～84%以上的根系聚集在0—5 cm土层内，83%～94．4%以上的根系聚集在0—10 cm深度的土层内，至50cm深度处，其根系含量接近于零。由此可以看出：草坪草根系分布较浅，主要靠吸取0—10cm土层中的水分来维持生长，极不耐旱，需要勤灌浅浇，及时补充水分，才能保持其正常生长。

表1 剪股颖根系在土层中的分布

图2 四种草坪草根系空间分布图

2．2 四种草坪草的需水规律

根据试验观测资料，将6个小区的剪股颖、马蹄金、早熟禾和白三叶草坪草逐月田间日需水量计算结果分别相加后进行平均，结果列于表2。

表2 剪股颖、马蹄金、早熟禾、白三叶田间需水量试验结果 mm／d

图3绘制了需水量最大的白三叶逐月需水量变化曲线，其他三种草与其具有相似的规律。从表2中可以看出：（1）供试的剪股颖等四种草坪草，其年需水总量在1 000mm左右，以陕西关中平原的几个主要城市为例，其多年平均降水量介于519．2～679．1 mm之间（宝鸡市为679．1mm、咸阳市为519．2mm、西安市为584．9mm、渭南市为555．8mm），在这些城市中种植白三叶等草坪草，每年需灌水480～321．0 mm。这些城市水资源本来就十分紧缺，因而在园林绿地建设中，仍应以花灌木、乔木等深根系植物为主体，不宜大面积配置草坪草。（2）白三叶草坪草需水量逐月变化曲线类似正弦曲线，需水高峰期在6—9月4个月内，这一期间的耗水量约占年需水总量的66%左右。这一期间正值雨季，应强化雨水的收集利用，节约灌溉用水。

图3 白三叶逐月需水量变化曲线

2．3 草坪草的灌水周期分析

图4为剪股颖在灌水周期T分别为0d（即每天灌水）、3d和5d时，供试小区内土壤等湿线图（时限为5月至次年7月）。

从图4a中可以看出，除在翌年的5月上旬至6月中旬期间外，小区0—50cm土体内，土壤水分均在田间持水量的80%以上。且翌年的2月中旬至3月中旬、4月下旬至5月上旬及6月下旬期间，在0—50 cm，及5—36cm土体内，土壤水分均大于田间持水量，这说明灌水太勤太多，将产生地表径流，因此，灌水周期T＝0d时是不合适的。

从图4b中可以看出，在观测年度（365d）内，0—10cm土壤根系聚集层中，有17%的天数土壤湿度大于田间持水量，处于过度湿润状态；27%的天数土壤湿度处在田间持水量的90%～100%范围内；21%的天数土壤湿度介于田间持水量的80%～90%之间；另有35%的天数土壤湿度处在60%～80%之间。

从图4c中可以看出，在观测年度（365d）内，在0—10cm土体根系聚集中，有4%的天数土壤含水量大于田间持水量，处于过湿状态；有19%的天数土壤含水量介于田间持水量的90%～100%范围内；有59%的天数土壤含水量介于田间含水量的80%～90%范围之内，最适于作物生长发育；另有18%的天数土壤湿度处于田间持水量的60%～80%范围之内。

图4 剪股颖在灌水周期T＝5 d时土壤等湿线图

分析马蹄金、早熟禾和白三叶不同灌水周期的土壤等湿线图亦有类似规律，为节省篇幅，其土壤等湿线图未予绘出。因此，对剪股颖、马蹄金、早熟禾和白三叶草坪草的灌溉制度以灌水周期为5d，次灌水量为33mm较为合适。

3 结论

剪股颖、马蹄金、早熟禾、白三叶草坪草根系在土体中的分布呈“伞”形结构，83%～94．4%的根系聚集在0—10cn土层中，至50cm深度，根系含量接近于零。这些草坪草根系分布浅，不耐干旱，如不及时灌溉，草坪常会呈斑块状枯死现象，严重影响绿地景观。因此，在年降水量小于600mm的干旱半干旱地区的城镇草坪绿地，需适时灌水补充水分，以维持其正常生长。

试验表明，在年降水量为600mm左右的地区，供试的剪股颖、马蹄金、早熟禾、白三叶草坪草年需水总量在1 000mm左右。其需水高峰期集中在6—9月4个月内，这一期间的需水量占年需水总量的66%左右。

通过对供试草坪草的土壤等湿线图的分析可知，在本区及气候类型相似区，剪股颖等草坪草的灌水周期和灌水定额分别以5d和33mm较为合适。

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