陳進勇

朱 瑩

趙世偉

利用園林有機廢棄物進行地面覆蓋是實現(xiàn)其合理利用的有效園藝措施。在國外發(fā)達國家，園林綠化中將修剪的枝干以及清掃的枯枝落葉等有機物進行粉碎、發(fā)酵等處理后，用來覆蓋綠地表面，應用非常普遍[1]。中國在北京、上海、廣州等大中城市也正在大力推廣[2-3]。利用有機物覆蓋不僅可以保持土壤濕度、調(diào)節(jié)土壤溫度、改善土壤結構、增強土壤肥力，還能有效阻止裸露地表土壤揚塵，有助于減少水土流失，實現(xiàn)廢棄資源再生利用，作用非常明顯[3-4]。但我國在園林綠化廢棄物對土壤溫濕度的影響效果方面還缺乏定量研究，難以數(shù)量化評估其應用效果。因此開展此項研究，可為有機廢棄物的有效利用提供技術支撐和指導作用。

1 材料與方法

田間試驗于2014年8月在北京市植物園試驗地進行，為期1年。選擇腐熟1年的綠化粉碎物基質(zhì)(A)、當年腐熟的基質(zhì)(B)、樹枝直接粉碎的木屑(C)和切削的木塊(D)，分別進行5cm(1)、10cm(2)和15cm(3)厚度覆蓋，設不覆蓋(CK)為對照。覆蓋地塊每塊面積3m×3m，每個處理3次重復，采用隨機區(qū)組排列。覆蓋材料中，綠化粉碎物基質(zhì)為粉碎的枝葉混合物，碎木屑長度約3cm，粗度不超過0.5cm，木塊長和寬為3～6cm，厚度約0.5cm。經(jīng)北京市園林科學研究院測定，基質(zhì)A的pH值為7.9，有機質(zhì)含量367g/kg，EC值2133μs/cm；基質(zhì)B的pH值為7.1，有機質(zhì)含量445g/kg，EC值1460μs/cm；木屑C的C/N(碳氮比)為58，有機碳含量305g/kg；木塊D的C/N為67，有機碳含量307g/kg。

覆蓋前預先埋入1m長的PR2探管，定期用英國Delta-T設備公司生產(chǎn)的PR2土壤剖面水分傳感器連接HH2型濕度儀，測定不同深度的土壤水分的體積百分比。地溫測定用以色列Fourier公司生產(chǎn)的MicroLite高精度溫度記錄儀，設定每小時記錄1次，埋入不同地塊的不同深度。氣象數(shù)據(jù)用Hobo溫濕度記錄儀測定，設定每小時記錄1次。所有數(shù)據(jù)和圖表用Excel 2007軟件進行處理。

2 結果與分析

2.1 裸露地不同土層溫度與氣溫的關系

2014年9 月下旬—11月上旬，從未覆蓋地塊不同深度的地溫與氣溫關系看，由于秋季日均氣溫變化劇烈，二者呈現(xiàn)少量交錯變化，但總體上看，日均氣溫低于40cm土層地溫，出現(xiàn)40、20、10cm地溫均基本高于氣溫的現(xiàn)象(圖1)。土層越深，地溫越高，此趨勢一直延續(xù)至次年初。

2015年1 月底—2月底，平均氣溫在0℃上下波動較大，此時10cm和20cm地層的溫度基本還在0℃以下，40cm地溫剛好在0℃以上。直到3月上旬氣溫穩(wěn)定在0℃以上，不同地層的溫度才超過0℃，但不同地層的溫差很小，在0.5℃以內(nèi)(圖2)。

3月中旬—4月下旬，氣溫上升較快，10cm地溫隨之上升；5月上旬—6月下旬，10cm層地溫與日均氣溫相近(圖3)。

2.2 有機物覆蓋后不同深度土層的溫度變化

以A2處理(腐熟1年的基質(zhì)覆蓋10cm厚)為例，2014年9月下旬，不同深度的土層溫度均在22℃左右，隨后地溫逐步下降，土層越深，溫度下降越緩慢。40cm土層溫度較10cm土層高0.5～2℃，20cm土層溫度居中；且10cm土層溫度起伏變化較大，而40cm土層溫度變化比較平穩(wěn)(圖4)。

11月13日至次年2月上旬，40cm土層的溫度高出20cm土層1℃左右，高出10cm土層2℃左右，此后至3月上旬不同地層的溫度差變小至近相等(圖5)。

3月中旬后，不同地層的溫度變化出現(xiàn)逆轉，土層越淺，溫度越高。至4月底10cm深處的地溫高出20cm土層1.5℃，20cm土層地溫高出40cm土層也達到1.5℃。5月上旬地溫有明顯回落，至6月初仍保持此趨勢(圖6)。

7月初—8月底，地溫變化較為劇烈，10cm土層溫度變化高達7℃，但總體上仍高于20、40cm土層，差值達2℃。9月上旬出現(xiàn)轉折，10cm土層溫度低于20、40cm土層，差值達1℃(圖7)。

圖1 秋季裸露地不同土層地溫與氣溫的關系

圖2 冬季裸露地不同土層地溫與氣溫的關系

圖3 春季裸露地不同土層地溫與氣溫的關系

圖4 A2處理下秋季不同地層的地溫變化

2.3 不同覆蓋物對土壤溫度的影響

2014年9月25日—11月5日，對照20cm土層的地溫波狀變化起伏明顯，總體呈下降趨勢，從20℃逐步降至10℃，覆蓋不同有機物后，地溫波狀起伏度明顯變小，地溫下降較緩慢，且較對照高，其中A1高出1～2℃，C2高出2～3℃，A2和A3居中(圖8)，由A2和C2比較可看出，粉碎木屑的保溫效果較腐熟基質(zhì)稍好。

11月13日至次年3月9日，20cm土層溫度仍然是有機物覆蓋后地溫明顯提高，不同覆蓋物種類的作用略有差異。以覆蓋厚度10cm為例，D2處理高出對照2℃左右，A2和C2高出對照2～4℃(圖9)，腐熟基質(zhì)和粉碎木屑均較切削木塊的保溫效果好。

3月12日—6月初，對照的地溫上升較快，超過覆蓋物處理，20cm土層溫度自4℃上升至26℃，不同覆蓋物處理之間的差異較小，以D2略低。覆蓋處理與對照的地溫差最大值達4℃，4月上中旬和5月中旬的差值則小于1℃(圖10)，不同覆蓋物之間的差異不明顯。

2.4 不同覆蓋厚度對土壤溫度的影響

2014年9月25日—11月5日，覆蓋腐熟基質(zhì)后，A2和A3對20cm地層的覆蓋效果相近，但地溫均較A1略高(圖8)，覆蓋厚度10、15cm較5cm效果稍好。11月13日至次年2月底，仍是此趨勢，A1作用稍小，溫度高出對照2℃左右，A2和A3則高出對照2～4℃(圖11)。

3月中旬后出現(xiàn)轉折，A1處理較A2和A3地溫略高，但差值在1℃以內(nèi)，A2和A3近無差異。所有A處理地溫均低于對照，最大差值達3℃，一直持續(xù)到6月下旬(圖12)。

7月上旬—9月上旬，雖然不同覆蓋厚度的地溫相互交錯，但A1、A2、A3三者之間的差異仍不明顯，在1℃以內(nèi)。

2.5 覆蓋對土壤含水率的影響

未覆蓋地塊不同深度的土壤含水率自2014年11月上旬—2015年4月中旬，隨著土層深度的增加，土壤含水率逐漸升高，10cm土層為10%～20%，20cm土層為20%～30%，30cm土層為30%左右，40cm土層為30%～35%，60、100cm土層含水率相近，均在35%～40%(圖13)，土層越深，土壤含水率越大，至60cm基本不變。

覆蓋處理后，土壤含水率提高，以20cm土層為例，2014年11月上旬—2015年4月中旬，對照在20%～25%，D2處理在22%～28%，C2處理在24%～30%，A2處理在24%～32%(圖14)。在覆蓋厚度10cm條件下，不同覆蓋材料的保墑作用存在差異，以腐熟1年的基質(zhì)最好，其次為粉碎的木屑和切削木塊，均明顯優(yōu)于對照。

不同覆蓋厚度之間對土壤含水率的影響差異不大，以腐熟1年的基質(zhì)為例，覆蓋5、10、15cm后A1、A2、A3的20cm土層濕度近相同，土壤含水率相差不到1%，但均高出對照含水率值3%～10%(圖15)。

圖5 A2處理下冬季不同地層的地溫變化

圖6 A2處理下春季不同地層的地溫變化

圖7 A2處理下夏季不同地層的地溫變化

圖8 不同覆蓋處理下秋季20cm地層的地溫變化

3 總結與討論

土壤溫度受太陽有效輻射的影響，與氣溫變化有很強的相關性[5]。在秋冬季，裸露地的地溫較氣溫高，且土層越深，溫度越高；直到3月中下旬，氣溫快速上升，才高于土壤溫度，這時土層越深，溫度相對越低；8月下旬氣溫下降明顯，至9月中下旬氣溫再次低于土壤溫度，開始下一個循環(huán)。

有機物覆蓋后，在秋冬季下層土壤的溫度較上層土壤溫度高，如腐熟基質(zhì)覆蓋10cm(A2處理)后40cm土層的溫度高出20cm土層1℃左右，高出10cm土層2℃左右。3月中旬后出現(xiàn)轉折，隨著土層深度增加，溫度變低。至4月底40cm土層溫度低于20cm土層地溫達到1.5℃，低于10cm土層地溫達3℃，此趨勢持續(xù)至8月底，9月上旬出現(xiàn)轉折。

覆蓋不同種類的有機物后，秋冬季地溫均較對照高，以粉碎木屑和腐熟基質(zhì)的效果較好，切削木塊稍差；春夏季地溫低于對照，不同覆蓋物處理之間的差異變小。直接粉碎的木屑由于發(fā)酵腐熟會釋放熱量，導致前期地溫較高，后期則效果變差。而且腐熟基質(zhì)等顆粒較細的覆蓋物較粗大的切削木塊保溫作用要強。

不同覆蓋厚度之間對土壤溫度的影響差異不太明顯，以腐熟的綠化粉碎物為例，覆蓋厚度10、15cm在秋冬季較覆蓋厚度5cm稍好，翌年春夏季三者之間的差異變小。與覆蓋3、5cm的結果略有差異[6]。

圖9 不同覆蓋處理下冬季20cm地層的地溫變化

圖10 不同覆蓋處理下春季20cm地層的地溫變化

圖11 腐熟基質(zhì)不同覆蓋厚度下冬季20cm地層的地溫變化

圖12 腐熟基質(zhì)不同覆蓋厚度下春季20cm地層的地溫變化

圖13 裸露地不同土層深度的土壤含水率變化

圖14 不同覆蓋物處理對土壤含水率的影響

圖15 腐熟基質(zhì)不同覆蓋厚度處理對土壤含水率的影響

不同土層深度的土壤含水率隨深度增加而增加，與陳玉娟等研究結果[6]一致。覆蓋物處理后，土壤含水率提高，不同覆蓋物以腐熟1年的基質(zhì)最好，其次為粉碎木屑和切削木塊。王慧杰等研究表明，不同有機覆蓋物對土壤水分抑蒸效果依次為闊葉類、條狀類、莖干類[7]，與本研究結果類似。不同覆蓋厚度之間對土壤含水率的影響差異不大，以腐熟基質(zhì)為例，覆蓋厚度5、10、15cm后，20cm深度的土壤含水率相差不到1%，但均高于對照。陳巖等研究顯示有機覆蓋物對土壤含水量的保持具有明顯的促進作用[8]。

綜合來看，地面覆蓋對土壤的保溫和保濕效果明顯，不同有機覆蓋物對土壤保溫保濕作用以腐熟基質(zhì)為好，其次為粉碎的木屑，切削的木塊效果最差，這與覆蓋物的顆粒大小、密度、腐熟程度等因素相關。不同覆蓋厚度之間差異不明顯，以不超過10cm為宜，此結果與美國技術規(guī)范一致[1]。研究結果還與不同有機覆蓋物處理對風信子、郁金香的生長發(fā)育影響相一致[9-10]，可用于指導園林綠地的具體實踐和應用。

注：文中圖片均由作者繪制。