全 文 ：第 18 卷 第 3 期
Vol. 18 No. 3
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2010 年 5 月
May 2010
滴头埋设深度对土壤水分运移及草坪草生长的影响
庄千燕1 , 苏德荣1* , 宋雪枫1, 刘艺杉2, 赵京运3
( 1. 北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室, 北京 100083;
2.北京克劳沃草业技术开发中心, 北京 100029; 3. 北京首发兴业公路养护工程有限公司, 北京 102613)
摘要: 草坪地下滴灌与喷灌相比, 具有节水、方便管理等优点。为了掌握滴灌中滴头的适宜埋设深度,通过模拟及
实地试验,对地下滴灌土壤水分分布及其对草坪生长的影响进行了观测分析。结果表明: 在流量和灌水时间一定
的情况下,随着埋深的增加, 湿润锋在水平方向的运移距离减小, 在垂直方向上增大; 相同埋深时,滴头两侧的含水
率分布对称。在高羊茅( ( Festuca arundinacea Schreb. cv. P ix ie) )生长旺季,不同埋深处理对地上生物量影响显著
( P< 0. 05) ,埋深 20 cm 显著高于其他处理( P< 0. 05) ; 不同埋深处理植株密度差异不显著;不同埋设深度对高羊茅
根系分布有一定的影响,在每个滴头附近的根系密度和重量明显增加。
关键词:地下滴灌; 埋设深度;湿润锋; 含水率;高羊茅
中图分类号: S275; Q948. 113 文献标识码: A 文章编号: 10070435( 2010) 03043506
Effect of Emitter Depth of Underground Drip Irrigation System on
Soil Water Transportation and Turfgrass Growth
ZHUANG Q ianyan1 , SU Derong1* , SONG Xuefeng 1 , LIU Yishan2 , ZHAO Jingyun3
( 1. Key Laboratory for Fores t Cult ivat ion of M inist ry of Educat ion, Beijing Forest ry University, Beijing 100083, C hina; 2. Bei jing C lover
Grass Development Center, Beijing 100029, China; 3. Beijing S houfa Xingye H ighw ay Maintenance Engineering Co. , Ltd, Beijing 102613, China)
Abstract: Subsur face drip irrigat ion is bet ter in w ater saving and management for law n in comparison w ith
the spr ay irrig at ion. In order to explore the appropriate em itter bur ying depth o f subsur face drip ir rig a
t ion, the soil w ater dist ribut ion and turfg rass g row th characterist ics under subsurface drip irrig at ion w ere
observed and analyzed by the simulat iv e experiment and f iled test . T he results show that the w et ting f ront
migrat ion distance decreased in the ver tical direct ion and increased in horizontal direct ion along w ith the in
crease in em itter bury ing depth at a given f low rate and ir rigat ion t ime. For the same emit ter bur ying
depth, the w ater content dist ribut ion w as symmetr ical on both sides from the emit ter. The aboveg round
biomass under the t reatment of 20 cm emit ter burying depth w as signif icant ly higher than those under oth
er t reatments in quick gr ow th stag e ( P< 0. 05) . No signif icant ef fect of emit ter bur ying depth on sw ard
density w as detected. Em itter bury ing depth af fected ro ot dist ribut ion to some deg ree, the root density and
underg round biomass incr eased obviously nearby the em it ter of drip irrigat ion system.
Key words: Subsurface drip irrigation, Emit ter burying depth, Wet ting front, Soil water content , Tall fescue
地下滴灌( Subsur face drip irrigat ion, SDI) 是
微灌技术的一种,是在滴灌技术日益完善的基础上
发展而成的一种新型高效节水灌溉技术 [ 1]。它是用
管道系统输水、通过埋在地下的毛管上的灌水器将
灌溉用水释放到植物根区土壤中,供植物吸收利用
的一种灌水方法 [ 2]。与喷灌技术相比, 地下滴灌具
有减少地表无效蒸发、改善作物根区土壤条件、方便
田间管理作业、防止毛管老化等优点[ 3, 4]。近年来
将地下滴灌技术应用于草坪绿地的灌溉, 国内外正
在开展多方面的实验研究和推广应用, 比如美国在
庭院草坪、城市道路绿化带草坪、牧场草地、苜蓿种
植等方面都应用了地下滴灌技术 [ 5, 6]。国内在高速
公路绿化带、苜蓿、棉花栽培中也试验了地下滴灌技
术, 2009年北京长安街绿化改造工程中也将地下滴
灌技术应用于草坪绿地的灌溉[ 7, 8]。总之, 草坪地
下滴灌与传统的喷灌相比,没有地面水和水滴在空
气中的蒸发损失; 在有坡度的草坪绿地上地下滴灌
不会像喷灌那样产生径流,也不会将水喷洒到人行
收稿日期: 20091014;修回日期: 20100422
基金项目:国家高技术研究发展计划 863项目( 2006AA100213)资助
作者简介:庄千燕( 1985 ) ,女,汉族,福建福鼎人,硕士研究生,研究方向为城市绿地生态用水管理, Email: qyz823@ 163. com; * 通讯作
者 Author for correspondence, Em ail: su derong@ 163. com
草 地 学 报 第 18卷
道、路面上;不影响草坪上的各种活动和景观; 而且
地下滴灌有一定埋深,可以诱导根系向深度发展, 增
强草坪草的抗旱性。由于水资源短缺, 节水灌溉成
为降低城市草坪养护成本的重要措施, 因此发展城
市绿地、草坪地下滴灌具有重要的现实意义。
地下滴灌毛管埋深直接影响水分、养分在土壤
中的运移,而水分、养分在土壤中的分布状况极大地
影响植物根系的生长与分布及其对水分养分的吸
收,从而影响植物整体的生长发育[ 9]。通过研究草
坪地下滴灌中滴头在不同埋深处理下, 地下土壤水
分分布及草坪草生长状况的各项指标, 从而为确定
地下滴灌毛管埋放深度、灌水定额、灌水频率等参数
提供实验依据。
1 材料与方法
1. 1 实验地概况
实验在北京克劳沃草业技术开发中心双桥基地
进行,该基地位于北纬 3934,东经 11628, 海拔高
度 50 m, 年均温 10~ 12 , 年平均降水量为 648
mm, 75%集中在夏季。土壤质地为砂质土壤,容重
为 1. 36 g/ cm3。土壤的机械组成见表 1。
表 1 土壤机械组成
T able 1 Mechanica l composition of soil sample
颗粒粒径 Part icle size (mm) > 1. 000 0. 500~ 1. 000 0. 250~ 0. 500 0. 125~ 0. 250 0. 063~ 0. 125 0. 010~ 0. 063 < 0. 010
百分含量 Percentage ( % ) 0. 17 0. 19 0. 11 0. 07 0. 07 0. 11 0. 12
1. 2 实验材料及实验方法
实验分为 2部分,包括室内土箱实验和室外模
拟实验。
1. 2. 1 室内土箱实验 为研究埋深对地下滴灌土
壤水分运移的影响, 进行了恒流量为 0. 95 L h- 1 ,
灌水时间恒为 150 m in 的地下滴灌线源入渗实验。
实验土箱由厚度 1 cm 透明有机玻璃制成,长 宽
高为 70 cm 70 cm 80 cm。毛管埋设深度为 5
cm、10 cm、15 cm和 20 cm。将实验土样风干过0. 5
cm 筛,根据土壤初始含水率和土壤容重( 1. 36 g
cm
- 3
)分层(每层厚度为 5 cm )均匀的将土样装入实
验土箱。根据实验方案进行灌水。停水 12 h 后, 在
土箱边壁透过有机玻璃按照湿润锋边缘描绘湿润锋
曲线,并按照网格式在水平和竖直方向取土样,烘干
法测定土壤含水率。土壤含水量测定采集土样分为
0~ 5 cm、5~ 10 cm、10~ 15 cm、15~ 20 cm 共 4层。
1. 2. 2 室外模拟实验 实验材料为贝克高羊茅
( Festuca ar undinacea Schreb. cv . Pix ie)。滴灌材
料由以色列 PLASTRO公司提供的紊流式滴头,滴剑。
灌水时间和灌水量为每3 d灌水1次,灌水量10 mm。
采用单因素 4水平实验设计。实验系统由恒压
供水装置、管道、灌水器和 PVC 筒组成。高羊茅于
2008年 11月播种,播量 30 g m- 2。2009年 4月 1
日,移植至 PVC桶(直径 25 cm,高 35 cm)中, 每个
筒中埋设 2个深度相同的滴头, 埋设深度为 5 cm、
10 cm、15 cm 和 20 cm 4个水平, 每水平 3个重复,
CK 为没有埋设滴头、地表灌溉的对照实验区, 实验
期间做防雨处理。测定指标包括:
植株密度与生长速度:用 10 cm 10 cm 的样方
框,随机放在高羊茅草坪上, 数出完整植株个体数。
生长速度:以单位时间内草坪草垂直生长高度表示。
测定植株的自然高度, 测量值与修剪高度之差即为
植株的生长速度[ 10, 11] 。每 7 d测量 1次。
地上生物量: 采用草屑称重法。7 d修剪 1次,
修剪高度为 4 cm ,将 PVC 桶中剪下的草屑在 65
的烘箱中烘 24 h至恒重,称重。
土壤含水量: 测定采用烘干法。采集土样分为
0~ 5 cm、5~ 10 cm、10~ 15 cm、15~ 20 cm 4层,称
重,再将土样放入烘箱中,在 105 下烘干10 h后称重。
地下生物量及根系分布: 测定采用土钻法。用
直径为 4 cm 的土钻钻取草皮柱, 取出后按 0 ~ 5
cm、5~ 10 cm、10~ 15 cm、15~ 20 cm 分为 4层,用
流水冲洗至水清为止, 用土壤筛滤去石块和砂子,将
洗净的根在 65 的烘箱中烘 24 h,称量。
1. 3 数据分析
数据分析和绘图采用 Excel 2007, 方差分析采
用 DPS 9. 50软件。
2 结果与分析
2. 1 埋深对地下滴灌湿润锋运移的影响
图 1为灌水结束 12 h后, 不同埋深处理的湿润
锋运移曲线图。可以看出,地下滴灌土壤中最终湿润
锋运移的形状近似椭圆形,而湿润体的形状则近似为
椭球形。在相同的流量和灌水时间下, 随着埋深的增
加湿润锋水平运移的距离在逐渐减小。在埋深为 5
cm 的情况下, 湿润锋很早就在土壤表层出现,随着
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第 3期 庄千燕等:滴头埋设深度对土壤水分运移及草坪草生长的影响
埋设深度的增加,湿润锋向上运动均未到达土表, 这
是由毛管上升力所造成的。4种不同埋深处理, 水
平运移的距离均大于垂直运移距离, 埋深越深, 水平
方向上运移的距离越小,垂直方向运移的距离越大。
图 1 不同滴头埋置深度在 12 h滴灌后的土壤湿润锋
F ig . 1 Wetting front under different emitter depth o f SDI
( a)埋深 5 cm; ( b )埋深 10 cm; ( c)埋深 15 cm; ( d)埋深 20 cm
( a) Bu rying depth 5 cm; ( b ) Buryin g depth 10 cm; ( c) Burying depth 15 cm; ( d) Burying depth 20 cm
2. 2 滴头埋设深度对土壤水分分布的影响
如图 2、3所示, 在 4种埋深的中心位置, 即滴头
位置附近,土壤含水率最高,然后向湿润体四周逐渐
降低, 含水率分布曲线呈抛物线状。在流量和灌水
时间一定的情况下, 滴头埋设深度越大,距滴头一定
距离内,含水率越大。水平方向,滴头两侧相同距离
的土壤含水率基本对称, 由于土壤重力势的作用, 垂
直方向上,距滴头相同距离下方的含水率高于上方。
2. 3 滴头埋设深度对植株密度的影响
在整个生长季内,各处理的植株密度均呈增加
的趋势 , 不同埋设深度4个处理的植株密度高于
CK 的植株密度, 但是差异不显著(表 2)。实验表明
不同埋设深度会影响植株密度的大小, 但是由于草
坪密度较大和时间太短的原因, 不同埋设深度对对
高羊茅草坪密度的影响没有表现出来。
2. 4 滴头埋设深度对高羊茅生长速度的影响
由于滴头埋设深度直接影响土壤水分运动,因
此也间接地影响了高羊茅的生长速度。图 1所示,
在高羊茅生长旺季, 4 种埋深处理的生长速度明显
高于 CK, 其中埋深 20 cm 的生长速度最大, 这是因
为地下滴灌不会造成土表水分蒸发, 形成水资源的
浪费,水分充分被草坪根系吸收利用, 促进草坪生
长。当进入夏季后,气温逐渐升高,高羊茅生长速度
减慢,不同处理间差异逐渐减小,但仍高于 CK。
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草 地 学 报 第 18卷
表 2 不同埋设深度高羊茅植株密度方差分析(株 cm- 2)
Table 2 Var iance analysis of tall fescue plant density under differ ent emitter bury ing depth, plant No. cm- 2
埋深处理
Burying depth t reatment
4月 1日 April 1 5月 1日 May 1 6月 1日 Jun e 1 7月 1日 July 1
5 cm 1. 36 0. 40a 1. 47 0. 40 a 1. 51 0. 25a 1. 56 0. 30a
10 cm 1. 33 0. 46a 1. 52 0. 35 a 1. 54 0. 32a 1. 57 0. 41a
15 cm 1. 35 0. 45a 1. 54 0. 45 a 1. 57 0. 50a 1. 62 0. 25a
20 cm 1. 32 0. 46a 1. 51 0. 30 a 1. 55 0. 30a 1. 58 0. 45a
对照 CK 1. 35 0. 40a 1. 47 0. 51 a 1. 50 0. 20a 1. 54 0. 47a
注:同列小写字母不同者差异显著( P< 0. 05) ,下同
Note: Mean s with dif feren t sm all let ters in the same column are signif icant ly diff erent at the 0. 05 level ; s am e as below
图 4 滴头埋设深度对高羊茅生长速度的影响
F ig . 4 Effect of bury ing dept h o f emitter
on g row th rate o f tall fescue
2. 5 滴头埋设深度对地上生物量的影响
4个处理在草屑干物质的量指标上均高于 CK
(表 3)。灌水初期, 4 个处理的草屑干重明显高于
CK( P< 0. 05) , 埋深 20 cm 的处理最大, 但是不同
埋深处理间的差异并不显著; 灌水 30 d到 60 d, 各
个处理干重差距较大,埋深 20 cm 的处理明显高于
其他处理( P< 0. 05) , 埋深 5 cm 的干重最小, 埋深
10、15 cm 的处理差异不显著;灌水 75 d 后, 不同埋
深处理的草屑干重略高于 CK, 埋深 10、15和 20 cm
的处理差异不显著,但是灌水 90 d后,埋深 15 cm的
干重最大。可以看出,在春季高羊茅旺盛生长时期,
埋深 20 cm草屑干物质的量最大,进入夏季后,高羊茅
生长缓慢,埋深 10、15和20 cm的干重差距逐渐变小。
表 3 不同埋设深度高羊茅草屑干重方差分析
T able 3 Variance analy sis of cutt ing litter dr y w eight o f tall fescue under different bur ying depth of emit ter
埋深处理
Burying depth t reatment
15 d 30 d 45 d 60 d 75 d 90 d
5 cm 7. 13 0. 93ab 30. 57 1. 47c 25. 48 1. 13c 24. 46 0. 54b 10. 67 0. 71c 8. 36 1. 94c
10 cm 4. 76 0. 31bc 40. 22 5. 26b 35. 05 0. 93b 22. 42 0. 89c 13. 59 1. 24ab 10. 39 2. 27bc
15 cm 8. 15 1. 42ab 42. 66 1. 85b 37. 91 2. 67b 21. 40 1. 24c 12. 77 0. 62b 16. 51 1. 06a
20 cm 10. 12 4. 20a 50. 95 1. 28a 41. 17 0. 74a 28. 12 0. 54a 14. 47 0. 42a 13. 25 0. 89b
对照 CK 2. 72 0. 84c 21. 47 5. 59d 19. 97 1. 28d 20. 38 1. 08c 9. 92 0. 72c 7. 54 1. 94c
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第 3期 庄千燕等:滴头埋设深度对土壤水分运移及草坪草生长的影响
2. 6 滴头埋设深度对地下生物量及根系分布的影响
整个生长期内根系主要分布在 20 cm 以上, 在
不同处理下,地下生物量的增加存在差异。0~ 5 cm
土层中,埋深 5 cm 处理的生物量增加最多, 埋深 20
cm 处理的最少; 5~ 10 cm 土层中,埋深 10 cm 处理
的增加量略高于其他处理,埋深 5、15和 20 cm 的 3
个处理差异不明显; 10~ 15 cm 土层中, 埋深 15 cm
处理的生物量增加最多, 埋深 10 cm 处理的次之, 埋
深 5和 20 cm 的差异不明显; 15~ 20 cm 土层中, 各
处理的生物量增加量依次为: 埋深 20 cm> 埋深 15
cm> 埋深 10 cm> 埋深 5 cm。
高羊茅根系分布在地下 0~ 30 cm, 当滴头埋深
为 5 cm 时,土壤湿润体的范围为地下 0~ 12 cm, 土
壤中的水分不仅没有满足深层根系的水分吸收, 而
且水分很快上渗到土表,造成土表水分蒸发,形成了
一定的水资源浪费。埋深 10 cm 时湿润体的范围是
地下 2. 6~ 22. 4 cm ,这时土壤水分基本满足植物根
系吸收, 但是深层根系无法吸收到充足水分。埋深
15 cm 时湿润体的范围是地下 7. 7~ 29. 4 cm,充分
满足植物根系对水分的吸收利用, 又没有形成水资
源的浪费。埋深 20 cm时湿润体的范围地下 9. 2~
35. 4 cm, 由于埋深较深, 促使高羊茅根系不断向下
生长,因此地下生物量指标大于另外 3种处理, 但是
由于湿润体超出植物根系层过多, 形成土壤深层渗
漏,浪费了宝贵的水资源。
图 5 滴头埋设深度对高羊茅地下生物量的影响
Fig . 5 Effect of emitter bur ying depth on under gr ound biomass of ta ll fescue
注: ( a) 0~ 5 cm 根系层; ( b) 5~ 10 cm 根系层; ( c) 10~ 15 cm 根系层; ( d) 15~ 20 cm 根系层
Note: ( a) Root system depth 0~ 5 cm; ( b) Root system depth 5~ 10 cm; ( c) Root system depth 10~ 15 cm; ( d) Root system depth 15~ 20 cm
3 讨论与结论
草坪是一种密植、浅根系并且修剪低矮的多年
生地被植物,将地下滴灌技术应用于草坪,最主要的
优点在于避免灌溉设施和过程对草坪上文体娱乐活
动的干扰,与喷灌相比,减少了空气中的水汽散失和
蒸发损失,并且地下滴灌可以随水施用肥料, 从而提
高了水分和肥料的利用效率[ 12] 。本研究测试了 5
cm、10 cm 和 15 cm 共 3 种滴头埋深的草坪土壤水
分分布情况,可以看出 10 cm 的滴头埋深,在滴灌结
束 12 h 后草坪土壤水分垂直上升高度为7. 5 cm,即
距地表 2. 5 cm 以下的 20 cm 土层为滴灌土壤水分
分布带,而这一区域也是草坪植物的最主要根系活
动区,由此说明 10 cm 的滴头埋深比较适合草坪地
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草 地 学 报 第 18卷
下滴灌。陈鹏[ 13] 等人的研究认为灌水器埋放于地
表下 15 cm 较为合理。即如果采用地下滴灌扩散装
置,可以适当埋深,但一般绿化草坪地下滴灌埋深过
大不利于提高水分利用效率,而且也会增大施工费用。
地下滴灌土壤中最终湿润锋运移的形状近似椭
圆形, 而湿润体的形状则近似为椭球形。在相同的
流量和灌水时间下,湿润锋水平运移的距离均大于
垂直运移距离, 随着埋深的增加,湿润锋水平运移的
距离在逐渐减小, 垂直方向运移的距离增大。在不
同埋深的滴头中心位置, 土壤含水率最高,与田间持
水量持平,向湿润体四周逐渐降低, 在水平方向上,
滴头两侧土壤含水率基本对称 [ 14, 15]。在垂直方向
上,由于土壤重力势的作用,距滴头相同距离下方的
含水率要高于滴头上方的含水率。由此可知, 滴头
埋深太浅会使草坪根系在滴头附近聚集, 不利于根
系向下生长,埋深太深会导致水分形成深层渗漏, 浪
费水资源。
滴头不同埋设深度对高羊茅草坪植株密度的增
加影响不明显。在整个生长季内,各个处理的植株
密度均呈增加的趋势, 不同埋设深度 4个处理的植
株密度要高于 CK 的植株密度, 但是差异不显著。
这可能是本试验高羊茅种植密度较大的原因。
不同埋深处理对草屑干物质的量的影响显著。
在春季,高羊茅从返青到旺盛生长时期,不同埋深处
理对草屑干物质的量的影响显著,其中埋设深度大
的发挥作用大; 进入夏季后,高羊茅生长缓慢, 不同
埋深处理间干重差距逐渐变小, 埋深 15 cm 的滴头
的作用开始显现。由此表明, 滴头埋深 10~ 15 cm
较好。
不同埋设深度对高羊茅地下生物量及根系分布
有一定的影响。高羊茅根系分布在地下 0~ 30 cm,
滴头埋深较浅时,水分上渗到土表,形成无效水分蒸
发,而且高羊茅深层根系无法吸收利用水分; 埋深较
大时,超过了植物根系层, 造成地下水分渗漏, 浪费
水资源,因此,在高羊茅草坪中, 滴头适宜埋设深度
为 15 cm。在每个滴头附近, 根系密度和重量都明
显变大,这一特征对今后实施草坪草随灌溉施肥具
有十分重要的意义。
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