基于科学理论与气象要素的草坪建植与养护技术研究

收稿日期：2023-11-10

作者简介：裴宝红（1974—），女，甘肃天水人，副教授，主要从事草坪建植与养护、园林植物栽培与养护的教学与研究工作。

摘 要：为了增强城市草坪建植和养护技术的科学性和精细性，基于生态学原理研究了草坪建植和养护对生态系统的要求，以及受气温、降水、蒸发等气象因素影响下，草坪建植土壤水分对草坪的蒸散和生长的影响，以气象数据作为指导，开展土壤水分的变化特征及草地城市草坪土壤水分蒸发特性研究。结果表明：降水条件是影响草坪草蒸散的重要因素，当土壤含水量为田间持水量的70%～85%时，草坪的蒸散量最大；而土壤含水量在40%～55%时，草坪的蒸散量最小，且城市草坪建植的草业面积指数，地上地下生物量均与土壤的含水量呈正相关的关系。

关键词：草坪养护；土壤水分；气象数据；降水量；蒸散量；叶面积指数

中图分类号：S688.4 文献标识码：B文章编号：2095–3305（2024）03–000-03

草坪是城市现代化发展和城市建设的重要组成部分，具有调节城市小气候、净化城市空气、吸附尘埃、降温建造及保持水土等生态功能。随着城市发展对草坪建植技术的重视，有关草坪科学的研究也成为高校教育研究的热点专业之一，然而，由于缺乏科学的理论的指导，我国的草坪建植和养护技术相对滞后[1]。因此，在生态学、景观美学、工程学的基础上，研究草坪建植与养护技术，并且采用结构方程模型分析了气象数据对草坪建植土壤中有机碳、速效氮、速效钾及全氮含量、土壤含水率和容重的影响程度，以期丰富我国草坪建植养护科学研究成果，为城市绿色生态环保系统建设提供参考。

1 科学草坪建植设计原理

1.1 景观美学原理

草坪建植科学不仅需要考虑草坪草培育和种植，还需要注重草坪的作用，在草坪建植铺设的过程中控制好美化造景、控制视线、划分空间、组织排水、生态保护等因素。草坪建植是对城市地形美化的过程，根据地形景观分类，草坪建植可以分为平坦式、自然式和几何式。平坦式草坪建植通常通过控制草坪的修剪、滚压路径等方式改变草坪草茎叶的长短、生长方向，以此创造出明暗不同的草坪；自然式的草坪建植则是模仿自然地形的起伏变化；几何式的草坪建植中最常见的是阶梯形草坪，将地形作为阶梯状，美化地形的同时，可以增强草坪建植的艺术感[2]。

1.2 工程学原理

科学草坪建植技术需要工程科学的原理帮助，草坪的建植技术主要包括园林种植技术、植物修剪技术、土壤改良技术，给（排）水技术等技术手段。基于工程学的草坪建设规划施工流程见图1。

1.3 生态学原理

草坪草及其生长环境，如气候、土壤以及其他生物因素等共同组成草坪的生态系统，其中，气候及土壤质量是直接影响草坪草健康生长的重要影响因素，是草坪建植和规划设计的重要依据。依据草坪草对气候气象的适应性，可以将草坪草分为冷季型和暖季型2种类型草，冷季型的草坪草耐寒性较强，但耐高温能力较差，最适合冷季型草坪草建植并保障其健康生长的温度为15～25 ℃，气温过高（>30 ℃）则会影响草坪草的生长速度。如黑麦草属、羊茅属、早熟禾属及翦股颖属等冷季型草坪草在高温气候生长较为缓慢，而暖季型草坪草最适宜的生长温度为26～32 ℃，如结缕草属、狗牙根属、雀稗属、钝叶草属、野牛草属、蜈蚣草属等，这类草坪草在气温较低的环境中生长比较缓慢[3]。

2 基于降水量对草坪草蒸散特性的研究

2.1 蒸散发分析方法

蒸散发指的是土壤蒸发和植被蒸腾之和，蒸散发控制着土壤向大气传输的水汽，由此影响着植被的生长、土壤含水量、下渗及径流过程等，是水循环的关键部分[4]。采用英国气象学家Penman提出的一种用于表示在同一种植被覆盖、根系土壤水分充足性及地表蒸发和植被蒸腾，其是一种考虑物理因素计算蒸散量的方法，根据土壤水分，换算盆重后采用称重法控制土壤含水量。该方法根据动力学和热力学原理，充分考虑了自然气象因素，如温度、空气湿度等各项气象因子蒸散量计算。根据土壤水分且采取土壤称重的方式获取土壤的含水量。充分考虑动力学和热力学的原理，以及涉及草坪植被健康生长的自然气象数据，获取草坪的蒸散量[5]。

参考作物蒸散量是评价草坪建植区域需水量估算和水资源合理规划的关键因子，其计算公式为：

（1）

式（1）中，ET0表示参考作物蒸散量，单位为mm/d；

?表示水汽压和温度函数曲线在某时间点上的斜率，单位为kPa/K；Rn表示地表净辐射量，单位为MJ/（m2·d）；

G表示土壤热通量；es为不同温度下的饱和水汽压，单位为kPa；ea为实际水汽压值，单位为kPa；T为温度；μ为距地面2 m的风速；为干湿温度计常数。

而公式中涉及的各个变量可以通过以下公式进行计算。

（2）

（3）

ea=es×He（4）

=0.665×10-3P（5）

式（2）～（3）中H为相对湿度；P为大气压强，其余解释同式（1）一致。

2.2 水分有效性

土壤的水分研究是草坪建植工作的重要一环，草坪养护的生长状况与土壤水分的有效性联系紧密，水分的有效性越高，说明土壤中的水分含量被植被充分吸收，则草坪草生长越旺盛。此处水分有效性采用蒸散发和参考作物蒸散发的比值确定，两者的比值表示在同一时间段内，草坪草地受该时间段内气象数据的影响，草坪草植被接收到水分的有效性程度。其理论依据是影响土壤蒸散发量的土壤、植物及气象因子3个元素的函数关系，其计算公式为：

δ=（6）

式（6）中，表示δ水分的有效性参数，其余解释同上。

因此，只要是在质量根系中吸取土壤水分的速率，且以此能达到平衡土壤蒸腾损耗水分的速率。此时从土壤植物到达大气中水流则能够在该速率中持续下去，保持植物水势。研究土壤水分的有效性对草坪建植和养护、保护草坪生态系统的健康发展具有积极的作用。

3 应用实践

3.1 水文条件

为了研究气象要素对草坪草建植和养护的影响，并且分析在气象数据指导下草坪的建植和养护技术的关键点。以地处北亚热带湿润气候区的某城市草坪建植为例。该城市属于北亚热带湿润气候区，年均气温在16 ℃左右，多年累计平均降雨量高达1 000 mm，降水量充沛，降雨集中在5—9月。全年降水量的季节性变化较大，存在降水季节分配不均的问题。

3.2 土壤条件

结合该城市的自然气象数据，以该城市中某草坪培育实验区的结缕草属作为实验对象，以此研究土壤对草坪结缕草的蒸散量，为草坪养护工作的合理灌溉和科学管理草坪提供参考。该实验区的混合土样质地检测结果为砂壤土，其土壤化学性状见表1。

3.3 实验与结果分析

3.3.1 实验准备与过程

根据以上提供的草坪蒸散发计算方法，并且将其应用于该城市土壤水分对草坪草蒸散量的影响。对实验草场的气象数据进行分析，该城市每个季度的平均温度、风速、降雨量及相对湿度情况见图2。

从图2可以看出，该实验区的年平均气温18.3 ℃，

全年气温的变化范围在0～36 ℃，具有明显的季节性变化，其波动频率较小，月内波动幅度为±9 ℃；平均风速为0.4 m/s，常年处于无风或者微风状态；年平均相对湿度保持在71.8%左右，整体相对湿度变化幅度较小，但在6—10月，其相对湿度较高，处于一个较高水平；从降雨量的分布统计情况来看，1—5月降雨量较小、6—9月降雨量逐渐增加，10月后，降雨量逐渐减少，仅占全年降雨量的11%。根据该实验草坪的气象数据进行其蒸散量计算获得在不同土壤水分条件对草坪质量的影响。

3.3.2 实验结果

通过分析实验草坪的土壤含水量和土壤蒸散量，得出在草坪养护周期内生长情况的评价结果（图3）。

通过实验分析，草坪的蒸散量分析可以实现草坪养护工作日常浇灌水量，且土壤含水量与草坪草叶面积指数的联系紧密，含水量丰富，土壤水分有效性高，

则会大大提高草坪草的景观质量。并且，根据不同观测时间范围内的蒸散量和参考作物蒸散量及水分的有效性进行计算，其结果如下：

（1）测试时间段内，参考作物蒸散量计算值为1 134 mm，较同年降雨量高989.7 mm，具有较为明显的季节性变化。其水分有效性参数为0.37。

（2）实验区域的气象数据与参考作物蒸散量与草坪蒸散量之间的相关性大小依次为：风速>相对湿度>降雨量>温度，对蒸散量影响较大的气象因素是气温和降雨量，与水分有效性相关性最大的气象因素为风速和相对湿度。

由此可以看出，草坪建植和养护工作需要充分考虑气象数据因素变化，以土壤蒸散量作为草坪科学养护的依据，根据气象数据选择合适的灌溉量。

4 结束语

结合科学理论指导及气象数据支持对草坪建植工作存在明显的支撑功能，为了增强草坪建植和养护的科学性和精细性，引入了气象数据对草坪蒸散发的计算形式，以草坪蒸散量作为草坪养护科学化的指导方向。此外，分析不同土壤水分条件以及区域间气象数据对草坪质量的影响，结合气象数据可以为草坪高质量建植提供参考。实验结果表明，土壤水分条件的差异性可以显著影响草坪草场的蒸散发，即供水多，蒸散量大；供水少，蒸散量小。因此，在草坪的养护工作中可以通过控制水分来降低草坪草的蒸散损失。总而言之，草坪的建植和养护工作不仅需要前期生态学、工程学等学科科学理论的指导，更需要在生长期间给予科学的养护，从而有效地提高草坪景观质量。

参考文献

[1] 曾晓琳，马勇，刘金平，等.坡向和建植年限对冷季型混播护坡草坪重要值和生物量退化的影响[J].草原与草坪， 2021，41（4）：17-25.

[2] 毛培胜，欧成明，贾志程，等.我国牧草与草坪草种子生产技术的研究进展[J].中国草地学报，2023，45（1）：1-11.

[3] 何青青，刘传强，李建建，等.假俭草EoNLA基因克隆与其转基因拟南芥在不同磷水平下的表型鉴定[J].南京林业大学学报（自然科学版），2022，46（3）：134-142.

[4] 宗俊勤，牛佳伟，徐芳，等.假俭草花序发育的形态学观察及其与物候期和积温的对应关系[J].植物资源与环境学报，2021，30（5）：50-57.

[5] 宗俊勤，高艳芝，陈静波，等.淹水胁迫对4种暖季型草坪草光合特性的影响[J].热带作物学报，2021，42（1）：130-139.

[6] 王行，王月容，段敏杰.北京城市副中心绿地降温增湿效应评价[J].北京农学院学报，2022，37（1）：103-110.