幾種城市綠地草坪草需水規(guī)律研究

蔣庭菲，范興科，侯紅蕊，和 鐘，姚 瑾

（1．西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院 國家林業(yè)局西北林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，西安710048；2．西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所，陜西 楊凌712100；3．內(nèi)蒙古城市規(guī)劃市政設(shè)計研究院，呼和浩特010010；3．渭南市城鄉(xiāng)規(guī)劃管理局，陜西 渭南714000；5．陜西省測繪地理信息局，西安710054）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，城市居民極其渴望改變交通擁擠、霧霾籠罩、噪聲擾人、硬化地面遍布等“灰色環(huán)境”，追求“藍(lán)天、白云、綠地”的宜居環(huán)境。綠地建設(shè)可起到美化、保護(hù)和改善環(huán)境的作用，是建設(shè)人類物質(zhì)文明和精神文明的重要內(nèi)容。草坪是城市綠地建設(shè)的重要組成部分，在保護(hù)和美化環(huán)境、陶冶情操、防止塵土飛揚和水土流失、調(diào)節(jié)氣候、凈化空氣、吸附噪音等方面有著重要作用［1－2］。

我國大中城市草坪建設(shè)發(fā)展速度很快，在降水豐沛的南方其草坪發(fā)展速度一直居高不下，北方城市草坪發(fā)展較慢。據(jù)了解，在20世紀(jì)末，北京市草坪面積即達(dá)3 000萬m3，且每年以150萬m3的速度遞增。大連市更是每年新增草坪面積240萬m3。在寸土寸金的上海市，草坪面積也以每年增長230萬m3的速度發(fā)展［3］。草坪草屬于淺根系、高耗水植物，灌溉需水量較大［4－5］。然而我國是一個水資源嚴(yán)重短缺的國家，人均水資源量不足2 200m3，居世界109位，僅為世界平均水平的1／4。而且我國水資源地區(qū)分布極不均衡，淮河流域及其以北地區(qū)的國土面積占全國的65%，但其水資源量僅占全國水資源總量的20%［6］。據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)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座嚴(yán)重缺水。正常年景全國城市缺水約60億m3［7］。以往對生態(tài)環(huán)境建設(shè)中的林草地土壤水分問題研究較多［8］，但對城市綠地建設(shè)中草坪草的需水問題研究較少［9－10］，因此，有必要研究草坪草根系在土壤中的分布規(guī)律和生長需水規(guī)律，為灌水時確定其計劃濕潤土層深度和灌溉制度設(shè)計，以及今后在城鎮(zhèn)綠地建設(shè)中配置草坪草的種類、比例提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗設(shè)計和試驗方法

1．1 試驗設(shè)計

試驗在陜西省楊凌區(qū)水土保持研究所試驗場內(nèi)進(jìn)行。該區(qū)年均降水量633．7mm，干燥度1．33，雨熱同季，50%的降水集中在7—9月3個月。年均日照時數(shù)2 158．5h。試驗地土壤為黏壤土，土壤田間持水量為24%，凋萎濕度為7%。0—5cm土壤容重1．15g／cm3，0—50cm 平均容重1．37g／cm3。供試草種有剪股穎（Agrostisstolonifera）、馬蹄金（Dichondrarepens）、早熟禾（Poapratensis）和白花三葉草（Trifoliumrepens）四種。設(shè)計六種灌水處理，共布設(shè)24個小區(qū)（圖1），每個小區(qū)面積5m×2．15m。每種處理中依次栽種剪股穎、馬蹄金、早熟禾和白三葉。

試驗小區(qū)草坪草建造采用移栽方法，4月16日栽草，7月上旬，各區(qū)草坪草已全部覆蓋地面，蓋度達(dá)95%以上。7月16日所有小區(qū)全部灌水一次，灌水量為各區(qū)設(shè)計灌水量。7月19日，開始土壤水分觀測。

灌水方式采用微噴技術(shù)，微噴毛管選用Φ10mm的PE管，順小區(qū)長邊敷設(shè)，架空置于每個小區(qū)的中央。每4個小區(qū)設(shè)1個閘閥，控制一種處理的灌水。噴頭選用折射式（單向）微噴頭，供水壓力為0．1 MPa，噴頭出水量41min，噴頭間距1m。

主要觀測項目包括植物根系和土壤含水率。植物根系采用直徑78mm的土鉆分層采土沖洗，風(fēng)干稱量，重復(fù)兩次。土壤水分采用烘干稱重法測量，取樣深度50cm，重復(fù)一次，土壤水分觀測時間基約為15d一次。5月30日，對各小區(qū)進(jìn)行土壤水分本底值測量，采樣深度為100cm。

圖1 試驗場布設(shè)

1．2 灌溉制度設(shè)計

1．2．1 灌水定額 灌水定額依下式計算［11－12］：

式中：M——次灌水定額（mm）；γ——土壤容重（g／cm3）；H——土壤設(shè)計濕潤層深度（cm）；Q——土壤田間持水量（%）；β1——土壤含水率上限值；β2——土壤含水率下限值；η——灌溉水利用系數(shù)，取0．85。

根據(jù)草坪草根系分布特點，六種處理的計劃濕潤層深度分別設(shè)計為16，20，25，30，30，30cm。為了避免灌水結(jié)束后水分的深層滲漏，達(dá)到節(jié)水灌溉的目的，取土壤田間持水量的90%為灌水上限，第一處理的灌水下限為土壤田間持水量的80%；第二處理為75%；第三和第四處理為70%；第五處理為65%；第六處理為60%。據(jù)此計算得各處理的灌水定額分別為：5．68，10．72，18．00，22，27．2，33．00mm。

1．2．2 次灌水歷時 次灌水歷時依下式計算：

式中：t——次灌水歷時（min）；L——小區(qū)實際長度（m）；B——小區(qū)實際寬度（m）；M——次灌水定額（mm）；n——每個小區(qū)中噴頭的個數(shù)（個）；q——每個噴頭的流量（m3／min）。

根據(jù)（2）式計算得各處理的次灌水歷時分別為15，28，47，57，70，85min。

1．2．3 灌水周期 六種處理的設(shè)計灌水周期T分別為0d即每天灌水（下雨除外），1，2，3，4，5d。灌水日若遇降雨，當(dāng)日降雨量小于次灌水定額時，仍進(jìn)行灌水，其所灌水量為次灌水定額與降雨量二者之差值。當(dāng)降雨量大于灌水定額時，取消本次灌水。

1．2．4 草坪草需水量計算 與作物田間需水量［13］一樣，草坪草的田間需水量是指草坪草在正常生長情況下，供應(yīng)植株蒸騰和棵間土壤蒸發(fā)所需的水量，故亦稱作物騰發(fā)量。本試驗采用下式來計算草坪草的需水量。

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土層中土壤儲水量（mm）；D——月天數(shù)（d）。

2 結(jié)果與分析

2．1 四種草坪草根系在土層中的分布規(guī)律

本試驗對供試的四種草坪草植物根系在土壤中的空間分布進(jìn)行了研究。表1列舉了剪股穎根系在土層中分布的測量結(jié)果。圖2繪出了剪股穎、馬蹄金、早熟禾、白三葉植物根系在土壤中的分布結(jié)構(gòu)。對表1和圖2進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，剪股穎、馬蹄金、早熟禾、白三葉四種草坪草根系在土壤中的分布屬于“傘”形分布結(jié)構(gòu)，其76%～84%以上的根系聚集在0—5 cm土層內(nèi)，83%～94．4%以上的根系聚集在0—10 cm深度的土層內(nèi)，至50cm深度處，其根系含量接近于零。由此可以看出：草坪草根系分布較淺，主要靠吸取0—10cm土層中的水分來維持生長，極不耐旱，需要勤灌淺澆，及時補充水分，才能保持其正常生長。

表1 剪股穎根系在土層中的分布

圖2 四種草坪草根系空間分布圖

2．2 四種草坪草的需水規(guī)律

根據(jù)試驗觀測資料，將6個小區(qū)的剪股穎、馬蹄金、早熟禾和白三葉草坪草逐月田間日需水量計算結(jié)果分別相加后進(jìn)行平均，結(jié)果列于表2。

表2 剪股穎、馬蹄金、早熟禾、白三葉田間需水量試驗結(jié)果 mm／d

圖3繪制了需水量最大的白三葉逐月需水量變化曲線，其他三種草與其具有相似的規(guī)律。從表2中可以看出：（1）供試的剪股穎等四種草坪草，其年需水總量在1 000mm左右，以陜西關(guān)中平原的幾個主要城市為例，其多年平均降水量介于519．2～679．1 mm之間（寶雞市為679．1mm、咸陽市為519．2mm、西安市為584．9mm、渭南市為555．8mm），在這些城市中種植白三葉等草坪草，每年需灌水480～321．0 mm。這些城市水資源本來就十分緊缺，因而在園林綠地建設(shè)中，仍應(yīng)以花灌木、喬木等深根系植物為主體，不宜大面積配置草坪草。（2）白三葉草坪草需水量逐月變化曲線類似正弦曲線，需水高峰期在6—9月4個月內(nèi)，這一期間的耗水量約占年需水總量的66%左右。這一期間正值雨季，應(yīng)強化雨水的收集利用，節(jié)約灌溉用水。

圖3 白三葉逐月需水量變化曲線

2．3 草坪草的灌水周期分析

圖4為剪股穎在灌水周期T分別為0d（即每天灌水）、3d和5d時，供試小區(qū)內(nèi)土壤等濕線圖（時限為5月至次年7月）。

從圖4a中可以看出，除在翌年的5月上旬至6月中旬期間外，小區(qū)0—50cm土體內(nèi)，土壤水分均在田間持水量的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月下旬期間，在0—50 cm，及5—36cm土體內(nèi)，土壤水分均大于田間持水量，這說明灌水太勤太多，將產(chǎn)生地表徑流，因此，灌水周期T＝0d時是不合適的。

從圖4b中可以看出，在觀測年度（365d）內(nèi)，0—10cm土壤根系聚集層中，有17%的天數(shù)土壤濕度大于田間持水量，處于過度濕潤狀態(tài)；27%的天數(shù)土壤濕度處在田間持水量的90%～100%范圍內(nèi)；21%的天數(shù)土壤濕度介于田間持水量的80%～90%之間；另有35%的天數(shù)土壤濕度處在60%～80%之間。

從圖4c中可以看出，在觀測年度（365d）內(nèi)，在0—10cm土體根系聚集中，有4%的天數(shù)土壤含水量大于田間持水量，處于過濕狀態(tài)；有19%的天數(shù)土壤含水量介于田間持水量的90%～100%范圍內(nèi)；有59%的天數(shù)土壤含水量介于田間含水量的80%～90%范圍之內(nèi)，最適于作物生長發(fā)育；另有18%的天數(shù)土壤濕度處于田間持水量的60%～80%范圍之內(nèi)。

圖4 剪股穎在灌水周期T＝5 d時土壤等濕線圖

分析馬蹄金、早熟禾和白三葉不同灌水周期的土壤等濕線圖亦有類似規(guī)律，為節(jié)省篇幅，其土壤等濕線圖未予繪出。因此，對剪股穎、馬蹄金、早熟禾和白三葉草坪草的灌溉制度以灌水周期為5d，次灌水量為33mm較為合適。

3 結(jié) 論

剪股穎、馬蹄金、早熟禾、白三葉草坪草根系在土體中的分布呈“傘”形結(jié)構(gòu)，83%～94．4%的根系聚集在0—10cn土層中，至50cm深度，根系含量接近于零。這些草坪草根系分布淺，不耐干旱，如不及時灌溉，草坪常會呈斑塊狀枯死現(xiàn)象，嚴(yán)重影響綠地景觀。因此，在年降水量小于600mm的干旱半干旱地區(qū)的城鎮(zhèn)草坪綠地，需適時灌水補充水分，以維持其正常生長。

試驗表明，在年降水量為600mm左右的地區(qū)，供試的剪股穎、馬蹄金、早熟禾、白三葉草坪草年需水總量在1 000mm左右。其需水高峰期集中在6—9月4個月內(nèi)，這一期間的需水量占年需水總量的66%左右。

通過對供試草坪草的土壤等濕線圖的分析可知，在本區(qū)及氣候類型相似區(qū)，剪股穎等草坪草的灌水周期和灌水定額分別以5d和33mm較為合適。

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