（草业科学专业论文）模拟鸟巢式运动场的热集聚效应及其对高羊茅草坪生长的影响.pdf

摘要 本文模拟了北京奥运国家运动场的鸟巢式框架结构，并对运动场的热集聚效 应及其对结构内高羊茅草坪生长所造成的影响进行了研究分析。结果表明：鸟巢 式运动场有明显的热集聚效应，在露地对照气温2 8 * c 以下时，结构内的热集聚效 应相对较小，温度增加幅度为4 - 5 。c ；但当露地对照气温高于3 5 时，结构内的热 集聚效应十分明显，结构内温度要比外部高出1 2 1 5 。c ，可达到了4 5 5 0 * c 的极端 高温。这种热集聚效应所产生的极端高温严重影响了结构内草坪的生长，草坪质 量在夏季高温第一次来临时( 7 月4 日) 即出现明显的下降，比露地对照草坪的质 量下降提早了1 8 天，草坪密度的下降则表现得更为强烈，比露地对照要提早2 4 禾，草坪的生长量对热胁迫有一个增长式的响应过程，露地对照草坪的热响应时 间有3 0 天，而鸟巢式结构所产生的热集聚效应将高羊茅草坪生长的热响应时间缩 短到了6 天，之后其生长出现迅速下降，热集聚效应也加速了草坪叶片中叶绿素 含量的下降幅度，其叶绿素含量在整个夏天的处理过程中都要显著低于露地对照， 直至8 月9 日草坪完全死亡。而露地对照草坪虽然在夏天有一个极明显的质量下 降过程，但随着秋天凉爽气候的到来，草坪能够逐渐恢复。 关键词：鸟巢式运动场，热集聚效应，高羊茅，生长分析 s u m m a r y n e s t t y p eb e i ji n go l y m p i cs t a d i u mw a ss i m u l a t e dt os t u d yt h ep a t t e mo f h e a ta c c u m u l a t i o na n di t si m p a c t so nt h eg r o w t ho ft a l lf e s c u e ( f e s t u c a a r u n d i n a c e a ) t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e r ew a sas i g n i f i c a n th e a ta c c u m u l a t i o n i nn e s t t y p es t a d i u m w h e nt h eo u t s i d et e m p e r a t u r ew a sb e l o w 3 0 。c ，t h eh e a t a c c u m u l a t i o ni nt h es t a d i u mw a sr e l a t i v e l ym i n o r , w i t ht h et e m p e r a t u r ei n c r e a s e o f3 - 4 。c ，c o m p a r e dt ot h ec o n t r 0 1 h o w e v e r , t h e r ew a sas i g n i f i c a n th e a t a c c u m u l a t i o nw h e no u t s i d et e m p e r a t u r er e a c h e d3 5 。c o ra b o v e ，a n dt h e t e m p e r a t u r ei n c r e a s ei nt h es t a d i u mr a n g e df r o m5 t oi o 。c ，w h i c hr e s u l t e dt h e t e m p e r a t u r ei nt h es t a d i u ma sh i g ha s 4 6 4 8 。c t h eh i g ht e m p e r a t u r ei nt h e s t a d i u ms i g n i f i c a n t l yi n h i b i t e dt h et u r f g r a s sg r o w t h t h ed e c l i n eo f t u r fd e n s i t y , c h l o r o p h y l lc o n t e n t ，a n d t u r fq u a l i t yw e r ee n h a n c e dg r e a t l yb yt h eh e a t a c c u m u l a t i o n t h e r ew a sam a r k e dd i s c r e p a n c yc o m p a r i n gw i t ht h ec ki nt h e r e s u l t s b e d d i n gt e m p e r a t u r ec o n t r o l l i n gd e l a y e d t h ei m p a c t so ft h eh e a t a c c u m u l a t i o ni ne v i d e n c e k e yw o r d s ：n e s t t y p es t a d i u m ，h e a ta c c u m u l a t i o n ，t a l lf e s c u e ，g r o w t h 图表索弓 图1 模拟鸟巢式运动场2 6 图2 模拟鸟巢式运动场坪床结构1 0 图3 全天温度变化1 4 图4 全天冠层温度的变化1 5 图5 模拟鸟巢式运动场鸟巢结构内和露地对照的气温变化1 5 图6 模拟鸟巢式运动场的热集聚效应与场外气温的关系1 6 图7 模拟鸟巢式运动场的热集聚效应对高羊茅草坪质量的影响1 7 图8 模拟鸟巢式运动场的热集聚效应对高羊茅草坪密度的影响1 8 图9 模拟鸟巢式运动场的热集聚效应对高羊茅草坪生长量的影响1 8 图1 0 模拟鸟巢式运动场的热集聚效应对高羊茅草坪叶绿素含量的影响1 9 图1 1 模拟鸟巢式运动场坪床砾石层2 6 图1 2 模拟鸟巢式运动场坪床砾石层上铺防沙网2 6 图1 3 模拟鸟巢式运动场坪床种植层2 6 图1 4 在模拟鸟巢式运动场坪床铺种草皮2 7 图1 5 用红外线温度计测定草坪冠层温度2 7 图1 6 运用防水型探针式温度计测量各小区不同深度的温度2 7 图1 7 模拟鸟巢式运动场顶部开口2 7 1 文献综述 1 1 运动草坪 运动草坪是指以草坪为竞争、运动游戏活动载体的专用场地，是指在人工培育 的条件下生长的有承受人类体育运动能力的草本植物群落。它包括机械性的管 理条件和基本的场地设施，也包括在特定环境中良好生长并能为人类提供一个优良 运动表面的致密草坪。由于运动场草坪是在特定环境条件下强行生长的人工植物群 落、故此点是建坪与养护管理的焦点，也是运动竞技、游戏对场地要求的归宿。 草坪坪床是运动场草坪的基础，也是决定足球场草坪运动质量最主要的因素。 其影响程度远远大于施肥水平和草种选择。良好的坪床结构不仅有利于草坪的养护 管理，而且还可以为运动员创造良好的训练和比赛条件旺3 。运动场草坪必须要有 优良的排水特性，即使在集中降雨的情况下，场地中也不能有积水。正规的体育比 赛都是按照规定日程进行，即使遇到恶劣天气也要如期举行，早期的运动场由于没 有良好的坪床结构，当暴雨来临时体育比赛要么延期要么就在积水的球场中进行， 结果导致球场过早的退化，影响了体育馆的收入和电视转播，其经济损失是无法估 量的。只有那些具有良好坪床结构和高覆盖度的运动场，才能防止场地雨天泥泞积 水和晴天扬起尘土，保证体育比赛的正常进行。 1 2 体育运动对运动场草坪的要求 1 2 1 茎叶密度高，草色均一鲜艳 致密均一、美丽如画的草坪不仅可以为比赛提供良好的竞技场地，减少运动员 的伤害，而且美丽的背景不会让观众在长时间的比赛欣赏中感到眼睛疲劳，因为绿 色是人视觉感觉最舒适的颜色之一，高密度且草色均一的草坪表面就要求具有良好 质量的坪床做保障。 1 2 2 生活力强，绿期长 运动草坪必须具有很强的生活力，生长速度快，根系发达，耐践踏，耐修剪， 再生性好，地面覆盖度高【2 1 。保证在夏季高温和冬春低温季节草坪草的正常生长， 维持草坪草较长的绿期。较长的绿色期和很强的恢复能力是运动场草坪草必须具备 的重要特征，同时也是运动场草坪运动质量稳定性的重要前提。 1 2 3 具有科学的坪床结构 体育运动是一种高强度的对抗比赛项目，为了保证运动员的安全与比赛舒适 性，提高运动员的比赛积极性，球场草坪的弹性及回弹性必须达到一定的标准，以 保证场地良好的缓冲性能和运动质量( 3 1 ，并有良好的排水特性。保证草坪在使用期 内的高质量，这就需要体育运动草坪有一个科学的坪床结构。 由上可见，体育运动草坪对坪床结构有着比其他草坪更高的要求，要符合这些 要求，最重要的应保证草坪草具有庞大而健康的根系和坪床的弹性与稳定性，这就 要求运动场有特殊的坪床结构。 1 3 运动场的结构特点及其对草坪草的影响 2 0 世纪以来人们为开放与交流而兴建的建筑都要求有一个大的空间，其中有 代表性的是运动场、会议展览和机场建筑，并采用了不少引人注目的空间结构。在 所有的体育建筑中，运动场可说是变化最大的，也最富有特点。最初的运动场不过 是一片没有遮蔽的露天场地，周围设置了一些看台，后来为看台加上了挑蓬，其悬 挑的跨度不过十来米。随着需求的增长和技术的进步，不但悬挑跨度越来越大，覆 盖的范围也发展到了全部看台，仅留下了中央的一部分露天比赛场。然而，运动场 的发展并未到此为止，中间部分的顶盖还能做成晴天开敞、雨天遮蔽的开闭结构， 以至运动场和运动馆之间已没有什么严格的界限了。 运动场的这种网架挑蓬和顶部的半透明覆膜结构形成了运动场的特殊结构，由 于运动场的特殊结构使得场内空气较难与外部空气形成对流，结构内集聚的热量只 能通过顶部的开口扩散出去，散热效果较差，这也就导致了场内显著的热集聚效应 4 1 。 1 4 温度胁迫对草坪草的影响 目前，我国大多数运动场草坪建植和管理水平较为滞后，研究基础比较薄弱， 运动草坪质量难以满足国际大型赛事的要求，特别是在运动场中的运动草坪质量一 直差强人意，很少有四季常绿、高质量的草坪满足要求。夏季的持续高温高湿气候 对常绿型冷季型草坪是一个很大的挑战，特别是在运动场内，其特殊的小气候可使 草坪冠层温度高达4 5 。c 以上，大多数常绿型草坪在夏季高温期间的质量下降是运 动场草坪管理者面临的最为棘手的问题。 温度是草坪植物的重要环境因素之一，作为生物机能的一种动力，影响植物 2 的蒸腾、水势、吸收和新陈代谢，以及几乎所有的酶促反应、休眠和生长发育。用 于建坪的草种有一个营养器官生长和发育的温度范围【3 】，冷季型草坪草最适的地 上部生长温度是1 5 2 4 。c ，根系为1 0 1 8 ，暖季草的适宜温度为2 6 7 3 1 0 c t 5 1 ， 超过适宜温度，草坪草的正常生长发育和健康就会受到影响。温度胁迫会引起草坪 植物体内糖类、脂类、蛋白质等大分子物质的代谢作用，呼吸作用光合作用等生理 过程以及细胞膜、细胞器等结构的变化【6 】 7 1 。冷季型草坪草在气候冷凉地区能周年 常绿，在我国长江中下游气候过渡区绿色期也相对较长，但在高温天气超出最适温 度的大气温度极值或日均值季节也普遍存在难以越夏的问题嘲。 1 4 1温度胁迫对草坪草生理代谢的影晌 从生理机制上来说，高温胁迫对植物造成的热害主要表现为：蛋白质变性，使 光合作用和呼吸作用的速率下降，随后是生物膜的结构破损，透性丧失，质体的类 囊体瓦解，质液外渗，使植物体内生理生化代谢紊乱凹，叶绿体受损导致光合作用 受到抑制，植株生活力下降。对化学物质的耐性调控和热胁迫信号传导等方面的研 究，将有助于获得更多的耐热机理知识和改善冷季型草坪草在过渡地带的夏季草坪 质量。 生物膜由脂类和蛋白质组成，膜脂分子一般是相当稳定的，在空气中不易发生 氧化作用，可是一旦有活泼自由基存在，就可导致脂质过氧化的产生【5 】o 生物体内 的自由基主要是指活性氧，所谓活性氧就是氧的某些中间代谢产物或含氧的衍生物 质，具有比氧更强的氧化能力。在植物组织中，活性氧类型主要有超氧阴离子( 0 2 ) 、 过氧化氢( h 2 0 2 ) 、羟自由基( o 田、单线态氧( 1 0 2 ) 和脂质过氧化自由基( r 0 0 。) 等。 它们存在于植物细胞壁、叶绿体、线粒体、微粒体和细胞核等部位【_ 7 】 1 0 i 。过氧化 可使细胞膜不饱和脂肪酸减少。这样原来保持的细胞膜饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸 的均衡就受到破坏，饱和脂肪酸增多会使膜变为刚性状态，缺乏不饱和脂肪酸可使 膜的流动性变低，导致膜功能的异常。 x i a o z h o n gl i u 和b i n g r uh u a n g 【i o 】i n 】等人研究了高温胁迫之下两种匍匐翦股 颖的根和叶中m d a 含量及p o d 、s o d 和c a t 活性的变化，表明草坪草m d a 的 含量叶片比根中更高，这可能是由于在叶片中过氧化作用伤害叶绿体和线粒体两个 细胞器，而在根中只有线粒体受到伤害：p o d 活性增高，s o d 活性随胁迫时间的增 加先升高后降低，c a t 活性一直降低，并且抗热性强的品种的m d a 含量和p o d 活性的增加幅度以及s o d 和c a t 活性的降低程度小于抗热性差的品种，说明在 高温胁迫下，草坪草中的抗氧化系统受到损伤【刀。 1 4 2 温度胁迫对草坪草器官发育的影响 有研究指出1 7 】草坪草在超出适宜但非致死温度下，草坪草生长受到抑制，草坪 质量下降，首先观察到的热胁迫效应是草坪草叶片逐渐褪绿，叶绿素含量的下降： 其次是根的成熟度加快，根呈褐色且细长、瘦弱。新根从根颈部分生组织的发生也 受阻。短期高温对根系活力影响较小，只有长时间处于这种高温下才会因根系生长 停止或死亡，从而间接引起植株死亡。众多研究表明【1 2 1 ，热胁迫下，匍匐翦股颖 ( a g r o s t i sp a l u s t r i s ) 、草地早熟禾( b o ap r a t e n s i s ) 和高羊茅( f e s t u c aa r u n d i n a c e a ) 的地 上部和根的生长受抑制，草坪质量降低，匍匐翦股颖地上部和根的生长速度、密度、 产量、根重和根数在热胁迫下均降低【1 2 1 。温度直接影响植物根的生长率，降低温 度可以使最高生长率所需的最小氧浓度降低，如果土壤温度低于1 8 ，在通进气 体中氧的浓度低到2 2 还产生最高生长率；而在3 0 左右，要想出现最高生长率 就要有2 1 的氧。温度对土壤中发生的生物物理和生物化学过程也有重要的影响 【2 0 1 。 1 5 坪床根层温度与草坪生长发育的关系 由于夏季太阳热辐射强，草坪土壤温度积累很高，特别是运动场的网架挑蓬和 顶部的半透明覆膜结构形成了运动场的特殊结构【1 3 】【1 4 1 ，使得场内空气较难与外部 空气形成对流，加上顶棚的温室效应，场内集聚的热量只能通过顶部的开口扩散出 去，散热效果较差，这也就导致了场内显著的热集聚效应，草坪根层温度远高于根 系生长的最适温度。有研究表吲”】，土壤温度是一个对植物生长起重要作用的因 素，较高的土壤温度比气温更能对匍匐翦股颖造成生长和生理抑制。土层的高温对 草坪草生长的伤害主要是由于它抑制了根系生长、根系对营养和水分的吸收以及某 些激素的合成 1 6 】【r 丌。研究指出，施用一些营养元素和细胞分裂素可以促进匍匐翦 股颖高温下茎叶和根系的生长，但仍不能消除高温产生的不利影响【i q ，这表明外 部措施很难消除高温对根系产生的伤害。 d r c y w a r d 1 9 1 指出：对于草坪草的适应性方面起决定作用的是土壤表层的温 度，而不是气温，是因为草坪草的生长点，特别是根茎和匍匐茎处于或接近地表。 b e a r d 和d a n i e l ( 1 9 6 6 ) 发现匍匐翦股颖的根系生长与6 英寸( 1 5 2 c m ) 土层的温度密 4 切相关，研究表明新根的生长量是随着土壤温度下降而提高的。 当气温持续在3 5 c 时，降低土壤温度3 c ，可明显促进匍匐翦股颖茎叶和根系生 长1 2 0 1 。并且草坪质量的提高是随土壤冷却持续时间和冷却幅度而增加的。当土壤 温度低于2 0 c 时，“p e n c r o s s ”和“l 9 3 ”匍匐翦股颖在3 5 c 的高温下仍然能保持 与在适宜的土壤和空气温度栽培条件下的翦股颖同样的质量。结果表明降低土壤温 度是防止草坪草在高温胁迫下质量下降的一种有效的方法 1 l l 。根区温度为2 3 c 是 保持根系活力和草坪草正常生长的临界点，当土壤温度高于2 3 c 时，草坪草的生长 和生理方面都会受到负面影响，甚至将其茎叶置于2 0 。c 的最佳温度下也不例外当 土壤温度从3 5 c 下降到3 2 时，草坪质量、叶片叶绿素含量，茎叶生长速率都增加 了，直到土温下降到2 9 才可明显观测到分蘖密度、再生速度、根量和鲜重的增加 2 1 l 。当土温降到2 4 时草坪质量、茎叶生长速率和根冠比维持在与对照相同的水 平上。降低土温是提高草坪质量、叶绿素含量、茎叶生长速率、根系数量的有效手 段，并且随着根层温度的降低，这种效应越明显。当匍匐翦股颖处于高温胁迫下时， 降低土壤温度可以很好的维持草坪质量，并且夜间土壤温度的降低比白天更有效 【2 l 】。 2 引言 2 1 北京奥运国家运动场“鸟巢”设计方案背景 2 0 0 2 年1 0 月2 5 日，受北京市人民政府和第二十九届奥运会组委会授权，北 京市规划委员会面向全球征集2 0 0 8 年奥运会主体育场中国国家体育场的建筑 概念设计方案。国家体育场是第一个进入建筑设计程序的北京奥运场馆设施。截止 到2 0 0 2 年1 1 月2 0 日，竞赛办公室共收到4 4 家著名设计单位提供的有效资格预审 文件，经过严格的资格预审，最终确定了1 4 家设计单位进入正式的方案竞赛，他 们分别来自中国、美国、法国、意大利、德国、澳大利亚、日本、加拿大、瑞士、 墨西哥等国家和地区。 奥运会不仅吸引着世界上最伟大的运动员创造最好的成绩，而且吸引着世界上 最伟大的建筑师创造最伟大的作品，包括世界建筑设计最高奖“普利茨克奖” 得主在内的全球许多最具实力的设计团队和最有才华的设计师都参与了这次竞赛。 2 0 0 3 年3 月1 8 日，最终参与竞赛的全球1 3 家具有丰富经验的著名建筑设计公司 及设计联合体，将他们理想中的中国国家体育场的壮丽构想送抵北京。1 3 个设计 方案中，境内方案2 个、境外方案8 个、中外合作方案3 个。在随后的方案评审中， 由中国工程院院士关肇邺和荷兰建筑大师库哈斯等1 3 名权威人士组成的评审委员 会对参赛作品进行严格评审、反复比较、认真筛选，经过两轮无记名投票，选举出 3 个优秀方案，分别是由瑞士赫尔佐格和德梅隆设计公司与中国建筑设计研究院组 成的联合体设计完成的“鸟巢”方案、由中国北京市建筑设计研究院独立设计的“浮 空开启屋面”方案、由日本株式会社佐藤综合计画与中国清华大学建筑设计研究院 合作设计的“天空体育场”方案。 在此基础上，评审委员会又以压倒多数票推选“鸟巢”方案为重点推荐实施方 案。在讨论“鸟巢”方案时，共有8 票赞成、2 票反对、2 票弃权、1 票作废。在 国际建筑竞赛中，一个方案能获得如此多的共识，应属少见。为征求公众意见，竞 赛组织单位又将全部1 3 个设计方案在北京国际会议中心公开展出。展出历时6 天， 征得观众投票6 0 0 0 余张。其中被中外评委重点推荐的“鸟巢”方案获票3 5 0 6 张，“浮 空开启屋面”获票3 4 7 2 张，“天空体育场”获票3 4 5 4 张，排名前三位。“鸟巢”名 列第一，表现出观众与评委在相当程度上的认同。经决策部门认真研究，“鸟巢” 最终被确定为2 0 0 8 年北京奥运会主体育场中国国家体育场的最终实施方 案。 2 2 模拟鸟巢式框架结构 本研究模拟了北京奥运国家运动场的鸟巢式框架结构，并对运动场的热集聚效 应及对场内运动场草坪生长所造成的影响进行了研究分析。 2 0 0 8 奥运会体育馆国家运动场“鸟巢”方案于2 0 0 3 年4 月从中外1 3 个竞赛 方案中胜出，运动场在奥运会比赛时将容纳1 0 万观众，建成后将有望成为世界上 最大的可开启屋顶的运动场。从外观上看，这个巨型运动场状如树枝织成的“鸟巢”， 其灰色矿质般的钢网以透明的膜材料覆盖。其中包含着一个土红色的碗状运动场看 台，整个“鸟巢”坐落在矿质坡地景观的基座上，方案将室内观光楼梯做成外部网架 的延伸物，并将整个运动场室外地型隆起4 米，内部作附属设施避免下挖土方所耗 的巨大投资。运动场外壳采用可作为填充物的气垫膜，使屋顶达到完全防水的要求， 阳光可以穿过透明的屋顶满足室内光线的需要。滑动式的可开启屋顶是运动场结构 6 中必不可少的一部分，当它合上时，运动场将成为一个室内的赛场。除了一些特殊 的结构需要外，可开启屋顶的结构基本上也是一个网络状的架构，装上充气垫后， 成为一个防水的壳体，国家运动场“鸟巢”工程总预算为3 8 亿人民币。 运动场的环型看台会给运动场形成一个盆地式的特殊小气候，太阳光直射看台 的反射及观众人体产生的热量容量集聚在盆地，难以有效地散发出去。北京奥运国 家运动场设计了“鸟巢”式的框架结构，气势与景观效果均为世界一流，但这种鸟 巢式的结构可可能会造成明显的热集聚效应，而奥运会比赛的时间又值北京的盛 夏，场内热集聚效应所造成的极端高温可能对运动场草坪的生长是一个极其严峻的 挑战。 为了避免运动场热集聚效应对运动草坪生长的负面影响，欧、美、日等发达国 家通常在运动场看台的造型设计时即考虑进了场内空气的流动，并预留一些通风 口，使场内空气与外界相通，从而最大限度的减缓运动场的热集聚效应。 本研究旨在通过模拟鸟巢式结构的热集聚效应来研究和分析其对草坪生长所 产生的负面影响，为北京奥运运动场草坪的规划和建设提供充足的理论依据。 3 材料与方法 3 1 试验地概况 试验设置在上海上交通大学农业与生物学院农场实验场内( 上海市) 。上海位 于北纬3 l 度1 4 分，东经1 2 1 度2 9 分，地处长江三角洲前缘、属北亚热带季风气 候，四季分明，日照充分，雨量充沛。上海气候温和湿润，春秋较短，冬夏较长， 年平均气温1 6 c 左右。全年无霜期约2 3 0 天，年平均降雨在1 2 0 0 r a m 左右，但一 年中6 0 的雨量集中在5 月至9 月的汛期。 3 2 供试材料 本着“科研与实践相结合”的原则，本试验研究选择了在运动场草坪中常用的草 坪草高羊茅( t a l lf e s c u e ) 作为试验材料。根据本研究目的和前人的研究成果及经 验，本研究特选择高羊茅品种b a r l e x a s 的草皮为试验材料( 见图1 4 ) 。草坪革的 种子来自北京市种子公司，其纯净度和发芽率符合国际种子质量认证标准( 纯净度 8 5 ，发芽率 9 8 ) 。 高羊茅是一种多年生草坪草，适宜于寒冷潮湿和温暖潮湿过渡带生长。高羊茅 7 的叶片扁平，粗糙，根系发达，是冷季型性草坪草中较为耐旱和耐践踏的草坪草之 一。对高温有一定的抵抗能力，叶片在暂时高温下仍能保持颜色和外观的一致性。 其耐热性在冷季型草坪草中最强，在长江流域也可种植。高羊茅的抗寒性较差，易 受低温的伤害。高羊茅虽然也具有根茎，但其根茎较短，其新枝多是由根冠产生而 不是根茎的节产生的，生长为丛生型，恢复能力中等。高羊茅叶片具有较为明显的 叶脉和深绿的色泽，在高播种量的条件下，能形成致密均一的草坪。 3 3 试验实施程序 试验实施程序： 3 4 模拟鸟巢式运动场的建设 北京2 0 0 8 年国家运动场具有独特的造型和类似鸟巢的建筑结构，国家运动场 的“鸟巢”是由一系列辐射式门式钢桁架围绕碗状坐席区旋转而成，结构科学简洁， 设计新颖独特。 3 4 1 模拟鸟巢式运动场有效面积5 0 m ( 比例1 ：2 0 0 ) 采用砖、水泥及混凝土建造运动场主体结构，顶部采用蓬膜和压索建造双曲抛 物面索膜结构的运动场屋顶( 见图1 ) 。 3 4 2 模拟鸟巢式运动场坪床结构设计 运动场草坪坪床应具有良好的排水特性和表面质量，在坪床结构的设计上参 考了美国高尔夫协会u s g a 推荐的坪床结构类型，并根据试验目的进行了改进。 坪床结构( 见图2 ) 。其中砾石层为两层，下层为粗砾石1 0 2 0 m m ，上层为6 1 0 m m 的细砾石，种植层和砾石层之间铺设一层无纺布( 2 5 9 m 2 ) ；种植层为粒径 大小在0 1 5 0 2 5 m m 的细沙+ 泥炭，泥炭含量为5 ，种植层和砾石层的粒径大小 兼顾渗透因素和搭桥因素。 图2模拟鸟巢式运动场坪床结构 f i g 2s t r u c t r eo f r o o tz o n e s o i l 3 4 3 模拟鸟巢式运动场施工 模拟鸟巢式运动场的施工系统流程见表1 ，图1 1 ，1 2 ，1 3 1 0 表1模拟鸟巢式运动场的施工系统流程 时间旖工步骤 主要内容备注 人员、器械、材料到位 地表清理、保证地 材料准备、实地 定桩确立方位尺寸，标高表排水坡度一致 2 0 0 5 4 ，2 2 测量、基地平整 准确设置坡度和标高，地表排水坡度为注意保证地表水顺 4 2 5 ( 4 d )1 畅排入捧水沟 预埋主支架 挖排水沟 砌围墙、焊接、根据定桩、划线砌l 2 标准砖墙保证连接可靠性 4 2 6 - 5 9 ( 4 d )固定次支架焊接中间撑圈与各支架 覆蓬膜 覆蓬膜、用压索、弹簧卡固定 1 将托盘紧密排列于坡度为1 的地平 种植层河沙与有机 上，形成坪床面。质应在场外混匀 2 用一排立砖沿南北向将坪床一分为二。各层要湿润，以利 建 3 密封坪床四周( 砖、水泥) 、留2 个排压实 植 场 水口。 保证每层平整、压 5 1 0 5 1 5 ( 6 d ) 内 4 在场外将有机质与河沙( 细) 均匀混合。 实 苴 坪 5 按坪床设计依次铺粗砾石、防沙网、细 向坪床洒水至湿 砾石、无纺布、河沙( 细) 、草皮。透，待沉降后再铺 6 撒细沙于草皮连接细缝处、滚压、适量植草皮 洒水 5 1 16 - 5 2 0 ( 5 d ) 配置水、电及空l 。合理安放空调、确保制冷均匀 保证制冷密封性； 调制冷和灌溉设2 安全配置水电、电表，水表确保水电安全 施 3 粉刷内外围墙、清洁杂物 粉刷围墙、清洁 工作 5 ，2 5完工验收 3 4 4 试验小区布置 试验于2 0 0 4 年6 月8 日开始进行，9 月3 日结束，在模拟鸟巢内高羊茅草坪上设置 样区，作为模拟鸟巢式运动场的结构内高羊茅草坪处理( n e s t ) 小区，随机排列， 三次重复，另在模拟鸟巢外划出相同面积的露地高羊茅草坪作为露地对照( c k ) 小区。 3 5 测定指标及测定方法 3 5 1 温度的测定 3 5 1 1 用水银温度计测定离草坪冠层l m 处的气温。 分别在离草坪冠层l m 处悬挂水银温度计进行模拟鸟巢式结构内气温( t ) 露地 对照气温( t 0 ) 的测定，于每天1 3 ：3 0 记录模拟鸟巢式运动场内部和外部对照小区 的气温数据，取4 次重复的平均值作为处理和对照的代表值进行计算分析。 3 5 1 2 用红外线温度计测定草坪冠层温度。 用m t 4 红外线测温仪测定草坪冠层温度，在观测时红外测温仪以4 5 0 的俯角指向 冠层，测定6 个冠层温度值，然后取其平均值作为小区冠温值( 见图1 5 ) 。 3 5 1 3 运用防水型探针式温度计测量各小区不同深度的温度值，并记录数据( 见 图1 6 ) 。 3 5 2 草坪目测质量 根据美 n t e p 的标准进行草坪质量评价，以草坪地上部分的质地、茎蘖密度、 绿色度指数和均一性作为考量的依据，o 一9 分级，9 为最佳理想草坪质量，0 级 为枯黄草坪，6 级为正常人们可以接受的草坪质量。 分别在n e s t 和c k 区选3 个有代表性的点，每点取1 0 x 1 0c m 2 米对高羊茅草坪植株 的所有茎蘖进行计数，以3 点的平均数作为该小区草坪密度的代表值。 3 5 4 草坪生长量 分别在n e s t 和c k 区选3 个有代表性的点，每点取1 0 1 0c m 2 ，把草坪修剪到4c m 高，每隔6 天修剪一次，以剪下的草坪绿叶鲜重作为草坪的生长量指标。 3 5 5 叶绿素含量测定： 3 5 5 1 试验材料 分别在n e s t 区和场外露地草坪对照( c k ) 取新鲜草坪草叶片3 份，各对照和和 j 2 处理均设4 个重复。 3 5 。5 2 仪器与用具 分光光度计；研钵i 套；剪刀1 把；玻棒；2 5 m l 容量瓶3 个；定量滤纸；吸水 纸；擦镜纸；滴管；电子天平( o 0 l 感量) 3 5 5 3 药品与试剂 8 0 丙酮；石英砂。 3 5 5 4 试验与步骤 1 ) 取新鲜草坪草叶片，取中段，擦净组织表面污物、剪碎、混匀。 2 ) 称取剪碎的新鲜样品0 0 5 9 ，放入研钵中，加少量石英砂和2 3m l8 0 e 丙酮， 研成匀浆，再加8 0 丙酮5 m l ，继续研磨至组织变白。 3 1 用8 0 丙酮定容至2 5 m l ，摇匀，离心。 4 ) 将上述色素提取液倒入光径l e m 的比色杯内。以8 0 丙酮为参比，在波长 6 6 3 n m 、6 4 5 n m 下测定消光值。 3 5 5 5 实验结果计算 根据以下经验公式计算出叶绿素的含量： 叶绿素含量= ( 2 0 2 x d 6 4 s + 8 0 2 d 6 6 3 ) x s ( f w x l 0 0 0 ) ( m g g ) 4 草坪的管理 4 1 草坪修剪 、 适当的修剪有利于草坪根系的发展，当草坪草高度超过6 c m 时就可修剪。一 般在春秋季草坪生长旺盛时应勤修剪；在夏季高温季节草坪处于休眠期时将留茬高 度适当提高，往后在秋季生长适宜期，遵守1 ，3 原则逐步降低留茬高度，将草坪留 茬高度调整到4 6 c m 即可。 4 2 草坪的施肥和灌溉 当草坪幼叶呈不健康的亮绿或老叶呈褐色，则应给草坪施肥，每l o o m 2 的草 坪施2 5 k g 化肥，n ：p ：k 比例为1 0 ：6 ：4 为好，施肥必须全面、均匀，多次分施，施 肥后立即用喷雾式喷头灌溉，以免化肥灼伤叶片。 4 3 杂草防除 在试验过程中草坪上出现杂草有香附子和水花生等，杂革的防除在生长季各时 期以人工拔除方法清除。除草要遵循除早、除小、除净原则。 5 结果与分析 5 1 模拟鸟巢式运动场的一天中温度变化 选择具有代表性的晴朗的天气，在6 月1 9 号测定运动场内外全天气温变化， 可以看出运动场内外气温变化趋势基本一致，在一天中1 2 ：0 0 1 4 ：3 0 温度较高， 在1 3 ：3 0 出现一最大值，且运动场内外温差最大，达到8 c 。 在一整天中各小区n e s t 和c k 草坪冠层温度变化趋势基本一致，7 ：3 0 1 0 ：3 0 时冠层温度急剧升高，至1 3 ：0 0 各小区冠层温度达最大值。各处理的冠层温度和运 动场外气温的差值差也具有明显的日变化规律，日出以后，作物蒸腾速率较小，在 阳光的照射下作物冠层温度升高很快；无论是模拟鸟巢结构内还是露地对照，其冠 层温度均大于气温，冠气温差出现正值。而随着辐射强度和饱和水汽压差的增大， 蒸腾强度增高，叶片因为失水作用，冠层温度增幅降低，冠气温差变为负值，这个 负值的大小与蒸腾强度密切相关。 图3 全天温度变化 f i g 3t e m p e r a t u r ec h a n g e sd u r i n gad a y 1 4 图4 全天冠层温度的变化 f i g 4c a n o p yt e m p e r a t u r ed u r i n gad a y 5 2 模拟鸟巢式运动场的热集聚效应 在6 月1 0 日至7 月9 目之间，露地对照气温有5 天达到了3 5 以上，但也有 7 天较严重的阴雨天气，气温在2 8 以下，这段时间的温度变化较大，在3 0 以 上的晴天里，模拟鸟巢式运动场的热集聚效应比较明显，结构内气温达到了4 0 c 左右，而在阴雨天，模拟鸟巢式运动场的热集聚效应不十分明显，结构内气温仅比 露地对照高2 3 。 譬 l 蚤 步 蹇 6 - 1 06 - 2 67 - 1 27 - 2 88 1 3 8 - 2 9 日期d a t e 图5 模拟鸟巢式运动场结构内( n e s t ) 和露地( c k ) 的气温变化 f i g 5t e m p e r a t u r ec h a n g e so fi n s i d e ( n e s t ) a n do u t s i d e ( o k ) o f s i m u l a t e d b e i j i n go l y m p i cs t a d i u m 从7 月1 0 日开始到8 月1 0 日，露地对照基本已处于连续的高温之中，有2 8 天的气温在3 5 以上，这时模拟鸟巢式运动场的热集聚效应十分明显，结构内气 温达到了5 0 左右，最高的达到了5 2 2 ( 图5 ) 。8 月1 1 日之后，由于气温的 下降和阴天增多，热集聚效应的变幅也随着气温的变动而增加，相对来说，已有明 显的下降。 模拟鸟巢式运动场的热集聚效应与气温的关系呈指数曲线模式( 图6 ) ，其关 系式为： y = o 1 7 6 2 e o 1 1 2 i x r = 0 7 4 9 6 * * 差异极显著( p o 0 1 ) 露地对照气温在2 8 以下时，模拟鸟巢式运动场的热集聚效应不是很明显， 结构内气温的增高幅度一般在4 - 5 c 左右。但外界气温在3 5 c 以上时，热集聚效应 十分明显，结构内气温的增高幅度可达到1 2 1 5 ，并形成4 5 - 5 0 c 的极端高温。 1 6 p p 孑2 谴 弹 萎i 始旨4 o o 2 5 气澍3 0 3 54 0 t e m p e r a t u r e ， 图6 模拟鸟巢式运动场的热集聚效应与气温的关系 f i g 6r e l a t i o n s h i pb e t w e e n o u t s i d et e m p e r a t u r ea n ds t a d i u mh e a ta c c u m u l a t i o n 5 3 热集聚效应对草坪质量的影响 夏季高温造成了高羊茅草坪质量的明显下降，露地对照草坪在7 月1 6 日之后 1 6 草坪质量出现明显下降，至7 月2 2 日草坪质量降到了可接受程度以下( 6 o ) ， 至8 月9 日降到最低点，之后随着气温的下降，草坪质量有小幅度的回升。 6 1 06 - 2 27 - 47 1 67 - 2 88 - 98 2 19 2 日期d a t e 图7 模拟鸟巢式运动场的热集聚效应对高羊茅草坪质量的影响 f i g 7 e f f e c t so f h e a ta c c u m u l a t i o ni ns i m u l a t e ds t a d i u m0 1 1t u r f q u a l i t yi nt a l lf e s c u e 模拟鸟巢式运动场所产生的热集聚效应极显著地增加了高羊茅草坪质量下降 的速度和幅度，随着7 月4 日的第一次高温降临，结构内高羊茅草坪质量即出现明 显下降，比露地对照草坪提早了1 8 天( 图7 ) ，而且其质量呈明显的直线下滑， 至8 月9 日草坪全部死亡。 5 4 热集聚效应对草坪密度的影响 高羊茅草坪在越夏过程中，草坪密度有一个极明显的下降过程，露地对照草坪 的密度在8 月9 日降至最低，其密度仅为高温来临前的4 8 7 ，8 月1 5 日之后， 随着气温的下降，草坪密度有小幅度的回升。 热集聚效应所产生的极端高温对草坪密度的下降产生了极显著的影响，6 月2 8 日鸟巢结构内草坪密度即开始大幅下滑，比露地对照草坪提早了2 4 天( 图8 ) ， 其密度下降趋势很快，直到8 月9 日，不再留下一棵绿色茎蘖。 e 量 封 6 - 1 0 6 - 2 2 7 - 47 - 1 6 7 - 2 88 - 9 8 - 2 l斗2 日期d a t e 图8 模拟鸟巢式运动场的热集聚效应对高羊茅草坪密度的影响 f i g 8 e f f e c t so f h e a ta c c u m u l a t i o ni ns i m u l a t e ds t a d i u mo nt u f f d e n s i t yi nt a l lf e s c u e 5 5 热集聚效应对草坪生长量的影响 露地对照高羊茅草坪的生长量与夏季气温的变化有密切的关系，由于6 月1 0 臼至7 月4 日期间雨水相当充沛，随着气温的逐渐升高，高羊茅草坪的生长量也逐 步增加。但之后随着盛夏高温酷署的真正来临，草坪生长量迅速下降，至7 月1 6 日之后，草坪生长量一直维持在很低的水平上，至8 月9 日已几乎停止生长，之后， 由于气温的下降，草坪生长量又逐渐恢复。 热集聚效应所产生的极端高温在开始就刺激了结构内高羊茅草坪的疯狂生 长，第一周的草坪生长速度就一下子提高了3 3 倍( 图9 ) ，但之后生长量迅速下 滑，至7 月1 6 日完全停止生长，并逐步死亡。 6 - 1 06 2 27 47 1 67 - 2 88 98 - 2 19 - 2 日期d a t e 图9 模拟鸟巢式运动场的热集聚效应对高羊茅草坪生长量的影响 f i g 9 e f f e c t so f h e a ta c c u m u l a t i o ni ns i m u l a t e ds t a d i u mo ng r o w t hr a t ei nt a l lr e s c u e 1 8 舳 o 6 5 4 3 2 l o (p口d芭；06惭举斟 5 6 热集聚效应对草坪叶片内叶绿素含量的影响 随着夏季高温的降临，高羊茅草坪叶片内的叶绿素含量逐步下降，露地对照草 坪至8 月9 日下降到最低点，下降幅度达到了其起始水平的6 9 5 ，之后随着气温 的回落和新叶的产生，叶绿素含量逐渐恢复。 模拟鸟巢式运动场所产生的热集聚效应加速了结构内高羊茅草坪叶片内叶绿 素含量的下降幅度，在试验期内的每个阶段，其叶绿素含量均明显低于露地对照( 图 1 0 ) ，至7 月2 8 日之后，已基本没有绿叶，无法测定叶绿素含量。 暑 喜 8 暮 詈 耋 u 如 粕 姑 t 日期d a l c 图1 0 模拟鸟巢式运动场的热集聚效应对高羊茅草坪叶绿素含量的影响 f i g 1 0 e f f e c t so f h e a ta c c u m u l a t i o ni ns i m u l a t e ds t a d i r n - io nl e a f c h l o r o p h y l lc o n t e n t i nt a l lf c s e u e 6 讨论 由于模拟鸟巢式运动场的鸟巢结构内空气较难与外部空气形成对流，结构内集 聚的热量只能通过顶部的开口扩散出去，散热效果较差，这也就导致了结构内显著 的热集聚效应。其热集聚效应与气温密切相关，在2 8 1 2 以下的气温条件下，结构 内的热集聚效应较小，其结构内温度仅比露地对照气温高4 5 。c 左右，但在3 5 c 以 上的气温条件下，结构内的热集聚效应十分明显，结构内温度要比露地对照高出 1 2 1 5 ，达到了4 5 5 0 的极端高温。 温度是草坪植物的重要环境因素之一，作为生物机能的一种动力，影响植物的 蒸腾、水势、吸收和新陈代谢，以及几乎所有的酶促反应、休眠和生长发育。用于 建坪的草种有一个营养器官生长和发育的温度范围，冷季型草坪革最适的地上部生 1 9 长温度是1 5 2 4 ，根系为1 0 1 8 ，超过适宜温度，草坪草的正常生长发育和 健康就会受到影响。温度胁迫会引起草坪植物体内糖类、脂类、蛋白质等大分子物 质的代谢作用，呼吸作用光合作用等生理过程以及细胞膜、细胞器等结构的变化。 鸟巢式结构内的热集聚效应所产生的极端高温严重影响了高羊茅草坪的生长， 在第一周内，极端高温诱导了高羊茅疯狂的纵向生长，周生长量从1 4 0 克一下上 升到了4 6 5 克，增加了3 3 倍。但是，这种应激的生长是以其植物体内贮藏能量的 过度消耗为代价i 构t ：3 捌，在3 5 c 以上的温度条件下，高羊茅的光合已受到严重抑 制，而其呼吸作用则比其在2 5 时增加了5 倍多，碳水化合物出现严重的透支现 象【3 4 1 。 从生理机制上来说，高温胁迫对植物造成的热害主要表现为：蛋白质变性，使光 合作用和呼吸作用的速率下降，随后是生物膜的结构破损，透性丧失，质体的类囊体 瓦解，质液外渗，使植物体内生理生化代谢紊乱，叶绿体受损导致光合作用受到抑 制，植株生活力下降。 生物膜由脂类和蛋白质组成，膜脂分子一般是相当稳定的，在空气中不易发生 氧化作用，可是一旦有活泼自由基存在，就可导致脂质过氧化的产生。1 5 1 过氧化可 使细胞膜不饱和脂肪酸减少。这样原来保持的细胞膜饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸的 均衡就受到破坏。饱和脂肪酸增多会使膜变为刚性状态，缺乏不饱和脂肪酸可使膜 的流动性变低，导致膜功能的异常。 高温影响了光合电子传递链的正常工作，产生大量的氧自