袁小環(huán), 武菊英, 滕文軍, 陳佳楠

(北京草業(yè)與環(huán)境研究發(fā)展中心，農(nóng)業(yè)部華北都市農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100097)

苔草屬植物是北京地區(qū)建植草坪地被的優(yōu)勢(shì)選擇[1]。近年來(lái)，經(jīng)系統(tǒng)的資源收集評(píng)價(jià)，篩選出多種適于北京園林應(yīng)用的苔草屬草坪地被植物[2-3]。一直以來(lái)，種子產(chǎn)量低、發(fā)芽困難是制約其大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵因素[4-5]，而青綠苔草(Carexleucochlora)具有較高的種子產(chǎn)量(22.5 g·m-2)，發(fā)芽率可達(dá)92%，經(jīng)層積催芽發(fā)芽指數(shù)可由7.88提高到18.15[6]，既可穴盤(pán)育苗用作地被植物，亦可直接播種建植草坪。

抗旱、節(jié)水、灌溉需求低是北京地區(qū)對(duì)草坪地被的重要要求。根據(jù)青綠苔草春季返青早而北京地區(qū)春季干旱的情況，本研究團(tuán)隊(duì)曾采用盆栽稱(chēng)重法研究春季青綠苔草花果期的蒸散特性與灌溉需水量[7]，以及虧缺灌溉對(duì)青綠苔草生長(zhǎng)的影響[8-9]。上述研究基于盆栽環(huán)境，難以避免邊際效應(yīng)產(chǎn)生的不利影響，而且僅研究生長(zhǎng)季內(nèi)某一時(shí)段的蒸散耗水，不能準(zhǔn)確、全面認(rèn)識(shí)這一新型草坪地被植物的蒸散特性。

為揭示青綠苔草的蒸散特性，為園林應(yīng)用和灌溉管理提供科學(xué)基礎(chǔ)，本文采用自動(dòng)稱(chēng)重式大型蒸滲儀，2012-2014年連續(xù)3個(gè)生長(zhǎng)季測(cè)定青綠苔草草坪的生長(zhǎng)速率，計(jì)算了其作物系數(shù)；2016年測(cè)定了不同栽植密度下青綠苔草地被的蒸散速率；將青綠苔草草坪地被的蒸散特性與高羊茅(Festucaarundinacea)草坪、野牛草(Buchloedactyloides)草坪、山麥冬(Liriopespicata)地被進(jìn)行了對(duì)比分析；對(duì)各草坪地被的灌溉需水量進(jìn)行估測(cè)。

1 材料與方法

試驗(yàn)區(qū)位于北京市昌平區(qū)小湯山鎮(zhèn)的國(guó)家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范基地內(nèi)，北緯40°10′36″，東經(jīng)116°26′13″，海拔36 m[10]。

采用自動(dòng)稱(chēng)重式蒸滲儀測(cè)量和記錄蒸散數(shù)據(jù)。蒸滲儀邊長(zhǎng)1.3 m，深2.3 m(底部為0.3 m深河沙，上部為2 m原狀土)，測(cè)量分辨率為16.9 g，相當(dāng)于蒸滲儀內(nèi)水分變化0.01 mm。

1.1 草坪地被建植與管理

2011年8月12日在蒸滲儀中播種建植青綠苔草、高羊茅和野牛草草坪，播種量分別為13 g·m-2、30 g·m-2、15 g·m-2。每種草坪播種2個(gè)蒸滲儀。不定期修剪草坪，使高度保持在10～15 cm。蒸滲儀內(nèi)20 cm深度安裝SoilSpec張力計(jì)(澳大利亞)，每日上午9時(shí)觀測(cè)土水勢(shì)。當(dāng)土水勢(shì)降低到-20 kPa時(shí)(體積含水量為21%，相當(dāng)于田間持水量32%的66%)噴灌，直至土水勢(shì)達(dá)到-0.03～0 kPa。

2015年3月31日在蒸滲儀中栽植建植山麥冬和青綠苔草地被，山麥冬栽植密度為16 株叢·m-2，青綠苔草栽植密度分別為16 株叢·m-2、36 株叢·m-2。5月29日在蒸滲儀中播種建植青綠苔草草坪，播種量13 g·m-2。每處理1個(gè)蒸滲儀，計(jì)4個(gè)。及時(shí)清除雜草，采取微噴方式補(bǔ)充水分，使20 cm深度的土壤水勢(shì)維持在-20～0 kPa。

1.2 草坪地被蒸散數(shù)據(jù)采集

蒸滲儀數(shù)據(jù)采集間隔設(shè)定為10 min。草坪蒸散采集時(shí)間為2012—2014年生長(zhǎng)季，地被蒸散采集時(shí)間為2016年生長(zhǎng)季，即每年4月1日至10月31日。剔除由于草坪修剪、儀器故障等產(chǎn)生的異常數(shù)據(jù)。在月蒸散計(jì)算中，采取近鄰差補(bǔ)和局部均值差補(bǔ)方法進(jìn)行缺失數(shù)據(jù)差補(bǔ)。

1.3 氣象數(shù)據(jù)采集與參照作物蒸散計(jì)算

距離蒸滲儀100 m處安裝Dynamet氣象站(美國(guó)Dynamax公司)，與蒸滲儀數(shù)據(jù)采集保持同步，自動(dòng)測(cè)量并記錄氣象數(shù)據(jù)：空氣溫度、空氣相對(duì)濕度、太陽(yáng)輻射和高度兩米的風(fēng)速，用于計(jì)算參照作物蒸散(reference evapotranspiration,ET0)。

氣象站坐落于空地，周?chē)?0 m范圍內(nèi)為苔草和低矮禾草，株高30～100 cm；西側(cè)30 m處有1行高約15 m的楊樹(shù)，北側(cè)70 m處有1排8間平房。

采用Penman-Monteith 公式計(jì)算ET0[11]：

式中，ET0為參照作物蒸散(mm·d-1)，Rn為冠層表面凈輻射(MJ·m-2·d-1)，G為土壤熱通量(MJ·m-2·d-1)，T為平均氣溫(°C)，u2為2米高處風(fēng)速(m·s-1)，es為飽和水汽壓(kPa)，ea為實(shí)際水汽壓(kPa)，Δ 為飽和水汽壓—溫度曲線(xiàn)斜率(kPa·°C-1)，γ為濕度計(jì)常數(shù)(kPa·°C-1)。

Dynamet氣象站觀測(cè)到太陽(yáng)輻射(Rs)，根據(jù)Fao-56文件推薦的方法計(jì)算凈輻射Rn，代入Penman-Monteith公式[11]。

1.4 作物系數(shù)計(jì)算

作物系數(shù)(crop coefficient, Kc)為作物在水分充足條件下的蒸散(crop evapotranspiration, ETc)與 ET0的比值。

Kc=ETc/ET0

2 結(jié)果與分析

2.1 青綠苔草蒸散特性

在北京地區(qū)，每月的參照作物蒸散強(qiáng)度不同，呈現(xiàn)單峰(2012年、2014年)或雙峰(2013年)趨勢(shì)(表1)。蒸散速率5月最高為4.18±0.27 mm·d-1，10月最弱，為1.71±0.18 mm·d-1。

青綠苔草草坪的蒸散趨勢(shì)與參照作物蒸散相同。5月的蒸散速率最高為3.96±0.23 mm·d-1，為需水量最高的月份。10月的蒸散速率最低為1.24±0.17 mm·d-1。作物系數(shù)在各月間亦有差別，仍是5月最高為0.95±0.03，10月最低為0.73±0.09。

剔除異常記錄后，84天的蒸散數(shù)據(jù)被采用(圖1)。青綠苔草草坪和地被的蒸散強(qiáng)度表現(xiàn)出相似趨勢(shì)?？傮w來(lái)說(shuō)，草坪的蒸散速率高于地被，高密度栽植(36株叢·m-2)的青綠苔草地被的蒸散速率高于

低密度(16株叢·m-2)栽植的同種地被。經(jīng)線(xiàn)性回歸：

y36/m2=0.85xturf，R2=0.88

y16/m2=0.80xturf，R2=0.81

圖1 青綠苔草草坪與兩種栽植密度的青綠苔草地被的生長(zhǎng)季日蒸散速率Fig.1 Daily evapotranspiration of C. leucochlora turf and groundcover at two planting densities during the growing season

2.2 青綠苔草與其他草坪地被的蒸散比較

建植第二年草坪地被生長(zhǎng)旺盛，充分反映蒸散耗水水平。因此，采取該年生長(zhǎng)季的數(shù)據(jù)，對(duì)比分析青綠苔草與其他草坪地被的蒸散。

3種草坪2012年生長(zhǎng)季的蒸散趨勢(shì)相似，5月蒸散速率最高，10月蒸散速率最低。青綠苔草草坪的蒸散速率明顯低于高羊茅草坪，略高于野牛草草坪。以平均值計(jì)算，高羊茅、野牛草草坪的蒸散速率分別是青綠苔草草坪的1.40倍、0.98倍。本結(jié)果驗(yàn)證了前人報(bào)道，冷季型草坪的蒸散量顯著高于暖季型草坪[12-13]。

圖2 青綠苔草、高羊茅、野牛草草坪的生長(zhǎng)季蒸散速率Fig.2 Evapotranspiration of C. leucochlora, F. arundinacea, and B. dactyloides turfs during the growing season

101天的蒸散數(shù)據(jù)表明(圖3)，具有相同栽植密度(16株叢·m-2)的青綠苔草地被和山麥冬地被進(jìn)行比較，兩者的蒸散曲線(xiàn)相似，5月蒸散強(qiáng)度最高，其次為4月、6月。經(jīng)線(xiàn)性回歸：y山麥冬=1.11x青綠苔草，R2=0.73

圖3 相同栽植密度下青綠苔草地被和山麥冬地被的生長(zhǎng)季日蒸散速率Fig.3 Daily evapotranspiration of C. leucochlora groundcover and L. spicata groundcover at the same planting density during the growing season

2.3 各草坪地被灌溉需水量

由表1、圖2可知，各種草坪整個(gè)生長(zhǎng)季不同階段的蒸散速率和作物系數(shù)均有較大差異，以自然月為單位測(cè)算灌溉需水量比較合理[13]。將各種草坪地被的蒸散量與降水量的差值視為灌溉最大需水量。降水量采用近60年(1951—2010年)的均值，北京地區(qū)4月—10月的降水量分別為20.3 mm、35.2 mm、74.2 mm、175.6 mm、176.8 mm、51.7 mm、24.2 mm，生長(zhǎng)季總降水量為558 mm[14]。

結(jié)果如表2所示。5月灌溉需水量最多，其次為4月，說(shuō)明春季是草坪地被最需要灌溉的時(shí)段。7、8兩月所有草坪地被均不需灌溉。青綠苔草地被9月無(wú)需灌溉，6、10兩月灌溉需水量也較低。按照灌溉需水量排序，由低到高分別為青綠苔草地被(16株叢·m-2)、青綠苔草地被(36株叢·m-2)、野牛草草坪、青綠苔草草坪、山麥冬地被、高羊茅草坪。

表2 各草坪地被生長(zhǎng)季灌溉需水量Table 2 Irrigation water demand of turfs and groundcovers during the growing season

3 討論與結(jié)論

植被的蒸散既反映了植物本身的特性，又受氣候條件、土壤水分條件、植物生長(zhǎng)狀態(tài)的影響。潘全山等的研究結(jié)果表明，播量與修剪留茬高度均與草地早熟禾的蒸散量正相關(guān)[15]。在3～12 cm范圍內(nèi)，隨修剪高度的提高，草坪蒸散量增加[16]。本文中草坪的蒸散結(jié)果基于10～15 cm的高度，測(cè)定的蒸散速率處于較高水平。

表2中數(shù)據(jù)為水分供應(yīng)充足條件下各草坪地被最大需水量。青綠苔草的蒸散量隨著灌溉量的減少而降低，但能維持正常生長(zhǎng)[8-9]。為節(jié)約用水，可以采取一定程度的虧缺灌溉，降低用水量。通常情況下，暖季型草的抗干旱脅迫能力比冷季型草高[12]，能耐受較高的虧缺水平。在景觀要求較低的生態(tài)恢復(fù)場(chǎng)地，青綠苔草、野牛草、山麥冬建植形成的草坪地被可不采取人工灌溉，雨養(yǎng)維持。

本研究表明，青綠苔草在不同月份的蒸散速率不同，5月最高為3.96±0.23 mm·d-1；作物系數(shù)在各月間亦有差別，為0.73±0.09～0.95±0.03。建植方式影響青綠苔草的蒸散，草坪的蒸散速率略高于地被。栽植密度亦影響青綠苔草地被的蒸散速率，高密度下蒸散較強(qiáng)。

與北京地區(qū)代表性的草坪地被植物相比較，青綠苔草的蒸散速率明顯低于高羊茅草坪，略低于山麥冬地被，略高于野牛草草坪。以平均值計(jì)算，高羊茅、山麥冬、野牛草的蒸散速率分別是青綠苔草的1.40倍、1.11倍、0.98倍。

在充足水分供應(yīng)條件下對(duì)生長(zhǎng)季所需灌溉量進(jìn)行估測(cè)，從低到高依次為青綠苔草地被(110.9～136.2 mm)、野牛草草坪(167.1 mm)、青綠苔草草坪(191.7 mm)、山麥冬地被(233.6 mm)、高羊茅草坪(352.2 mm)。在北京地區(qū)的園林應(yīng)用中，除生長(zhǎng)季正常灌溉外，草坪地被每年還需灌溉返青水和凍水40～80 mm。