雨水花園基質應用現狀及研究前景

瞿俊杰 曹世瑋 庹 菁 馬瑜蔚

（南京林業大學 江蘇 南京 210037）

近年來，《國家新型城鎮化規劃（2014－2020 年）》提倡建設自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市，很多城市都在大力建設具有蓄存雨水，除污納垢功能的雨水利用設施，雨水花園是其中一種典型的雨水滯留設施。基質是雨水花園穩定運行的重要組成部分，合適的是建設雨水花園的基礎和開端，影響著花園的使用壽命以及系統的正常運行。本文介紹實際工程中的雨水花園各層基質的種類和選擇，分析各種基質的特點，為雨水花園基質設計提供研究方向和應用指導。

1 雨水花園不同層基質的選擇

雨水花園基質層包括蓄水層，種植土層，人工填料層，砂墊層和礫石層，不同層基質的結構位置不同，作用也不同，因此在選擇的時候要針對其功能選擇合適的基質材料。蓄水層上一般設覆蓋物，一方面能阻止塵土飛揚，另一方面也能攔截吸附進水中的污染物質。Demir V[1]的研究表明壤土、檜柏覆蓋物、硬木覆蓋物、松樹覆蓋物、鋸末等低成本的本地材料能有效地去除雨水徑流中的Cu 和Pb。Laurenson[2]等通過批量測試評估了在含有磷酸鹽的重金屬污染水的情況下，覆蓋物對重金屬的去除能力為：硬木＞松樹覆蓋＞鋸末＞壤土＞硅沙。蓄水層和種植土層要選用滲透系數比較大的人工合成土壤，萬喬西[3]等人經研究發現人工合成土壤中砂子的含量一般為60%～85%，而有機成分的含量一般為5%～10%，黏土含量則不超過5%。他們還發現，當種植土層種植草本植物時，種植土層的厚度宜為250mm 左右。李家科[4]等人布置雨水花園時種植土及填料層厚度為700mm，孔隙率為0.5。關于人工填料層，厚度一般設置在0.5～1.2m 之間，而滲透系數一般不小于10-5m/s。人工填料層需要進一步去除雨水以及地表徑流中的溶解狀態的污染物質，因此該層選擇的基質也要滿足一定的特殊性要求。康莉欣[5]通過實驗發現，在工業副產品中，粉煤灰脫氮除磷的效果最好，同時粉煤灰對重金屬的去除效果也非常顯著。在天然材料中，沸石的綜合性能最好，但缺點是沸石無法去除水中的磷，褐鐵礦、砂土、陶粒、蛭石綜合性能略遜于沸石，但除污效果也非常顯著。在人造產品中，一種名為集料黏土（LECA）的物質綜合性能最為優良。沙墊層可以選擇顆粒較小的細沙，而礫石層則可以選擇顆粒較大的礫石，如直徑在1～2cm 左右的石灰石等。林鎂[6]總體分析了雨水花園的基質，認為土壤中的含沙量宜為50%～60%，其中細沙的含量不能超過25%，腐殖土含量宜為20%～30%。表層土的含量宜為20%～30%。除了上述物質之外，還要有3%～7%的有機物，pH 值也要保持在6 左右。李明翰[7]等則通過有無內部蓄水層設計的對比實驗，發現內部蓄水層能顯著提高Cu、SS、N、P 污染物的去除率。

2 雨水花園基質類型對植物生長的影響

植物是雨水花園中重要的組成部分，它既可以保土蓄水，又可以提高雨水花園的觀賞性，根據以上分析，在選擇植物的時候通常要考慮兩個方面，一個是植物調蓄雨水的功能，另外一個則是植物的觀賞功能。Shuzhe Zou[9]等就提出雨水花園植物配置需考慮干旱期、漲水期，對于抗洪能力較強的植物我們應優先選擇。對于耐干旱植物可以選用旱柳、沙柳、紅皮柳等。而對于景觀植物，陶穎[10]認為可以選用濕地松、垂柳、池杉、蘆葦、香蒲、馬蹄金、斑葉芒、旱傘草、燈芯草、馬蹄蓮、鳳眼蓮，黃菖蒲等。我國地域經度緯度跨度大，氣候降雨量等自然條件的不同導致了各個地區原生土壤土質的不同，秉承因地制宜的原則，在不同的地域也要適當改變種植植物的種類。劉嫵[11]就提出就將不同的植物進行組合搭配，構成復合型植物床，這樣雨水花園植物的功能就不再單一化。另一方面基質對于植物的生長影響主要通過基質元素、基質種類以及基質孔隙度這三個因素體現。基質元素的缺失或者過量，都會對植物的生長發育產生負面的影響。LucasWC[12]等選用80cm 高沙質土壤、80cm 高壤質沙土（10%含沙率）和20cm 高豆礫石及壤質沙土混合物（含沙石量10%）作為生物滯留系統填料，結果發現TP、TN 在對照組中的去除率分別為73%、41%，增加植被之后去污率分別提升至91%、81%，說明雨水花園加上植物種植，能大大加強構造填料的整體去污能力。基質的種類是影響植物生長第二個關鍵因素。崔娜娜[13]在研究不同基質對生長時就設置了五個處理組，目的是為了觀察不同基質組成下植物的生長情況。實驗中，每個處理的50%土壤成分都相同，具體為發酵稻殼，膨化珍珠巖，蛭石，爐渣和進口緩釋肥。最后綜合實驗結果表明，處理5（5%食用菌下腳料，5%干制雞糞，5%干制牛糞和35%泥炭土）對植物生長發育最為有利。基質的孔隙度則與植物相互影響，較為合適的孔隙度有利于促進植物的生長，合理的植物種植則正反饋于基質，有助于提高土壤的肥力。

3 結語

綜上所述，雨水花園基質的選擇關系到雨水花園對雨水的處理和滯留效果，影響到雨水花園的使用壽命和植物的生長。從植物方面來說，它影響著植物的生長和發育，而從滲透系數的角度來說，基質直接決定了土壤孔隙率和透水率的大小。基質的研究不是固定的單一的，一定要綜合考慮雨水花園所處的地理位置，所接納雨水的水質特征，所在地的氣候，所在地原生土壤的土質，所在地周邊的地理環境等因素。總而言之，一切應秉承因地制宜的原則這樣才能最大化的發揮現有的研究成果。