馬建剛馬建武，2陸 梅（.西南林業(yè)大學環(huán)境科學與工程學院，云南昆明650224；2.蘇州大學金螳螂建筑學院，江蘇蘇州25006）

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昆明市公園綠地土壤入滲特征研究

馬建剛1馬建武1，2陸 梅1
（1.西南林業(yè)大學環(huán)境科學與工程學院，云南昆明650224；2.蘇州大學金螳螂建筑學院，江蘇蘇州215006）

摘要：用雙環(huán)入滲儀測定昆明市主要公園綠地的土壤入滲特征，結(jié)果表明：昆明市公園綠地土壤以輕粘土和中粘土為主，各公園綠地土壤入滲能力均較好，穩(wěn)定入滲速率為0.34～1.41 mm/ min，平均值0.83 mm/ min，在連續(xù)72 h無降雨、無澆水條件下，1 h平均累計入滲量為63.09 mm。各種綠地中喬灌草綠地入滲性能優(yōu)于喬草和灌草綠地，自然綠地改造公園土壤入滲性能優(yōu)于人工填土復綠植被下土壤。用常用的入滲模型進行擬合比較，通用公式與昆明市公園綠地土壤入滲特征符合性最好，其次是Kostiskov模型和Horton模型，且后2個模型與通用公式的擬合結(jié)果沒有明顯差異，Philip模型不適合模擬使用。

關鍵詞：公園綠地；土壤入滲速率；入滲模型；昆明市

隨著城市化進程日益深化，城市建設得越來越漂亮，人們對城市生態(tài)環(huán)境的要求也越來越高。擁有高質(zhì)量的生態(tài)綠地也是城市文明的重要條件，但是在城市綠地數(shù)量快速增長的同時，更多地追求地上部分植物的茂美，而地下土壤質(zhì)量及其生態(tài)功能往往被忽視［1-2］。綠地土壤是城市植被、城市生態(tài)的物質(zhì)基礎。綠地土壤的水分入滲可以消納城市雨洪，了解綠地土壤入滲特征［3-4］，還可以為城市雨洪計算、綠地用水管理、面源污染控制、地下水管理、改良土壤等提供依據(jù)［5-6］。但是，我國城市綠地土壤的水分入滲及其在城市綠地管理和雨洪計算中的作用卻表達不準確，很多與入滲有關的參數(shù)取值均是依靠少數(shù)的研究和經(jīng)驗而得，綠地入滲參數(shù)、入滲模型及相關徑流系數(shù)也出現(xiàn)了較為多樣的計算方法和取值標準［7］?，F(xiàn)行的《昆明市城市雨水收集利用管理規(guī)定》（2009年2月）中的綠地徑流系數(shù)在同一標準下，不同公式中居然分別取值0.15和0.25。因此，迫切需要對城市綠地入滲等水文特征做精確全面的探究。

城市綠地復雜多樣，其中公園綠地是城市建成區(qū)最為連續(xù)廣泛的綠地類型，據(jù)昆明市園林局公布的數(shù)據(jù)，至2013年底，昆明市主城建成區(qū)綠地面積達14 351.72 hm2，公園綠地面積3 520 hm2，占綠地面積的24.5%。為了更好地認識綠地的入滲特征，為綠地管理和城市雨洪計算提供依據(jù)，對昆明市綠地主體之一的“公園綠地”土壤入滲性能作試驗研究，以期得到昆明市公園綠地土壤入滲規(guī)律。

1　研究區(qū)概況

研究區(qū)昆明市地處云貴高原中部，為山原地貌，屬北亞熱帶低緯度高原山地季風氣候，建成區(qū)多年平均降雨量924 mm，昆明市春冬少雨干旱，蒸發(fā)量大，夏秋雨量集中。全年降水量在時間分布上，明顯地分為干、濕2季。5—10月為雨季，降水量占全年的85%左右；11月至次年4月為干季，降水量僅占全年的15%左右；降雨量大，降雨集中是昆明市容易發(fā)生洪澇的主要原因。試驗選擇分布于昆明市四角的4個公園：曇華寺公園（昆明市東郊）、大觀公園（昆明市西南）、黑龍?zhí)豆珗@（昆明市北郊）和郊野公園（昆明市西郊）。4個公園建成年代均超過20 a，海拔1 886～1 924 m，試驗點土壤以輕粘土為主，局部為中粘土，植被蓋度均超過90%，坡度為1°～3°，現(xiàn)場用土鉆測試，土層厚度均在60 cm左右。

2　研究方法

2014年5月，在每一公園內(nèi)選擇喬灌草（G1）、灌草（G2）、喬草（G3）3種植物搭配類型綠地，按照“植物種數(shù)量及分布較多、立地條件相似、同一生活型物種生態(tài)學特征相似”等原則選擇樣地，其中喬木為滇潤楠（Machilus yunnanensis）、香樟（Cinnamomum camphora），灌木為雀舌黃楊（Buxus bodinieri）、紅花檵木（Loropetalum chinense var.rubrum），草本主要為馬尼拉草（Zoysia matrella），局部混有早熟禾。每一類型綠地選擇3塊，在連續(xù)72 h內(nèi)無降水、無澆水的情況下進行現(xiàn)場測試。每塊綠地分別作入滲試驗2次，所得數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析后取平均值代表該公園不同植物搭配類型下的土壤入滲值。

入滲試驗采用雙環(huán)入滲儀，雙環(huán)高20 cm，內(nèi)環(huán)直徑28 cm，外環(huán)直徑53 cm，打入土壤10 cm，入滲水頭控制在5 cm，試驗記錄每1 min的入滲水量，直到入滲穩(wěn)定有5個數(shù)據(jù)以上時停止。入滲速率計算時將不同水溫情況下的土壤入滲速率值轉(zhuǎn)化成水溫為10℃情況下的土壤入滲速率，得到不同時刻的土壤入滲速率，主要計算公式參考水土流失測驗與調(diào)查［8］。土壤初始入滲速率：采用第1 min的入滲速率，穩(wěn)定入滲速率則為土壤達到穩(wěn)定入滲后，連續(xù)5個時段內(nèi)的土壤入滲速率的均值。同時用鋁盒測定40 cm內(nèi)土壤初始含水量，用環(huán)刀測定40 cm內(nèi)土壤容重和孔隙。

3　結(jié)果與分析

3.1土壤性狀分析

各樣點40 cm土層土壤基本性狀見表1。

表1　各公園40 cm土層土壤基本性狀Table 1 Basic characters of soil in different parks

由統(tǒng)計分析可知，各公園土壤含水率差異顯著，曇華寺公園土壤含水率較低。在孔隙度方面，毛管孔隙和總孔隙均是黑龍?zhí)豆珗@和郊野公園較大，曇華寺和大觀公園較小，土壤容重和孔隙度各公園差異均不顯著。在不同綠地間，孔隙差異也不顯著，毛管孔隙和總孔隙喬灌草為38.81%、53.68%，灌草為36.98%、49.46%，喬草為36.76%、46.54%，表現(xiàn)為喬灌草孔隙值較大，灌草和喬草相對較小且比較接近。

3.2入滲特征分析

3.2.1入滲過程

入滲過程繪制成圖1～4，4個公園綠地土壤入滲過程比較相似，初始入滲速率較大，隨著時間的持續(xù)入滲速率快速減小，然后趨于穩(wěn)定。根據(jù)入滲折線，每一入滲過程都有入滲急劇下降階段（Ⅰ）、波動下降階段（Ⅱ）、穩(wěn)定入滲階段（Ⅲ）3個階段，總體以0～5 min為急劇下降階段，5～10 min為波動下降階段，10 min以后為穩(wěn)定入滲階段，不同公園綠地土壤的3個階段劃分并不相同，不同植被類型下的3個階段也略有區(qū)別。4個公園中，黑龍?zhí)逗徒家肮珗@綠地土壤快速下降階段最短（約4 min），大觀公園居中（約6 min），曇華寺公園最長（約9 min）；波動下降階段，曇華寺公園幾乎無明顯波動階段，很快進入入滲平穩(wěn)階段，黑龍?zhí)逗徒家肮珗@波動時間段較長（約5～7 min），且波動變率小，大觀公園波動時間約5～7 min，且波動明顯；各公園綠地在10 min后普遍達到穩(wěn)定入滲階段。

圖1　曇華寺公園綠地土壤入滲曲線Fig.1 The soil infiltration curve of green soil in the Broad-leaved Epiphyllum Temple

圖2　大觀公園綠地土壤入滲曲線Fig.2 The soil infiltration curve of green soil in the Daguan Garden

圖3　黑龍?zhí)豆珗@綠地土壤入滲曲線Fig.3 The soil infiltration curve of green soil in the Black Dragon Pool

圖4　郊野公園綠地土壤入滲曲線Fig.4 The soil infiltration curve of green soil in the Country Park

各個公園在到達穩(wěn)定入滲前，入滲速率的下降變化也不相同。在入滲穩(wěn)定前，4個公園的入滲曲線平均下降百分比依次為11.88%，9.38%，8.74%，4.35%。郊野公園入滲變化最緩慢，說明郊野公園穩(wěn)滲與初滲差別較小。

3.2.2入滲特征

各公園各綠地類型土壤水分入滲特征見表2。喬灌草、灌草、喬草的穩(wěn)滲率平均值分別為1.19、0.66、0.65 mm/ min。各公園喬灌草（G1）搭配綠地土壤入滲率特征值高于灌草（G2）和喬草（G3），在各個公園間喬灌草綠地入滲特征差異不大。這與土壤孔隙的表現(xiàn)比較一致，從表1可以看出，喬灌草綠地土壤孔隙數(shù)值均大于其他2種綠地，不同公園喬灌草土壤孔隙差異也不顯著。主要是由于喬灌草綠地根系分布較深且相對均勻，對土壤的改良作用優(yōu)于喬草和灌草，同時喬灌草綠地也是公園內(nèi)人為踩踏最少的區(qū)域。而灌草和喬草綠地的土壤入滲性能差異不大。

表2　各公園綠地土壤入滲特征Table 2 Soil infiltration characteristics of greenbelt in different parks

各項入滲特征值總體上均是郊野公園最大，其初滲率和穩(wěn)滲率平均值分別為2.23、1.24 mm/ min，郊野公園大部分人工綠地都是在天然綠地的基礎上改造而成，施工碾壓少，土壤剖面結(jié)構(gòu)優(yōu)于其余3個公園，同時郊野公園距離市區(qū)較遠，人為游覽踩踏程度較輕。試驗中用土鉆取土時，郊野公園也更為容易，且沒有出現(xiàn)磚瓦等外來物。

從入滲數(shù)值上分析，穩(wěn)滲條件下4大公園不同綠地1 h累計入滲量平均值為63.09 mm，1 h平均累計入滲量遠大于昆明市1年一遇1 h降雨量（約36 mm），小于20年一遇1 h降雨量（約67 mm）。

3.3入滲過程模擬

在入滲規(guī)律方面，很多學者提出了相應的理論和模型［5，9］，常用的有Kostiskov模型、Horton模型、Philip模型和通用經(jīng)驗公式，利用以上模型分別對樣本區(qū)內(nèi)各點土壤入滲速率進行擬合。各測點土樣入滲方程參數(shù)和R2值見表3。

表3　不同土壤入滲模型的擬合參數(shù)Table 3 Fitting parameters of different soil infiltration models

模型參數(shù)擬合和顯著性檢驗表明，擬合的4個公式，Philip模型沒有達到顯著水平，其余3個均達到極顯著水平。通用公式的R2值最大，平均為0.917，其余3個依次為：Kostiskov模型平均為0.878，Horton模型平均為0.860，Philip模型平均為0.560。

利用公式擬合的入滲值與實測值之間相關分析表明，通用公式的相關系數(shù)平均為0.961，Kostiskov模型的相關系數(shù)平均值為0.947，霍頓模型的相關系數(shù)平均值為0.954，相關性均達到極顯著水平，且同一組數(shù)據(jù)3種擬合結(jié)果間差異不顯著。

4　結(jié)論與討論

1）昆明市公園綠地土壤喬灌草入滲速率最大，灌草和喬草較小，且兩者差別不明顯。主要是由于喬灌草人為踩踏少，且根系豐富、改良土壤的能力較好。各個綠地在10 min左右即可達到穩(wěn)定入滲狀態(tài)，不同綠地1 h累計入滲量平均值為63.09 mm。各公園間，郊野公園的入滲速率和累計入滲量均最大，其余3個公園較小，且差異不大，主要緣于郊野公園人為踩踏擾動少，公園在自然綠地基礎上改造而成，土壤質(zhì)量較好。

2）根據(jù)入滲過程數(shù)值模擬，通用公式f=at-k+b與昆明市公園綠地土壤入滲特征符合性最好，其次是Kostiskov模型和Horton模型f = fc+（f0-fc）e-kt，后2個模型與通用公式的擬合結(jié)果沒有明顯差異，Philip模型不適合模擬使用。

3）城市公園綠地受人為干擾程度遠大于其他城市綠地，同時人為實驗施加了壓力水頭，在自然降雨下，綠地的入滲能力及其三水轉(zhuǎn)化能力如何，仍有待深入研究，以便更好地認識并發(fā)揮公園綠地的水土保持作用，做好公園綠地水分管理。

［參考文獻］

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（責任編輯趙粉俠）

第1作者：馬建剛（1978—），男，碩士，副教授。研究方向：城市水土保持。Email：12578734＠qq.com。

Investigation on Soil Infiltration of Park Green Space in Kunming

Ma Jiangang1，Ma Jianwu1，2，Lu Mei1
（1.College of Environmental Science and Engineering，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China；2.Suzhou University，Suzhou Jiangsu 215006，China）

Abstract：Double-cycle infiltrator method was used to quantitatively measure the soil infiltration capacity of main park greenbelt in Kunming.The results indicated that the soil of park greenbelt in Kunming is mainly light clay and clay.The soil infiltration capacity of all the park greenbelts was good.The steady infiltration rate was between 0.34-1.41 mm·min-1and the average value was 0.83 mm·min-1.1 h average cumulative infiltration rate was 63.09 mm under the condition of no rain and no water in continuous 72 h.The infiltration capability of arborshrub-grass compound greenbelt was better than arbor-grass and shrub-grass greenbelt，and the one of Natural greenbelt park was better than artificial vegetation on backfill.Fitting comparison with the commonly used infiltration model proved that a common empirical infiltration model described the best suited performance on the infiltrating processes in the main greenbelt in Kuming，followed by the Kostiakov model，and Horton model.Fitting result has no obvious difference between the last two models and the common empirical infiltration model.Philip model was not suitable for simulating.

Key words：park greenbelt，soil infiltration rate，infiltration model，Kunming City

基金項目：國家自然科學基金項目資助（51168043）；西南林業(yè)大學云南省省級重點學科（林學）資助；西南林業(yè)大學水土保持重點學科資助；西南地區(qū)生物多樣性保育國家林業(yè)局重點實驗室開放基金資助。

收稿日期：2015-12-22

doi：10.11929/ j.issn.2095-1914.2016.03.019

中圖分類號：S714.5

文獻標志碼：A

文章編號：2095-1914（2016）03-0111-05