城市綠地節水機制與技術研究*

彭婷婷 關慶偉

南京林業大學 南京 210037

綠地系統可以優化城市環境，改善城市小氣候，調節水分循環。我國城市人均擁有綠地面積11.18 m2［1］，每平方米綠地每日平均用水量為0.002 ～0.004 m3。2010 ―2012年第一次全國水利普查公報顯示，我國現有園林草地灌溉面積53.3 億m2，年生態環境用水達106.3 億m3［2］。

城市綠地植物生長環境特殊，其灌溉既要滿足植物正常生長、發揮正常生態效益的耗水需求，又要少用水，應建設節水型綠地［3］。對此國內外進行了大量研究，主要集中在節水機制和技術兩方面。

1 節水機制

植物節水機制的研究主要包括植物抗旱以及節水的生理、遺傳基礎等方面。

植物耗水受多因素綜合作用，包括植物自身屬性、環境因素以及干擾等其他因素［4-6］。水分虧缺時，不同植物的抗旱節水機制不同。水分虧缺對植物生理過程影響的先后次序為生長、蒸騰、光合、運輸［7］。水分在植物體內的傳輸與氣孔調節、水容調節、滲透調節、水孔蛋白調節、貯水調節、氣穴和栓塞調節等方面密切相關。通過這些方面協同調節維持植物體內水分平衡或建立新的水分平衡［8］。水分虧缺會引起葉片和根系的生長、組織排列和結構產生變化，葉片萎蔫、卷曲，表面蠟質含量高［9］，細胞壁厚度和彈性增加，氣孔長寬密度和分布變化［10］，細胞間隙變小等，根在水平或垂直方向的伸展、根長、密度、具有強吸收功能的細根的數量、根/冠比、根面積/葉面積比、根內水流動的垂直和橫向阻力發生變化等等［11］。

植物抗旱耐旱的根本原因在于遺傳基礎的差異。大量可遺傳的變異是進行植物抗性育種的基礎［12］。1998年和2001年，美國先后啟動“植物抗逆基因組學”及“植物水分利用效率基因組”項目，分析與抗旱節水相關的重要基因，目前發現相關基因有3 類［13］:1)功能蛋白基因，在植物抗旱過程中起直接保護作用，包括滲透調節基因、抗氧化保護劑、分子伴侶;2)參與干旱脅迫信號轉導的信號因子;3)負責調控基因表達的轉錄因子。

2 節水技術

綜合上述節水機制，節水主要通過減少灌溉用水量和提高水分利用率來解決，主要通過以下3 個途徑來實現:1)充分利用水資源，減少水的蒸發、滲漏、流失;2)增強土壤儲水;3)提高植物水分利用效率。

2.1 雨水利用與中水回用

減少淡水資源消耗的方式可概括為對雨水和中水的集蓄利用和滲透利用［14］，具體措施包括:1)增加植被。提高綠地面積，建立喬灌草結合的合理植被類型，可增加對雨水的直接利用。2)利用地形變化蓄積雨水。利用山坡綠地、下凹式綠地及其他林地中的微地形蓄積雨水，可延長雨水在綠地內滯留時間。3)建滲水井、滲水邊溝、坡地蓄水溝等。匯集綠地內暫時不能消耗的雨水，逐漸向綠地下層土壤擴散。4)透水性鋪裝。利用滲水性地磚、嵌草路面、疏松粒料、多孔瀝青與多孔混凝土等透水材料，處理基層結構進行鋪設。5)屋面雨水收集系統，包括屋頂集水區、雨水輸送系統和雨水貯存系統［15］。6)中水回用。將民用建筑物或居住小區內使用后的部分排水如生活廢水經過適當處理并檢驗合格后用于建筑物或居住小區內澆灌綠地［16-17］。

在這一方面，一要注重量的收集;二需注重質的處理，對貯藏水進行消毒、砂濾、殺菌等，避免細菌、病毒滋生。其中，中水的水質處理尤為重要。目前中水處理技術包括重力砂過濾、旋轉式生物萃取、膜生物反應器以及基于過濾和紫外消毒的實驗系統［18］。

2.2 合理灌溉

1)非充分灌溉。把有限的水量用在植物需水的關鍵期，制定動態的優化灌溉制度。2)局部灌溉。以植物根系局部濕潤為技術特征，技術模式是采用滴灌［19］、滲灌［20］、微灌［21］和無壓灌等技術進行灌溉。適時地將水肥送入到植物根區，提高灌溉水的利用效率。3)調控虧水灌溉。在植物生長發育的某些時期施加水分脅迫，使光合產物向不同組織器官傾斜分配。4)根系分區交替灌溉。僅在根系一側灌水，控制根系活動層的土壤在垂直或水平面的某個區域干燥。干燥區交替出現，使不同部位根系交替經受干旱鍛煉，提高水分利用效率［8］。

此外，還可以采用高標準的現代園林灌溉設施，根據植物種類、土壤質地和結構，科學合理地選用灌溉方法和強度［22］。對單一草地、疏林草地或模紋植物栽植綠地使用噴灌，喬木比較密集的綠地采取滴灌方式。

2.3 優化植物配置

1)堅持運用鄉土植物，適時適地選擇節水植物與耐旱植物［23-24］。鄉土樹種養護成本低，對灌溉水的需求少;節水植物的水資源利用率較高，實際需水量相對較低;耐旱植物對干旱的忍受能力強。2)進行合理配置:一是營建復合群落結構，可在29 m2面積上參考1 ∶ 6 ∶ 20 的指標配置喬、灌、草［25］。二是根據需水量進行配置。根據喬＜灌＜模紋植物＜草坪的灌溉需求順序選擇植物，相同需水量植物配置在一起。3)控制密度。在城市塊狀綠地及城市山體中，控制在理論造林密度［26］范圍可有效減少水分需求，并降低水分脅迫對植物影響。

2.4 土壤養護

通過技術措施提高土壤飽和含水量，減少深層滲漏，提高灌溉水或降水利用率，主要措施包括:1)施肥。采取埋肥、增施有機肥等技術，培肥土壤，提高土壤吸水、持水能力。利用城市生態系統的特殊性運用城市中生物污泥堆肥［27］。2)使用保水劑。借用農業中的保水劑使用技術，運用拌土、拌種、蘸根等方法，結合當地降水、土壤特性、植物特性等因素施用保水劑［28］。第1 次澆足水，以后要根據實際情況補水，避免土壤含鹽量高時施用。3)地面覆蓋。目前國外盛行MULCH 覆蓋，覆蓋物主要是樹皮、木片、松針、干草、堆肥等有機物，也可以是砂礫、小鵝卵石、聚苯乙烯膜等無機物。其中地膜覆蓋的土壤增濕效果最為明顯［29］。應結合當地環境選擇覆蓋物種類、厚度［30］和覆蓋顆粒大小［31］。

2.5 管理技術

聯合國糧農組織(FAO)、國際灌排委員會(ICID)、國際水管理研究院(IWMI)等組織的專家經過多年研究認為，通過提高管理水平有著很大的節水增產潛力。在這方面的措施包括:大力宣傳、推廣節水灌溉的重要意義，豎立節水意識，號召公民廣泛參與;建立以水權、水市場理論為基礎的管理體制，形成以經濟手段為主的節水機制;制定相關政策，規范管理，促進經濟、資源、環境協調發展;構建合理的節水標準體系框架，掌握植物的生理規律，適時適度地進行調節，達到節水的目的。

3 展望

水資源不足和水污染已成為我國生態環境建設和城市發展的關鍵制約因素。當前節水已成為城市綠地建設的關鍵問題，是城市可持續發展的必然要求。鑒于以上節水型綠地建設的研究成果，今后節水綠地建設應該注意以下幾點:1)大氣中的二氧化碳80%左右來源于城市。在進行節水型綠地建設時，應在關注節水機理研究的同時加強碳水平衡方面的研究，以增加城市綠地的固碳潛力，減少城市碳排放。2)我國地域遼闊，降水分布不平衡，對于不同地區的節水型綠地建設應各有側重。對南方及東部降水充足的地區應重點研究植物蒸騰機理及水循環，對北方內陸地區則應研究不同樹種間蒸騰耗水量的差異。3)伴隨多學科的發展和學科間的滲透，GIS 技術應運而生。提倡應用GIS 技術，建立降雨數據庫，根據降雨的時間、空間分布特性合理進行節水建設。4)城市綠地節水研究相對于農業節水研究比較落后。城市綠地節水建設可借鑒農藝技術，進一步研究塊狀綠地密度調控技術、栽植方向等，以提高葉面積指數、降低無效蒸發。

［1］全國綠化委員會辦公室.2011年中國國土綠化狀況公報［R］.北京:全國綠化委員會辦公室，2012.

［2］第一次全國水利普查公報［R］.北京:中華人民共和國水利部，中華人民共和國國家統計局，2013.

［3］劉純青.建設節約型園林綠化:建設部副部長仇保興要求全國開展節約型園林綠化工作［J］.園林科技，2006(4):1-5.

［4］Rawson H M，Turner N C，Begg J E.Agronomic and physiological responses of soybean and sorghow crops to water deficits.IV.photosynthesis transpiration and water use efficiency of leaves［J］.Australian Jounal of Plant Physiolog，1978，5(2):195-209.

［5］Kume T，Takizawa H，Natsuko Yoshifuji，et al. Impact of soil drought on sap flow and water status of evergreen trees in a tropical monsoon forest in northern Thailand［J］.Forest Ecology and Management，2007 238(1/2/3):220-230.

［6］王瑞輝，馬履一，奚如春，等.元寶楓生長旺季樹干液流動態及影響因素［J］.生態學雜志，2006，25(3):231-237.

［7］Shao HongBo，Chu LiYe，Wu Gang，et al. Where is the road to bio-water-saving for the globe［J］. Colloids and Surfaces B:Biointerfaces，2007，55(2):251-255.

［8］楊啟良，張富倉，劉小剛，等.植物水分傳輸過程中的調控機制研究進展［J］.生態學報，2011，31(15):4427-4436.

［9］湯章城.植物對水分脅迫的反應和適應性［J］. 植物生理學通訊，1983(4):1-7.

［10］Bosabalidis A M，Kofidis G.Comparative effects of drought stress on leaf anatomy of two olive cultivars［J］.Plant Science，2002，163(2):375-379.

［11］Chen Lixin，Zhang Zhiqiang，Zhang Wenjuan，et al. Biophysical control of whole tree transpiration under an urban environment in Northern China［J］. Journal of Hydrology，2011，402(3/4):388-400.

［12］林定波，顏秋生，沈德緒.植物對水分脅迫的分子響應及其遺傳改良研究進展［J］.廣西農業大學學報，1996，15(2):161-165.

［13］李娜，李莉，陳光輝. 作物抗旱機理及其相關基因的研究進展［J］.長江大學學報:自然科學版，2011，8(3):1673-1409.

［14］張國鋒，李芳，姜麗.北京城市園林綠地中的雨水利用［J］. 節水灌溉，2010(5):55-57.

［15］Assayed A，Hatokay Z，Al-Zoubi R，et al. On-site rainwater harvesting to achieve household water security among rural and peri-urban communities in Jordan［J］. Resources，Conservation and Recycling，2013，73:72.

［16］Pinto U，Maheshwari B L，Grewal H S.Effects of greywater irrigation on plant growth，water use and soil properties［J］.Resources，Conservation and Recycling，2010，54(7):429-435.

［17］羅國忠，孫吉雄，王齊.中水澆灌對3種綠地植物若干生理指標的影響［J］.亞熱帶植物科學，2009，38(2):26-29.

［18］Santos C，Taveira-Pinto F，Cheng C Y，et al.Development of an experimental system for greywater reuse［J］. Desalination，2012，285(31):301-305.

［19］El-Wahed M H A，Ali E A.Irrigation effect of irrigation systems，amounts of irrigation water and mulching on corn yield，water use efficiency and net profit［J］.Agricultural Water Management，2013，120(31):64-71.

［20］高鵬，耿廣坡，王華偉，等.魯中南山區旱地櫻桃滲灌補水效應與節水增產機理［J］.水土保持學報，2010(1):239-242.

［21］曹建生，張萬軍.微灌節水技術與機理研究［J］. 節水灌溉，2000(6):5-8.

［22］Bekele S，Tilahun K.Regulated deficit irrigation scheduling of onion in a semiarid region of Ethiopia［J］.Agricultural Water Management，2007，89(1/2):148-152.

［23］Ow L F，Yeo T Y，Sim E K.Identification of drought-tolerant plants for roadside greening:an evaluation of chlorophyll fluorescence as an indicator to screen for drought tolerance［J］.Urban Forestry and Urban Greening，2011，10(3):177-184.

［24］周鑫. 公園綠地的節水型設計研究［D］. 北京:北京林業大學，2010，

［25］郭漢全.節約型園林綠地規劃設計研究［D］. 山東:山東農業大學，2008，

［26］孫鵬森，馬李一，馬履一.油松、刺槐林潛在耗水量的預測及其與造林密度的關系［J］.北京林業大學學報，2001，23(2):1-6.

［27］Boen A，Haraldsen T K.Fertilizer effects of increasing loads of composts and biosolids in urban greening［J］. Urban Forestry and Urban Greening，2011，10(3):231-238.

［28］席振峰. 保水劑在造林中的應用［J］. 黑龍江科技信息，2012(3):204.

［29］王成，郄光發，彭鎮華.有機地表覆蓋物在城市林業建設中的應用價值［J］.應用生態學報，2005，16(11):2213-2217.

［30］冀宏，黃雄，鄭健，等.不同覆蓋條件對土壤水分蒸發的影響［J］.節水灌溉，2010(4):29-32.

［31］Yuan Cuiping，Lei Tingwu，Mao Lili，et al. Soil surface evaporation processes under mulches of different sized gravel［J］. Catena，2009，78(2):117-121.