小區(qū)綠化灌溉節(jié)水方法的研究與探索*

董 平 ,周莉娜 ,毛 暉

(1.中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院中飛地產(chǎn)公司,陜西西安 710089;2.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,陜西楊凌 712100)

在人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程中,城市園林綠地作為城市中唯一具有自凈能力的系統(tǒng),在改善環(huán)境質(zhì)量、維護(hù)城市生態(tài)平衡、美化城市景觀等方面,起著十分重要的作用。但是伴隨著城市綠地建設(shè)的迅速發(fā)展,綠地面積的日益增加,園林用水量也逐年提高,而我國(guó)是一個(gè)水資源嚴(yán)重匱乏的國(guó)家,水資源短缺已經(jīng)成為制約我國(guó)城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素。如何解決綠化用水逐年增加與水資源短缺之間的矛盾已成為園林工作者研究的重要課題[1-4]。近年來(lái),隨著城市小區(qū)環(huán)境改造工程的實(shí)施,城市小區(qū)綠化面積不斷擴(kuò)大,園林綠化給人們提供了美好工作環(huán)境,但是用于綠化養(yǎng)護(hù)的成本也逐年增加,綠化用水量消耗巨大。粗放式的管理模式導(dǎo)致了許多問(wèn)題:首先城市綠化用水缺乏科學(xué)指導(dǎo)依據(jù),憑感覺(jué)盲目的灌溉在一定程度上造成了綠化用水的浪費(fèi)。其次綠化用水量缺少量化管理,不僅浪費(fèi)了水資源,同時(shí)也降低了土壤的肥力。第三缺乏針對(duì)主要草坪草的種類及習(xí)性進(jìn)行科學(xué)灌溉的方法。第四用于綠化養(yǎng)護(hù)的水源混亂,沒(méi)有充分利用再生水。長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)有重視雨水、地下水等再生水的充分利用,在一定程度上造成了水資源浪費(fèi),間接造成了綠化養(yǎng)護(hù)成本的增加[5-7]。針對(duì)綠化用水方面存在的這些問(wèn)題,本文以建設(shè)“節(jié)水型園林”和提高經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo),在綠化用水的精細(xì)化管理方面進(jìn)行了必要的探討,以期達(dá)到節(jié)約水資源、降低成本及提高綠地養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地點(diǎn):中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院園林綠地。草坪面積占綠化面積的42%以上。

供試植物:綠化草坪用白三葉草(Trifolium repens L.)和翦股穎(Agrostis stolonifera&tenuis)。

1.2 研究?jī)?nèi)容

1.2.1 氣溫與降雨量統(tǒng)計(jì) 收集了陜西省氣象站統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)地點(diǎn)4年的氣溫月變化值和降雨量月變化值,進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,研究其對(duì)供試植物土壤保水特性的影響。

1.2.2 干旱脅迫試驗(yàn) 通過(guò)土壤水分測(cè)定實(shí)驗(yàn)研究植物正常生長(zhǎng)需求的土壤含水量的上下限。具體方法為:選取1 m2大小的草坪,將其四周深挖1 m,并用塑料布包裹樣方以達(dá)到與周圍環(huán)境的物理隔離,防止樣方內(nèi)外水分交換。試驗(yàn)田首日進(jìn)行全面灌溉,達(dá)到土壤飽和含水量時(shí)抽測(cè)此時(shí)土壤含水量(即為土壤含水量的上限),試驗(yàn)期間定期檢測(cè)土壤含水量,直到草坪草臨界萎蔫,此時(shí)的含水量為土壤含水量的下限。試驗(yàn)管理中,對(duì)試驗(yàn)田及其周圍的草坪不進(jìn)行澆灌,有降雨時(shí)提前用塑料布遮蓋試驗(yàn)田,防止雨水滲入。試驗(yàn)期每日觀察草坪長(zhǎng)勢(shì)并記錄,將記錄結(jié)果與土壤含水量試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合分析植物維持正常生長(zhǎng)的土壤含水量,并擬定兩類草坪的灌溉周期。

1.2.3 制定綠化用水管理制度 通過(guò)運(yùn)用作物蒸發(fā)蒸騰修訂公式進(jìn)行計(jì)算,確定小區(qū)綠化節(jié)水灌溉細(xì)化管理制度。

2 結(jié)果與分析

2.1 2006～2009年氣溫和降雨量變化趨勢(shì)

通過(guò)當(dāng)?shù)貧庀笳臼占俗?006年以來(lái)的氣溫和降水量等氣象資料,其變化趨勢(shì)如圖1、2所示。2006～2009年的年積溫分別為:174.1、181.0、172.5和174.9℃。除2006年6月份外,各年最高氣溫均出現(xiàn)在 6、7、8三個(gè)月,2006～2009年4年間氣溫年際變化不大。2006～2009年年降雨量分別為:394.5、514.4、694.0和 554.8 mm,2008年和2009年降雨量顯著高于前兩年。4年中的降雨量都集中在5～9月間,占到全年的75%左右。2007、2008年更加集中在6～8三個(gè)月,降雨占全年的65%左右。

田間草坪生長(zhǎng)狀況表明,白三葉草坪從完全灌溉至臨近枯萎耗時(shí)21 d,翦股穎草坪耗時(shí)14 d臨近枯萎。對(duì)兩種草坪不同土層含水量進(jìn)行線性擬合可見(jiàn)(圖3),白三葉草坪0～20 cm和20～40 cm土壤含水量隨灌溉天數(shù)而下降,在正常生長(zhǎng)期間,20～40 cm土層含水量低于0～20 cm。翦股穎草坪兩土層含水量基本一致。比較兩種草坪土壤含水量與灌溉后天數(shù)的擬合結(jié)果,都呈顯著線性相關(guān),其中白三葉和翦股穎的土壤含水量擬合上限分別為23.5%和26.06%,略有差異,都接近于土壤田間持水量(28%左右),適合兩種草坪生長(zhǎng)的土壤含水量下限,即枯萎臨界值,白三葉為5.7%,翦股穎為6.5%。比較擬合曲線斜率發(fā)現(xiàn),翦股穎草坪明顯高于白三葉草坪,表明翦股穎生長(zhǎng)期間土壤水分消耗顯著高于白三葉草坪。

圖1 2006～2009年氣溫變化趨勢(shì)

圖2 2006～2009年降雨量變化趨勢(shì)

2.2 不同草坪土壤水分含量變化

白三葉和翦股穎均為冷地型草坪草種類,田間試驗(yàn)表現(xiàn)為,白三葉因?yàn)槿~面茂盛,水分蒸騰量大多來(lái)自葉面蒸騰作用,株間蒸發(fā)較少;而翦股穎葉面較小,植物的蒸騰作用較少,株間土壤的蒸發(fā)較多。為了確定這兩種類型草坪的水分需求差異,采樣測(cè)定了一定時(shí)間內(nèi)土壤水分含量的變化,測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

2.3 確定灌溉定額和灌水精細(xì)管理制度

圖3 不同草坪土壤中水分含量變化

表1 兩種草坪灌溉后土壤含水量變化

2.3.1 確定灌溉定額 采用1997年聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)推薦作物蒸騰修訂公式來(lái)計(jì)算兩種草坪需水量。ETc=ETo*Kc,其中ETc為草坪實(shí)測(cè)蒸騰量,ETo為同一時(shí)間參照作物蒸騰量,Kc為草坪草的作物系數(shù)。ETo依據(jù)FAO推薦的彭曼-蒙特斯(Penman-M onteith)公式[8]進(jìn)行計(jì)算。該公式的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和精度都比較高。作物系數(shù)Kc根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值選取,冷季型草的坪草系數(shù)均高于暖季型草,其中冷季型草的坪草系數(shù)介于0.6～0.8之間,暖季型草的坪草系數(shù)介于0.5～0.7之間。本研究中為冷季型草,選取系數(shù)為0.7。根據(jù)多年的年平均降水量和植物的需水量計(jì)算出植物的需要補(bǔ)給量,即灌溉定額。由降水量和需水量的月變化情況,推算出兩種草坪草每月的灌溉定額。本試驗(yàn)中氣象資料表明,年平均降水量為539.4 mm,而白三葉草坪的全年需水總量為744.0 mm,全年缺水量(即需要補(bǔ)給的水量)約為204.6 mm;翦股穎草坪的全年需水量約為893.6 mm,缺水量約為354.2 mm。兩種草坪的降水量和需水量的月分布情況見(jiàn)圖4和圖5。由圖4可見(jiàn),降雨量相對(duì)于兩種作物需水時(shí)期均有滯后,故在需水旺期需要進(jìn)行灌溉管理,相比較而言,翦股穎需水量顯著高于三葉草。圖5表明4、5、6三個(gè)月為兩種草坪最為缺水的時(shí)期,三葉草缺水量占全年94%,而翦股穎占到全年76%,且翦股穎缺水量較三葉草更加嚴(yán)重。

2.3.2 確定灌水精細(xì)管理制度 通過(guò)田間試驗(yàn)測(cè)出每次灌溉的灌水定額。由于土壤的飽和含水量的限制,所以必須通過(guò)田間試驗(yàn)測(cè)出每次灌溉的合適水量。經(jīng)多次田間試驗(yàn),噴灌開(kāi)始30～45 min時(shí),澆灌后土壤的含水量基本達(dá)到田間持水量,此時(shí)灌溉量約為0.010～0.015 m3/m2,所以確定每次的灌水定額為0.010～0.015m3/m2(表2、3)。

圖4 兩種草坪需水量與降雨量關(guān)系

圖5 兩種草坪缺水量變化比較

表2 翦股穎草坪平水年份灌水次數(shù)、灌水定額和灌水周期

通過(guò)土壤試驗(yàn),得到詳實(shí)可靠的數(shù)據(jù),由兩種草坪草的月灌溉定額和每次的灌水定額制定了相應(yīng)的節(jié)水灌溉制度。通過(guò)本制度的規(guī)范,試驗(yàn)區(qū)單次灌溉時(shí)間大大減少,避免了灌溉水的無(wú)效利用。夏季的灌水周期依據(jù)制度由1～2 d延長(zhǎng)至4～6 d,減少了不必要的水分損失。經(jīng)年終核算,節(jié)約綠化用水30%以上,節(jié)省經(jīng)費(fèi)35萬(wàn)元。使綠化植物提高了水分利用效率的同時(shí),降低了養(yǎng)護(hù)成本。精細(xì)灌溉制度的建立,使得綠化用水不僅有了科學(xué)依據(jù),而且量化了綠化用水量和澆灌次數(shù),這樣既達(dá)到了節(jié)水目的,又實(shí)現(xiàn)了科學(xué)高效的管理。

表3 白三葉草坪平水年份灌水次數(shù)、灌水定額和灌水周期

3 結(jié)論

通過(guò)進(jìn)行白三葉草和翦股穎草的小區(qū)試驗(yàn),研究了兩種草坪的蒸發(fā)蒸騰導(dǎo)致的土壤含水量的變化和降雨量以及灌溉后天數(shù)之間的相互關(guān)系。結(jié)果表明,兩種常見(jiàn)的綠化用草中,翦股穎的蒸發(fā)蒸騰速率明顯高于白三葉。翦股穎種植區(qū)0～20和20～40 cm土層中水分變化趨勢(shì)吻合,而白三葉草種植區(qū)土層含水量為20～40 cm低于0～20 cm,這一結(jié)果說(shuō)明三葉草土壤水分損失以植物較大葉片的蒸騰作用為主,葉片的覆蓋作用使表層的土壤水分損耗較小,而翦股穎葉片較小,結(jié)果為蒸騰作用較小,土壤的水分蒸發(fā)較大,最終兩土層水分變化趨勢(shì)一致。本研究形成的精細(xì)灌溉制度,經(jīng)將每次灌溉時(shí)間由原來(lái)的1～2 h縮短為45 min,根據(jù)氣候的變化情況和植物的生長(zhǎng)習(xí)性,將全年的灌溉定額合理的分布在全年各個(gè)月份,使植物充分利用有限的水分,達(dá)到節(jié)水和提高養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的目的。本研究針對(duì)常見(jiàn)的兩種綠化草坪白三葉草和翦股穎展開(kāi)研究,有一定的參考價(jià)值。今后的研究還應(yīng)在不同類型的綠化植物的抗干旱脅迫的方向深入下去。

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