海綿校園建設中不同綠地類型雨水蓄滯能力研究

楊彩勤 徐玉霞 陳煒

摘要：為應對校園內每逢下雨便會產生的積水問題，以寶雞文理學院東校區為例，用稱重法測定不同植被條件下0～30 cm平均土壤含水率的變化，并分析不同綠地類型的分布特征，用SPSS 20.0等相關軟件對測量數據進行統計分析。結果表明，平均土壤含水率表層（0～10 cm）>亞表層（10～20 cm）>20～30 cm土層;喬木林地雨后平均土壤含水率表現為銀杏（Ginkgo biloba L.）>雪松[Cedrus deodara （Roxb.） G. Don]>櫻花樹（Cerasus yedoensis）>龍爪槐（Sophora japonica）>柿子樹（Diospyro skaki Thunb）>紅葉李（Prunus cerasifera）;灌草地雨后平均土壤含水率表現為紅葉石楠（Photinia×fraseri Dress）>復層植被>草坪>金竹（Phyllostachys sulphurea）>大葉黃楊（Euonymus japonicus Thunb）。疏林較密林更容易吸收降水量，喬木林地較灌草地含有高水分值，而草地較稠密灌木林地來說更易減少降水的流失。

關鍵詞：海綿校園;平均土壤含水率;土層深度;校園綠地

中圖分類號：TU984.14 ? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）06-0051-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.06.009 ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（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

近年來，城市化的迅猛發展使得城市問題越發顯著，較為常見的問題之一如城市內澇問題，其與城市發展水平、降水量大小、下墊面及降水區地面的覆蓋情況等相關。對于這個問題，在21世紀10年代初中央城鎮化工作會議上，“要建設自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”被習近平總書記提出[1-3]。為達到強化城市規劃建設管理的目的，減輕城市內澇的不良影響，海綿城市建設正在整個國家的諸多城市逐漸開展，城市發展方式將實現質的改變。所謂海綿城市，就是將一座城市比喻為一塊海綿， 這塊“海綿”應對自然災害較為敏感并能適應環境變化，遇到降雨天氣時能夠實現吸水、滲水、儲水以及凈水等一系列功能的一種新型綠色城市[4]，它本身的廢水回收再利用也是一種可持續發展的城市發展方向，使城市在水資源利用方面具備自然滲透、自然積存以及自然凈化的能力[5-8]。而一般來說，在眾多影響因素中，降水區域地面的情況是可以人為控制的，因此研究降水區的地面覆蓋情況具有更為現實的意義[9，10]。在“低影響開發”理念不斷發展、逐漸融入大大小小城市的今天，仍有許多發展緩慢的內陸城市甚至鄉村小鎮還停留在傳統的發展基礎之上，因此，在國家已公布了第一、第二批海綿城市試點名單的基礎上，還需不斷探索更好的城市發展的可能與定位，針對各個城市、地區甚至學校要進行符合其實際的定位，然后因地制宜制定相應的規劃發展措施，讓偏遠落后的鄉村及小鎮都成為海綿城市的拓展業務，帶動整個社會的發展勢頭。同樣學校也不例外，不論是高校、初中、小學甚至是幼兒園等都在一個城市的發展中發揮著至關重要的作用。因此，城市要發展就要重視這些教育基地的發展，主要是由于城市在其建設中教育用地所占據的規模相對比較大，對于一個城市的發展意義重大。海綿校園是在海綿城市的理念思維、研究基礎上成長而來的，其理念仍適用其發展，且校園綠地中種植的植被需要定期灌溉，這些都需要大量的水資源供給。本研究以寶雞文理學院新校區為例，探索利用植被天然的吸水性來改善區域積水問題，這樣不僅可以將雨水有效利用，而且還可以充分實現雨水資源的有效利用，節省灌溉所需要的水資源。

1 ?研究區域概況

寶雞市位于中國內陸中心腹地，地理位置為東經106°18′—108°03′，北緯33°35′—35°06′，坐落在關中平原的西部，屬暖溫帶。又受來自西南方向季風的影響，屬半濕潤氣候區，但因深處大陸內部，距海較遠，因而又是一種典型的帶有大陸性質的受季風影響較大的氣候類型。同時寶雞市也處在陜西省氣候系統的上游區域，干旱、冰雹這兩種自然災害發生頻率在寶雞市居第一、第二位。尤其是在第三季度，降溫極為敏捷又多陰雨連綿天氣，成為整個關中平原第三季度持續性降雨最多的地域[11]。寶雞市的年平均日照時數在2 000～2 200 h，與陜西省內的其他地區相比，其太陽光照比較強。年平均降水量在590～900 mm，是關中降水量最多的地區[12]。目前寶雞市發展的一個關鍵問題就是水資源的合理利用，降水量最多但仍為干旱災害區，原因之一就是降水的季節分配不均勻，不僅天然的水資源不能有效利用而導致浪費，還使得地區災害頻發，不利于城市的進一步發展。

2 ?方法

2.1 ?研究方法

使用Excel 2010對測量數據進行統計及繪圖，并用SPSS 20.0進行差異顯著性分析。

所有樣品經過第一次稱量記錄其濕重，在105 ℃恒溫下烘至恒重，稱干重，按下式計算土壤含水率：

式中，W為土壤含水率（%）;W1是濕土和盛樣容器鋁盒的總重量，即濕重（g）;W2為烘干后的土和盛樣容器鋁盒的總重量，即干重（g）;W0為盛樣容器鋁盒的重量（g）。

2.2 ?樣品的采集與測定

試驗于2018年4月在陜西省關中平原西部的寶雞市寶雞文理學院東校區進行，年平均氣溫13.0 ℃，研究區整體年平均氣溫7.6～12.9 ℃，4—9月為研究區氣候較溫暖的時期，其余各月為一年中較冷的時期。寶雞市年平均降水量700 mm，研究區整體年平均降水量610～780 mm，4—10月為降水密集時期，降水量占全年總降水量的9/10，其中，5—9月為多雨期，7—9月則為主汛期，其降水量占全年的3/5[13]。綠地植被覆蓋類型的選擇根據校園目前所生長情況綜合考慮，將植被類型分為喬木林綠地和灌草綠地，喬木林樣地概況如表1所示，灌草樣地概況如表2所示。

海綿校園建設中植被覆蓋情況將影響綠地土壤含水率狀況，進而影響積水入滲情況[14，15]。在校園范圍內對校園典型綠地進行實地考察記錄，確定能夠進行相互之間比較分析的植被類型，主要記錄采樣綠地所在的地理方位、植被的組成、植被的形態特征以及植被所生長的周邊環境狀況等特征。此外，將采樣當天的天氣狀況進行詳細記錄，對各綠地逐點進行測量采樣。將樣品做好對應標記，再對所有樣品進行稱量、記錄、整理和處理，最終將試驗測量記錄的數據對比分析，得出不同植被類型在雨后不同土層深度的平均土壤含水率狀況（表3）。

所有樣本采樣時間均為4月4日雨后12 h，即4月5日下午4：30開始逐地采樣，4月4日前10 d無降水天氣。根據當地氣象資料可知，采樣當天的最高氣溫為18 ℃，最低氣溫為3 ℃。采樣的數據為鉆取雨后不同喬木林和灌草地植被類型下的表層（0～10 cm）、亞表層（10～20 cm）和20～30 cm土層，將采集的樣品裝入鋁盒，并標記，利用精密電子天平進行第一次稱重，記錄;將樣品（打開盒蓋）放置在電熱鼓風干燥箱內，在恒溫105 ℃下連續烘熱12 h，再次進行稱量記錄。但由于植被林地地表的差別較大，因此每種類別植被在保證光照度相同的條件下同一區域取樣3次求平均值，以減少試驗誤差。

3 ?結果與分析

3.1 ?不同植被類型在不同土層深度的平均含水率

結果顯示，不同植被類型在表層土范圍內平均土壤含水率最大，為38%，亞表層為34%，位列第二，含水率較少的是20～30 cm土層，僅為28%。因此，土壤水分的垂直分布規律表現為在0～30 cm土層范圍內平均土壤含水率隨深度的增加而逐漸減少。

從表3可以看出，在0～10 cm土層深度下，大葉黃楊、復層植被、草坪、紅葉石楠、雪松和櫻花的平均土壤含水率差異性不顯著;大葉黃楊、復層植被、櫻花和金竹的平均土壤含水率差異性不顯著;銀杏與其他植被的平均土壤含水率之間具有顯著性差異。在10～20 cm土層深度下，復層植被、雪松、紅葉石楠和銀杏的平均土壤含水率差異不顯著，但顯著高于其他植被;紅葉李的平均土壤含水率顯著低于其他植被。在20～30 cm土層深度下，銀杏的平均土壤含水率顯著高于其他植被。學校里銀杏主要分布在各主干道路，且其株距、胸徑及樹高等因素對降水的吸收儲存有較大優勢。

由圖1可知，銀杏、金竹、櫻花、雪松、大葉黃楊、草坪、復層植被及紅葉石楠在20～30 cm土層的土壤含水率較高。總體上來說，銀杏、雪松、紅葉石楠、金竹等植被類型所含有的土壤水分較高，結合表1和表2可發現這些植被生長分布都屬于疏林，加之具有較高的土壤含水率，推斷這類植被比較容易吸附地面的水分，更易加快地表水分的下滲。說明疏林較密林土壤表層水分的變化較大，這與前人的研究結果一致[16-18]，主要原因是密林中植物的枝葉根冠對雨水產生較大的攔截，在自然狀態下，喬木的樹冠大小與喬木種類及其冠徑、樹高等息息相關，這在校園綠地建設中具有重要的意義。

3.2 ?不同灌木林的平均土壤含水率

從圖2可以看出，灌草地在土壤不同深度的平均土壤含水率變化較小，隨著土壤深度的增加，土壤平均含水率呈略微遞減的趨勢。整體來看，在0～30 cm土層，土壤平均含水率表現為紅葉石楠>復層植被>草坪>金竹>大葉黃楊。對比表1和表2可以發現，疏林相對于密林更易減少水分的流失，使降水能較快地入滲。因此，在校園綠地建設中，可以將容易產生積水的地區種植疏林，如紅葉石楠、銀杏等植被，而在地勢相對高不易導致積水的地區則種植密林如大葉黃楊、草坪等。復層植被本身對降水具有一定程度的攔截，加之這類型區域的植被覆蓋并不稠密，降水流失緩慢。谷裕等[19]研究表明，疏林比密林更易攔截降水，土壤含水率更高，但在坑洼地形易形成積水。因此疏林類型的復層植被不建議種植在校園地勢低平、易產生積水的低地。

3.3 ?不同喬木林地下的平均土壤含水率

從圖3可以看出，在表層土層的土壤平均含水率表現為銀杏>雪松>櫻花>龍爪槐>柿樹>紅葉李;在亞表層土層的土壤平均含水率表現為銀杏>雪松>櫻花>柿樹>龍爪槐>紅葉李，在20～30 cm土層的土壤平均含水率表現為銀杏>雪松>櫻花>紅葉李>龍爪槐>柿樹。由此可知，在0～30 cm土層，銀杏、雪松、櫻花、龍爪槐、柿樹、紅葉李的平均土壤含水率依次逐漸遞減，同樣也與上述結論基本一致，即與林地種植的密度有很大的相關性。因而不同土層土壤含水率差異情況明顯，表層土壤平均含水率變化程度高于其以下土層，土壤平均含水率在一定范圍內隨著土層深度的增加，喬木林地和灌草地土壤平均含水率呈遞減趨勢，與杜娟等[20]的研究結果基本一致。

4 ?小結

1）喬木林地雪松、銀杏、櫻花地下土壤含水率較高，且均為疏林，這說明疏林較密林土壤表層水分的變化較大，這在校園綠地建設中具有重要的意義。

2）對比喬木林地與灌草地地下不同土層深度的土壤平均含水率可以看出，不同土層土壤含水率差異顯著，土壤平均含水率在表層變化程度較其以下土層較大，在0～30 cm土層范圍內隨土層深度的增加喬木林地和灌草地土壤平均含水率呈遞減趨勢。

3）復層植被相對于單一的喬木林和灌草地而言，復層植被的土壤含水率較高，其本身對降水具有一定程度的攔截，加之這類型區域植被覆蓋并不稠密，降水流失緩慢，因此復層植被不建議種植在校園地勢低平、易產生積水的低地。

4）綜合來看，疏林較密林更容易聚集吸收降水量，喬木林地較灌草地含有高水分值，而草地較稠密灌木林地來說更易減少降水的流失。

5）針對研究區的地形和地勢，結合研究結果分析可得出，銀杏、雪松、紅葉石楠等植被適用于該區建設海綿學校植被的選擇。對于該校園每逢強降水或連續降水天氣必形成積水的一些區域，在考慮校園景觀美化設計的基礎上，可采用在相鄰地磚之間留固定縫隙用來鋪設草坪，或利用透水性材料等地磚來解決雨水積水問題。

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