海綿植物對提高溫州高鐵新城土壤滲透性的影響

余太平何延召蔡洪李孟

（1.湖北省城建設計院股份有限公司 武漢 430050 2.武漢理工大學土木與建筑工程學院市政系 武漢 430070）

近年來，隨著中國城市化進程的加快，城市原有的自然生態本底和水文特征被不斷破壞，不透水面積日漸增加，城市內澇問題日益突出。徑流量的增加不僅削弱了城市抵御洪澇災害的能力，同時大量初期雨水直接如何，給城市水體環境造成了巨大的壓力。為緩解城市遍地“看海”的現狀，提出了“海綿城市”的理念。

城市綠地系統的建設是海綿城市中不可或缺的一環，它可以有效控制雨水徑流量、改善土壤的生態環境，提升土壤滲透能力。本文以溫州市高鐵新城區為研究背景，通過幾種對溫州本土植物的研究，分析典型海綿植物對溫州高鐵新城區土壤滲透性能的影響，以期為植物和綠地建設在海綿城市建設中的重要價值提供一些理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

研究區域位于溫州市甌海區高鐵南站西側約250m處（北緯N27°58′10.84″東經 E120°34′44.62″）。該區域屬亞熱帶季風氣候區，氣候溫暖、雨量充沛、光照豐富、四季分明。年平均氣溫18℃，最冷月（1月）均溫7～8℃，最熱月（7月）均溫28℃。

1.2 試驗方法

試驗中采用了3種較為常見且適應能力較強的海綿植物：矮蒲葦、狼尾草和紫葉酢漿草。于2018年2月初劃定6塊土壤條件近似的區域，區域面積分別為2×2m2，并分別編號為A、B、C、D區域，在前3塊區域內分別種下矮蒲葦、狼尾草和紫葉酢漿草三種植物，進行播種育苗，保持植物良好的生存環境，并對未種植任何植物的空白區域（D）進行相同操作。

于2018年7月底對A、B、C三塊區域選取3塊植株生長較為健壯的采樣點，使用底面積為20cm，高度為5cm的環刀，沿著植株向下分層（每層 10cm）取每層的原狀土樣，分別按 0～10，10～20，20～30cm 的土壤層進行取樣，再利用采樣器對不同土壤層進行土樣采集，每個土樣采集500g，對空白區域（D區）進行同樣的操作，測得的土樣理化性質見表1。

1.3 樣品測定分析方法

土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度的測定采用環刀法。土壤入滲采用雙環法測定。

1.4 數據分析

土壤貯水量計算土壤貯水方式可分為滯留貯水量和吸持貯水量，2者所持水量之和即為土壤飽和貯水量，公式為：

式中：Wc、Wnc、Wt分別為吸持貯水量（mm）、滯留貯水量（mm）、土壤飽和貯水量（mm）；Pc、Pnc、Pt分別為土壤毛管孔隙度（%）、非毛管孔隙度（%）和總孔隙度；h為土層厚度（m）。

用SPSS18.0軟件對不同種植模式各土層的土壤滲透性能進行主成分分析、對土壤滲透性與土壤理化性質進行相關分析。

2 結果與分析

2.1 不同植物土壤的貯水特征

土壤貯水能力是評價植被涵養水源的重要指標。土壤的飽和貯水量反映土壤的貯水能力。在一定土壤厚度條件下，土壤的貯水特征與土壤孔隙的大小及其數量特征密切相關。

表1 不同植物區域土壤理化性質

圖1 土壤入滲參數

由圖1可知，土壤的飽和貯水量和滯留貯水量均表現為紫葉酢漿草＞狼尾草＞矮蒲葦＞空白區域，土壤的非毛管孔隙度、總孔隙度、最大持水率、毛管孔隙率和最小持水率的大小呈現出與土壤滯留貯水量相同的趨勢，即紫葉酢漿草＞狼尾草＞矮蒲葦＞空白區域。且各種植物的貯水能力明顯都高于不種植任何植物的空白區域，這是由于種植植物使土壤中有機質增加，孔隙度明顯增大，特別是非毛管孔隙度，所以土壤貯水能力明顯增強；且植物根系對土壤水分的滲透率有較大的影響。朱顯謨認為根系對土壤滲透力的作用，主要是根系能將土壤單粒黏結起來的同時也能將板結密實的土體分散，并通過根系自身的腐解和轉化合成腐殖質，使土壤有良好團聚結構和孔隙狀況。須根通過在土壤中的交錯穿插作用和不斷死亡分解所產生的有機質積累，促使土壤中大粒級水穩團粒的增加，明顯地改善了土壤的滲透性能。

2.2 不同植物的土壤入滲特征

2.2.1 土壤滲透過程

土壤的滲透性能反映土壤的導水能力，是研究地表徑流和坡面侵蝕的重要基礎，也是探討流域產流機制的前提。不同種植模式的土壤滲透過程存在一定的差異，滲透速率在開始滲透階段陡降，隨著時間的推移，下降幅度逐漸減小，最后滲透速率趨于穩定，達到穩滲階段。

2.2.2 土壤入滲特征

3種不同植物土壤入滲特征值均呈現出初始入滲率＞平均入滲率＞穩定入滲率的趨勢。在土壤厚度垂直分布變化上，矮蒲草的滲透率呈現先上升后下降的趨勢，10～20cm的滲透率最大。而狼尾草和紫葉酢漿草的滲透率均隨著土壤厚度的增加而降低。

紫葉酢漿草表層（0～10cm）平均入滲率0.79mm/min，而到20～30cm時土壤的平均滲透速率已減少到0.72mm/min；紫葉酢漿草土壤表層（0～10cm）的平均入滲率為1.45mm/min，而到20～30cm時土壤的平均滲透速率已減少到0.83mm/min；狼尾草的土壤表層（0～10cm）的平均入滲率為1.40mm/min，而到20～30cm時土壤的平均滲透速率已減少到0.68mm/min；而對于空白區域，土壤表層（0～10cm）的平均入滲率僅有0.62mm/min，到20～30cm時下降到0.45mm/min，這表明植物對增加土壤滲透性有明顯效果。

3 結論

（1）紫葉酢漿草和狼尾草對土壤滲透性能的提高最為明顯，而矮蒲葦的提高效果最差。

（2）雖然三種植物對土壤滲透性能影響有所差異，但都有明顯的提高效果。

（3）不同植物之間土壤的非毛管孔隙度和滯留貯水量差別較大，而毛管孔隙度和吸持貯水量差別較小。