青绿苔草蒸散特性及与其他草坪地被的比较研究

袁小环, 武菊英, 滕文军, 陈佳楠

(北京草业与环境研究发展中心，农业部华北都市农业重点实验室，北京 100097)

苔草属植物是北京地区建植草坪地被的优势选择[1]。近年来，经系统的资源收集评价，筛选出多种适于北京园林应用的苔草属草坪地被植物[2-3]。一直以来，种子产量低、发芽困难是制约其大规模应用的关键因素[4-5]，而青绿苔草(Carexleucochlora)具有较高的种子产量(22.5 g·m-2)，发芽率可达92%，经层积催芽发芽指数可由7.88提高到18.15[6]，既可穴盘育苗用作地被植物，亦可直接播种建植草坪。

抗旱、节水、灌溉需求低是北京地区对草坪地被的重要要求。根据青绿苔草春季返青早而北京地区春季干旱的情况，本研究团队曾采用盆栽称重法研究春季青绿苔草花果期的蒸散特性与灌溉需水量[7]，以及亏缺灌溉对青绿苔草生长的影响[8-9]。上述研究基于盆栽环境，难以避免边际效应产生的不利影响，而且仅研究生长季内某一时段的蒸散耗水，不能准确、全面认识这一新型草坪地被植物的蒸散特性。

为揭示青绿苔草的蒸散特性，为园林应用和灌溉管理提供科学基础，本文采用自动称重式大型蒸渗仪，2012-2014年连续3个生长季测定青绿苔草草坪的生长速率，计算了其作物系数；2016年测定了不同栽植密度下青绿苔草地被的蒸散速率；将青绿苔草草坪地被的蒸散特性与高羊茅(Festucaarundinacea)草坪、野牛草(Buchloedactyloides)草坪、山麦冬(Liriopespicata)地被进行了对比分析；对各草坪地被的灌溉需水量进行估测。

1 材料与方法

试验区位于北京市昌平区小汤山镇的国家精准农业试验示范基地内，北纬40°10′36″，东经116°26′13″，海拔36 m[10]。

采用自动称重式蒸渗仪测量和记录蒸散数据。蒸渗仪边长1.3 m，深2.3 m(底部为0.3 m深河沙，上部为2 m原状土)，测量分辨率为16.9 g，相当于蒸渗仪内水分变化0.01 mm。

1.1 草坪地被建植与管理

2011年8月12日在蒸渗仪中播种建植青绿苔草、高羊茅和野牛草草坪，播种量分别为13 g·m-2、30 g·m-2、15 g·m-2。每种草坪播种2个蒸渗仪。不定期修剪草坪，使高度保持在10～15 cm。蒸渗仪内20 cm深度安装SoilSpec张力计(澳大利亚)，每日上午9时观测土水势。当土水势降低到-20 kPa时(体积含水量为21%，相当于田间持水量32%的66%)喷灌，直至土水势达到-0.03～0 kPa。

2015年3月31日在蒸渗仪中栽植建植山麦冬和青绿苔草地被，山麦冬栽植密度为16 株丛·m-2，青绿苔草栽植密度分别为16 株丛·m-2、36 株丛·m-2。5月29日在蒸渗仪中播种建植青绿苔草草坪，播种量13 g·m-2。每处理1个蒸渗仪，计4个。及时清除杂草，采取微喷方式补充水分，使20 cm深度的土壤水势维持在-20～0 kPa。

1.2 草坪地被蒸散数据采集

蒸渗仪数据采集间隔设定为10 min。草坪蒸散采集时间为2012—2014年生长季，地被蒸散采集时间为2016年生长季，即每年4月1日至10月31日。剔除由于草坪修剪、仪器故障等产生的异常数据。在月蒸散计算中，采取近邻差补和局部均值差补方法进行缺失数据差补。

1.3 气象数据采集与参照作物蒸散计算

距离蒸渗仪100 m处安装Dynamet气象站(美国Dynamax公司)，与蒸渗仪数据采集保持同步，自动测量并记录气象数据：空气温度、空气相对湿度、太阳辐射和高度两米的风速，用于计算参照作物蒸散(reference evapotranspiration,ET0)。

气象站坐落于空地，周围10 m范围内为苔草和低矮禾草，株高30～100 cm；西侧30 m处有1行高约15 m的杨树，北侧70 m处有1排8间平房。

采用Penman-Monteith 公式计算ET0[11]：

式中，ET0为参照作物蒸散(mm·d-1)，Rn为冠层表面净辐射(MJ·m-2·d-1)，G为土壤热通量(MJ·m-2·d-1)，T为平均气温(°C)，u2为2米高处风速(m·s-1)，es为饱和水汽压(kPa)，ea为实际水汽压(kPa)，Δ 为饱和水汽压—温度曲线斜率(kPa·°C-1)，γ为湿度计常数(kPa·°C-1)。

Dynamet气象站观测到太阳辐射(Rs)，根据Fao-56文件推荐的方法计算净辐射Rn，代入Penman-Monteith公式[11]。

1.4 作物系数计算

作物系数(crop coefficient, Kc)为作物在水分充足条件下的蒸散(crop evapotranspiration, ETc)与 ET0的比值。

Kc=ETc/ET0

2 结果与分析

2.1 青绿苔草蒸散特性

在北京地区，每月的参照作物蒸散强度不同，呈现单峰(2012年、2014年)或双峰(2013年)趋势(表1)。蒸散速率5月最高为4.18±0.27 mm·d-1，10月最弱，为1.71±0.18 mm·d-1。

青绿苔草草坪的蒸散趋势与参照作物蒸散相同。5月的蒸散速率最高为3.96±0.23 mm·d-1，为需水量最高的月份。10月的蒸散速率最低为1.24±0.17 mm·d-1。作物系数在各月间亦有差别，仍是5月最高为0.95±0.03，10月最低为0.73±0.09。

剔除异常记录后，84天的蒸散数据被采用(图1)。青绿苔草草坪和地被的蒸散强度表现出相似趋势。总体来说，草坪的蒸散速率高于地被，高密度栽植(36株丛·m-2)的青绿苔草地被的蒸散速率高于

低密度(16株丛·m-2)栽植的同种地被。经线性回归：

y36/m2=0.85xturf，R2=0.88

y16/m2=0.80xturf，R2=0.81

图1 青绿苔草草坪与两种栽植密度的青绿苔草地被的生长季日蒸散速率Fig.1 Daily evapotranspiration of C. leucochlora turf and groundcover at two planting densities during the growing season

2.2 青绿苔草与其他草坪地被的蒸散比较

建植第二年草坪地被生长旺盛，充分反映蒸散耗水水平。因此，采取该年生长季的数据，对比分析青绿苔草与其他草坪地被的蒸散。

3种草坪2012年生长季的蒸散趋势相似，5月蒸散速率最高，10月蒸散速率最低。青绿苔草草坪的蒸散速率明显低于高羊茅草坪，略高于野牛草草坪。以平均值计算，高羊茅、野牛草草坪的蒸散速率分别是青绿苔草草坪的1.40倍、0.98倍。本结果验证了前人报道，冷季型草坪的蒸散量显著高于暖季型草坪[12-13]。

图2 青绿苔草、高羊茅、野牛草草坪的生长季蒸散速率Fig.2 Evapotranspiration of C. leucochlora, F. arundinacea, and B. dactyloides turfs during the growing season

101天的蒸散数据表明(图3)，具有相同栽植密度(16株丛·m-2)的青绿苔草地被和山麦冬地被进行比较，两者的蒸散曲线相似，5月蒸散强度最高，其次为4月、6月。经线性回归：y山麦冬=1.11x青绿苔草，R2=0.73

图3 相同栽植密度下青绿苔草地被和山麦冬地被的生长季日蒸散速率Fig.3 Daily evapotranspiration of C. leucochlora groundcover and L. spicata groundcover at the same planting density during the growing season

2.3 各草坪地被灌溉需水量

由表1、图2可知，各种草坪整个生长季不同阶段的蒸散速率和作物系数均有较大差异，以自然月为单位测算灌溉需水量比较合理[13]。将各种草坪地被的蒸散量与降水量的差值视为灌溉最大需水量。降水量采用近60年(1951—2010年)的均值，北京地区4月—10月的降水量分别为20.3 mm、35.2 mm、74.2 mm、175.6 mm、176.8 mm、51.7 mm、24.2 mm，生长季总降水量为558 mm[14]。

结果如表2所示。5月灌溉需水量最多，其次为4月，说明春季是草坪地被最需要灌溉的时段。7、8两月所有草坪地被均不需灌溉。青绿苔草地被9月无需灌溉，6、10两月灌溉需水量也较低。按照灌溉需水量排序，由低到高分别为青绿苔草地被(16株丛·m-2)、青绿苔草地被(36株丛·m-2)、野牛草草坪、青绿苔草草坪、山麦冬地被、高羊茅草坪。

表2 各草坪地被生长季灌溉需水量Table 2 Irrigation water demand of turfs and groundcovers during the growing season

3 讨论与结论

植被的蒸散既反映了植物本身的特性，又受气候条件、土壤水分条件、植物生长状态的影响。潘全山等的研究结果表明，播量与修剪留茬高度均与草地早熟禾的蒸散量正相关[15]。在3～12 cm范围内，随修剪高度的提高，草坪蒸散量增加[16]。本文中草坪的蒸散结果基于10～15 cm的高度，测定的蒸散速率处于较高水平。

表2中数据为水分供应充足条件下各草坪地被最大需水量。青绿苔草的蒸散量随着灌溉量的减少而降低，但能维持正常生长[8-9]。为节约用水，可以采取一定程度的亏缺灌溉，降低用水量。通常情况下，暖季型草的抗干旱胁迫能力比冷季型草高[12]，能耐受较高的亏缺水平。在景观要求较低的生态恢复场地，青绿苔草、野牛草、山麦冬建植形成的草坪地被可不采取人工灌溉，雨养维持。

本研究表明，青绿苔草在不同月份的蒸散速率不同，5月最高为3.96±0.23 mm·d-1；作物系数在各月间亦有差别，为0.73±0.09～0.95±0.03。建植方式影响青绿苔草的蒸散，草坪的蒸散速率略高于地被。栽植密度亦影响青绿苔草地被的蒸散速率，高密度下蒸散较强。

与北京地区代表性的草坪地被植物相比较，青绿苔草的蒸散速率明显低于高羊茅草坪，略低于山麦冬地被，略高于野牛草草坪。以平均值计算，高羊茅、山麦冬、野牛草的蒸散速率分别是青绿苔草的1.40倍、1.11倍、0.98倍。

在充足水分供应条件下对生长季所需灌溉量进行估测，从低到高依次为青绿苔草地被(110.9～136.2 mm)、野牛草草坪(167.1 mm)、青绿苔草草坪(191.7 mm)、山麦冬地被(233.6 mm)、高羊茅草坪(352.2 mm)。在北京地区的园林应用中，除生长季正常灌溉外，草坪地被每年还需灌溉返青水和冻水40～80 mm。