小区绿化灌溉节水方法的研究与探索*

董 平 ,周莉娜 ,毛 晖

(1.中国飞行试验研究院中飞地产公司,陕西西安 710089;2.西北农林科技大学资源环境学院,陕西杨凌 712100)

在人类社会的可持续发展进程中,城市园林绿地作为城市中唯一具有自净能力的系统,在改善环境质量、维护城市生态平衡、美化城市景观等方面,起着十分重要的作用。但是伴随着城市绿地建设的迅速发展,绿地面积的日益增加,园林用水量也逐年提高,而我国是一个水资源严重匮乏的国家,水资源短缺已经成为制约我国城市可持续发展的重要因素。如何解决绿化用水逐年增加与水资源短缺之间的矛盾已成为园林工作者研究的重要课题[1-4]。近年来,随着城市小区环境改造工程的实施,城市小区绿化面积不断扩大,园林绿化给人们提供了美好工作环境,但是用于绿化养护的成本也逐年增加,绿化用水量消耗巨大。粗放式的管理模式导致了许多问题:首先城市绿化用水缺乏科学指导依据,凭感觉盲目的灌溉在一定程度上造成了绿化用水的浪费。其次绿化用水量缺少量化管理,不仅浪费了水资源,同时也降低了土壤的肥力。第三缺乏针对主要草坪草的种类及习性进行科学灌溉的方法。第四用于绿化养护的水源混乱,没有充分利用再生水。长期以来没有重视雨水、地下水等再生水的充分利用,在一定程度上造成了水资源浪费,间接造成了绿化养护成本的增加[5-7]。针对绿化用水方面存在的这些问题,本文以建设“节水型园林”和提高经济效益为目标,在绿化用水的精细化管理方面进行了必要的探讨,以期达到节约水资源、降低成本及提高绿地养护质量的目的。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地点:中国飞行试验研究院园林绿地。草坪面积占绿化面积的42%以上。

供试植物:绿化草坪用白三叶草(Trifolium repens L.)和翦股颖(Agrostis stolonifera&tenuis)。

1.2 研究内容

1.2.1 气温与降雨量统计 收集了陕西省气象站统计的试验地点4年的气温月变化值和降雨量月变化值,进行统计分析,研究其对供试植物土壤保水特性的影响。

1.2.2 干旱胁迫试验 通过土壤水分测定实验研究植物正常生长需求的土壤含水量的上下限。具体方法为:选取1 m2大小的草坪,将其四周深挖1 m,并用塑料布包裹样方以达到与周围环境的物理隔离,防止样方内外水分交换。试验田首日进行全面灌溉,达到土壤饱和含水量时抽测此时土壤含水量(即为土壤含水量的上限),试验期间定期检测土壤含水量,直到草坪草临界萎蔫,此时的含水量为土壤含水量的下限。试验管理中,对试验田及其周围的草坪不进行浇灌,有降雨时提前用塑料布遮盖试验田,防止雨水渗入。试验期每日观察草坪长势并记录,将记录结果与土壤含水量试验结果结合分析植物维持正常生长的土壤含水量,并拟定两类草坪的灌溉周期。

1.2.3 制定绿化用水管理制度 通过运用作物蒸发蒸腾修订公式进行计算,确定小区绿化节水灌溉细化管理制度。

2 结果与分析

2.1 2006～2009年气温和降雨量变化趋势

通过当地气象站收集了自2006年以来的气温和降水量等气象资料,其变化趋势如图1、2所示。2006～2009年的年积温分别为:174.1、181.0、172.5和174.9℃。除2006年6月份外,各年最高气温均出现在 6、7、8三个月,2006～2009年4年间气温年际变化不大。2006～2009年年降雨量分别为:394.5、514.4、694.0和 554.8 mm,2008年和2009年降雨量显著高于前两年。4年中的降雨量都集中在5～9月间,占到全年的75%左右。2007、2008年更加集中在6～8三个月,降雨占全年的65%左右。

田间草坪生长状况表明,白三叶草坪从完全灌溉至临近枯萎耗时21 d,翦股颖草坪耗时14 d临近枯萎。对两种草坪不同土层含水量进行线性拟合可见(图3),白三叶草坪0～20 cm和20～40 cm土壤含水量随灌溉天数而下降,在正常生长期间,20～40 cm土层含水量低于0～20 cm。翦股颖草坪两土层含水量基本一致。比较两种草坪土壤含水量与灌溉后天数的拟合结果,都呈显著线性相关,其中白三叶和翦股颖的土壤含水量拟合上限分别为23.5%和26.06%,略有差异,都接近于土壤田间持水量(28%左右),适合两种草坪生长的土壤含水量下限,即枯萎临界值,白三叶为5.7%,翦股颖为6.5%。比较拟合曲线斜率发现,翦股颖草坪明显高于白三叶草坪,表明翦股颖生长期间土壤水分消耗显著高于白三叶草坪。

图1 2006～2009年气温变化趋势

图2 2006～2009年降雨量变化趋势

2.2 不同草坪土壤水分含量变化

白三叶和翦股颖均为冷地型草坪草种类,田间试验表现为,白三叶因为叶面茂盛,水分蒸腾量大多来自叶面蒸腾作用,株间蒸发较少;而翦股颖叶面较小,植物的蒸腾作用较少,株间土壤的蒸发较多。为了确定这两种类型草坪的水分需求差异,采样测定了一定时间内土壤水分含量的变化,测定结果见表1。

2.3 确定灌溉定额和灌水精细管理制度

图3 不同草坪土壤中水分含量变化

表1 两种草坪灌溉后土壤含水量变化

2.3.1 确定灌溉定额 采用1997年联合国粮农组织(FAO)推荐作物蒸腾修订公式来计算两种草坪需水量。ETc=ETo*Kc,其中ETc为草坪实测蒸腾量,ETo为同一时间参照作物蒸腾量,Kc为草坪草的作物系数。ETo依据FAO推荐的彭曼-蒙特斯(Penman-M onteith)公式[8]进行计算。该公式的实际应用价值和精度都比较高。作物系数Kc根据经验值选取,冷季型草的坪草系数均高于暖季型草,其中冷季型草的坪草系数介于0.6～0.8之间,暖季型草的坪草系数介于0.5～0.7之间。本研究中为冷季型草,选取系数为0.7。根据多年的年平均降水量和植物的需水量计算出植物的需要补给量,即灌溉定额。由降水量和需水量的月变化情况,推算出两种草坪草每月的灌溉定额。本试验中气象资料表明,年平均降水量为539.4 mm,而白三叶草坪的全年需水总量为744.0 mm,全年缺水量(即需要补给的水量)约为204.6 mm;翦股颖草坪的全年需水量约为893.6 mm,缺水量约为354.2 mm。两种草坪的降水量和需水量的月分布情况见图4和图5。由图4可见,降雨量相对于两种作物需水时期均有滞后,故在需水旺期需要进行灌溉管理,相比较而言,翦股颖需水量显著高于三叶草。图5表明4、5、6三个月为两种草坪最为缺水的时期,三叶草缺水量占全年94%,而翦股颖占到全年76%,且翦股颖缺水量较三叶草更加严重。

2.3.2 确定灌水精细管理制度 通过田间试验测出每次灌溉的灌水定额。由于土壤的饱和含水量的限制,所以必须通过田间试验测出每次灌溉的合适水量。经多次田间试验,喷灌开始30～45 min时,浇灌后土壤的含水量基本达到田间持水量,此时灌溉量约为0.010～0.015 m3/m2,所以确定每次的灌水定额为0.010～0.015m3/m2(表2、3)。

图4 两种草坪需水量与降雨量关系

图5 两种草坪缺水量变化比较

表2 翦股颖草坪平水年份灌水次数、灌水定额和灌水周期

通过土壤试验,得到详实可靠的数据,由两种草坪草的月灌溉定额和每次的灌水定额制定了相应的节水灌溉制度。通过本制度的规范,试验区单次灌溉时间大大减少,避免了灌溉水的无效利用。夏季的灌水周期依据制度由1～2 d延长至4～6 d,减少了不必要的水分损失。经年终核算,节约绿化用水30%以上,节省经费35万元。使绿化植物提高了水分利用效率的同时,降低了养护成本。精细灌溉制度的建立,使得绿化用水不仅有了科学依据,而且量化了绿化用水量和浇灌次数,这样既达到了节水目的,又实现了科学高效的管理。

表3 白三叶草坪平水年份灌水次数、灌水定额和灌水周期

3 结论

通过进行白三叶草和翦股颖草的小区试验,研究了两种草坪的蒸发蒸腾导致的土壤含水量的变化和降雨量以及灌溉后天数之间的相互关系。结果表明,两种常见的绿化用草中,翦股颖的蒸发蒸腾速率明显高于白三叶。翦股颖种植区0～20和20～40 cm土层中水分变化趋势吻合,而白三叶草种植区土层含水量为20～40 cm低于0～20 cm,这一结果说明三叶草土壤水分损失以植物较大叶片的蒸腾作用为主,叶片的覆盖作用使表层的土壤水分损耗较小,而翦股颖叶片较小,结果为蒸腾作用较小,土壤的水分蒸发较大,最终两土层水分变化趋势一致。本研究形成的精细灌溉制度,经将每次灌溉时间由原来的1～2 h缩短为45 min,根据气候的变化情况和植物的生长习性,将全年的灌溉定额合理的分布在全年各个月份,使植物充分利用有限的水分,达到节水和提高养护质量的目的。本研究针对常见的两种绿化草坪白三叶草和翦股颖展开研究,有一定的参考价值。今后的研究还应在不同类型的绿化植物的抗干旱胁迫的方向深入下去。

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