基于科學(xué)理論與氣象要素的草坪建植與養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究

收稿日期：2023-11-10

作者簡(jiǎn)介：裴寶紅（1974—），女，甘肅天水人，副教授，主要從事草坪建植與養(yǎng)護(hù)、園林植物栽培與養(yǎng)護(hù)的教學(xué)與研究工作。

摘 要：為了增強(qiáng)城市草坪建植和養(yǎng)護(hù)技術(shù)的科學(xué)性和精細(xì)性，基于生態(tài)學(xué)原理研究了草坪建植和養(yǎng)護(hù)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的要求，以及受氣溫、降水、蒸發(fā)等氣象因素影響下，草坪建植土壤水分對(duì)草坪的蒸散和生長(zhǎng)的影響，以氣象數(shù)據(jù)作為指導(dǎo)，開展土壤水分的變化特征及草地城市草坪土壤水分蒸發(fā)特性研究。結(jié)果表明：降水條件是影響草坪草蒸散的重要因素，當(dāng)土壤含水量為田間持水量的70%～85%時(shí)，草坪的蒸散量最大；而土壤含水量在40%～55%時(shí)，草坪的蒸散量最小，且城市草坪建植的草業(yè)面積指數(shù)，地上地下生物量均與土壤的含水量呈正相關(guān)的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：草坪養(yǎng)護(hù)；土壤水分；氣象數(shù)據(jù)；降水量；蒸散量；葉面積指數(shù)

中圖分類號(hào)：S688.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：2095–3305（2024）03–000-03

草坪是城市現(xiàn)代化發(fā)展和城市建設(shè)的重要組成部分，具有調(diào)節(jié)城市小氣候、凈化城市空氣、吸附塵埃、降溫建造及保持水土等生態(tài)功能。隨著城市發(fā)展對(duì)草坪建植技術(shù)的重視，有關(guān)草坪科學(xué)的研究也成為高校教育研究的熱點(diǎn)專業(yè)之一，然而，由于缺乏科學(xué)的理論的指導(dǎo)，我國(guó)的草坪建植和養(yǎng)護(hù)技術(shù)相對(duì)滯后[1]。因此，在生態(tài)學(xué)、景觀美學(xué)、工程學(xué)的基礎(chǔ)上，研究草坪建植與養(yǎng)護(hù)技術(shù)，并且采用結(jié)構(gòu)方程模型分析了氣象數(shù)據(jù)對(duì)草坪建植土壤中有機(jī)碳、速效氮、速效鉀及全氮含量、土壤含水率和容重的影響程度，以期豐富我國(guó)草坪建植養(yǎng)護(hù)科學(xué)研究成果，為城市綠色生態(tài)環(huán)保系統(tǒng)建設(shè)提供參考。

1 科學(xué)草坪建植設(shè)計(jì)原理

1.1 景觀美學(xué)原理

草坪建植科學(xué)不僅需要考慮草坪草培育和種植，還需要注重草坪的作用，在草坪建植鋪設(shè)的過程中控制好美化造景、控制視線、劃分空間、組織排水、生態(tài)保護(hù)等因素。草坪建植是對(duì)城市地形美化的過程，根據(jù)地形景觀分類，草坪建植可以分為平坦式、自然式和幾何式。平坦式草坪建植通常通過控制草坪的修剪、滾壓路徑等方式改變草坪草莖葉的長(zhǎng)短、生長(zhǎng)方向，以此創(chuàng)造出明暗不同的草坪；自然式的草坪建植則是模仿自然地形的起伏變化；幾何式的草坪建植中最常見的是階梯形草坪，將地形作為階梯狀，美化地形的同時(shí)，可以增強(qiáng)草坪建植的藝術(shù)感[2]。

1.2 工程學(xué)原理

科學(xué)草坪建植技術(shù)需要工程科學(xué)的原理幫助，草坪的建植技術(shù)主要包括園林種植技術(shù)、植物修剪技術(shù)、土壤改良技術(shù)，給（排）水技術(shù)等技術(shù)手段?；诠こ虒W(xué)的草坪建設(shè)規(guī)劃施工流程見圖1。

1.3 生態(tài)學(xué)原理

草坪草及其生長(zhǎng)環(huán)境，如氣候、土壤以及其他生物因素等共同組成草坪的生態(tài)系統(tǒng)，其中，氣候及土壤質(zhì)量是直接影響草坪草健康生長(zhǎng)的重要影響因素，是草坪建植和規(guī)劃設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。依據(jù)草坪草對(duì)氣候氣象的適應(yīng)性，可以將草坪草分為冷季型和暖季型2種類型草，冷季型的草坪草耐寒性較強(qiáng)，但耐高溫能力較差，最適合冷季型草坪草建植并保障其健康生長(zhǎng)的溫度為15～25 ℃，氣溫過高（>30 ℃）則會(huì)影響草坪草的生長(zhǎng)速度。如黑麥草屬、羊茅屬、早熟禾屬及翦股穎屬等冷季型草坪草在高溫氣候生長(zhǎng)較為緩慢，而暖季型草坪草最適宜的生長(zhǎng)溫度為26～32 ℃，如結(jié)縷草屬、狗牙根屬、雀稗屬、鈍葉草屬、野牛草屬、蜈蚣草屬等，這類草坪草在氣溫較低的環(huán)境中生長(zhǎng)比較緩慢[3]。

2 基于降水量對(duì)草坪草蒸散特性的研究

2.1 蒸散發(fā)分析方法

蒸散發(fā)指的是土壤蒸發(fā)和植被蒸騰之和，蒸散發(fā)控制著土壤向大氣傳輸?shù)乃?，由此影響著植被的生長(zhǎng)、土壤含水量、下滲及徑流過程等，是水循環(huán)的關(guān)鍵部分[4]。采用英國(guó)氣象學(xué)家Penman提出的一種用于表示在同一種植被覆蓋、根系土壤水分充足性及地表蒸發(fā)和植被蒸騰，其是一種考慮物理因素計(jì)算蒸散量的方法，根據(jù)土壤水分，換算盆重后采用稱重法控制土壤含水量。該方法根據(jù)動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)原理，充分考慮了自然氣象因素，如溫度、空氣濕度等各項(xiàng)氣象因子蒸散量計(jì)算。根據(jù)土壤水分且采取土壤稱重的方式獲取土壤的含水量。充分考慮動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)的原理，以及涉及草坪植被健康生長(zhǎng)的自然氣象數(shù)據(jù)，獲取草坪的蒸散量[5]。

參考作物蒸散量是評(píng)價(jià)草坪建植區(qū)域需水量估算和水資源合理規(guī)劃的關(guān)鍵因子，其計(jì)算公式為：

（1）

式（1）中，ET0表示參考作物蒸散量，單位為mm/d；

?表示水汽壓和溫度函數(shù)曲線在某時(shí)間點(diǎn)上的斜率，單位為kPa/K；Rn表示地表凈輻射量，單位為MJ/（m2·d）；

G表示土壤熱通量；es為不同溫度下的飽和水汽壓，單位為kPa；ea為實(shí)際水汽壓值，單位為kPa；T為溫度；μ為距地面2 m的風(fēng)速；為干濕溫度計(jì)常數(shù)。

而公式中涉及的各個(gè)變量可以通過以下公式進(jìn)行計(jì)算。

（2）

（3）

ea=es×He（4）

=0.665×10-3P（5）

式（2）～（3）中H為相對(duì)濕度；P為大氣壓強(qiáng)，其余解釋同式（1）一致。

2.2 水分有效性

土壤的水分研究是草坪建植工作的重要一環(huán)，草坪養(yǎng)護(hù)的生長(zhǎng)狀況與土壤水分的有效性聯(lián)系緊密，水分的有效性越高，說明土壤中的水分含量被植被充分吸收，則草坪草生長(zhǎng)越旺盛。此處水分有效性采用蒸散發(fā)和參考作物蒸散發(fā)的比值確定，兩者的比值表示在同一時(shí)間段內(nèi)，草坪草地受該時(shí)間段內(nèi)氣象數(shù)據(jù)的影響，草坪草植被接收到水分的有效性程度。其理論依據(jù)是影響土壤蒸散發(fā)量的土壤、植物及氣象因子3個(gè)元素的函數(shù)關(guān)系，其計(jì)算公式為：

δ=（6）

式（6）中，表示δ水分的有效性參數(shù)，其余解釋同上。

因此，只要是在質(zhì)量根系中吸取土壤水分的速率，且以此能達(dá)到平衡土壤蒸騰損耗水分的速率。此時(shí)從土壤植物到達(dá)大氣中水流則能夠在該速率中持續(xù)下去，保持植物水勢(shì)。研究土壤水分的有效性對(duì)草坪建植和養(yǎng)護(hù)、保護(hù)草坪生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展具有積極的作用。

3 應(yīng)用實(shí)踐

3.1 水文條件

為了研究氣象要素對(duì)草坪草建植和養(yǎng)護(hù)的影響，并且分析在氣象數(shù)據(jù)指導(dǎo)下草坪的建植和養(yǎng)護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)。以地處北亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)的某城市草坪建植為例。該城市屬于北亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，年均氣溫在16 ℃左右，多年累計(jì)平均降雨量高達(dá)1 000 mm，降水量充沛，降雨集中在5—9月。全年降水量的季節(jié)性變化較大，存在降水季節(jié)分配不均的問題。

3.2 土壤條件

結(jié)合該城市的自然氣象數(shù)據(jù)，以該城市中某草坪培育實(shí)驗(yàn)區(qū)的結(jié)縷草屬作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，以此研究土壤對(duì)草坪結(jié)縷草的蒸散量，為草坪養(yǎng)護(hù)工作的合理灌溉和科學(xué)管理草坪提供參考。該實(shí)驗(yàn)區(qū)的混合土樣質(zhì)地檢測(cè)結(jié)果為砂壤土，其土壤化學(xué)性狀見表1。

3.3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

3.3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與過程

根據(jù)以上提供的草坪蒸散發(fā)計(jì)算方法，并且將其應(yīng)用于該城市土壤水分對(duì)草坪草蒸散量的影響。對(duì)實(shí)驗(yàn)草場(chǎng)的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，該城市每個(gè)季度的平均溫度、風(fēng)速、降雨量及相對(duì)濕度情況見圖2。

從圖2可以看出，該實(shí)驗(yàn)區(qū)的年平均氣溫18.3 ℃，

全年氣溫的變化范圍在0～36 ℃，具有明顯的季節(jié)性變化，其波動(dòng)頻率較小，月內(nèi)波動(dòng)幅度為±9 ℃；平均風(fēng)速為0.4 m/s，常年處于無風(fēng)或者微風(fēng)狀態(tài)；年平均相對(duì)濕度保持在71.8%左右，整體相對(duì)濕度變化幅度較小，但在6—10月，其相對(duì)濕度較高，處于一個(gè)較高水平；從降雨量的分布統(tǒng)計(jì)情況來看，1—5月降雨量較小、6—9月降雨量逐漸增加，10月后，降雨量逐漸減少，僅占全年降雨量的11%。根據(jù)該實(shí)驗(yàn)草坪的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行其蒸散量計(jì)算獲得在不同土壤水分條件對(duì)草坪質(zhì)量的影響。

3.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過分析實(shí)驗(yàn)草坪的土壤含水量和土壤蒸散量，得出在草坪養(yǎng)護(hù)周期內(nèi)生長(zhǎng)情況的評(píng)價(jià)結(jié)果（圖3）。

通過實(shí)驗(yàn)分析，草坪的蒸散量分析可以實(shí)現(xiàn)草坪養(yǎng)護(hù)工作日常澆灌水量，且土壤含水量與草坪草葉面積指數(shù)的聯(lián)系緊密，含水量豐富，土壤水分有效性高，

則會(huì)大大提高草坪草的景觀質(zhì)量。并且，根據(jù)不同觀測(cè)時(shí)間范圍內(nèi)的蒸散量和參考作物蒸散量及水分的有效性進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果如下：

（1）測(cè)試時(shí)間段內(nèi)，參考作物蒸散量計(jì)算值為1 134 mm，較同年降雨量高989.7 mm，具有較為明顯的季節(jié)性變化。其水分有效性參數(shù)為0.37。

（2）實(shí)驗(yàn)區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)與參考作物蒸散量與草坪蒸散量之間的相關(guān)性大小依次為：風(fēng)速>相對(duì)濕度>降雨量>溫度，對(duì)蒸散量影響較大的氣象因素是氣溫和降雨量，與水分有效性相關(guān)性最大的氣象因素為風(fēng)速和相對(duì)濕度。

由此可以看出，草坪建植和養(yǎng)護(hù)工作需要充分考慮氣象數(shù)據(jù)因素變化，以土壤蒸散量作為草坪科學(xué)養(yǎng)護(hù)的依據(jù)，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)選擇合適的灌溉量。

4 結(jié)束語

結(jié)合科學(xué)理論指導(dǎo)及氣象數(shù)據(jù)支持對(duì)草坪建植工作存在明顯的支撐功能，為了增強(qiáng)草坪建植和養(yǎng)護(hù)的科學(xué)性和精細(xì)性，引入了氣象數(shù)據(jù)對(duì)草坪蒸散發(fā)的計(jì)算形式，以草坪蒸散量作為草坪養(yǎng)護(hù)科學(xué)化的指導(dǎo)方向。此外，分析不同土壤水分條件以及區(qū)域間氣象數(shù)據(jù)對(duì)草坪質(zhì)量的影響，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)可以為草坪高質(zhì)量建植提供參考。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，土壤水分條件的差異性可以顯著影響草坪草場(chǎng)的蒸散發(fā)，即供水多，蒸散量大；供水少，蒸散量小。因此，在草坪的養(yǎng)護(hù)工作中可以通過控制水分來降低草坪草的蒸散損失?？偠灾萜旱慕ㄖ埠宛B(yǎng)護(hù)工作不僅需要前期生態(tài)學(xué)、工程學(xué)等學(xué)科科學(xué)理論的指導(dǎo)，更需要在生長(zhǎng)期間給予科學(xué)的養(yǎng)護(hù)，從而有效地提高草坪景觀質(zhì)量。

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