坡度對植被混凝土基材早期蒸散效應的影響

潘嬋娟　李鴻銘　洪煥

摘要： 植被混凝土基材中的水分是植被生長、生態體系構建的決定性因素，也是生態防護技術及其防護體系的關鍵，通過研究坡度對基材蒸發效應的影響，為基材早期養護及種子萌發提供依據。通過單一變量法，探討了不同坡度對基材早期蒸散效應的影響，同時利用稱重法得出試驗結果。結果表明：坡度陡的區域比坡度緩的區域蒸發速率快，累計蒸發量大；基材上部、中部、下部內的水分蒸發累積量與蒸發變化量的關系都是上部>中部>下部。根據坡度對基材早期蒸發的影響，應在基材養護第2天、第5天、第7天及以后每天進行少量的灑水養護，確保基材水分均勻分布。

Abstract： Moisture in vegetation concrete substrate is the decisive factor in vegetation growth and ecosystem construction. It is also the key of ecological protection technology and its protection system. By studying the effect of slope on the evaporation of substrate， it can provide basis for the early maintenance of the substrate and seed germination. Through the single variable method， the effect of different slope on the early evapotranspiration of the substrate was discussed， and the test results were obtained by using the weighing method. The results show that the areas with steep slopes are faster than those with steep slopes， and the accumulated evaporations are large. The relationship between the cumulative amount of water evaporation and the amount of evaporation in the upper part， the middle part and the lower part of the substrate is upper part> middle part> lower part. Depending on the effect of slope on the early evaporation of the substrate， a small amount of sprinkler maintenance should be done daily， on days 2， 5， 7， and beyond， to ensure even distribution of substrate moisture.

關鍵詞： 植被混凝土；坡度；蒸發；基材養護

Key words： vegetation concrete；slope；evaporation；substrate conservation

中圖分類號：TU411.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）05-0090-03

0 引言

植被混凝土基材作為性質特殊的改良土壤，邊坡防護基材厚度十分有限，當基材中的水分無法充分滿足植被生長的需求時，將會對植被生長構成脅迫作用[1，2]。基材中的水分是植被生長，生態體系構建的決定性因素，也是生態防護技術及其防護體系的關鍵[3，4]。目前針對生態基材中水分蒸散特性所展開的研究并不多，絕大多數是針對農耕土壤。

生態護坡基材實施后，植被生長階段會受到基材水分蒸散作用不斷變化的影響，基材的水分蒸散動態特征是影響基材水分變化的關鍵[5-7]。可見，基材水分蒸散特性對邊坡生態防護體系至關重要。本文從影響基材蒸發的外在因素入手，對不同坡度、溫度以及初始含水率條件下的基材水分蒸發進行研究，為邊坡基材的早期養護提出指導意見。

1 試驗簡介

被混凝土生態防護技術作為一種針對巖石邊坡防護和綠化而開發的邊坡生態防護技術，在邊坡生態修復中得到了廣泛的應用和發展。該技術以水泥作粘合劑制備成有一定強度的植被混凝土基材，通過綠化添加劑改善基材的理化特性，輔以腐殖質增加基材的養分，再將混有植綠種子的基材噴射到巖石坡面上。

試驗考慮坡度對蒸發的影響，設置坡度設定為30°、20°、10°，通過單一變量法進行生境基材水分蒸發量與蒸發變化量隨時間變化趨勢的試驗。室外試驗，控制初始含水率為15%，溫度為35℃。

1.1 試樣制作

植被混凝土基材主要由壤土、水泥、腐殖質植被混凝土綠化添加劑等按100：8：4：4比例組成的特殊改良土壤。

室外采用體積為0.5m×1.5m×0.5m的鋼槽。試驗前在鋼槽底部鋪設一層10cm厚的黃土（過2mm篩），然后鋪設10cm厚的植被混凝土基材（如圖1所示），鋪設平整后用防雨塑料布將其蓋住以減少外界的擾動，15天左右的養護期間，采用噴霧噴頭保持表面濕潤。

土壤水分溫濕度測定系統的預埋，按圖2將溫濕度傳感器預埋于植被混凝土不同高度處用于測量植被混凝土不同時刻的變化量。

1.2 水分蒸發運移測定過程

對鋼槽左右兩面區域進行蒸發量的測定，采用環刀法測土壤容重，采用烘干法測土壤含水率。每組變量都按上述試驗步驟進行重復試驗。水分蒸散的測定實施過程如下：endprint

①在鋼槽最底部鋪設10cm厚的黃土，其上面鋪設植被混凝土，鋼槽右側上部、中部、下部分別預埋水分和濕度傳感器，預埋深度為5cm左右（圖2），植被混凝土養護20天后方可使用。

②數據采集：每天下午3～5點記錄數據，期間每隔十五分鐘讀取一次數據最后取平均值，連續測量15-20天。

③鋼槽左邊采用烘干法測量植被混凝土上、中、下區域的含水量。首先用環刀取土樣m0，稱量，封袋。然后在選取約30g的3組土樣與鐵盒（其重m1），烘干（70℃）24h后稱重m2。選取三組土樣的平均值，土體含水率計算如公式（1）所示：

將稱重法測得的含水率與儀器讀取的值進行比對。分析出植被混凝土在不同坡度、溫度、初始含水率條件下，上中下各區域的含水量時空變化趨勢。

2 試驗結果

從試驗結果分析，坡度對基材的蒸發影響作用明顯，隨著坡度增加累計蒸發量顯著加大[8，9]；在前五天坡度越大，每天蒸發量的幅度變化越大坡度越大。從表1可以看出，30°坡面各層的累計蒸發量之和較20°坡面略大，比10°坡面的累計蒸發量多了15%，原因是坡度越大，基材內部水分運移速率越快，蒸發也就越快。

從圖3中可以看出坡面基材每天蒸發量波動幅度在前面七天變化較大，中上層的波動幅度明顯。在試驗的前三天，上層基材的蒸發速率明顯大于中下層，坡面下層蒸發量甚至會有負值出現，原因在于在試驗的前三天基材內部水分運移影響較大，基材內部水分運移越激烈，會有水在坡腳處匯集致使含水率增大蒸發量為負值。在四至六天時，上層蒸發速率趨于平緩，七天之后每一層的每天蒸發量都趨于平緩中下兩層的蒸發速率大于上層。研究發現無論是在10°、20°還是30°的坡度條件下基材的蒸發變化量都在第二天首次達到了峰值，并且在接下來的第四天、第五天出現了峰值，說明實際工程運用中在基材噴鋪完成的第二天、第四天、第五天要及時的噴灑水分，進行養護，并根據實際坡度調控合適的灑水量。

對基材上中下三層的累計蒸發量和坡度的變化進行函數擬合，擬合結果如下：

y=5.1998ln（x）+25.275，R2=0.9324

坡度是決定水分重力勢的重要因素，在土體較為濕潤時，坡度越大，基質勢水頭差越大，根據Richard方程，水分運移越快，蒸發速率越大，因此在坡度較大的地方，基材各層的每天蒸發量波動幅度較大。隨著蒸發作用進一步進行，基材上層含水率降低，基質勢水頭差減小，蒸發速率減緩；下層含水率升高，水分蒸發逐步加快。進一步蒸發作用下，基材各層基質勢差達到一個動態平衡的過程，各層蒸發量趨于穩定。

3 小結

①植被混凝土各區域在不同的外界環境下蒸發量及蒸發變化量隨時間的變化而發生改變。在控制單一變量時，植被混凝土各個區域的累計蒸發量關系為：坡度陡的區域比坡度緩的區域蒸發速率快，每天蒸發量的關系亦是如此。

②當試驗的變量轉換為植被混凝土各個區域時，基材上部、中部、下部內的水分累計蒸發量與每天蒸發量的關系都是上部>中部>下部。

③結合上述三個因素對基材早期蒸發的影響，應在基材養護第二天、第五天、第七天及以后每天進行少量的灑水養護，應從上至下均勻灑水，保證基材各層水分均勻，利于種子的萌發。

④基材累計蒸發量和坡度呈對數關系，在養護階段的加水量可以根據實際坡度下的蒸發量來決定。

參考文獻：

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