劉佳親， 黃山， 王俊， 王浩， 張可欣， 甘霖， 梅國(guó)雄*

(1.廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院， 南寧 530004； 2.廣西大學(xué)工程防災(zāi)與結(jié)構(gòu)安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 南寧 530004； 3.廣西大學(xué)廣西防災(zāi)減災(zāi)與工程安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 南寧 530004)

綠色屋頂可以為城市生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)兩個(gè)主要的好處：緩解城市熱島效應(yīng)[1-2]和減少雨水徑流[3-4]，這都得益于綠色屋頂?shù)恼羯l(fā)作用(evapotranspiration，ET)。處于亞熱帶季風(fēng)氣候城市率高的地區(qū)有兩個(gè)特點(diǎn)：①城市市中心附近的房子房齡高，屋頂結(jié)構(gòu)荷載限制其使用厚土層(基質(zhì)層厚度通常>15 cm)；②氣候上，由于降雨分布極其不均勻，80%～90%的雨水集中在幾個(gè)月，導(dǎo)致城市內(nèi)澇問(wèn)題嚴(yán)重，而其余月份降雨量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于蒸散發(fā)量。所以，這些城市被迫使用拓展型綠色屋頂(基質(zhì)層厚度通常<15 cm)，但是因?yàn)橥卣剐途G色屋頂?shù)木窒扌栽谟谳^淺的基質(zhì)層具有較低雨水調(diào)蓄能力[5]，并且在長(zhǎng)時(shí)間的干旱事件中容易受到水分條件的限制[6]。因此，在這種形勢(shì)下，研究拓展型綠色屋頂?shù)恼羯l(fā)規(guī)律顯得十分重要。

綠色屋頂?shù)恼羯l(fā)指的是基質(zhì)蒸發(fā)和植被蒸騰，影響綠色屋頂蒸散發(fā)特性的主要因素為：綠色屋頂結(jié)構(gòu)配置(植被類型、基質(zhì)類型和深度和蓄/排水層類型)和環(huán)境因素(氣象參數(shù)、氣候條件和地區(qū)等)[7]。一般而言植被的蒸騰作用越強(qiáng)，消耗的水分越多，對(duì)后期的雨水調(diào)控能力越強(qiáng)[5]。C4類植物(多為草本植物)的蒸騰速率一般強(qiáng)于C3植物和景天科植物(多為多肉類)，在降雨頻繁的地區(qū)，更適合作為綠色屋頂植被；而對(duì)于缺水又不能頻繁灌溉的地區(qū)，耐旱的景天科植被更適合[8]。土壤基質(zhì)是調(diào)控雨水的重要場(chǎng)所，基質(zhì)的徑流調(diào)控能力與基質(zhì)質(zhì)地、容重和孔隙度密切相關(guān)，基質(zhì)孔隙度越大、容重越小能截留的雨水更多[9]，能用于植被生長(zhǎng)的雨水更多。此外，綠色屋頂設(shè)計(jì)中設(shè)置蓄水層的目的是利用水分蒸發(fā)作用將貯存在蓄水層的雨水補(bǔ)充到上層基質(zhì)土壤中供植物生長(zhǎng)，進(jìn)而減少灌溉[10]。其中，Tan等[11]研究發(fā)現(xiàn)在干旱階段含蓄水層的綠色屋頂土壤含水量明顯高于不含蓄水層的綠色屋頂，因此蓄水層維持了植物較高的蒸騰速率。此外，Li等[12]研究發(fā)現(xiàn)含蓄水層的綠色屋頂可以增加實(shí)際蒸散發(fā)量，進(jìn)而增加雨水調(diào)控能力。

綜上，一般可以通過(guò)改變綠色屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)來(lái)改善綠色屋頂?shù)目购岛蛷搅髡{(diào)控的性能，其中植被類型和蓄水層所起到的作用是被普遍認(rèn)可的。同時(shí)，隨著全球氣候變化，南寧地區(qū)可能面臨更強(qiáng)的降雨和兩場(chǎng)降雨之間的時(shí)間間隔可能會(huì)延長(zhǎng)。蓄水層保留的雨水對(duì)基質(zhì)層的補(bǔ)充，進(jìn)而導(dǎo)致基質(zhì)含水量的改變對(duì)綠色屋頂蒸散發(fā)有不可忽視的影響，但中外對(duì)此研究很少[13]，同時(shí)綠色屋頂?shù)恼羯l(fā)定量研究有待深入[14]。另外，植被氣孔導(dǎo)度是評(píng)價(jià)植被遭受水分脅迫水平的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)之前研究可知當(dāng)植物受到水分限制時(shí)蒸騰作用會(huì)迅速下降甚至停止[15]。但是目前針對(duì)綠色屋頂植物蒸騰作用的研究中，較少通過(guò)測(cè)量植物氣孔導(dǎo)度值來(lái)估算植物在面臨水分脅迫時(shí)蒸騰速率的變化[7]，進(jìn)而評(píng)價(jià)植被的抗旱能力。

基于此，現(xiàn)設(shè)計(jì)2種形式(有、無(wú)蓄水層)、3種植被類型(麥冬草、佛甲草或姬十二單)和6個(gè)綠色屋頂模型桶，連續(xù)3個(gè)月在南寧市氣候條件下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，利用6個(gè)屋頂綠化桶的基質(zhì)含水量和實(shí)際蒸散量基質(zhì)含水量、葉面指數(shù)和氣孔導(dǎo)度值數(shù)據(jù)，了解干旱時(shí)期屋頂綠化系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的水文過(guò)程。探究綠色屋頂不同結(jié)構(gòu)配置(蓄水層和植被類型)對(duì)綠色屋頂蒸散發(fā)規(guī)律的影響，以期為高溫頻繁降雨地區(qū)綠色屋頂植被選擇和蓄水層設(shè)置提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐和參考借鑒。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

設(shè)置6個(gè)綠色屋頂模型桶，位于廣西南寧市九層現(xiàn)有建筑樓頂(22.84°N，108.28°E)，模型桶為亞克力板材料，尺寸為直徑為40 cm×40 cm×15 cm的立方體，外層有2 cm的泡沫保溫層減少熱量從側(cè)壁進(jìn)入試樣，以模擬實(shí)際基質(zhì)層中的溫度分布。圖1顯示的是綠色屋頂?shù)拇怪苯Y(jié)構(gòu)。

圖1 綠色屋頂實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)布置圖和結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Experiment site layout and structure of green roofs

基質(zhì)土壤用建筑開(kāi)挖的廢棄的田園土，基本組成為田園土(50%)、蛭石(30%)、砂粒(10%)、生物炭(10%)。由環(huán)刀法測(cè)得基質(zhì)干密度為1.06 g/cm3，飽和含水量為0.51 m3/m3，基質(zhì)層厚度為10 cm。植被層分別采用麥冬[Liriopegraminifolia(Linn.) Baker]、佛甲草(SedumlineareThunb)和姬十二單(AjugaciliataBunge)，其中，佛甲草具有特殊的景天酸代謝方式[16]，抗旱能力極強(qiáng)，被廣泛使用于較淺基質(zhì)層的綠色屋頂[17]；麥冬草屬于百合科沿階草屬，耐旱，從其經(jīng)濟(jì)性和易獲取性等綜合考慮，麥冬草可考慮作為綠色屋頂植被[18]。姬十二單屬于筋骨草屬植物，多年生草本，具有耐貧瘠的性質(zhì)，同時(shí)它是開(kāi)花植物，增加綠色屋頂?shù)挠^賞價(jià)值。

使用土工布作為過(guò)濾層，防止基質(zhì)流失。蓄水層采用商用蓄水板，高3 cm，此蓄水板不僅可以貯存雨水，還具有較高的抗壓能力起到支撐基質(zhì)層的作用。排水孔設(shè)置在蓄水層頂部，蓄水層蓄滿雨水后排放多余的基質(zhì)滲流。6個(gè)綠色屋頂模型桶具體設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 綠色屋頂實(shí)驗(yàn)桶設(shè)置

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

每一個(gè)綠色屋頂模型桶的質(zhì)量使用高精度電子秤每天00：00進(jìn)行測(cè)量，每天實(shí)際蒸散量(actual daily evapotranspiration，AET)計(jì)算公式為

(1)

式(1)中：Md為晚上00：00時(shí)綠色屋頂模型桶質(zhì)量，kg；Md+1為Md第二天晚上00：00時(shí)綠色屋頂模型桶質(zhì)量，kg；A為模型桶面積，m2。

同時(shí)，試驗(yàn)過(guò)程中使用土壤水分傳感器(EC-5型，美國(guó)METER公司)記錄基質(zhì)含水量變化，含水量傳感器布置分別在模型桶中心基質(zhì)層表面以下3 cm 和6 cm處；采用微型氣象站(ATMOS 41型，美國(guó)METER公司)記錄氣象參數(shù)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有：太陽(yáng)輻射、空氣溫度、風(fēng)速、空氣濕度和降雨量等。采用數(shù)據(jù)采集器(ZL6型，美國(guó)METER公司)每隔5 min記錄一次含水量和氣象數(shù)據(jù)。植被的氣孔導(dǎo)度值采用氣孔導(dǎo)計(jì)(SC-1型，美國(guó)METER公司)測(cè)量，植被氣孔導(dǎo)度受天氣影響很大，需要在晴天條件下進(jìn)行。綠色屋頂模型桶在2020年9月完成種植，經(jīng)過(guò)一個(gè)月生長(zhǎng)植被覆蓋度達(dá)到90%以上，監(jiān)測(cè)時(shí)間為2020年10月01日—12月31日，共記錄90 d的數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 干旱時(shí)期綠色屋頂土壤含水量變化規(guī)律

為研究干旱時(shí)期綠色屋頂基質(zhì)含水量和蒸散發(fā)變化規(guī)律，選取2個(gè)典型干旱事件，干旱事件定義為其中至少10 d以上未觀察到有效降雨。兩個(gè)干旱事件按季節(jié)分類2020年11月(平均溫度22.7 ℃)對(duì)應(yīng)于秋季典型條件。2020年12月(平均溫度15.4 ℃)對(duì)應(yīng)于冬季典型條件?？紤]到基質(zhì)初始含水量和蓄水層蓄水量會(huì)對(duì)蒸散發(fā)特性產(chǎn)生影響，所以選取初始含水量相近且蓄水層飽和的干旱事件進(jìn)行分析。含水量值為基質(zhì)深度3 cm和6 cm處含水量的平均值。

2020年11月1—2日連續(xù)2 d充沛降雨后，基質(zhì)含水量都處于較高狀態(tài)，6個(gè)綠色屋頂模型桶的在2020年11月3—15日的含水量變化如圖2所示。從圖2可以看出，基質(zhì)含水量在干旱時(shí)期呈現(xiàn)不斷下降趨勢(shì)[19]。伴隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)，不含蓄水層結(jié)構(gòu)的綠色屋頂基質(zhì)含水量明顯下降；干旱前3 d內(nèi)隨著干旱時(shí)間延長(zhǎng)，含蓄水層的綠色屋頂?shù)幕|(zhì)含水量保持較高的穩(wěn)定含水量，而當(dāng)干旱時(shí)間大于3 d時(shí)，與前3 d相比基質(zhì)含水量下降趨勢(shì)明顯。這說(shuō)明蓄水層對(duì)維持基質(zhì)穩(wěn)定含水量的作用主要在干旱前期，這是主要是因?yàn)樾钏畬觾?chǔ)水量越多越有利于水面蒸發(fā)，進(jìn)而對(duì)上層基質(zhì)的含水量起到補(bǔ)充作用[13]。當(dāng)基質(zhì)含水量低于含水量閾值時(shí)其每天耗水量會(huì)明顯下降[7]，由圖2可知，6個(gè)綠色屋頂?shù)暮块撝导s為0.15 m3/m3。在基質(zhì)含水量較低的中午時(shí)段基質(zhì)含水量有增加的跡象，這可能是非穩(wěn)定蒸發(fā)的結(jié)果。

由于缺少蓄水層的水分補(bǔ)充，麥冬草、佛甲草、姬十二單綠色屋頂?shù)母珊禃r(shí)間分別為8、9、8 d，即基質(zhì)含水量降到0.15 m3/m3時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。蓄水層對(duì)不同植被類的綠色屋頂基質(zhì)含水量的補(bǔ)給效應(yīng)不同，設(shè)置蓄水層后3種植被的干旱時(shí)間分別延長(zhǎng)了4、3、2 d，這主要與植被蒸騰速率和基質(zhì)初始含水量有關(guān)。蒸騰速率越高的植被每天需要消耗的水分越多，基質(zhì)初始含水量越高可用于蒸散發(fā)的水分越多，姬十二單有最高的蒸騰速率，含蓄水層的麥冬草綠色屋頂具有最高的初始含水量，這得益于麥冬草根系更有效地保持水分，因?yàn)楹瘫究浦参锿休^大的根和莖生物量[20]。

2.2 植物氣孔導(dǎo)度

2020年10月28日佛甲草、麥冬和姬十二單三種植被的氣孔導(dǎo)度逐時(shí)變化如圖3(a)所示。如圖3(a)可知，在13:00左右植被的氣孔導(dǎo)度值最大，選擇13:00的氣孔導(dǎo)度值代表當(dāng)天植被的蒸騰速率。為了觀察水分限制和季節(jié)變化對(duì)植被蒸騰速率的影響，分別在晴朗的2020年11月7日、11月14日、11月21日和12月10日測(cè)量了植被氣孔導(dǎo)度值，4 d的氣孔導(dǎo)度值如圖3(b)所示。

圖3 麥冬草、佛甲草和姬十二單氣孔導(dǎo)度值小時(shí)變化和 6個(gè)綠色屋頂植被氣孔導(dǎo)度值日變化Fig.3 The stomatal conductance value changes hourly of Ophiopogon japonicus, Sudem lineare and Ajuga repanms and the daily variation of stomatal conductance of 6 green roofs

從圖3(a)可以看出，姬十二單有最高的氣孔導(dǎo)度值，其次是麥冬草，最低的是佛甲草，這與植被類型有關(guān)。氣孔導(dǎo)度是通過(guò)植物氣孔的氣體交換和蒸騰速率的估計(jì)值，因此較高的氣孔導(dǎo)度往往對(duì)應(yīng)于較高的ET速率[11]。三種植被的氣孔導(dǎo)度值變化基本與太陽(yáng)輻射變化相吻合。彭躍暖等[13]通過(guò)蒸滲儀的每小時(shí)數(shù)據(jù)得出結(jié)論，佛甲草因?yàn)槠涮厥獾木疤焖岽x方式，所以在太陽(yáng)輻射最大的12:00關(guān)閉氣孔達(dá)到減少水分消耗的目的。當(dāng)植被葉面溫度升高時(shí)，植物通過(guò)蒸騰作用降低葉面溫度，而當(dāng)葉面溫度高于植物生理抗熱臨界溫度后，植被放棄積極的抵抗模式，轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)閉氣孔的消極抵抗模式，這個(gè)時(shí)候植被蒸騰速率明顯降低[21]。本試驗(yàn)是在秋天進(jìn)行，空氣溫度可能沒(méi)有達(dá)到佛甲草的生理抗熱臨界溫度，所以佛甲草在太陽(yáng)輻射最大時(shí)氣孔導(dǎo)度最大。佛甲草在溫度較高的夏季蒸騰速率與空氣溫度的關(guān)系有待繼續(xù)深入研究。

在2020年11月7日，含水量充足時(shí)，所有植被氣孔導(dǎo)度值都處于較高值。麥冬草、佛甲草和姬十二單的平均氣孔導(dǎo)度值分別約為99、63、150 mmol/(m2·s)。經(jīng)歷了12 d的干旱時(shí)間，在2020年11月14日，所有植被氣孔導(dǎo)度值都明顯下降，并且含蓄水層的植被氣孔導(dǎo)度下降幅度明顯小于不含蓄水層的。不含蓄水層的麥冬草、佛甲草和姬十二單的氣孔導(dǎo)度下降幅度分別是60%、62%、66% ；含蓄水層的麥冬草、佛甲草和姬十二單的氣孔導(dǎo)度下降幅度分別是36%、13%、27%。因?yàn)樾钏畬油ㄟ^(guò)維持基質(zhì)更高的含水量進(jìn)而維持植被更高的蒸騰速率；此外蓄水層對(duì)維持不同植被類型氣孔導(dǎo)度值效果明顯不同，可能是：佛甲草具有景天酸代謝特征，所以在面臨干旱脅迫時(shí)會(huì)快速調(diào)節(jié)自身代謝，以適應(yīng)缺水環(huán)境，蓄水層的少量水分補(bǔ)充就可以保持其較高的蒸騰速率。

綠色屋頂在2020年11月3—15日經(jīng)歷了第一次長(zhǎng)度13 d的干旱階段，之后發(fā)生了充足降雨事件，綠色屋頂基質(zhì)含水量恢復(fù)到較高值。在2020年11月21日測(cè)量氣孔導(dǎo)度，所有的植被的氣孔導(dǎo)度值都明顯提高了，但是植物經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的水分限制，氣孔導(dǎo)度值無(wú)法恢復(fù)到2020年11月7日測(cè)量到的初始值。這說(shuō)明長(zhǎng)時(shí)間的水分限制對(duì)植物健康有很大影響[22]。

2.3 干旱時(shí)期綠色屋頂每天實(shí)際蒸散發(fā)規(guī)律

2.3.1 氣候條件對(duì)蒸散發(fā)的影響

圖4 2020年11月和12月的兩個(gè)干旱事件中 6個(gè)綠色屋頂?shù)膶?shí)際蒸散發(fā)量變化Fig.4 The actual evapotranspiration of the six green roofs changed during the two drought events in November and December 2020

圖4顯示2020年11月3—15日和2020年12月6—18日兩個(gè)干旱階段6個(gè)綠色屋頂每天實(shí)際蒸散發(fā)量的變化。6個(gè)綠色屋頂在2020年11月和12月兩個(gè)干旱事件中的平均AET值分別為3.2、2.2 mm/d，秋季的平均AET約為冬季的1.4倍；秋季最高AET值為6.1 mm/d，而冬季僅為3.8 mm/d。因?yàn)榭諝鉁囟群吞?yáng)輻射是誘導(dǎo)綠色屋頂ET的最關(guān)鍵氣象參數(shù)[23-24]，與冬季氣候條件相比，秋季有更高的平均空氣溫度(分別是22.7 ℃和15.4 ℃)和日平均太陽(yáng)輻射(分別是18.3 MJ/m2和8.2 MJ/m2)，綠色屋頂ET由基質(zhì)蒸發(fā)作用和植被蒸騰作用組成，通過(guò)圖3(b)可知植被在秋季蒸騰速率明顯高于冬季，空氣溫度越高基質(zhì)的蒸發(fā)速度越高。

干旱時(shí)期AET的變化趨勢(shì)反映了氣象參數(shù)的高度變化。兩個(gè)干旱事件中，總體而言綠色屋頂?shù)腁ET均隨干旱時(shí)間呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，再次說(shuō)明含水量對(duì)蒸散發(fā)的重要影響[25]。但是由于綠色屋頂?shù)恼羯l(fā)還受到空氣溫度、太陽(yáng)輻射、空氣濕度和風(fēng)速等氣象參數(shù)的影響，所以這種下降趨勢(shì)是波動(dòng)的[13]。這說(shuō)明含水量和氣象參數(shù)對(duì)AET的影響是兩者共同作用的結(jié)果[26]。

2.3.2 蓄水層設(shè)置和植被類型對(duì)蒸散發(fā)的影響

從圖4可知，與較冷的冬季相比，在溫暖秋季植被類型和蓄水層設(shè)置造成的綠色屋頂蒸散發(fā)差異更顯著，蓄水層提升綠色屋頂平均AET在秋季和冬季分別為1.2 mm/d和0.3 mm/d。三種植被代謝方式及對(duì)溫度和太陽(yáng)輻射等氣象參數(shù)的敏感程度不同[13]，秋季空氣溫度較高植被代謝活動(dòng)旺盛，而冬季溫度降低植被體內(nèi)發(fā)生一系列適應(yīng)低溫的生理變化；蓄水層蓄存的雨水通過(guò)蒸發(fā)作用回補(bǔ)給上層土壤，溫暖的秋季能具有更高的能量(空氣溫度)誘導(dǎo)蓄水層中的水分向上運(yùn)輸。

圖5 2020年11月和12月的兩個(gè)干旱事件中6個(gè)綠色 屋頂?shù)睦鄯e蒸散發(fā)量Fig.5 Cumulative evapotranspiration of 6 green roofs during two drought events in November and December 2020

2020年11月3—15日和2020年12月6—18日兩個(gè)干旱階段6個(gè)綠色屋頂實(shí)際累積蒸散發(fā)量的變化如圖5所示。由圖5可知，含蓄水層綠色屋頂?shù)恼羯l(fā)速率總是高于無(wú)蓄水層綠色屋頂，平均AET相比無(wú)蓄水層綠色屋頂提高了0.6 mm/d。在11月干旱事件中，相比較不含蓄水層的綠色屋頂，含蓄水層種植麥冬草、佛甲草和姬十二單的綠色屋頂分別在雨后10、8、6 d之后才開(kāi)始明顯增強(qiáng)綠色屋頂?shù)腁ET。這說(shuō)明在干旱前期含水量較高時(shí)，蓄水層雖然能維持基質(zhì)更高的含水量，但是決定AET速率關(guān)鍵因素的不是含水量；干旱后期蓄水層明顯提高綠色屋頂AET，這與蓄水層的對(duì)基質(zhì)層額外的水分補(bǔ)充有關(guān)，蓄水層通過(guò)維持基質(zhì)更高含水量進(jìn)而保持植物更高的蒸騰速率和基質(zhì)蒸發(fā)速率[11]。

耗水量越大的植被蓄水層對(duì)增加其綠色屋頂AET的作用越明顯。蓄水層對(duì)增加姬十二單和佛甲草綠色屋頂?shù)腁ET效果最明顯，最差的是麥冬草，在11月的干旱事件中平均AET分別增加了1.1、1.0、0.4 mm/d?？赡茉蚴牵杭蔚母涤置苡珠L(zhǎng)(約10 cm)，更高效地利于蓄水層中的水分；麥冬草不喜潮濕，蓄水層維持基質(zhì)較高的穩(wěn)定含水量反而不利于其健康[11]，通過(guò)觀察含蓄水層麥冬草長(zhǎng)勢(shì)沒(méi)有不含蓄水層的好。

在11月的干旱事件中，在含蓄水層的三種不同植被綠色屋頂中，種植姬十二單的綠色屋頂(4.3 mm/d)和種植佛甲草的綠色屋頂(3.6 mm/d)的平均AET比麥冬草(2.9 mm/d)綠色屋頂明顯高，這可能得益于姬十二單和佛甲草較高的葉面指數(shù)(leaf area index，LAI)。Peri等[27]研究結(jié)果表明， LAI值越高，蒸散發(fā)量越高。通過(guò)計(jì)算姬十二單、佛甲草和麥冬草的LAI分別約為4、2、1 m2/m2。以往研究表明C3或C4植物(如草甸花、禾本科植物)相比較佛甲草(景天酸代謝)有更高的ET速率[28-29]。然而本試驗(yàn)與此結(jié)論不一致，說(shuō)明評(píng)價(jià)植被的蒸發(fā)速率應(yīng)該綜合考慮植被類型和植被LAI。

2.3.3 含水量對(duì)蒸散發(fā)的影響

圖6 干旱期內(nèi)6個(gè)綠色屋頂?shù)耐寥浪钟行耘c AET/PET的線性相關(guān)性分析圖Fig.6 Linear correlation analysis between soilmoisture availability and AET/PET of six green roofs during drought periods

為了檢驗(yàn)蒸散發(fā)率是如何受到土壤含水率的影響，并排除天氣變化對(duì)蒸散發(fā)的影響，對(duì)綠色屋頂潛在蒸散發(fā)(potential evapotranspiration，PET)進(jìn)行估算，將水分有效性(日平均量含水量與飽和含水量的比值)與AET / PET的比值進(jìn)行相關(guān)性分析。PET的計(jì)算使用Penman-Monteith公式[30]，因?yàn)镻enman-Monteith被廣泛應(yīng)用于計(jì)算PET且計(jì)算準(zhǔn)確度高[31]。6個(gè)綠色屋頂?shù)乃钟行耘cAET / PET的關(guān)系如圖6所示?？偟膩?lái)說(shuō)，AET/ PET隨著水分有效性的下降，相對(duì)線性降低[32]，即含水量與AET呈現(xiàn)一定程度正相關(guān)性[33]。本文試驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)[13,19]研究結(jié)果相近，線性正相關(guān)系數(shù)的范圍大概是0.34～0.83，這種線性正相關(guān)系數(shù)根據(jù)綠色屋頂結(jié)構(gòu)配置不同(基質(zhì)類型、有無(wú)蓄水層)有較大差異。其中，這種正相關(guān)性對(duì)不含蓄水層的綠色屋頂與含蓄水層的綠色屋頂相比，更為明顯，線性正相關(guān)系數(shù)為0.41。這與蓄水層對(duì)綠色屋頂基質(zhì)含水量的額外補(bǔ)充有關(guān)，表現(xiàn)為含蓄水層的綠色屋頂AET受含水量的影響較小。Tan等[11]研究發(fā)現(xiàn)含蓄水層的密集型綠色屋頂基質(zhì)日平均含水量與日平均ET呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此得出含蓄水層的綠色屋頂ET不受含水量限制。然而本文研究結(jié)論與其相反，一方面可能是因?yàn)樾钏畬訉?duì)密集型綠色屋頂和拓展型綠色屋頂ET速率的影響機(jī)制不同；另一方面可能是蓄水層類型不同對(duì)綠色屋頂?shù)恼羯l(fā)影響相差較大[7]。這值得進(jìn)一步探討。

相較與姬十二單(R2=0.36)和麥冬草(R2=0.40)綠色屋頂，佛甲草綠色屋頂含水量與AET的正相關(guān)系數(shù)更高(R2=0.53)。這說(shuō)明佛甲草水敏感性最高，即佛甲草綠色屋頂蒸散發(fā)受基質(zhì)含水量影響最大。蓄水層對(duì)不同植被的影響主要體現(xiàn)在對(duì)基質(zhì)含水量的影響上，設(shè)置蓄水層后麥冬草和姬十二單綠色屋頂含水量與AET的正相關(guān)系數(shù)基本不變，而佛甲草綠色屋頂下降了0.18。再一次說(shuō)明佛甲草受含水量的影響最大。

3 結(jié)論

(1)在降雨事件發(fā)生的3 d內(nèi)，蓄水層有助于保持綠色屋頂基質(zhì)含水量保持較高的穩(wěn)定含水量，并且在整個(gè)干旱階段，基質(zhì)含水量高于無(wú)蓄水層綠色屋頂，有效推遲綠色屋頂植被遭受干旱脅迫的時(shí)間。

(2)畜水層設(shè)計(jì)和植被類型對(duì)綠色屋頂ET的影響性在溫暖季節(jié)較為顯著，在寒冷季節(jié)則可以忽略。蓄水層提升綠色屋頂平均AET在秋季和冬季分別為1.2、0.3 mm/d。

(3)蓄水層綠色屋頂?shù)腁ET總是高于無(wú)蓄水層綠色屋頂，平均AET相比無(wú)蓄水層綠色屋頂提高了0.6 mm/d；蓄水層結(jié)構(gòu)對(duì)增加綠色屋頂?shù)腁ET的作用主要體現(xiàn)在干旱后期，其中蓄水層對(duì)增加姬十二單綠色屋頂?shù)腁ET作用最明顯，平均AET增加了1.1 mm/d；蓄水層通過(guò)維持基質(zhì)更高含水量從而保持植物更高的蒸騰速率，相比于種植麥冬草和姬十二單的綠色屋頂，蓄水層對(duì)維持佛甲草的氣孔導(dǎo)度值最有效。

(4)不同植被類型綠色屋頂?shù)腁ET存在顯著差異，種植姬十二單綠色屋頂?shù)钠骄鵄ET最高，其次是佛甲草，AET最小的是麥冬草，這是植被類型和植被葉面指數(shù)共同影響的結(jié)果。表明姬十二單可作為降雨頻繁的地區(qū)(如南寧市)的綠色屋頂植被選擇，以通過(guò)較高的ET作用調(diào)節(jié)綠色屋頂?shù)挠晁{(diào)蓄能力。

(5)含水量與AET呈現(xiàn)一定程度線性正相關(guān)性，相較于不設(shè)置蓄水層的綠色屋頂(R2=0.41)，設(shè)置蓄水層的綠色屋頂線性正相關(guān)性更低(R2=0.31)，得益于其額外的水分補(bǔ)充。并且佛甲草綠色屋頂蒸散發(fā)受基質(zhì)含水量影響最大(R2=0.53)。