干旱半干旱區城市綠地下沉式改進對蓄水能力和栽植物生長的影響

閆永清，王桂花，陵軍成

（1.甘肅祁連山國家級自然保護區管理局古城自然保護站，甘肅天祝733211；2.甘肅省天祝縣林業工作站，甘肅天祝733299）

2014年10月，中華人民共和國住房和城鄉建設部組織發布了《海綿城市建設技術指南》[1]，旨在指導各地建設雨水自然積存、自然凈化、自然滲透的海綿城市。“海綿城市” 是指城市能夠像海綿一樣，在適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的彈性，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水釋放并加以利用，加大城市徑流雨水源頭減排的剛性約束[2]。“海綿城市”建設目的在于充分發揮城市綠地、道路、水系等對雨水的吸納，節約水資源，實現雨水積存、滲透和凈化[3]。

干旱半干旱地區水資源緊缺，城市園林綠化灌溉次數和灌溉量有限，影響了栽植苗木成活率和生長量，也影響了草坪等綠地的養護成本。降雨是一種重要的水資源，高效收集雨水應用于園林綠化可減少灌溉次數和降低養護成本，是“海綿城市”建設的重要體現形式之一。城市有大面積的屋頂、道路和廣場等構筑物，是很好的雨水收集場地。但在城市規劃和建設中，將防澇、排水和灌溉、節水孤立起來，沒有協調統籌，致使雨水這一寶貴資源被直接排入下水道或排洪溝，白白浪費掉。

本試驗在干旱半干旱城市園林綠化中對傳統的凸出式草坪、樹坑、花壇等綠地進行了下沉式改進，增加了雨水收集能力，并研究了不同下沉深度對土壤濕度和栽植物生長量的影響，以期提高城市綠地雨水收集能力和篩選出最佳的下沉深度。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于甘肅省天祝藏族自治縣縣城團結路兩側綠化帶內，綠化帶東西走向，寬15 m，長200 m，103°08′E，36°57′N，屬典型的干旱半干旱區，大陸性高原季風氣候。光照充足，海拔2450 m，相對無霜期90～145 d，年日照時數2500～2700 h，年降雨量280～320 mm，且周年分配不均，降雨主要集中在7～9月。土壤類型為栗鈣土。

2018年3月在縣城改造過程中對試驗地綠化帶進行下沉改造，下沉深度分別為-20 cm（對照CK，改造前綠地，凸出地面20 cm）、10 cm（凹入地面10 cm）、20 cm（凹入地面20 cm）和30 cm（凹入地面30 cm）。試驗地綠化帶下沉改造采用挖掘機施工，四周用混凝土澆筑厚30cm 擋墻防止周邊泥土垮塌，擋墻與四周地面等高，便于雨水流入綠地。每塊改造后的下沉綠地（小區）長、寬均為5 m，小區之間用5 m 寬的公共場地（水泥地面）隔離。

1.2 材料

綠地下沉改造完成后，隨機抽取小區分別種植高羊茅（Festuca arundinacea）作為草坪地，草種播種量8 kg/667 m2；栽植1年生紫葉小檗（Erberis thunbervaz.atropupurea）作為灌木地，栽植密度株、行距均為30 cm；栽植胸徑5 cm，截干高度3m 的國槐（Sophora japonicaLinn.）作為喬木地，栽植密度株、行距均為2m。每種栽植物和下沉深度處理隨機區組，重復3 次。高羊茅、紫葉小檗和國槐種植后，每隔10 d 灌水1 次，灌完3 次水后停止人工灌水，依靠降雨和收集雨水生長。同種栽植物除栽植地下沉深度不同外，其他管理措施均相同。

1.3 測定內容

綠地下沉改造完成后，核算不同下沉深度工程造價（元/m2）。每次降雨后4d、8d、12d、16d 分別測定不同下沉深度處理栽植面以下10 cm 處土壤相對含水量（%）。每次草坪修剪前測定高羊茅株高（cm）和分蘗數（個/株），2018年10月底測定根長（cm），并統計草坪萌芽破土到枯黃前保持綠色的時期（d）。土壤相對含水量=[(原土重-烘干土重)÷烘干土重]×100。

2018年12月底測定紫葉小檗保存率（%）、株高（cm）、分蘗數（個/株）和新枝基部粗度（cm）。同時測定國槐的保存率（%），萌枝數（個/株）、新枝長（cm）和新枝基部粗度（cm）。保存率=（已成活苗木數÷栽植苗木總數）×100。

生長期（2018年4月～10月）分別觀察高羊茅、紫葉小檗和國槐的葉色，進行直觀描述。并對綠地不同下沉深度的安全性（高、中、低）和景觀效果（優、良、差）進行直觀評價。

不同數據求平均值，利用Excel2007、DPS6.01軟件對試驗數據進行新復極差Duncan 多重比較顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同下沉深度對蓄水能力的影響

由表1所示，不同栽植地在集雨后同一測定時間土壤相對含水量均隨著栽植地下沉深度的增加而提高，不同栽植地在同一下沉深度和同一測定時間，草坪地的土壤相對含水量最高，喬木地的土壤相對含水量最低。草坪地不同下沉深度10 cm、20 cm、30 cm 集雨后4～20d 土壤相對含水量平均值分別為17.96%、22.28%和25.95%，較對照（CK）下沉深度-20 cm 提高了6.08%、31.60%和53.28%；灌木地不同下沉深度10 cm、20 cm、30 cm 集雨后4～20d 土壤相對含水量平均值分別為17.66%、21.50%和24.84%，較對照（CK）下沉深度-20 cm 提高了16.57%、41.91%和63.96%；喬木地不同下沉深度10 cm、20 cm、30 cm 集雨后4～20d 土壤相對含水量平均值分別為16.08%、19.54%和23.73%，較對照（CK）下沉深度-20 cm 提高了15.10%、39.87%和69.86%。草坪地除下沉深度-20 cm 和10 cm 之間土壤相對含水量差異未達到顯著水平外，其他下沉深度之間差異均達到顯著水平（P＜0.05），灌木地不同下沉深度之間土壤相對含水量差異均達到顯著水平（P＜0.05），喬木地除下沉深度-20 cm 和10 cm 之間土壤相對含水量差異未達到顯著水平外，其他下沉深度之間差異均達到顯著水平（P＜0.05）。

表1 不同下沉深度處理的土壤相對含水量

2.2 不同下沉深度對栽植物生長量的影響

由表2所示，不同下沉深度栽植地種植草坪草高羊茅后，高羊茅株高和綠期隨著下沉深度的增加而提高、分蘗數和根長隨著下沉深度的增加先提高后降低，在下沉深度20 cm 處有一峰值。不同處理中下沉深度30 cm 的高羊茅株高和綠期最高，分別為41.28 cm 和228.40d，較對照（CK）下沉深度-20 cm提高了86.62%和26.57%，下沉深度20cm 的高羊茅分蘗數和根長最高，分別為3.63 個/株和20.46 cm，較對照（CK）下沉深度-20 cm 提高了27.37%和66.07%。不同下沉深度處理間高羊茅株高、分蘗數、根長和綠期差異均達到極顯著水平（P＜0.01）。

表2 不同下沉深度處理的草坪生長量

由表3所示，不同下沉深度栽植地栽植灌木紫葉小檗后，紫葉小檗保存率、株高、分蘗數和枝粗隨著下沉深度的增加先提高后降低，在下沉深度20 cm處有一峰值，峰值分別為78.46%、58.30 cm、3.42 個/株和1.23 cm，較對照（CK）下沉深度-20 cm 提高了14.96%、15.65%、55.45%和92.19%。差異均達到極顯著水平（P＜0.01）。

由表4所示，不同下沉深度栽植地栽植喬木國槐后，國槐保存率、萌枝數、新枝長和枝粗隨著下沉深度的增加先提高后降低，在下沉深度20 cm 處有一峰值，峰值分別為87.86%、7.45 個/株、50.46 cm和1.52 cm，較對照（CK）下沉深度-20 cm 提高了23.54%、72.45%、127.81%和76.74%。差異均達到極顯著水平（P＜0.01）。

2.3 不同下沉深度對工程造價和景觀效果的影響

由表3所示，不同栽植地同一下沉深度的工程造價、安全性和景觀效果相同，除對照（CK）下沉深度-20 cm 外，造價成本隨著下沉深度的增加而增加，下沉深度10 cm 的造價成本最低，為6.52 cm，較對照（CK）下沉深度-20 cm 降低了50.00%，不同下沉深度-20 cm、10 cm、20 cm 和30 cm 的安全性分別為高、中、中和低，景觀效果分別為良、優、優和差。不同下沉深度-20 cm、10 cm、20 cm 和30 cm 的草坪地高羊茅葉色分別為黃綠、深綠、深綠和黃綠，灌木地紫葉小檗的葉色分別為淺紅、紫紅、紫紅和淺紅，喬木地國槐葉色分別為黃綠、深綠、深綠和黃綠。

表3 不同下沉深度處理的灌木生長量

3 結論與討論

本試驗結果表明，干旱半干旱區城市綠地下沉式改進后，通過匯集雨水，均提高了土壤濕度，種植草坪草高羊茅和栽植花灌木紫葉小檗、喬木國槐后均提高了保存率和生長量。不同下沉深度處理中，下沉20 cm 的綜合效果最佳，可在干旱半干旱城市園林綠化中推廣應用。

干旱半干旱區傳統的凸出式和平地式綠地收集雨水能力有限，過多的雨水溢出后流走，下沉式改進后，形成類似盆狀的低洼地，降雨后周邊馬路、廣場等地的雨水在重力作用流入盆狀綠地內。雨水盛滿后溢出，依次流入下一個盆狀綠地，延長了雨水流經地和蓄積量，實現了雨水的收集和再分配，降雨結束后收集的雨水緩慢下滲，滿足了栽植物的對水分的持續需求，有效緩解了降雨間歇性植物對水分的需求。在雨水收集過程中，下沉深度與雨水收集量成正相關。但下沉深度過深后，栽植地會長期積水，發生澇害。澇害發生后。植物根系進行無氧呼吸，產生有毒物質，影響植物根系對礦質離子的吸收和轉運能力，地上葉片出現黃化，嚴重時全部脫落，導致植株死亡[4]。植物對土壤水分含量的需求因樹種而異[5]。除此之外，還受土壤類型[6]、生長季節等因素的影響[7]。在本試驗中也觀察到高羊茅、紫葉小檗、國槐等植物在栽植地下沉20 cm 栽植時分蘗數、根長、保存率、萌枝數、枝長和枝粗等最高，葉色也表現出深綠。

城市綠地是一個綜合觀賞體，除作為觀賞植物栽植載體和保證其正常生長外，還應與周邊地形、地貌和諧統一，給游憩者帶來安全、舒適和美學欣賞。綠地下沉過深雖能匯集更多雨水，但也提高土方挖掘量和工程造價，給行人和車輛的避讓、停放等帶來諸多跌落風險。因此，在確定不同干旱半干旱區城市綠地下沉深度時，應綜合考慮栽植樹種、降雨量、集雨場地和景觀效果等因素，開展針對性篩選試驗。

表4 不同下沉深度處理的喬木生長量

表5 不同下沉深度處理的造價成本和景觀效果