全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2003) 04-0328-05
污水灌溉条件下草坪草耗水规律与灌溉制度初步研究
杨建国1, 3, 黄冠华1* , 黄权中1, 刘 红2, 何建平2, 孟光辉2
( 1. 中国农业大学水利与土木工程学院, 北京 100083; 2.北京市城市节约用水办公室, 北京 100036;
3. 宁夏农林科学院土肥所,银川 750002)
摘要: 污水灌溉是污水资源化的重要途径。本研究以三种典型的冷季型草坪草草地早熟禾、多年生黑麦草、高羊茅
为供试草种, 以自来水和经过砂过滤和沉淀处理的城市居民小区的生活污水为灌溉水源, 采用地下滴灌和渗灌两
种灌水方法,通过田间对比试验, 探讨了污水灌溉条件下草坪草的耗水规律。结果表明,污水灌溉条件下草坪草耗
水量与清水灌溉条件下草坪草耗水量差异不显著; 污水灌溉条件下草坪草耗水规律和清水灌溉条件下草坪草耗水
规律呈相似的变化趋势。在此基础上,结合北京地区的有关气象资料, 初步分析制定了不同降雨年型草坪污水灌
溉制度,为北京市城市草坪污水灌溉管理提供参考依据。
关键词: 草原学; 污水灌溉; 草坪草; 耗水规律; 灌溉制度
中图分类号: S812. 4 S277. 7 文献标识码: A
A Preliminary Study on Turfgrasses Water Consumption and Irrigation
Schedule with Irrigation of Sewage Effluent
YANG Jian-guo
1, 3
, HUANG Guan-hua
1
, HUANG Quan-zhong
1
,
L IU Hong2 , HE Jian-ping2 , MENG Guang-hui2
( 1. College of Water Conservancy and Civil Engineering, China Agricultural University , Beijing , 100083 China;
2. Beijing Municipality Water-Sav ing Office, Beijing, 100036 China;
3. Institute of Soil and Fertilizer, N ingx ia Academy of Agr icultur e and Forestr y Science, Y inchuan 750002 China)
Abstract: Sew age effluent is considered as an important w ater resource w hich can be reused for irrigat ion. An
experiment has been conducted for investigating the rule of w ater consumpt ion w ith three species of turfgrasses:
kentucky blueg rass ( Poa p ratensis ) , perennial ryeg rass ( L ol ium perenne ) , and tall fescue ( Festuca arundi-
nacea) ; tw o kinds of irrig at ion w ater resources: tap water and sew age eff luent ; and two kinds of irrig at ion
methods: subsurface dripping irrigation and subsurface leaky pipe irrigation. T he results indicate that there is no
signif icant difference w ith the turfg rass water consumption and change of amount , whether it is irrig ated w ith
sew age ef fluent or clean w ater. On the basis of the study and combining the meteorological stat islics of the past
13 years ( 1988~ 2000) of the Beijing area, we submit a plan of turf irrig at ion for considerat ion to the Beijing
turf management and sew age effluent irrig at ion off ice, together w ith data of soil moisture and water consump-
t ion in three dif ferent annual precipitat ion condit ions.
Key Words: Grassland science; Ef fluent irrigation; Turfgrass; Water consumpt ion; Irrigation schedule
草坪灌溉制度是指草坪在一定的气候、土壤和
管理水平等条件下,为获得高质量草坪所需的灌溉
定额、灌水定额、灌水次数、灌水时间,它是草坪灌溉
工程规划设计、用水管理的主要依据。在制定草坪
的灌溉制度时,草坪草耗水规律特征的研究是基础。
国际上自 20世纪 80年代以来已有关于草坪草耗水
收稿日期: 2002-12-03; 修回日期: 2003- 10-28
基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G1999045706) ;北京市城市节约用水办公室项目
作者简介:杨建国( 1969-) ,男,宁夏平罗人,助理研究员,农业水土工程专业在读博士生; * 通讯作者:黄冠华,教授,中国农业大学(东区) 151信箱
第 11 卷 第 4 期
Vol. 11 No. 4 草 地 学 报ACTA AGRESTIA SIN ICA 2003 年 12 月 Dec. 2003
规律方面的研究[ 1~ 5] , 而国内直到 2000年才有零星
的有关这方面的研究报道[ 6~ 7] , 但至今尚无污水灌
溉条件下草坪草耗水规律的研究报道。利用污水进
行草坪草的灌溉是近年来污水资源化的一个重要方
面,其优点在于污水中包含有各种可供作物生长利
用的营养元素( N, P, K 等) , 对作物的生长有促进作
用,因而有可能改变作物的耗水特征。同时污水中
还有许多有害的物质如盐分(总盐度 EC 和 Na+ ) ,
这些总盐分在土壤中累积到一定的程度达到或超过
某一临界值时, 有可能使作物根系受到反渗透的影
响,而改变作物的耗水特征; 当土壤中 Na+ 的浓度
较高时则对土壤结构产生破坏, 降低土壤的导水和
储水性能,并进而影响作物的耗水特征。
本研究以城市生活污水经过砂过滤和沉淀处理
后的出水和自来水为不同灌溉水源,选用草地早熟
禾 ( Poa p r atensis )、多 年 生 黑 麦 草 ( Lolium
perenne)、高羊茅( Festuca arundinacea )三种典型冷
季型草坪草为试验草种, 以地下滴灌和渗灌为两种
灌水方式,进行灌溉的田间对比试验,研究草坪草的
耗水规律。
1 材料与方法
1. 1 试验采用三因素随机区组设计, 因素 A 为灌
溉水源,分生活饮用水(自来水)、生活污水两个水
平;因素 B 为灌水方法, 分地下滴灌、渗灌两个水
平;因素 C 为冷季型草坪草,分草地早熟禾、多年生
黑麦草、高羊茅三个水平; 试验共设 12 个处理
(表 1)。
表 1 试验设计
Table 1 Experiment design
处理号
Treatment number
处理
Treatment
1 草地早熟禾,清水渗灌(对照) Kentucky bluegrass, subsurface leaky pipe irrigation w ith tap w ater ( Control)
2 多年生黑麦草,清水渗灌(对照) Perennial ryegrass, subsurface leaky pipe irrigat ion w ith tap w ater ( Cont rol)
3 高羊茅,清水渗灌(对照) T all fescue, subsurface leaky pipe irrigat ion w ith tap w ater ( Cont rol)
4 草地早熟禾,清水地下滴灌(对照) Kentucky bluegrass, subsurface drip irrigat ion w ith tap w ater ( Cont rol)
5 多年生黑麦草,清水地下滴灌(对照) Perennial ryegrass, subsurface drip irrigat ion with tap w ater (Cont rol)
6 高羊茅,清水地下滴灌(对照) T all fescue, subsurface drip irrigat ion w ith tap water ( Control)
7 草地早熟禾,污水渗灌 Kentucky bluegrass, subsurface leaky pipe irrigation with sewage eff luent
8 多年生黑麦草,污水渗灌 Perennial ryegrass, subsurface leaky pipe irrigat ion w ith sew age effluent
9 高羊茅,污水渗灌 Tall fescue, subsurface leaky pipe irrigat ion w ith sew age ef fluent
10 草地早熟禾,污水地下滴灌 Kentucky bluegrass, subsurface drip irrigat ion w ith sew age ef fluent
11 多年生黑麦草,污水地下滴灌 Perenn ial ryegrass, subsurface drip irrigat ion w ith sew age ef fluent
12 高羊茅,污水地下滴灌 T all fescue, subsurface drip irrigation w ith sewage eff luent
1. 2 试验于 2000年在中国农业大学(东校区)现代
设施农业基地进行, 采用测坑试验, 测坑的深度为
60 cm,小区面积为 4 m2( 2 m 2 m ) ,小区与小区之
间用水泥墙隔开,坑内填过筛土。供试土壤为褐土,
质地砂壤, 土壤有机质、全 N、速效 P、速效 K、全盐
含量分别为 1. 4456%、0. 0583%、39. 90 mg/ kg、
151. 5 mg/ kg、0. 0640%。供试草坪采用播种法建
坪, 5月 11日播种, 播前每平方米施膨化鸡粪 90 g;
草地早熟禾、多年生黑麦草、高羊茅播种量分别为
15 g / m2、30 g/ m2、30 g/ m2, 其出苗期分别为 5月 26
日、5月 18日、5月 21日。自 6月 30日开始,每 10
天修剪一次,其他管理同城市草坪。
1. 3 供试污水是来自北京市海淀区车道沟家属小
区化粪池的生活污水, 污水预处理装置修建在试验
小区旁边,由一个 2 m 1. 5 m 2. 2 m 的砂过滤池
和一个 2 m 1. 5 m 1. 4 m 的沉淀池(兼蓄水池)组
成。砂过滤池装填三层滤料,下层为直径 2 cm 左右
的大石子, 滤料厚度 25 cm; 中层为直径 0. 5 cm 左
右的小石子, 滤料厚度 25 cm ;上层为河砂, 滤料厚
度50 cm,砂过滤池水力负荷为 1. 1 m3/ m2h。污水
预处理装置主要污染物 CODc
r
(化学需氧量)、BOD5
(生化需氧量)、SS (悬浮物)去除率分别为 68. 6%、
60. 2%、97. 8%。各试验小区铺设 7条毛管,毛管长
2 m,毛管间距 30 cm, 毛管滴头间距 30 cm, 滴灌系
统毛管进口压力为 10 m 水头,渗灌系统毛管进口压
力为6 m水头。滴灌管埋深 10 cm, 渗灌管埋深 15
cm ,以 0~ 40 cm 土层的 70%田间持水量为下限进
行灌溉控制,每个试验小区灌水定额为0. 144 m3,观
330 草 地 学 报 第 11卷
测期内共灌水三次( 15/ 6, 26/ 7, 15/ 9)。
1. 4 土壤含水率测定 采用烘干法( 105 ) ,分0~
15 cm、15~ 30 cm、30~ 45 cm、45~ 60 cm 四层分别
测定,每 5天测定一次,灌水前、灌水后及雨后加测,
6月 13日开始测定, 10月 30日终止。本文中每个
土层的土壤含水率均是 12个处理的平均值。
1. 5 土壤容重测定 采用环刀法, 分 0~ 15 cm、
15~ 30 cm、30~ 45 cm、45~ 60 cm 四层分别测定。
11月 2日~ 5日测定。
1. 6 田间持水量测定 采用威尔科克斯法, 分 0~
15 cm、15~ 30 cm、30~ 45 cm、45~ 60 cm 四层分别
测定。12月 8日~ 12日测定。
1. 7 气象观测 在整个观测时期内,降雨量利用雨
量计同步观测, 其他的气象数据(包括温度、湿度、风
速、日照时数等)取自海淀区气象站。
1. 8 本文中污水灌溉条件下草坪草日均耗水量是
污水灌溉条件下 ( 6 个处理)三种草坪草的平均值;
清水灌溉条件下草坪草日均耗水量是清水灌溉条件
下( 6个处理)三种草坪草的平均值。
2 结果与分析
2. 1 草坪草土壤水分的变化动态
受降雨、灌溉、蒸发、蒸腾及天气状况的影响,各
土层的土壤水分在整个观测期内呈不同幅度的动态
变化(图 1) ,其中表层( 0~ 15 cm )土壤水分的变化
剧烈,是草坪草土壤水分活跃层,而其下土层土壤水
分变化比较平稳,是草坪草土壤水分稳定层。据计
算,在 0~ 15 cm、15~ 30 cm 土层内, 土壤水分消耗
分别占土层总消耗量的 52%和 23% ,这两个土层土
壤水分消耗合计占土层总消耗量的 75%, 是草坪主
要耗水层。根据三种草坪草的实测结果, 其根系大
多生长在地表以下 30 cm 以内的土壤层中, 其中
89. 8%的根系集中在 10 cm 以上的土层中。草坪根
系密集层的深度是决定土壤计划湿润层的主要条
件,但考虑0~ 30 cm 土层是草坪主要耗水层,因此,
草坪计划湿润层深度可定为 30 cm。
图 1 不同土层土壤含水率变化动态
F ig. 1 The dynamies of soil moisture content in vavious soil layers versus time
2. 2 草坪草耗水量及变化规律
根据实际测定的土壤含水率、灌水量和降雨量,
利用水量平衡方程可计算得到草坪草的耗水量:
ET i= I+ P+ WC i- 1- R- D - WC i ( 1)
式中: ET i 为 i 时段草坪草腾发量(或耗水量, mm ) ;
WC i 为 i 时间土壤计划湿润层内的储水量( mm ) ;
WC i- 1为 i - 1 时间土壤计划湿润层内的储水量
(mm) ; I 为灌水量( mm) ; P 为降水量 ( mm ) ; R 为
地表径流( mm) ; D 为深层渗漏量( mm)。
按照对温度的生态适应性, 草坪草可分为暖季
型和冷季型两大类, 草地早熟禾、多年生黑麦草、高
羊茅均属冷季型草坪草。对于冷季型草种来说, 在
北京地区一年要经历返青、春季适宜期、夏季发病
期、夏末秋初恢复期、秋季适宜期、冬季退绿及休眠
期,草坪草生长变化呈双峰曲线。从图 2看出, 污水
灌溉条件下草坪草耗水规律和清水灌溉条件下草坪
草耗水规律呈相似的变化趋势; 方差分析表明, 污水
灌溉条件下草坪草耗水量与清水灌溉条件下草坪草
耗水量差异不显著。受草坪草生长变化的影响, 草
331第 4期 杨建国等:污水灌溉条件下草坪草耗水规律与灌溉制度初步研究
坪草日耗水量变化也呈双峰曲线,与草坪草生长变
化曲线基本吻合。草坪草第一个耗水高峰出现在 6
月中旬至 7月下旬, 峰值为 6. 5 mm/ d; 草坪草第二
个耗水高峰出现在 8月下旬至 9月下旬, 峰值为 3.
7 mm / d。
图 2 不同灌溉水源草坪草日均耗水量变化动态
F ig. 2 Daily aver age w ater consumption of tur fg rass
versus time under different irrig ation w ater resources
2. 3 草坪污水灌溉制度的制定
2. 3. 1 降水年型的划分 以 20%、50%、80%的降
水保证率作为降雨年型的划分标准,采用降雨量时
间序列频率分析方法, 通过对 1988 2000年北京市
气象局海淀站的降水资料进行统计分析, 划定了不
同降雨年型的降水量指标。年降水量728 mm 为
丰水年, 431 mm 为干旱年。
2. 3. 2 返青水和冬灌灌水时间的确定 北京地区
春季少雨多风,气候干燥, 土壤失墒快, 适时浇返青
水可使草坪免受春旱威胁并促使草坪及早返青。返
青水灌水时间不宜过早,若返青水灌得过早,因冻土
层阻隔,导致上层土壤水分过多,严重影响根的呼吸
作用,延缓返青生长。返青水灌水时间最好在土壤
全部化冻以后,在北京平原地区 3月中旬冻土全部
解冻。
北京地区冬季寒冷干燥,冬灌是抗寒、保墒, 并
使草坪安全越冬的一项重要管理措施。冬灌,掌握
适宜的时间是非常重要的。冬灌的最好时间是在夜
冻昼消之时, 在北京平原地区一般为 11月下旬, 此
时日平均气温在 3 左右。若温度太低, 土壤结冰,
水分不易下渗,地面水形成冰壳,反而引起冻害。冬
灌也不宜过早,过早会使土壤水分大量蒸发,起不到
冬灌的作用。
表 2 草坪草生长阶段划分及作物系数
T able 2 Grow th stages and t heir crop coefficients of turfgrass
生长阶段
Grow th stage
始期
In it ial
快速生长阶段
Development
生长中期
M id-season
生长后期
Late season
全生育期
Total grow ing season
长度( days) Length of stage ( days) 10 20 175 55 260
作物系数( K c ) Crop coef ficient ( K c ) 0. 30 - > 0. 75 0. 65
* - > 表示此处数据可以内插 * - > Kc value for development stage is interpolated
2. 3. 3 草坪灌溉制度的计算
水量平衡方程是计算灌溉制度的基本公式, 其
形式为:
SMDi = SMD i- 1+ ET a- Pef f - I+ R+ D ( 2)
式中: SMD i 为第 i 日土壤水分消耗量; SMD i- 1为
第 i- 1日土壤水分消耗量; I 为灌水量( mm) ; R 为
地表径流( mm) ; D 为深层渗漏量( mm )。ET a 为作
物实际腾发量, 采用以下公式计算:
ET a= K cET o ( 3)
其中 ET o 为参考作物腾发量, 用 FAO 编制的
CROPWAT 软件进行计算; K c 为作物系数。根据
实测试验资料和气象资料的计算分析, 选用草坪草
的作物系数如表 2所示。经计算,在北京市平原地
区,草坪草从 3月中旬到 11月下旬全生育期内多年
平均总耗水量为 645. 2 mm, 其逐旬累计耗水量见
图 3。
图 3 北京市平原地区草坪草逐旬累计耗水量曲线
F ig. 3 Cumulative w ater consumption per 10 days
of turfgrass in Beijing ar ea
Pef f为有效降水量, Pef f采用美国农业部土壤保
持局( U SDA So il Conservation Serv ice)的方法[ 8] :
Peff = Ptot(125- 0.2P tot ) / 125 P tot< 250 mm
( 4a)
Pef f = 125+ 0. 1P tot P tot > 250 mm ( 4b)
将经过计算或分析确定的各种有关参数输入计
332 草 地 学 报 第 11卷
算机,用 FAO编制的 CROPWAT 软件进行计算, 可 分别计算出不同降雨年型草坪灌溉制度(表 3)。
表 3 不同降雨年型草坪污水灌溉制度
Table 3 Schedules of irrigation w ith sew age effluent for differ ent annual rainfall types
降雨年型
Year of rainfall t ype
灌水次数
Irrigat ion frequency
净灌水定额
Net irrigation
( mm ) ( m3/ hm2)
净灌溉定额
Total net irrigation
( mm) ( m3/ hm2)
多年平均 Average year 22 17. 7 177. 0 389 3894
干旱年 Dry year 25 17. 9 178. 5 447 4463
平水年 Norm al year 23 17. 9 178. 5 411 4106
丰水年 Wet year 19 18. 3 183. 0 347 3477
3 结论
3. 1 污水灌溉条件下草坪草耗水量与清水灌溉条
件下草坪草耗水量差异不显著; 污水灌溉条件下和
清水灌溉条件下两者草坪草耗水规律呈相似的变化
趋势。污水灌溉不影响草坪草耗水量和耗水规律。
3. 2 草坪草日耗水量变化呈双峰曲线,第一个耗水
高峰出现在 6月中旬至 7 月下旬, 峰值为 6. 5 mm/
d;草坪草第二个耗水高峰出现在 8月下旬至 9月下
旬,峰值为 3. 7 mm/ d。草坪草全生育期多年平均
总耗水量为 645. 2 mm。
3. 3 干旱年草坪需灌水 25次, 平均净灌水定额为
17. 9 mm ( 178. 5 m
3
/ hm
2
) , 净灌溉定额为 447 mm
(4463 m3/ hm2) ; 平水年草坪需灌水 23 次, 平均净
灌水定额为 17. 9 mm( 178. 5 m3/ hm2) , 净灌溉定额
为411 mm( 4106 m3/ hm2) ; 丰水年草坪需灌水 19
次,平均净灌水定额为 18. 3 mm ( 183. 0 m3/ hm2 ) ,
净灌溉定额为 347 mm( 3477 m3/ hm2) ; 在多年平均
降雨量条件下草坪需灌水 22次,平均净灌水定额为
17. 7 mm ( 177. 0 m
3
/ hm
2
) , 净灌溉定额为 389 mm
( 3894 m3/ hm2)。无论是在污水灌溉条件下还是在
清水灌溉条件下,此灌溉制度同样适用。该灌溉制
度可为北京及相似地区草坪草灌溉管理提供依据。
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