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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