極端干旱地區(qū)綠地土壤水分入滲性能研究
——以阿拉爾市為例

蔣明順 白澤鵬 楊順林 湯永帥 尤 盛 張洪銘 許 麗

（塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

綠地是城市生態(tài)圈中生命的掌控者，維持著生態(tài)系統(tǒng)的平衡，它作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，不僅讓城市變得更美麗，而且承擔(dān)著改善生態(tài)系統(tǒng)的偉大使命。

土壤水分是綠地土壤的重要物理性質(zhì)，在極端干旱地區(qū)顯得更為重要；研究綠地土壤水分入滲是以綠地中土壤水分運動的規(guī)律為內(nèi)容，得出土壤水分入滲的規(guī)律和影響因素，從而使得灌溉綠地有一定科學(xué)依據(jù)和方法，達(dá)到節(jié)約水資源的目的，這在極端干旱地區(qū)尤為重要。

1 研究地點以及試驗區(qū)域試驗點的選擇

阿拉爾市位于天山山麓、塔里木河流域，平均海拔1100m，地處塔克拉瑪干沙漠邊緣，屬于暖溫帶大陸干旱荒漠氣候，年降雨量僅為50mm，生態(tài)環(huán)境非常脆弱；由于大規(guī)模發(fā)展農(nóng)業(yè)消耗了大量的水資源，加劇了水資源緊張狀況，導(dǎo)致一定程度的荒漠化，加上不合理灌溉造成的土壤鹽堿化，生態(tài)環(huán)境堪憂。

試驗點是根據(jù)不同功能區(qū)、植被覆蓋程度以及人員活動密集程度而定，選取了3大功能區(qū)∶校區(qū)、市政區(qū)、居民區(qū)；試驗點∶校區(qū)8個、市政區(qū)2個、居民區(qū)4個。

2 研究方法

采用雙環(huán)法測定土壤水分入滲率（mm/min）。先清除雙環(huán)范圍內(nèi)的綠地植物，然后將小環(huán)和大環(huán)依次均勻打入綠地30cm左右，保證入滲深度不同而面積不變。從記時起加水，0～5min內(nèi)，0.5min記錄 1次入滲水量；5～30min內(nèi)，1min記錄1次；30～120min內(nèi)，5min記錄1次。

烘干法測定含水量∶土壤取樣按深度0～10cm、10～20cm、20～30cm各取樣1次。將鋁盒烘干，冷卻稱重，用鋁盒取適量土壤稱重，得到濕土的質(zhì)量；然后將裝有濕土的鋁盒放入烘箱中烘6～8h至恒重；取出試樣，稱得干土的質(zhì)量；根據(jù)公式m=（mt-ms）/ms×100%，計算出土壤含水量。

環(huán)刀法測定土壤容重∶利用一定容積的環(huán)刀切割自然狀態(tài)的土壤，使土壤充滿其中，再將裝滿土的環(huán)刀放入105℃±2℃的恒溫干燥箱中烘至恒重，稱出干土加環(huán)刀的質(zhì)量，最后稱出干燥且清除余土的環(huán)刀質(zhì)量，利用公式容重=烘干土樣質(zhì)量（g）/環(huán)刀容積（cm3）算出。

2.1 試驗結(jié)果分析

2.1.1 以阿拉爾市為例的極端干旱地區(qū)綠地土壤物理性質(zhì)。試驗結(jié)果為∶校區(qū)的土壤容重在1.30～1.49g/cm3范圍內(nèi)，平均值為1.37g/cm3；市政區(qū)的土壤容重在1.38～1.61g/cm3范圍內(nèi)，平均值為1.48g/cm3；居民區(qū)的土壤容重在1.41～1.55g/cm3范圍內(nèi)，平均值為1.45g/cm3，表現(xiàn)為居民市政區(qū)綠地＞居民區(qū)綠地＞校區(qū)綠地。綜合試驗結(jié)果表明∶阿拉爾市的綠地土壤容重在1.30～1.61g/cm3范圍內(nèi)，平均值在1.44g/cm3，土壤容重均大于 1.30g/cm3。

土壤孔隙度是單位容積內(nèi)土壤中空隙容積所占的百分?jǐn)?shù)，土壤的孔隙度的大小反映了土壤的疏松程度，同時也是影響到水分入滲速率的關(guān)鍵因素之一，土壤水分入滲速率隨著孔隙度的增加而越來越快。孔隙度計算結(jié)果表明∶校區(qū)綠地（49.25%）＞居民區(qū)綠地（45.93%）＞市政區(qū)綠地（44.62%）（見表1）。

表1 阿拉爾市3大功能區(qū)綠地土壤的屋里性質(zhì)

土壤含水率因為會隨著綠地深度不同而發(fā)生改變，所以在試驗點取樣計算含水率時采取了分層取樣的方法，即在0～10cm，10～20cm，20～30cm這3個不同深度取樣計算不同層次的含水率，最后取每個功能區(qū)平均值作為最終結(jié)果。試驗結(jié)果表明∶居民區(qū)土壤含水率（23.25%）＞市政區(qū)土壤含水率（18.63%）＞校區(qū)土壤含水率（17.86）。

表2 阿拉爾市3大功能區(qū)綠地土壤含水率

2.1.2 以阿拉爾市為例的極端干旱地區(qū)綠地土壤水分入滲隨時間變化的規(guī)律。

圖1結(jié)果表明，0～3min時水分入滲極快，其市政區(qū)從8.18mm/min下降到0.41mm/min，校區(qū)從8.64mm/min下降到1.2mm/min，這2個功能區(qū)下降尤為明顯，宏觀原因是市政區(qū)和校區(qū)的含水率比較低，土壤在開始處于相對干燥的狀態(tài)。土壤含水率較高，水分子之間形成一定的壓力，且水分子附著在土顆粒表面，使得入滲水分子難以與土壤接觸，當(dāng)土壤達(dá)到飽和之后，水分只能沿著空隙在重力作用下繼續(xù)入滲，阻礙了水分下滲；微觀原因為入滲水分子在分子力的作用下被干燥的土壤快速吸附形成薄膜水，快速填滿表層土壤的孔隙，形成水壓，在中期入滲率平緩時，水分在毛細(xì)力和重力作用下，在土壤中不穩(wěn)定流動，當(dāng)水分子之間分子力與入滲水分子的重力相等時，入滲率逐漸穩(wěn)定，趨于一穩(wěn)定值，并在此值上下波動，而在70～120min內(nèi)校區(qū)的穩(wěn)定值趨于0.33mm/min，居民區(qū)入滲率趨于0.11mm/min，市政區(qū)入滲率趨于0.07mm/min，這是因為校區(qū)的容重小，孔隙率大，因為在試驗一定時間后，土壤處于飽和狀態(tài)，土顆粒難以吸附新的水分，水分只能在重力作用下，沿著孔隙向下滲透，因為校區(qū)的孔隙度最大，高達(dá)49.05%，所以導(dǎo)致校區(qū)的穩(wěn)定入滲率比較高的現(xiàn)象。

圖1 阿拉爾市3大功能區(qū)入滲率隨時間變化曲線圖

2.2.1 以阿拉爾市為例的極端干旱地區(qū)綠地水分入滲特征。3大功能區(qū)的入滲率表現(xiàn)為∶校區(qū)在（8.64～0.26mm/min）范圍內(nèi)，居民區(qū)在（8.18～0.10mm/min）范圍內(nèi)，市政區(qū)在（7.47～0.612mm/min）范圍內(nèi)；其入滲率平均值表現(xiàn)為∶校區(qū)（0.35mm/min） ＞ 居民區(qū)（0.22mm/min） ＞市政區(qū)（0.17mm/min）；這是因為校區(qū)容重（1.37g/cm3）＜居民區(qū)容重（1.45g/cm3）＜市政區(qū)容重（1.49g/cm3），校區(qū)孔隙度（49.05%）＞居民區(qū)孔隙度（45.93%）＞市政區(qū)（44.62%）；因為市政區(qū)處于阿拉爾廣場，人員活動頻繁，有著一定的踩踏，所以土壤較密實，孔隙度較低，所以入滲率比較低，而校區(qū)雖然也有著輕微的踩踏，不過孔隙度大，且含水率比較低，所以表現(xiàn)為入滲快。含水率試驗結(jié)果表現(xiàn)為∶校區(qū)（17.86%）＜市政區(qū)（18.63%）＜居民區(qū)（23.25%），上文分析了含水率影響著初始入滲率的重要因素，但是整個入滲過程含水率并沒有呈現(xiàn)含水率低入滲速率快的現(xiàn)象；而表現(xiàn)為容重越小，入滲速率越快；孔隙度越大，入滲速率越快。因此，影響綠地土壤水分入滲的原因主要是容重和孔隙率，影響初始入滲率的因素主要為含水率，最終入滲率穩(wěn)定值的影響因素主要為孔隙度。

3 結(jié)語

阿拉爾市綠地土壤水分入滲速率初始下降速率非常快，隨后入滲速率逐漸穩(wěn)定，有一定波動，最后趨于一穩(wěn)定值，阿拉爾市入滲平均值為0.25mm/min。與土壤容重的負(fù)相關(guān)，與土壤孔隙度呈正相關(guān)，所以提高土壤孔隙度，改變土壤的密實度，都是改善土壤水分入滲性能的重要措施；極端干旱地區(qū)的水分流失非?？?，土壤的含水率非常低，使得初始的入滲速率非?？欤喔扔盟糠浅４?，保證植物的覆蓋率也是保證土壤含水率的重要措施，這樣植物的鎖水能力得到發(fā)揮，從而降低初始入滲率，達(dá)到節(jié)約用水的目的。