基于科學理論與氣象要素的草坪建植與養護技術研究

收稿日期：2023-11-10

作者簡介：裴寶紅（1974—），女，甘肅天水人，副教授，主要從事草坪建植與養護、園林植物栽培與養護的教學與研究工作。

摘 要：為了增強城市草坪建植和養護技術的科學性和精細性，基于生態學原理研究了草坪建植和養護對生態系統的要求，以及受氣溫、降水、蒸發等氣象因素影響下，草坪建植土壤水分對草坪的蒸散和生長的影響，以氣象數據作為指導，開展土壤水分的變化特征及草地城市草坪土壤水分蒸發特性研究。結果表明：降水條件是影響草坪草蒸散的重要因素，當土壤含水量為田間持水量的70%～85%時，草坪的蒸散量最大；而土壤含水量在40%～55%時，草坪的蒸散量最小，且城市草坪建植的草業面積指數，地上地下生物量均與土壤的含水量呈正相關的關系。

關鍵詞：草坪養護；土壤水分；氣象數據；降水量；蒸散量；葉面積指數

中圖分類號：S688.4 文獻標識碼：B文章編號：2095–3305（2024）03–000-03

草坪是城市現代化發展和城市建設的重要組成部分，具有調節城市小氣候、凈化城市空氣、吸附塵埃、降溫建造及保持水土等生態功能。隨著城市發展對草坪建植技術的重視，有關草坪科學的研究也成為高校教育研究的熱點專業之一，然而，由于缺乏科學的理論的指導，我國的草坪建植和養護技術相對滯后[1]。因此，在生態學、景觀美學、工程學的基礎上，研究草坪建植與養護技術，并且采用結構方程模型分析了氣象數據對草坪建植土壤中有機碳、速效氮、速效鉀及全氮含量、土壤含水率和容重的影響程度，以期豐富我國草坪建植養護科學研究成果，為城市綠色生態環保系統建設提供參考。

1 科學草坪建植設計原理

1.1 景觀美學原理

草坪建植科學不僅需要考慮草坪草培育和種植，還需要注重草坪的作用，在草坪建植鋪設的過程中控制好美化造景、控制視線、劃分空間、組織排水、生態保護等因素。草坪建植是對城市地形美化的過程，根據地形景觀分類，草坪建植可以分為平坦式、自然式和幾何式。平坦式草坪建植通常通過控制草坪的修剪、滾壓路徑等方式改變草坪草莖葉的長短、生長方向，以此創造出明暗不同的草坪；自然式的草坪建植則是模仿自然地形的起伏變化；幾何式的草坪建植中最常見的是階梯形草坪，將地形作為階梯狀，美化地形的同時，可以增強草坪建植的藝術感[2]。

1.2 工程學原理

科學草坪建植技術需要工程科學的原理幫助，草坪的建植技術主要包括園林種植技術、植物修剪技術、土壤改良技術，給（排）水技術等技術手段。基于工程學的草坪建設規劃施工流程見圖1。

1.3 生態學原理

草坪草及其生長環境，如氣候、土壤以及其他生物因素等共同組成草坪的生態系統，其中，氣候及土壤質量是直接影響草坪草健康生長的重要影響因素，是草坪建植和規劃設計的重要依據。依據草坪草對氣候氣象的適應性，可以將草坪草分為冷季型和暖季型2種類型草，冷季型的草坪草耐寒性較強，但耐高溫能力較差，最適合冷季型草坪草建植并保障其健康生長的溫度為15～25 ℃，氣溫過高（>30 ℃）則會影響草坪草的生長速度。如黑麥草屬、羊茅屬、早熟禾屬及翦股穎屬等冷季型草坪草在高溫氣候生長較為緩慢，而暖季型草坪草最適宜的生長溫度為26～32 ℃，如結縷草屬、狗牙根屬、雀稗屬、鈍葉草屬、野牛草屬、蜈蚣草屬等，這類草坪草在氣溫較低的環境中生長比較緩慢[3]。

2 基于降水量對草坪草蒸散特性的研究

2.1 蒸散發分析方法

蒸散發指的是土壤蒸發和植被蒸騰之和，蒸散發控制著土壤向大氣傳輸的水汽，由此影響著植被的生長、土壤含水量、下滲及徑流過程等，是水循環的關鍵部分[4]。采用英國氣象學家Penman提出的一種用于表示在同一種植被覆蓋、根系土壤水分充足性及地表蒸發和植被蒸騰，其是一種考慮物理因素計算蒸散量的方法，根據土壤水分，換算盆重后采用稱重法控制土壤含水量。該方法根據動力學和熱力學原理，充分考慮了自然氣象因素，如溫度、空氣濕度等各項氣象因子蒸散量計算。根據土壤水分且采取土壤稱重的方式獲取土壤的含水量。充分考慮動力學和熱力學的原理，以及涉及草坪植被健康生長的自然氣象數據，獲取草坪的蒸散量[5]。

參考作物蒸散量是評價草坪建植區域需水量估算和水資源合理規劃的關鍵因子，其計算公式為：

（1）

式（1）中，ET0表示參考作物蒸散量，單位為mm/d；

?表示水汽壓和溫度函數曲線在某時間點上的斜率，單位為kPa/K；Rn表示地表凈輻射量，單位為MJ/（m2·d）；

G表示土壤熱通量；es為不同溫度下的飽和水汽壓，單位為kPa；ea為實際水汽壓值，單位為kPa；T為溫度；μ為距地面2 m的風速；為干濕溫度計常數。

而公式中涉及的各個變量可以通過以下公式進行計算。

（2）

（3）

ea=es×He（4）

=0.665×10-3P（5）

式（2）～（3）中H為相對濕度；P為大氣壓強，其余解釋同式（1）一致。

2.2 水分有效性

土壤的水分研究是草坪建植工作的重要一環，草坪養護的生長狀況與土壤水分的有效性聯系緊密，水分的有效性越高，說明土壤中的水分含量被植被充分吸收，則草坪草生長越旺盛。此處水分有效性采用蒸散發和參考作物蒸散發的比值確定，兩者的比值表示在同一時間段內，草坪草地受該時間段內氣象數據的影響，草坪草植被接收到水分的有效性程度。其理論依據是影響土壤蒸散發量的土壤、植物及氣象因子3個元素的函數關系，其計算公式為：

δ=（6）

式（6）中，表示δ水分的有效性參數，其余解釋同上。

因此，只要是在質量根系中吸取土壤水分的速率，且以此能達到平衡土壤蒸騰損耗水分的速率。此時從土壤植物到達大氣中水流則能夠在該速率中持續下去，保持植物水勢。研究土壤水分的有效性對草坪建植和養護、保護草坪生態系統的健康發展具有積極的作用。

3 應用實踐

3.1 水文條件

為了研究氣象要素對草坪草建植和養護的影響，并且分析在氣象數據指導下草坪的建植和養護技術的關鍵點。以地處北亞熱帶濕潤氣候區的某城市草坪建植為例。該城市屬于北亞熱帶濕潤氣候區，年均氣溫在16 ℃左右，多年累計平均降雨量高達1 000 mm，降水量充沛，降雨集中在5—9月。全年降水量的季節性變化較大，存在降水季節分配不均的問題。

3.2 土壤條件

結合該城市的自然氣象數據，以該城市中某草坪培育實驗區的結縷草屬作為實驗對象，以此研究土壤對草坪結縷草的蒸散量，為草坪養護工作的合理灌溉和科學管理草坪提供參考。該實驗區的混合土樣質地檢測結果為砂壤土，其土壤化學性狀見表1。

3.3 實驗與結果分析

3.3.1 實驗準備與過程

根據以上提供的草坪蒸散發計算方法，并且將其應用于該城市土壤水分對草坪草蒸散量的影響。對實驗草場的氣象數據進行分析，該城市每個季度的平均溫度、風速、降雨量及相對濕度情況見圖2。

從圖2可以看出，該實驗區的年平均氣溫18.3 ℃，

全年氣溫的變化范圍在0～36 ℃，具有明顯的季節性變化，其波動頻率較小，月內波動幅度為±9 ℃；平均風速為0.4 m/s，常年處于無風或者微風狀態；年平均相對濕度保持在71.8%左右，整體相對濕度變化幅度較小，但在6—10月，其相對濕度較高，處于一個較高水平；從降雨量的分布統計情況來看，1—5月降雨量較小、6—9月降雨量逐漸增加，10月后，降雨量逐漸減少，僅占全年降雨量的11%。根據該實驗草坪的氣象數據進行其蒸散量計算獲得在不同土壤水分條件對草坪質量的影響。

3.3.2 實驗結果

通過分析實驗草坪的土壤含水量和土壤蒸散量，得出在草坪養護周期內生長情況的評價結果（圖3）。

通過實驗分析，草坪的蒸散量分析可以實現草坪養護工作日常澆灌水量，且土壤含水量與草坪草葉面積指數的聯系緊密，含水量豐富，土壤水分有效性高，

則會大大提高草坪草的景觀質量。并且，根據不同觀測時間范圍內的蒸散量和參考作物蒸散量及水分的有效性進行計算，其結果如下：

（1）測試時間段內，參考作物蒸散量計算值為1 134 mm，較同年降雨量高989.7 mm，具有較為明顯的季節性變化。其水分有效性參數為0.37。

（2）實驗區域的氣象數據與參考作物蒸散量與草坪蒸散量之間的相關性大小依次為：風速>相對濕度>降雨量>溫度，對蒸散量影響較大的氣象因素是氣溫和降雨量，與水分有效性相關性最大的氣象因素為風速和相對濕度。

由此可以看出，草坪建植和養護工作需要充分考慮氣象數據因素變化，以土壤蒸散量作為草坪科學養護的依據，根據氣象數據選擇合適的灌溉量。

4 結束語

結合科學理論指導及氣象數據支持對草坪建植工作存在明顯的支撐功能，為了增強草坪建植和養護的科學性和精細性，引入了氣象數據對草坪蒸散發的計算形式，以草坪蒸散量作為草坪養護科學化的指導方向。此外，分析不同土壤水分條件以及區域間氣象數據對草坪質量的影響，結合氣象數據可以為草坪高質量建植提供參考。實驗結果表明，土壤水分條件的差異性可以顯著影響草坪草場的蒸散發，即供水多，蒸散量大；供水少，蒸散量小。因此，在草坪的養護工作中可以通過控制水分來降低草坪草的蒸散損失。總而言之，草坪的建植和養護工作不僅需要前期生態學、工程學等學科科學理論的指導，更需要在生長期間給予科學的養護，從而有效地提高草坪景觀質量。

參考文獻

[1] 曾曉琳，馬勇，劉金平，等.坡向和建植年限對冷季型混播護坡草坪重要值和生物量退化的影響[J].草原與草坪， 2021，41（4）：17-25.

[2] 毛培勝，歐成明，賈志程，等.我國牧草與草坪草種子生產技術的研究進展[J].中國草地學報，2023，45（1）：1-11.

[3] 何青青，劉傳強，李建建，等.假儉草EoNLA基因克隆與其轉基因擬南芥在不同磷水平下的表型鑒定[J].南京林業大學學報（自然科學版），2022，46（3）：134-142.

[4] 宗俊勤，牛佳偉，徐芳，等.假儉草花序發育的形態學觀察及其與物候期和積溫的對應關系[J].植物資源與環境學報，2021，30（5）：50-57.

[5] 宗俊勤，高艷芝，陳靜波，等.淹水脅迫對4種暖季型草坪草光合特性的影響[J].熱帶作物學報，2021，42（1）：130-139.

[6] 王行，王月容，段敏杰.北京城市副中心綠地降溫增濕效應評價[J].北京農學院學報，2022，37（1）：103-110.