银川市草坪蒸散规律的研究

银川市草坪蒸散规律的研究摘要在充分了解国内外草坪蒸散研究现状与发展趋势的基础上，针对宁夏地区水资源紧缺，以及银川城市建设中草坪养护管理水资源消耗大这一供需矛盾展开研究。通过分析不同灌溉方式下城市草坪与道路绿化带草坪土壤体积含水量与电导率、不同彭曼模式下草坪蒸发蒸腾量，以及不同灌溉方式下城市草坪与道路绿化带草坪作物系数变化规律，得出以下成果：选定TDR技术测定不同灌溉（传统漫灌和喷灌）方式下草坪的土壤体积含水量和电导率，并对比分析不同灌溉方式下城市草坪与道路绿化带草坪土壤体积含水量和盐分的变化规律；利用气象参数、彭曼修正式、彭曼—蒙特斯模式以及MATLAB编程语言分析比较城市草坪蒸发蒸腾量，确定彭曼—蒙特斯模式计算结果更符合银川地区实际；结合水量平衡方程确定草坪实际需水量ET和不同灌溉方式下城市草坪与道路绿化带草坪的作物系数kc，在相同参照需水量前提下，喷灌方式下城市草坪作物系数kc小于传统灌方式下城市草坪与道路绿化带草坪kc值。研究结果可为宁夏制定不同条件下城市草坪灌溉制度提供理论依据，为其他干旱、半干旱地区研究草坪蒸散规律奠定基础，也可为银川城市供水分配提供参考。关键词银川市；草坪；蒸散规律；灌溉方式；彭曼模式一、引言1.1研究背景与意义随着城市化进程的加速，城市绿化建设日益受到重视，草坪作为城市绿化的重要组成部分，其面积不断扩大。然而，草坪的养护管理需要消耗大量水资源，在水资源紧缺的今天，研究草坪的蒸散规律具有重要的现实意义。银川市地处我国西北干旱、半干旱地区，属中温带大陆性气候，降水稀少，蒸发强烈，水资源供需矛盾突出。在城市建设中，草坪养护管理消耗的大量水资源进一步加剧了这一矛盾。因此，深入研究银川市草坪蒸散规律，对于科学合理地制定草坪灌溉制度，提高水资源利用效率，缓解水资源供需矛盾具有重要意义。同时，本研究也可为其他干旱、半干旱地区研究草坪蒸散规律提供参考，对推动我国城市绿化建设可持续发展具有积极作用。1.2国内外研究现状国外对草坪蒸散的研究起步较早，在蒸散量的测定方法、影响因素以及模型构建等方面取得了众多成果。早在20世纪初，Penman就提出了基于能量平衡和水汽扩散理论的Penman公式，用于计算潜在蒸散量，该公式为后续蒸散研究奠定了重要基础。随着研究的深入，Monteith将Penman公式与叶片气孔阻力相结合，提出了Penman-Monteith模式，进一步提高了蒸散量计算的准确性。在研究方法上，除了传统的水量平衡法、热量平衡法等，基于遥感技术的蒸散量估算方法也得到了广泛应用，如SEBAL模型、METRIC模型等，这些方法能够实现大尺度上蒸散量的快速监测。国内对草坪蒸散的研究相对较晚，但近年来发展迅速。研究内容主要集中在不同地区、不同草种的蒸散特性，以及灌溉、施肥等管理措施对草坪蒸散的影响。在干旱、半干旱地区，针对草坪蒸散规律的研究也有一定进展，如对兰州、乌鲁木齐等地草坪蒸散的研究，分析了当地气候条件下草坪蒸散的特点及影响因素。在蒸散量计算模型方面，国内学者对国外经典模型进行了验证和改进，并结合国内实际情况，提出了一些适用于不同地区的经验公式和模型。然而，目前针对银川市草坪蒸散规律的系统研究相对较少，无法满足当地城市绿化建设和水资源管理的需求。1.3研究目的与任务本研究旨在通过对银川市草坪蒸散规律的研究，揭示不同灌溉方式、气象条件等因素对草坪蒸散量的影响，确定适合银川地区的草坪蒸散量计算方法和作物系数，为科学合理制定草坪灌溉制度提供理论依据。具体研究任务包括：对比不同测定土壤体积含水量方法，选定适合本研究的方法，测定不同灌溉方式下草坪的土壤体积含水量和电导率，并分析其变化规律；利用不同彭曼模式计算草坪蒸发蒸腾量，比较并确定适合银川地区的模式；结合水量平衡方程，确定草坪实际需水量和不同灌溉方式下的作物系数，并分析其差异。二、材料与方法2.1试验地概况试验地位于银川市[具体地点]，该地区属中温带大陆性气候，四季分明，春迟夏短，秋早冬长。年平均气温[X]℃，极端最高气温[X]℃，极端最低气温[X]℃。年平均降水量[X]mm，主要集中在6-9月，年平均蒸发量高达[X]mm，是降水量的数倍。试验地土壤类型为[土壤类型]，土壤质地[质地描述]，肥力状况[肥力水平描述]。试验地地势平坦，排水良好，周边无高大建筑物和树木遮挡，通风和光照条件良好。2.2试验材料选择银川市城市绿化中常用的草坪草种[草种名称]作为研究对象。该草种具有适应性强、耐干旱、耐践踏等特点，在银川地区广泛种植。试验设置传统漫灌和喷灌两种灌溉方式，每种灌溉方式设置3个重复小区，每个小区面积为[X]m²。小区之间设置隔离带，防止水分和养分相互干扰。2.3试验方法2.3.1土壤体积含水量与电导率测定在试验初期，对不同测定土壤体积含水量的方法进行比较，包括烘干法、中子仪法、TDR（时域反射仪）技术等。经过综合考虑测定精度、操作便捷性、对土壤扰动程度等因素，最终选定TDR技术用于本试验土壤体积含水量的测定。使用TDR土壤水分测定仪定期测定不同灌溉方式下城市草坪与道路绿化带草坪各小区土壤不同深度（0-10cm、10-20cm、20-30cm）的体积含水量，并同步测定土壤电导率，记录数据。测定时间为每周[具体时间]，在整个草坪生长季内持续进行。2.3.2气象参数测定在试验地附近设置气象观测站，安装温度传感器、湿度传感器、风速传感器、太阳辐射传感器等设备，实时监测气温、相对湿度、风速、太阳辐射等气象参数。气象数据采集频率为每[X]分钟一次，通过数据采集器自动记录并存储数据。同时，从当地气象部门获取同期的降水量数据，用于后续分析。2.3.3草坪蒸发蒸腾量计算利用本次试验所测的各气象参数，分别采用彭曼修正式和彭曼—蒙特斯模式计算草坪蒸发蒸腾量。彭曼修正式公式为：[彭曼修正式公式内容]，其中各参数含义为：[参数解释]。彭曼—蒙特斯模式公式为：[彭曼—蒙特斯模式公式内容]，各参数含义为：[参数解释]。使用MATLAB编程语言编写计算程序，将实测气象数据代入公式中，计算不同时间段内的草坪蒸发蒸腾量。2.3.4作物系数确定结合水量平衡方程确定草坪实际需水量ET，水量平衡方程为：[水量平衡方程内容]，其中各参数含义为：[参数解释]。通过测定降水量、土壤水分变化量、地表径流量等参数，计算出草坪实际需水量。作物系数kc计算公式为：kc=ET/ETo，其中ETo为参照作物蒸散量，采用彭曼—蒙特斯模式计算得出。分别计算不同灌溉方式下城市草坪与道路绿化带草坪在整个生长季内的作物系数，并分析其变化规律。三、结果与分析3.1不同灌溉方式下土壤体积含水量与电导率变化规律3.1.1土壤体积含水量变化在整个草坪生长季内，不同灌溉方式下土壤体积含水量呈现出不同的变化趋势。传统漫灌小区，在灌溉后土壤体积含水量迅速升高，随后随着时间推移逐渐下降。在0-10cm土层，灌溉后土壤体积含水量可达[X]%，经过一周左右时间，下降至[X]%左右。10-20cm土层和20-30cm土层土壤体积含水量变化相对较为平缓，灌溉后分别稳定在[X]%和[X]%左右。喷灌小区，土壤体积含水量上升速度相对较慢，但分布更为均匀。在0-10cm土层，灌溉后土壤体积含水量可达[X]%，一周后稳定在[X]%左右。10-20cm土层和20-30cm土层土壤体积含水量分别稳定在[X]%和[X]%左右。通过对比发现，喷灌方式能够使土壤水分在垂直方向上分布更均匀，有利于草坪根系对水分的吸收利用。3.1.2土壤电导率变化传统漫灌小区土壤电导率在灌溉后呈现先下降后上升的趋势。灌溉初期，由于大量水分的稀释作用，土壤电导率下降明显，从灌溉前的[X]mS/cm下降至[X]mS/cm左右。随着水分的蒸发和盐分的积累，土壤电导率逐渐上升，一周后恢复至[X]mS/cm左右。喷灌小区土壤电导率变化相对较小，灌溉后基本稳定在[X]mS/cm左右。这表明喷灌方式能够有效减少土壤盐分的积累，降低土壤次生盐渍化的风险。3.2不同彭曼模式下草坪蒸发蒸腾量比较通过彭曼修正式和彭曼—蒙特斯模式计算得出的草坪蒸发蒸腾量结果显示，在整个草坪生长季内，两种模式计算结果存在一定差异。彭曼修正式计算得出的草坪蒸发蒸腾量在生长季初期和末期相对较低，在生长旺盛期（6-8月）较高，最大值可达[X]mm/d。彭曼—蒙特斯模式计算结果相对较为平稳，在生长季内波动较小，最大值为[X]mm/d。将两种模式计算结果与实测的草坪耗水量数据进行对比分析，发现彭曼—蒙特斯模式计算结果与实测数据的相关性更高，其相关系数R²可达[X]，而彭曼修正式计算结果与实测数据的相关系数R²为[X]。因此，确定由彭曼—蒙特斯模式所计算得出的草坪蒸发蒸腾量更符合银川地区的实际情况。3.3不同灌溉方式下草坪作物系数变化规律在相同参照需水量的前提下，不同灌溉方式下城市草坪与道路绿化带草坪的作物系数kc存在明显差异。传统漫灌方式下，城市草坪作物系数kc在生长季初期为[X]，随着草坪生长逐渐升高，在生长旺盛期达到[X]左右，生长季末期下降至[X]左右。道路绿化带草坪作物系数kc变化趋势与城市草坪相似，但整体数值略高于城市草坪，生长旺盛期可达[X]左右。喷灌方式下，城市草坪作物系数kc在生长季初期为[X]，生长旺盛期为[X]左右，生长季末期下降至[X]左右。对比发现，喷灌方式下城市草坪作物系数kc要小于传统灌方式下城市草坪与道路绿化带草坪kc值。这说明喷灌方式能够更有效地利用水资源，减少草坪水分的无效蒸发，提高水分利用效率。四、讨论4.1灌溉方式对草坪蒸散及土壤环境的影响灌溉方式是影响草坪蒸散和土壤环境的重要因素之一。传统漫灌方式虽然能够快速补充土壤水分，但容易造成土壤水分分布不均，表层土壤水分过多，深层土壤水分不足，且大量水分在灌溉过程中会通过地表径流和深层渗漏损失，导致水资源浪费。同时，漫灌还会使土壤盐分在表层积累，增加土壤次生盐渍化的风险。而喷灌方式通过模拟自然降雨，能够使水分均匀地分布在土壤中，减少水分的损失，提高水分利用效率。本研究中，喷灌小区土壤体积含水量在垂直方向上分布更均匀，土壤电导率变化较小，充分说明了喷灌方式在改善土壤水分和盐分状况方面具有明显优势。此外，喷灌还能够调节草坪微气候，降低气温，增加空气湿度，有利于草坪的生长和发育。4.2气象因素对草坪蒸散量的影响气象因素如气温、相对湿度、风速、太阳辐射等对草坪蒸散量具有显著影响。气温升高会加快水分蒸发和植物蒸腾速率，从而增加草坪蒸散量；相对湿度增大，空气的水汽饱和差减小，会抑制水分蒸发和蒸腾，导致草坪蒸散量降低；风速加快能够促进空气流动，带走草坪表面的水汽，增加水分蒸发和蒸腾，使草坪蒸散量上升；太阳辐射是草坪蒸散的能量来源，太阳辐射增强，草坪蒸散量也会相应增加。在本研究中，通过对气象数据和草坪蒸散量的相关性分析发现，气温、风速和太阳辐射与草坪蒸散量呈显著正相关，相对湿度与草坪蒸散量呈显著负相关，这与以往的研究结果一致。在实际草坪养护管理中，应充分考虑气象因素的变化，合理调整灌溉时间和灌溉量，以满足草坪生长对水分的需求。4.3草坪蒸散规律研究对城市绿化和水资源管理的启示本研究揭示的银川市草坪蒸散规律对城市绿化和水资源管理具有重要启示。在城市绿化建设中，应根据当地的气候条件和水资源状况，合理选择草坪草种和灌溉方式。对于干旱、半干旱地区的银川市，应优先选择耐旱性强的草坪草种，并推广采用喷灌等节水灌溉技术，以减少草坪养护管理对水资源的消耗。同时，通过研究草坪蒸散规律，准确计算草坪实际需水量和作物系数，能够为制定科学合理的灌溉制度提供依据，实现水资源的优化配置。此外，加强对城市草坪蒸散规律的研究，还可以为城市生态环境建设和气候变化研究提供基础数据，有助于推动城市可持续发展。五、结论本研究通过对银川市草坪蒸散规律的研究，得到以下主要结论：通过多种测定土壤体积含水量方法的比较，选定TDR技术用于测定不同灌溉方式下草坪的土壤体积含水量和电导率。分析结果表明，喷灌方式能够使土壤水分在垂直方向上分布更均匀，有效减少土壤盐分的积累，降低土壤次生盐渍化的风险。利用彭曼修正式、彭曼—蒙特斯模式以及MATLAB编程语言对银川市城市草坪蒸发蒸腾量进行计算和比较，确定由彭曼—蒙特斯模式所计算得出的草坪蒸发蒸腾量更符合银川地区的实际情况。结合水量平衡方程确定草坪实际需水