城市屋顶花园节水灌溉的途径及植物配置研究

城市屋顶花园节水灌溉的途径及植物配置研究

中国是一个水资源严重短缺的国家。虽然水资源总量在世界上是排名第六的，但由于中国人口众多，人均水资源总量仅为世界人均份额的1.4%。近年来,城市人居环境的建设日益受到重视,很多城市都将屋顶花园建设作为城市绿化工作的重点之一,屋顶花园数量随之有了大幅度增长。但在实践中出现了对水的浪费比较严重的问题。基于这样一种情况,为了更好地发展屋顶花园,必须加强提高屋顶花园水利用效率的研究。迄今为止,虽然国内外在节水灌溉技术、雨洪利用、再生水利用等方面已经做了一定的研究工作,但更多的是针对于农业生产和城市大范围绿地的水利用而言,还缺乏将它们应用于屋顶花园中的研究。根据屋顶花园的特点,探讨实现屋顶花园节水灌溉的不同途径,并将其综合应用于实践当中,对解决城市屋顶花园用水与水资源短缺之间的矛盾具有重要意义,是保障屋顶花园可持续发展的必要手段。1花园的特点与水的问题1.1面表层土壤屋顶花园建于建筑顶部,与大地完全隔离,其种植土中的水分只能依靠自然降水和灌溉获得,无法象地面表层土壤那样通过毛细管作用吸收地下深层土壤中的水分,并且,由于建筑荷载的限制,屋顶花园的种植土层厚度又薄,有效土壤水的容量小,土壤易干燥。另外,屋顶花园一般高耸于地面之上,日照强、风力大,土壤失水比平地快,为了维护屋顶花园植物的生长,必须经常性的补充水分,形成大量性用水。1.2种植种植土层屋顶花园风力大,土层薄,难以种植高大乔木,甚至有些屋面荷载太小,仅允许铺上很薄的种植土层,连灌木都无法栽种,只能种植草坪与地被。由此导致很多的屋顶花园植物配置以草坪为主体,大面积的草坪耗水量大,生态效益却低,无法形成节水型的植物群落,加大了屋顶花园用水量。1.3高效节水技术没有得到推广屋顶花园相对于地面绿化而言,面积小,在使用先进技术方面缺少规模化效益,未得到社会的广泛重视。而且,因为成本较高,政府又没有鼓励措施,所以很多具有节水功能的先进技术没有得到推广。比如大多数的灌溉方式还是以水管式灌溉为主,喷灌、微灌等节水型灌溉方式应用甚少,造成了屋顶花园用水的极大浪费。又比如未对降水与废水的利用给予足够重视,主要浇灌水源还是以自来水为主,加剧了花园用水与居民用水之间的矛盾。2屋顶花园的节水技术2.1在防旱植物中的应用植物是构成屋顶花园的主体要素,合理的植物种类选择和配置方式是保证屋顶花园节约用水的重要措施。屋顶花园土层薄,水分供应困难,选择耐旱植物可以减少灌溉的次数与灌水量,从而达到节水目的。耐旱植物包括旱生植物、中生植物中的耐旱种和品种,如佛甲草、八宝景天、太阳花肉等质多浆植物。另外,应用具有较强的适应性和抗逆性的乡土树种也是一种比较好的选择,不仅可以节约养护中的用水,还可以减少施肥、病虫害防治等方面的费用。屋顶花园小气候条件比较恶劣,强烈的阳光辐射和较大的风速都对植物的生长造成一定的影响。屋顶花园不适宜种高大的乔木,故重点要放在研究适宜不同地带的以小乔木、灌木和地被为主体的适宜屋顶气候的复层植物群落,尽量控制草坪面积,因其耗水量远高于乔、灌木。2.2增加保水材料的比例屋顶花园对种植土的要求比较严格,既要求重量轻,又要求具有较好的保水保肥能力,并且在水分过多的情况下具有快速排水的功能。目前一般选用泥炭、腐殖土、绿保石、蛭石、珍珠岩、聚苯乙烯颗粒等材料,按一定的比例配置而成。另外,添加一些具有特殊储水性的材料也可以增加土层保水能力,如将海泡石加入屋顶花园的栽培基质中,可明显改良栽培植物的根际环境,提高土壤肥力,提高基质保水供水能力,使植物耐旱性增加,长势旺盛,提高抗病能力。保水剂是近20年国际上发展起来的全新抗旱保水产品,它是一种功能性高分子聚合物,不溶于水,能将体积为自身十倍乃至百倍的水分储存起来,然后随着周围环境的干燥而缓慢释放,满足植物生长过程中所需水分,具有“保水、集水、节水”三大功能,它还能防止水分下渗或蒸发,减少消耗水量。在屋顶花园的种植土中加入保水剂,可以改善土壤的储水能力,减少干旱季节的灌水次数,达到节约用水的目的。2.3疏水层排水系统疏水层是为了解决下雨、浇水时土壤中多余水分的过滤、排放问题而设。屋顶花园种植土层下面是不透水的屋面结构板,如果不设置疏水层排水的话,将会造成土层积水而导致植物根系腐烂。传统的疏水层一般为厚度10~20cm的卵石、碎石和陶粒层,颗粒直径3~5cm,颗粒间的缝隙能使积水快速排走,实践中因为陶粒重量较轻而用得比较多。传统的疏水层成本低、施工方便,但它将多余水分全部排走,没有蓄水功能,造成了水资源的浪费。今后,屋顶花园的疏水层排水方式将会逐渐被蓄排水系统所代替,它除了具备快速排水功能以外,还有备一定的蓄水能力,整个系统蓄排结合。欧美一些国家在这方面的研究较早,如德国采用由蓄排水盘、保湿毯结合的蓄排水系统,层层保水,互相补充,蓄水量可达7O%以上。近几年国内在这方面亦有研究,如有一种用建筑夹层塑料成型板做的蓄排结合的屋顶花园屋面系统就相当成功,它解决了屋顶花园防水、排水、荷重的相关问题,并且塑料成型板面上的凹槽能够蓄水,待干旱时可为植物所用,有效地节约了水资源。该材料已用于上海、广州、北京、青岛的屋顶花园建设。2.4节水灌溉技术节水型灌溉是要选择合适的时机和合适的水量进行灌溉,以最大效益地发挥水的作用,实现节水的目的。具体要求如下:(1)观测植物生长状况,仅当植物需要水时才浇水。(2)夏季浇水选择在早晨和傍晚,以避免过度蒸发而造成的浪费。(3)通过分析土壤储水能力和植物需水程度来确定浇水量,一般以深达植物根部为准。(4)对草坪浇水时深度小、频率高,对乔木和灌木浇水时深度大、频率低。(5)条件允许时安装灌溉自动控制系统,根据植物种类和土壤湿度变化而自动控制灌溉频率和水量。屋顶花园节水灌溉一般使用以下三种方式:(1)喷灌。根据植物品种和土壤、气候状况,合理确定喷灌强度,适时适量地进行喷洒灌溉,可避免地表径流和无效下渗造成的损失,可比地面灌水节水35%~45%,对小面积屋顶花园采用微喷技术节水效果更好。(2)滴灌。将压力水通过管道滴头直接作用于植物根部周围的灌溉方式,它除了具有喷灌的主要优点外,比喷灌更为节水,可节约40%的水量,滴灌适用于分散种植的花卉、灌木及乔木,而在草坪及其他密植植物上应用较少。(3)地下滴灌。它是微灌技术的典型应用形式,是目前最新、最复杂、效率最高的灌溉方法,它直接供水于植物根部,水分蒸发损失小,几乎没有水分的浪费,且