雨水花園基質(zhì)應(yīng)用現(xiàn)狀及研究前景

瞿俊杰 曹世瑋 庹 菁 馬瑜蔚

（南京林業(yè)大學(xué) 江蘇 南京 210037）

近年來，《國(guó)家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014－2020 年）》提倡建設(shè)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(shè)具有蓄存雨水，除污納垢功能的雨水利用設(shè)施，雨水花園是其中一種典型的雨水滯留設(shè)施。基質(zhì)是雨水花園穩(wěn)定運(yùn)行的重要組成部分，合適的是建設(shè)雨水花園的基礎(chǔ)和開端，影響著花園的使用壽命以及系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本文介紹實(shí)際工程中的雨水花園各層基質(zhì)的種類和選擇，分析各種基質(zhì)的特點(diǎn)，為雨水花園基質(zhì)設(shè)計(jì)提供研究方向和應(yīng)用指導(dǎo)。

1 雨水花園不同層基質(zhì)的選擇

雨水花園基質(zhì)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(zhì)的結(jié)構(gòu)位置不同，作用也不同，因此在選擇的時(shí)候要針對(duì)其功能選擇合適的基質(zhì)材料。蓄水層上一般設(shè)覆蓋物，一方面能阻止塵土飛揚(yáng)，另一方面也能攔截吸附進(jìn)水中的污染物質(zhì)。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(cè)試評(píng)估了在含有磷酸鹽的重金屬污染水的情況下，覆蓋物對(duì)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(shù)比較大的人工合成土壤，萬喬西[3]等人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)人工合成土壤中砂子的含量一般為60%～85%，而有機(jī)成分的含量一般為5%～10%，黏土含量則不超過5%。他們還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)種植土層種植草本植物時(shí)，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(shí)種植土及填料層厚度為700mm，孔隙率為0.5。關(guān)于人工填料層，厚度一般設(shè)置在0.5～1.2m 之間，而滲透系數(shù)一般不小于10-5m/s。人工填料層需要進(jìn)一步去除雨水以及地表徑流中的溶解狀態(tài)的污染物質(zhì)，因此該層選擇的基質(zhì)也要滿足一定的特殊性要求。康莉欣[5]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在工業(yè)副產(chǎn)品中，粉煤灰脫氮除磷的效果最好，同時(shí)粉煤灰對(duì)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(diǎn)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(chǎn)品中，一種名為集料黏土（LECA）的物質(zhì)綜合性能最為優(yōu)良。沙墊層可以選擇顆粒較小的細(xì)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(zhì)，認(rèn)為土壤中的含沙量宜為50%～60%，其中細(xì)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(zhì)之外，還要有3%～7%的有機(jī)物，pH 值也要保持在6 左右。李明翰[7]等則通過有無內(nèi)部蓄水層設(shè)計(jì)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)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(zhì)類型對(duì)植物生長(zhǎng)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(jù)以上分析，在選擇植物的時(shí)候通常要考慮兩個(gè)方面，一個(gè)是植物調(diào)蓄雨水的功能，另外一個(gè)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(duì)于抗洪能力較強(qiáng)的植物我們應(yīng)優(yōu)先選擇。對(duì)于耐干旱植物可以選用旱柳、沙柳、紅皮柳等。而對(duì)于景觀植物，陶穎[10]認(rèn)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(guó)地域經(jīng)度緯度跨度大，氣候降雨量等自然條件的不同導(dǎo)致了各個(gè)地區(qū)原生土壤土質(zhì)的不同，秉承因地制宜的原則，在不同的地域也要適當(dāng)改變種植植物的種類。劉嫵[11]就提出就將不同的植物進(jìn)行組合搭配，構(gòu)成復(fù)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(zhì)對(duì)于植物的生長(zhǎng)影響主要通過基質(zhì)元素、基質(zhì)種類以及基質(zhì)孔隙度這三個(gè)因素體現(xiàn)。基質(zhì)元素的缺失或者過量，都會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生負(fù)面的影響。LucasWC[12]等選用80cm 高沙質(zhì)土壤、80cm 高壤質(zhì)沙土（10%含沙率）和20cm 高豆礫石及壤質(zhì)沙土混合物（含沙石量10%）作為生物滯留系統(tǒng)填料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)TP、TN 在對(duì)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(qiáng)構(gòu)造填料的整體去污能力。基質(zhì)的種類是影響植物生長(zhǎng)第二個(gè)關(guān)鍵因素。崔娜娜[13]在研究不同基質(zhì)對(duì)生長(zhǎng)時(shí)就設(shè)置了五個(gè)處理組，目的是為了觀察不同基質(zhì)組成下植物的生長(zhǎng)情況。實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)處理的50%土壤成分都相同，具體為發(fā)酵稻殼，膨化珍珠巖，蛭石，爐渣和進(jìn)口緩釋肥。最后綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)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(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育最為有利。基質(zhì)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(jìn)植物的生長(zhǎng)，合理的植物種植則正反饋于基質(zhì)，有助于提高土壤的肥力。

3 結(jié)語

綜上所述，雨水花園基質(zhì)的選擇關(guān)系到雨水花園對(duì)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(zhǎng)。從植物方面來說，它影響著植物的生長(zhǎng)和發(fā)育，而從滲透系數(shù)的角度來說，基質(zhì)直接決定了土壤孔隙率和透水率的大小。基質(zhì)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(zhì)特征，所在地的氣候，所在地原生土壤的土質(zhì)，所在地周邊的地理環(huán)境等因素。總而言之，一切應(yīng)秉承因地制宜的原則這樣才能最大化的發(fā)揮現(xiàn)有的研究成果。