海绵植物对提高温州高铁新城土壤渗透性的影响

余太平何延召蔡洪李孟

（1.湖北省城建设计院股份有限公司 武汉 430050 2.武汉理工大学土木与建筑工程学院市政系 武汉 430070）

近年来，随着中国城市化进程的加快，城市原有的自然生态本底和水文特征被不断破坏，不透水面积日渐增加，城市内涝问题日益突出。径流量的增加不仅削弱了城市抵御洪涝灾害的能力，同时大量初期雨水直接如何，给城市水体环境造成了巨大的压力。为缓解城市遍地“看海”的现状，提出了“海绵城市”的理念。

城市绿地系统的建设是海绵城市中不可或缺的一环，它可以有效控制雨水径流量、改善土壤的生态环境，提升土壤渗透能力。本文以温州市高铁新城区为研究背景，通过几种对温州本土植物的研究，分析典型海绵植物对温州高铁新城区土壤渗透性能的影响，以期为植物和绿地建设在海绵城市建设中的重要价值提供一些理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

研究区域位于温州市瓯海区高铁南站西侧约250m处（北纬N27°58′10.84″东经 E120°34′44.62″）。该区域属亚热带季风气候区，气候温暖、雨量充沛、光照丰富、四季分明。年平均气温18℃，最冷月（1月）均温7～8℃，最热月（7月）均温28℃。

1.2 试验方法

试验中采用了3种较为常见且适应能力较强的海绵植物：矮蒲苇、狼尾草和紫叶酢浆草。于2018年2月初划定6块土壤条件近似的区域，区域面积分别为2×2m2，并分别编号为A、B、C、D区域，在前3块区域内分别种下矮蒲苇、狼尾草和紫叶酢浆草三种植物，进行播种育苗，保持植物良好的生存环境，并对未种植任何植物的空白区域（D）进行相同操作。

于2018年7月底对A、B、C三块区域选取3块植株生长较为健壮的采样点，使用底面积为20cm，高度为5cm的环刀，沿着植株向下分层（每层 10cm）取每层的原状土样，分别按 0～10，10～20，20～30cm 的土壤层进行取样，再利用采样器对不同土壤层进行土样采集，每个土样采集500g，对空白区域（D区）进行同样的操作，测得的土样理化性质见表1。

1.3 样品测定分析方法

土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度的测定采用环刀法。土壤入渗采用双环法测定。

1.4 数据分析

土壤贮水量计算土壤贮水方式可分为滞留贮水量和吸持贮水量，2者所持水量之和即为土壤饱和贮水量，公式为：

式中：Wc、Wnc、Wt分别为吸持贮水量（mm）、滞留贮水量（mm）、土壤饱和贮水量（mm）；Pc、Pnc、Pt分别为土壤毛管孔隙度（%）、非毛管孔隙度（%）和总孔隙度；h为土层厚度（m）。

用SPSS18.0软件对不同种植模式各土层的土壤渗透性能进行主成分分析、对土壤渗透性与土壤理化性质进行相关分析。

2 结果与分析

2.1 不同植物土壤的贮水特征

土壤贮水能力是评价植被涵养水源的重要指标。土壤的饱和贮水量反映土壤的贮水能力。在一定土壤厚度条件下，土壤的贮水特征与土壤孔隙的大小及其数量特征密切相关。

表1 不同植物区域土壤理化性质

图1 土壤入渗参数

由图1可知，土壤的饱和贮水量和滞留贮水量均表现为紫叶酢浆草＞狼尾草＞矮蒲苇＞空白区域，土壤的非毛管孔隙度、总孔隙度、最大持水率、毛管孔隙率和最小持水率的大小呈现出与土壤滞留贮水量相同的趋势，即紫叶酢浆草＞狼尾草＞矮蒲苇＞空白区域。且各种植物的贮水能力明显都高于不种植任何植物的空白区域，这是由于种植植物使土壤中有机质增加，孔隙度明显增大，特别是非毛管孔隙度，所以土壤贮水能力明显增强；且植物根系对土壤水分的渗透率有较大的影响。朱显谟认为根系对土壤渗透力的作用，主要是根系能将土壤单粒黏结起来的同时也能将板结密实的土体分散，并通过根系自身的腐解和转化合成腐殖质，使土壤有良好团聚结构和孔隙状况。须根通过在土壤中的交错穿插作用和不断死亡分解所产生的有机质积累，促使土壤中大粒级水稳团粒的增加，明显地改善了土壤的渗透性能。

2.2 不同植物的土壤入渗特征

2.2.1 土壤渗透过程

土壤的渗透性能反映土壤的导水能力，是研究地表径流和坡面侵蚀的重要基础，也是探讨流域产流机制的前提。不同种植模式的土壤渗透过程存在一定的差异，渗透速率在开始渗透阶段陡降，随着时间的推移，下降幅度逐渐减小，最后渗透速率趋于稳定，达到稳渗阶段。

2.2.2 土壤入渗特征

3种不同植物土壤入渗特征值均呈现出初始入渗率＞平均入渗率＞稳定入渗率的趋势。在土壤厚度垂直分布变化上，矮蒲草的渗透率呈现先上升后下降的趋势，10～20cm的渗透率最大。而狼尾草和紫叶酢浆草的渗透率均随着土壤厚度的增加而降低。

紫叶酢浆草表层（0～10cm）平均入渗率0.79mm/min，而到20～30cm时土壤的平均渗透速率已减少到0.72mm/min；紫叶酢浆草土壤表层（0～10cm）的平均入渗率为1.45mm/min，而到20～30cm时土壤的平均渗透速率已减少到0.83mm/min；狼尾草的土壤表层（0～10cm）的平均入渗率为1.40mm/min，而到20～30cm时土壤的平均渗透速率已减少到0.68mm/min；而对于空白区域，土壤表层（0～10cm）的平均入渗率仅有0.62mm/min，到20～30cm时下降到0.45mm/min，这表明植物对增加土壤渗透性有明显效果。

3 结论

（1）紫叶酢浆草和狼尾草对土壤渗透性能的提高最为明显，而矮蒲苇的提高效果最差。

（2）虽然三种植物对土壤渗透性能影响有所差异，但都有明显的提高效果。

（3）不同植物之间土壤的非毛管孔隙度和滞留贮水量差别较大，而毛管孔隙度和吸持贮水量差别较小。