邢強(qiáng)

摘要：低碳、生態(tài)、可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)今社會(huì)的主旋律，也是當(dāng)今園林綠化建設(shè)的重要指導(dǎo)思想。本研究根據(jù)場(chǎng)地功能需求和所在地土壤、氣候、水文等環(huán)境特點(diǎn)，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)及土壤改良、地形改造、排灌系統(tǒng)安裝等施工技術(shù)，探索資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的現(xiàn)代園林模式，最終提高了綠色劇場(chǎng)草坪的整體景觀(guān)性和功能性。另外，在硬件設(shè)施上最終形成了一套有效的雨水循環(huán)利用系統(tǒng)，使?jié)补噘|(zhì)量和效率分別提高200倍和8.33倍，排水速率提高9倍，水利用率達(dá)到85%，節(jié)水42.2%，既解決了區(qū)域澆灌、排水的難題，又延長(zhǎng)了綠色劇場(chǎng)生命周期、實(shí)現(xiàn)對(duì)城市零排放等生態(tài)效益，在城市環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)方面，具有一定的推廣示范效果。

關(guān)鍵詞：綠色劇場(chǎng)；生態(tài)建設(shè)；可持續(xù)利用；土壤改良

中圖分類(lèi)號(hào)：S688.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1002—1302（2016）01—0208—05

上海辰山植物園是經(jīng)上海市人民政府批準(zhǔn)，由上海市人民政府、中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家林業(yè)局合作共建，融生物多樣性保護(hù)、可持續(xù)利用示范、生態(tài)休閑、科普教育為一體，具有深厚科學(xué)內(nèi)涵和優(yōu)美園容景觀(guān)的綜合性植物園。自2011年正式開(kāi)園以來(lái)，辰山植物園已累計(jì)接待游客300多萬(wàn)人次，肩負(fù)著服務(wù)民眾、向社會(huì)民眾傳播生態(tài)文明理念的重要使命和責(zé)任。

綠色劇場(chǎng)作為辰山植物園核心景區(qū)的一部分，為增加植物園趣味性、提供游客休憩、進(jìn)行科普活動(dòng)而設(shè)置，不僅承載著歷屆辰山草地音樂(lè)會(huì)、“十一親子音樂(lè)節(jié)”等大型主題品牌活動(dòng)，而且位于中國(guó)最大的展覽溫室群出口、入口處，自然成為分散人流的主要場(chǎng)地。在國(guó)外有很多類(lèi)似劇場(chǎng)，如新加坡植物園的棕櫚谷、美國(guó)費(fèi)德勒斯劇場(chǎng)等，讓人們突破了室內(nèi)劇場(chǎng)的空間局限，與藍(lán)天和大地融合在一起，盡情地圍坐于草地上欣賞音樂(lè)。隨著國(guó)內(nèi)綠色劇場(chǎng)的興起，人們對(duì)場(chǎng)地的景觀(guān)、生態(tài)及活動(dòng)需求與場(chǎng)地可持續(xù)利用性之間的矛盾也凸顯出來(lái)，本研究擬通過(guò)一些關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用研究來(lái)解決以上矛盾，以期為其他類(lèi)似項(xiàng)目提供參考。

1項(xiàng)目介紹

1.1原地分析

上海辰山植物園基地位于上海市松江區(qū)松江新城北側(cè)、佘山山系中的辰山，占地207 hm²，屬北亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，年平均氣溫15.6℃，年降水量1213 mm。辰山及其附近的松江地區(qū)水資源十分豐沛，平均年際地表徑流量2.12億m³，江潮徑流57.6 m³，客水徑流36.5億m³，合計(jì)地表水總量達(dá)8.9%～9.3%。

首先，因辰山地區(qū)曾為“澤多菰草”之地，成土母質(zhì)多數(shù)為湖泊沉積物和河流相沖積物。土壤發(fā)育多潴育型水稻土，其中絕大部分為青紫泥或青紫土土屬，造成本底土壤質(zhì)地黏重、含沙量低、透水通氣性差、EC含量總體偏低的內(nèi)在缺陷；加上植物園建設(shè)時(shí)期使用大型機(jī)械碾壓，大量調(diào)運(yùn)堿性客土，導(dǎo)致了綠色劇場(chǎng)土壤理化性質(zhì)進(jìn)一步退化，植物長(zhǎng)勢(shì)較差。根據(jù)土壤測(cè)試數(shù)據(jù)得知，在土壤物理性質(zhì)方面，非毛管孔隙度（NCP）均值為3.85%，這和綠化種植土要求的非毛管孔隙度（NCP，大于5%）有一定差距，毛管孔隙度（CP）均值為42.66%，NCP/CP值平均為0.09，這和理想土壤結(jié)構(gòu)中兩者比值相差很多。另外，土壤黏粒含量非常高，平均為36.18%，粉沙粒為59.54%，而含沙量平均僅為4.28%，與一般種植土壤沙粒大于45%的要求相比，質(zhì)地很差。土壤密度平均1.43 t/m³，遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)，影響植物根系生長(zhǎng)。在土壤化學(xué)性質(zhì)方面，土壤有機(jī)質(zhì)、EC值和土壤酸堿性均不達(dá)標(biāo)，有機(jī)質(zhì)含量平均為13.59g/kg，EC值平均為0.14 mS/cm，土壤pH值基本大于8.0，均值為8.32，大于標(biāo)準(zhǔn)限值（表1）。

其次，綠色劇場(chǎng)還存在排水、澆灌難題，也加劇了草坪的生長(zhǎng)不良。一方面，由于原劇場(chǎng)地形過(guò)平和土壤滲透性較差引起地表大量積水和土壤不耐干旱；另一方面，該區(qū)域澆灌和排水設(shè)施不完善，加劇草坪及其他植物生長(zhǎng)不良。其中，排水上主要依靠深25 cm、長(zhǎng)200 m的明溝排出溫室周邊區(qū)域近5.5萬(wàn)m²的匯水量，排水效率低下，排水所需時(shí)間較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響對(duì)場(chǎng)地的使用需求，也嚴(yán)重威脅著3個(gè)展覽溫室的安全。在澆灌設(shè)施上，主要依靠便攜式水泵從內(nèi)湖取水，沿400 m水管澆灌，不僅影響澆灌質(zhì)量和澆灌效率，而且嚴(yán)重影響了作為世界一流植物園的景觀(guān)面貌。

最后，經(jīng)多年自然沉降和集中活動(dòng)踩踏，綠色劇場(chǎng)的層層臺(tái)地造型輪廓已變形，棱線(xiàn)和版塊坍塌、表面凹凸不平，嚴(yán)重影響了大型活動(dòng)開(kāi)展和游客日常休憩。

1.2項(xiàng)目簡(jiǎn)述

為滿(mǎn)足游客對(duì)綠色劇場(chǎng)各種功能需求，特別對(duì)綠色劇場(chǎng)重新改造，設(shè)計(jì)上采用了“為生態(tài)而設(shè)計(jì)”思想，突出低碳環(huán)保、可持續(xù)利用的理念，風(fēng)格上采用古希臘劇場(chǎng)的扇形觀(guān)眾席及鏡框式舞臺(tái)形式（圖1）。整個(gè)工程自2014年11月初動(dòng)工，歷時(shí)3個(gè)月，完成12 000m²改造面積，形成7層臺(tái)地、總落差3.5 m的劇場(chǎng)造型，按步驟完成了場(chǎng)地清理、土方造型、排灌系統(tǒng)安裝、土壤改良項(xiàng)目，并配合復(fù)層群落式植物種植，將不同科屬和不同根系深度的草坪、地被、喬灌木組建群落，形成新的生態(tài)系統(tǒng)，而且可容納音樂(lè)會(huì)5 000多名觀(guān)眾，充分發(fā)揮了其景觀(guān)、生態(tài)和休閑等功能。

2施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1施工總體布置

綠色劇場(chǎng)改造施工包括土方、造型、排水、噴灌、植樹(shù)種草5大部分，總體施工采取先地下后地上、先豎向后水平、先粗后精的原則，根據(jù)工期和工程質(zhì)量要求，制定以下工藝流程（圖2），并采用關(guān)鍵技術(shù)來(lái)突破項(xiàng)目難點(diǎn)，解決區(qū)域存在的主要問(wèn)題是改造任務(wù)的核心。

2.2施工關(guān)鍵技術(shù)

植物園以植物引種、保育、科研、科普為使命，植物健康生長(zhǎng)依靠2個(gè)核心條件：便捷、潔凈的水源和深厚且發(fā)育良好的土層，綠色劇場(chǎng)草坪改造圍繞創(chuàng)造較好的土壤和水源條件2個(gè)中心任務(wù)，希望通過(guò)土壤改良、排灌系統(tǒng)安裝、地形塑造等措施，為綠色劇場(chǎng)植物生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的生境，也使場(chǎng)地具有抗踩踏、排水迅速、透氣性能好等特點(diǎn)。

2.2.1土壤改良 綠色劇場(chǎng)作為植物園核心功能區(qū)，場(chǎng)地質(zhì)量的好壞直接影響游客的舒適度和活動(dòng)保障度。雖然后期管理因素會(huì)影響場(chǎng)地質(zhì)量，但最重要的影響因子是土壤。綠色劇場(chǎng)的土壤除了要滿(mǎn)足草坪草的基本需求外，還需要有抗碾壓、排水快、透氣良好的重要功能。

綠色劇場(chǎng)的土壤改良采用美國(guó)高爾夫協(xié)會(huì)于2004年修訂的果嶺建造規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，以《上海辰山植物園工程土壤理化性狀分析報(bào)告》（上海市地質(zhì)調(diào)查研究院，2005）為依據(jù)，并參照《綠化工程種植土質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（DB31/T 769—2013）、《園林綠化栽植土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（DG/TJ 08-231-2013 J12562—2014）等，對(duì)草坪根系種植層的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行改善，使根系能正常生長(zhǎng)。

針對(duì)土壤現(xiàn)狀特征，采用土壤完全改良的新方法，主控根系層的基質(zhì)厚度和配方。首先，通過(guò)翻耕，清除基底原土中的建筑垃圾。再者，因草坪根系主要分布在0～25 cm土壤層以?xún)?nèi)，種植土壤層采用USGA果嶺2層建植標(biāo)準(zhǔn)。第一層為粗沙層，厚度10 cm，粒徑0.5～1.0 mm，保證綠色劇場(chǎng)場(chǎng)地平整、排水暢通；第二層為根際混合層，土壤改良配方按照“8份沙+1份原土+1份泥炭+有機(jī)肥+土壤結(jié)構(gòu)改良劑”進(jìn)行體積配比，在充分壓實(shí)后鋪設(shè)厚度達(dá)到25 cm要求。在材料選擇上，重視使用標(biāo)準(zhǔn)，原土必須引進(jìn)表層的、質(zhì)地為壤土或沙壤土的材料，禁止用深層的、黏質(zhì)的土壤，其他改良材料需符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。根際層建植用沙粒徑大小對(duì)排水速率及孔隙度影響最大，要保證土壤的飽和導(dǎo)水率大于100 mm/h，沙的粒徑范圍應(yīng)不小于0.1 mm，但是，如果粒徑過(guò)大，又會(huì)對(duì)土壤孔隙度及表面穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響，Kunze等比較不同粒徑沙及不同配方基質(zhì)對(duì)草坪根系和地上部分生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明0.25～0.50 mm基質(zhì)地下生物量較高，而0.5～1.0 mm基質(zhì)地上生物量較高。因此，具體沙粒大小和分配，參照表2中坪床用沙粒徑要求。

施工后，按上海綠化工程土壤質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)測(cè)試pH值、EC值、有機(jī)質(zhì)、土壤容重等項(xiàng)指標(biāo)，結(jié)果（表3）表明土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)增加，土壤肥力、耐踐踏能力提高，既滿(mǎn)足了植物生長(zhǎng)需求，又利于土壤自滲排水。

2.2.2排灌系統(tǒng)安裝 綠色劇場(chǎng)作為主要游客集散地，對(duì)場(chǎng)地植物景觀(guān)和休閑活動(dòng)功能需求較高。因此，圍繞植物園建設(shè)的另一核心條件：便捷、潔凈的水源，在土壤改良的基礎(chǔ)上，選擇較好的水源并配備一套有效的澆灌、排水系統(tǒng)來(lái)提高排灌效率和質(zhì)量，促進(jìn)草坪草正常生長(zhǎng)，也是改造的初衷。

澆灌系統(tǒng)總體改造中，采用了Henter全自動(dòng)控制系統(tǒng)，重新布置了澆灌管網(wǎng)（圖3），主要工作包括：泵站基建、開(kāi)挖管溝、安裝管道、管道沖洗、安裝噴頭、保壓試驗(yàn)、回填、試噴等流程（圖4）。其核心工作分為泵站的選址及形式、電纜鋪設(shè)和噴灌系統(tǒng)安裝3部分，前2項(xiàng)工作在充分調(diào)查園區(qū)電力系統(tǒng)、其他泵站系統(tǒng)、園區(qū)水系設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以及景觀(guān)要求后，綜合考慮景觀(guān)用水的潔凈度和電纜鋪設(shè)便捷度及成本，最終決定將澆灌泵站選在東湖邊上，以地下泵坑形式取水，通過(guò)澆灌設(shè)備的沙石過(guò)濾器、自動(dòng)沖洗疊片過(guò)濾器層層過(guò)濾，將水質(zhì)從劣Ⅴ類(lèi)提高到Ⅲ類(lèi)景觀(guān)水以上。

澆灌系統(tǒng)安裝中，對(duì)關(guān)鍵的管道過(guò)路和水流對(duì)管道沖擊進(jìn)行有效處理，其中管道過(guò)路分別用鋼管作套管，埋深1 m，防止沉降損壞管道。在易受水沖擊的主管各點(diǎn)，如彎頭、三通、變徑、堵頭、檢修閥等位置安裝混凝土鎮(zhèn)墩以平衡沖擊力。為檢查設(shè)計(jì)和安裝質(zhì)量是否達(dá)到使用要求，也為正常運(yùn)行做好準(zhǔn)備，在安裝結(jié)束后立即進(jìn)行管道保壓試驗(yàn)，具體采用分階段試壓，壓力控制在工作壓力的1.15倍以上，試壓時(shí)間為8 h。最后，在草坪種植結(jié)束時(shí)安裝噴頭，安裝高度以保證剪草機(jī)可以從噴頭上安全通過(guò)為準(zhǔn)（需有6 mm凈空間）。

對(duì)于第7層種植地被花卉和喬灌木處，噴頭布置設(shè)計(jì)中不輻射該區(qū)域，但設(shè)置快速取水閥進(jìn)行可控的人工應(yīng)急補(bǔ)水。

另外，在排水方面，綠色劇場(chǎng)地勢(shì)低洼，排水一直存在問(wèn)題。具體根據(jù)以下暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算該區(qū)域雨量大小，展覽溫室周邊區(qū)匯水面積約為5.5萬(wàn)m²，徑流量約810 L/s，綠色劇場(chǎng)1.2萬(wàn)m²，徑流量約180 L/s。

式中：室外暴雨重現(xiàn)期P=1年，綜合徑流系數(shù)為0.29。

根據(jù)區(qū)域徑流量大小，設(shè)計(jì)、施工中將綠色劇場(chǎng)排水分為地面排水和管道排水2部分。地面排水主要通過(guò)塑造地形，最終形成綠色劇場(chǎng)內(nèi)弧形坡面25%、平面1%～2%的自然排水坡度，不僅使地表水自然排出，而且在大地形上糾正了綠色劇場(chǎng)東南高、西北低的原狀，從而改變雨水反勢(shì)匯集到西北角，再通過(guò)排水速率極低的現(xiàn)有明溝排出的現(xiàn)象，加快了排水速度。

地下排水則根據(jù)綠色劇場(chǎng)扇形造型，仿生銀杏葉片叉狀葉脈的排列方式和排列結(jié)構(gòu)，按照地下盲排施工流程（圖5），安裝地下有孔排水管，將多余水分及時(shí)排走。地下排水管網(wǎng)分為干管排水和支管排水兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)：干管排水主要設(shè)置3條由西北到東南方向的直徑為160 mm的排水管，沿著最大水流方向布設(shè)，相對(duì)于最終地平的最小埋深為1.0 m，坡度不小于2%～3%；支管排水則采用直徑110 mm的PE有孔波紋管，管溝深度和寬度皆為30 cm，溝底坡度不小于0.5%，布設(shè)間距為4.5 m，支管末端與干管連接。檢修井間間距45 m，每個(gè)井底設(shè)置300 mm沉沙槽，由排水干管串聯(lián)，排水終端安裝強(qiáng)排泵，設(shè)置自動(dòng)排水。最后，所有排水管溝的回填均經(jīng)過(guò)分層填土、利用打夯機(jī)充分碾壓及澆水沉降處理，回填后管溝處密實(shí)度達(dá)到80%～85%之間。

在綠色劇場(chǎng)排水設(shè)計(jì)時(shí)還考慮了有效的雨水收集利用，主要通過(guò)地面明溝和地下盲管將多余水分就近排放到植物園現(xiàn)有水體，補(bǔ)充澆灌水源，既實(shí)現(xiàn)了雨水循環(huán)利用，又達(dá)到了對(duì)城市的零排放的目標(biāo)，踐行了可持續(xù)利用的理念。另外，在提高澆灌水質(zhì)、排灌效率和改善植物生長(zhǎng)土壤環(huán)境的同時(shí)，大大減少了長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)中的碳排放，進(jìn)一步提升了園區(qū)生態(tài)功能（表4）。

2.2.3地形改造 綠色劇場(chǎng)改造主要是通過(guò)重新塑造地形來(lái)滿(mǎn)足草地音樂(lè)會(huì)對(duì)場(chǎng)地的需求和草坪生長(zhǎng)需求。施工中以尊重原來(lái)的地形構(gòu)造和地表肌理為前提，采用資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的生態(tài)設(shè)計(jì)手法，做到盡量減少改造工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的二次破壞和污染。

地形改造施工分粗造型和細(xì)造型2個(gè)階段。粗造型以表面不積水為宗旨，在3500 m³土方基本到位的基礎(chǔ)上，依照地形圖（圖6），對(duì)綠色劇場(chǎng)輪廓造型，塑造出各平層問(wèn)的25度角弧形緩坡及寬2.5 m的臺(tái)地，最終呈7層平臺(tái)劇場(chǎng)雛形，層層落差（50±10）cm，每層平臺(tái)形成1%～2%表排坡度，形成自然排水走向。施工中重點(diǎn)對(duì)基底層適當(dāng)碾壓，保證粗造型不會(huì)坍塌，也便于噴灌系統(tǒng)依勢(shì)安裝。

細(xì)造型階段主要包括2方面內(nèi)容：一方面是通過(guò)機(jī)械開(kāi)槽，在所有棱線(xiàn)的上下2個(gè)平面、坡面交接處嵌入草坪保護(hù)墊，以保持8條棱線(xiàn)和各層臺(tái)地的造型穩(wěn)定；另一方面，在完成排水、噴灌等單項(xiàng)工程施工的基礎(chǔ)上，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行微地形平整修復(fù)并鋪設(shè)種植層沙壤土，使場(chǎng)地達(dá)到草坪建植要求。

3結(jié)語(yǔ)

為改善生態(tài)環(huán)境，國(guó)家將“生態(tài)文明建設(shè)”定為國(guó)家戰(zhàn)略，隨著城市化進(jìn)程的加快，作為締造者和從業(yè)者，如何應(yīng)用一些關(guān)鍵技術(shù)建造出一種可持續(xù)發(fā)展的低碳園林是我們所肩負(fù)的責(zé)任。本項(xiàng)目將低碳、生態(tài)、可持續(xù)利用理念貫徹應(yīng)用到綠色劇場(chǎng)草坪改造及后期養(yǎng)護(hù)當(dāng)中，在水資源有效利用、節(jié)能減排等方面有了顯著提高。

合理的草坪場(chǎng)地根系土壤層既要滿(mǎn)足活動(dòng)本身對(duì)場(chǎng)地質(zhì)量的要求，同時(shí)還要滿(mǎn)足草坪草正常生長(zhǎng)的要求。但是在實(shí)際中，各種指標(biāo)之間很難達(dá)到平衡，如快速排水需求與保水保肥功能。另外，在施工方法和程序上還存在一些欠缺，排灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)再利用水過(guò)濾技術(shù)的考慮還不夠完善，造成排水口有富營(yíng)養(yǎng)化的跡象；地形塑造中抵制土壤緊實(shí)與增加坪床穩(wěn)定性、所需土壤緊實(shí)度與草坪正常生長(zhǎng)所需的土壤NCP/CP比值問(wèn)存在矛盾等，類(lèi)似的細(xì)節(jié)問(wèn)題還需要進(jìn)一步探究。

一些新技術(shù)和新材料的應(yīng)用，如排灌仿生技術(shù)、地基層造型加固技術(shù)及煅燒土和硅藻土的使用等。這些新技術(shù)、新材料是20世紀(jì)末以來(lái)戶(hù)外游憩和運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地草坪發(fā)展的熱點(diǎn)，也是提高和改善場(chǎng)地草坪質(zhì)量和使用功能的新途徑，然而我國(guó)在此方面的研究成果極少，有待加強(qiáng)。