海绵校园建设中不同绿地类型雨水蓄滞能力研究

杨彩勤 徐玉霞 陈炜

摘要：为应对校园内每逢下雨便会产生的积水问题，以宝鸡文理学院东校区为例，用称重法测定不同植被条件下0～30 cm平均土壤含水率的变化，并分析不同绿地类型的分布特征，用SPSS 20.0等相关软件对测量数据进行统计分析。结果表明，平均土壤含水率表层（0～10 cm）>亚表层（10～20 cm）>20～30 cm土层;乔木林地雨后平均土壤含水率表现为银杏（Ginkgo biloba L.）>雪松[Cedrus deodara （Roxb.） G. Don]>樱花树（Cerasus yedoensis）>龙爪槐（Sophora japonica）>柿子树（Diospyro skaki Thunb）>红叶李（Prunus cerasifera）;灌草地雨后平均土壤含水率表现为红叶石楠（Photinia×fraseri Dress）>复层植被>草坪>金竹（Phyllostachys sulphurea）>大叶黄杨（Euonymus japonicus Thunb）。疏林较密林更容易吸收降水量，乔木林地较灌草地含有高水分值，而草地较稠密灌木林地来说更易减少降水的流失。

关键词：海绵校园;平均土壤含水率;土层深度;校园绿地

中图分类号：TU984.14         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）06-0051-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.06.009           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on rainwater retention capacity of different greenland types in sponge campus

YANG Cai-qina，XU Yu-xiaa，b，CHEN Weia，MA Kaia，HE Wen-xina，YANG Fenga

（a.School of Geography and Environment;b.Key Laboratory of Disaster Monitoring and Mechanism Simulation of Shaanxi Province，Baoji University of Arts and Sciences，Baoji 721013，Shaanxi，China）

Abstract： In order to cope with the problem of water accumulation in every rain on campus， taking the eastern campus of Baoji University of Arts and Sciences as an example， the average soil moisture content of 0～30 cm under different vegetation conditions is measured by weighing method， and the distribution characteristics of different green space types are analyzed. SPSS 20.0 and other relevant software are used for statistical analysis of the measured data. The results show that the average soil moisture content shows surface layer（0～10 cm）>subsurface layer（10～20 cm）> 20～30 cm soil layer; The average soil moisture content of trees forest after rain Ginkgo biloba L.>Cedrus deodara （Roxb.） G. Don>Cerasus yedoensis>Sophora japonica>Diospyro skaki Thunb>Prunus cerasifera; The average soil moisture content of shrub grass after rain  shows Photinia×fraseri Dress>stratified vegetation>lawn>Phyllostachys sulphurea>Euonymus japonicus Thunb. Sparse forest is easier to absorb precipitation than dense forest， tree forest contains higher water value than irrigated land， and grassland is easier to reduce precipitation loss than dense shrub forest.

Key words： sponge campus; average soil moisture content; soil depth; campus greenland

近年来，城市化的迅猛发展使得城市问题越发显著，较为常见的问题之一如城市内涝问题，其与城市发展水平、降水量大小、下垫面及降水区地面的覆盖情况等相关。对于这个问题，在21世纪10年代初中央城镇化工作会议上，“要建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市”被习近平总书记提出[1-3]。为达到强化城市规划建设管理的目的，减轻城市内涝的不良影响，海绵城市建设正在整个国家的诸多城市逐渐开展，城市发展方式将实现质的改变。所谓海绵城市，就是将一座城市比喻为一块海绵， 这块“海绵”应对自然灾害较为敏感并能适应环境变化，遇到降雨天气时能够实现吸水、渗水、储水以及净水等一系列功能的一种新型绿色城市[4]，它本身的废水回收再利用也是一种可持续发展的城市发展方向，使城市在水资源利用方面具备自然渗透、自然积存以及自然净化的能力[5-8]。而一般來说，在众多影响因素中，降水区域地面的情况是可以人为控制的，因此研究降水区的地面覆盖情况具有更为现实的意义[9，10]。在“低影响开发”理念不断发展、逐渐融入大大小小城市的今天，仍有许多发展缓慢的内陆城市甚至乡村小镇还停留在传统的发展基础之上，因此，在国家已公布了第一、第二批海绵城市试点名单的基础上，还需不断探索更好的城市发展的可能与定位，针对各个城市、地区甚至学校要进行符合其实际的定位，然后因地制宜制定相应的规划发展措施，让偏远落后的乡村及小镇都成为海绵城市的拓展业务，带动整个社会的发展势头。同样学校也不例外，不论是高校、初中、小学甚至是幼儿园等都在一个城市的发展中发挥着至关重要的作用。因此，城市要发展就要重视这些教育基地的发展，主要是由于城市在其建设中教育用地所占据的规模相对比较大，对于一个城市的发展意义重大。海绵校园是在海绵城市的理念思维、研究基础上成长而来的，其理念仍适用其发展，且校园绿地中种植的植被需要定期灌溉，这些都需要大量的水资源供给。本研究以宝鸡文理学院新校区为例，探索利用植被天然的吸水性来改善区域积水问题，这样不仅可以将雨水有效利用，而且还可以充分实现雨水资源的有效利用，节省灌溉所需要的水资源。

1  研究区域概况

宝鸡市位于中国内陆中心腹地，地理位置为东经106°18′—108°03′，北纬33°35′—35°06′，坐落在关中平原的西部，属暖温带。又受来自西南方向季风的影响，属半湿润气候区，但因深处大陆内部，距海较远，因而又是一种典型的带有大陆性质的受季风影响较大的气候类型。同时宝鸡市也处在陕西省气候系统的上游区域，干旱、冰雹这两种自然灾害发生频率在宝鸡市居第一、第二位。尤其是在第三季度，降温极为敏捷又多阴雨连绵天气，成为整个关中平原第三季度持续性降雨最多的地域[11]。宝鸡市的年平均日照时数在2 000～2 200 h，与陕西省内的其他地区相比，其太阳光照比较强。年平均降水量在590～900 mm，是关中降水量最多的地区[12]。目前宝鸡市发展的一个关键问题就是水资源的合理利用，降水量最多但仍为干旱灾害区，原因之一就是降水的季节分配不均匀，不仅天然的水资源不能有效利用而导致浪费，还使得地区灾害频发，不利于城市的进一步发展。

2  方法

2.1  研究方法

使用Excel 2010对测量数据进行统计及绘图，并用SPSS 20.0进行差异显著性分析。

所有样品经过第一次称量记录其湿重，在105 ℃恒温下烘至恒重，称干重，按下式计算土壤含水率：

式中，W为土壤含水率（%）;W1是湿土和盛样容器铝盒的总重量，即湿重（g）;W2为烘干后的土和盛样容器铝盒的总重量，即干重（g）;W0为盛样容器铝盒的重量（g）。

2.2  样品的采集与测定

试验于2018年4月在陕西省关中平原西部的宝鸡市宝鸡文理学院东校区进行，年平均气温13.0 ℃，研究区整体年平均气温7.6～12.9 ℃，4—9月为研究区气候较温暖的时期，其余各月为一年中较冷的时期。宝鸡市年平均降水量700 mm，研究区整体年平均降水量610～780 mm，4—10月为降水密集时期，降水量占全年总降水量的9/10，其中，5—9月为多雨期，7—9月则为主汛期，其降水量占全年的3/5[13]。绿地植被覆盖类型的选择根据校园目前所生长情况综合考虑，将植被类型分为乔木林绿地和灌草绿地，乔木林样地概况如表1所示，灌草样地概况如表2所示。

海绵校园建设中植被覆盖情况将影响绿地土壤含水率状况，进而影响积水入渗情况[14，15]。在校园范围内对校园典型绿地进行实地考察记录，确定能够进行相互之间比较分析的植被类型，主要记录采样绿地所在的地理方位、植被的组成、植被的形态特征以及植被所生长的周边环境状况等特征。此外，将采样当天的天气状况进行详细记录，对各绿地逐点进行测量采样。将样品做好对应标记，再对所有样品进行称量、记录、整理和处理，最终将试验测量记录的数据对比分析，得出不同植被类型在雨后不同土层深度的平均土壤含水率状况（表3）。

所有样本采样时间均为4月4日雨后12 h，即4月5日下午4：30开始逐地采样，4月4日前10 d无降水天气。根据当地气象资料可知，采样当天的最高气温为18 ℃，最低气温为3 ℃。采样的数据为钻取雨后不同乔木林和灌草地植被类型下的表层（0～10 cm）、亚表层（10～20 cm）和20～30 cm土层，将采集的样品装入铝盒，并标记，利用精密电子天平进行第一次称重，记录;将样品（打开盒盖）放置在电热鼓风干燥箱内，在恒温105 ℃下连续烘热12 h，再次进行称量记录。但由于植被林地地表的差别较大，因此每种类别植被在保证光照度相同的条件下同一区域取样3次求平均值，以减少试验误差。

3  结果与分析

3.1  不同植被类型在不同土层深度的平均含水率

结果显示，不同植被类型在表层土范围内平均土壤含水率最大，为38%，亚表层为34%，位列第二，含水率较少的是20～30 cm土层，仅为28%。因此，土壤水分的垂直分布规律表现为在0～30 cm土层范围内平均土壤含水率隨深度的增加而逐渐减少。

从表3可以看出，在0～10 cm土层深度下，大叶黄杨、复层植被、草坪、红叶石楠、雪松和樱花的平均土壤含水率差异性不显著;大叶黄杨、复层植被、樱花和金竹的平均土壤含水率差异性不显著;银杏与其他植被的平均土壤含水率之间具有显著性差异。在10～20 cm土层深度下，复层植被、雪松、红叶石楠和银杏的平均土壤含水率差异不显著，但显著高于其他植被;红叶李的平均土壤含水率显著低于其他植被。在20～30 cm土层深度下，银杏的平均土壤含水率显著高于其他植被。学校里银杏主要分布在各主干道路，且其株距、胸径及树高等因素对降水的吸收储存有较大优势。

由图1可知，银杏、金竹、樱花、雪松、大叶黄杨、草坪、复层植被及红叶石楠在20～30 cm土层的土壤含水率较高。总体上来说，银杏、雪松、红叶石楠、金竹等植被类型所含有的土壤水分较高，结合表1和表2可发现这些植被生长分布都属于疏林，加之具有较高的土壤含水率，推断这类植被比较容易吸附地面的水分，更易加快地表水分的下渗。说明疏林较密林土壤表层水分的变化较大，这与前人的研究结果一致[16-18]，主要原因是密林中植物的枝叶根冠对雨水产生较大的拦截，在自然状态下，乔木的树冠大小与乔木种类及其冠径、树高等息息相关，这在校园绿地建设中具有重要的意义。

3.2  不同灌木林的平均土壤含水率

从图2可以看出，灌草地在土壤不同深度的平均土壤含水率变化较小，随着土壤深度的增加，土壤平均含水率呈略微递减的趋势。整体来看，在0～30 cm土层，土壤平均含水率表现为红叶石楠>复层植被>草坪>金竹>大叶黄杨。对比表1和表2可以发现，疏林相对于密林更易减少水分的流失，使降水能较快地入渗。因此，在校园绿地建设中，可以将容易产生积水的地区种植疏林，如红叶石楠、银杏等植被，而在地势相对高不易导致积水的地区则种植密林如大叶黄杨、草坪等。复层植被本身对降水具有一定程度的拦截，加之这类型区域的植被覆盖并不稠密，降水流失缓慢。谷裕等[19]研究表明，疏林比密林更易拦截降水，土壤含水率更高，但在坑洼地形易形成积水。因此疏林类型的复层植被不建议种植在校园地势低平、易产生积水的低地。

3.3  不同乔木林地下的平均土壤含水率

从图3可以看出，在表层土层的土壤平均含水率表现为银杏>雪松>樱花>龙爪槐>柿树>红叶李;在亚表层土层的土壤平均含水率表现为银杏>雪松>樱花>柿树>龙爪槐>红叶李，在20～30 cm土层的土壤平均含水率表现为银杏>雪松>樱花>红叶李>龙爪槐>柿树。由此可知，在0～30 cm土层，银杏、雪松、樱花、龙爪槐、柿树、红叶李的平均土壤含水率依次逐渐递减，同样也与上述结论基本一致，即与林地种植的密度有很大的相关性。因而不同土层土壤含水率差异情况明显，表层土壤平均含水率变化程度高于其以下土层，土壤平均含水率在一定范围内随着土层深度的增加，乔木林地和灌草地土壤平均含水率呈递减趋势，与杜娟等[20]的研究结果基本一致。

4  小结

1）乔木林地雪松、银杏、樱花地下土壤含水率较高，且均为疏林，这说明疏林较密林土壤表层水分的变化较大，这在校园绿地建设中具有重要的意义。

2）对比乔木林地与灌草地地下不同土层深度的土壤平均含水率可以看出，不同土层土壤含水率差异显著，土壤平均含水率在表层变化程度较其以下土层较大，在0～30 cm土层范围内随土层深度的增加乔木林地和灌草地土壤平均含水率呈递减趋势。

3）复层植被相对于单一的乔木林和灌草地而言，复层植被的土壤含水率较高，其本身对降水具有一定程度的拦截，加之这类型区域植被覆盖并不稠密，降水流失缓慢，因此复层植被不建议种植在校园地势低平、易产生积水的低地。

4）综合来看，疏林较密林更容易聚集吸收降水量，乔木林地较灌草地含有高水分值，而草地较稠密灌木林地來说更易减少降水的流失。

5）针对研究区的地形和地势，结合研究结果分析可得出，银杏、雪松、红叶石楠等植被适用于该区建设海绵学校植被的选择。对于该校园每逢强降水或连续降水天气必形成积水的一些区域，在考虑校园景观美化设计的基础上，可采用在相邻地砖之间留固定缝隙用来铺设草坪，或利用透水性材料等地砖来解决雨水积水问题。

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