俞偉 關慶偉

摘 要：構建了由碎石、陶粒、玻璃輕石、HDPE和PVC排水板5種排水材料組成的佛甲草輕型種植屋面模擬試驗平臺（室內自然狀態(tài)），測定了各材料處理土壤以及土壤底部空氣的溫、濕度。結果表明：土壤濕度在少雨季節(jié)受到不同排水材料的顯著影響，而在雨量充沛的季節(jié)差異不顯著。在干旱月份，與碎石處理相比，具有蓄水性能的4種排水材料（陶粒、玻璃輕石、HDPE和PVC排水板）有明顯的抗旱優(yōu)勢，平均土壤濕度提高了約35%；然而，這4種材料的蓄水量大小對處理之間的土壤濕度沒有顯著影響；另外，材料的排水性能對土壤濕度有顯著影響，通水量大的HDPE排水板在雨后初期土壤濕度顯著小于其他材料。土壤（空氣）溫度沒有受到材料蓄水性能的影響。輕型種植屋面土壤熱濕環(huán)境的變化不完全由材料蓄水性能所決定；同時，其具有明顯的保溫（冬季夜間）隔熱（全年白天）作用，且熱工性能存在季節(jié)性和日內差異。

關鍵詞：種植屋面；排水材料；溫度和濕度；塑料排水板；玻璃輕石；陶粒

中圖分類號：TU111.4

文獻標志碼：A文章編號：1674-4764（2018）04-0027-09

Abstract：Five kinds of drainage materials were chosen such as gravel， ceramsite， glass pumice， HDPE and PVC drainage boards， to establish a simulation test bed of extensive green roof with Sedum lineare Thunb （indoor natural state）. The temperature and moisture of the soil， as well as the temperature and relative humidity of the air at the bottom of soil layer by different material treatments were measured. The results showed that： The soil moisture was affected significantly by different drainage materials during the less rain season， but the difference was not significant during the rainy season. In drought month， four kinds of drainage materials with water retention performance such as ceramsite， glass pumice， HDPE and PVC drainage boards， had obvious drought resistance advantage compared to gravel treatment， and the average soil moisture was increased by about 35%. However， the size of the water retention of these four materials had no significant effect on the soil moisture among the treatments. Other than that the drainage performance of the materials had a significant effect on the soil moisture. Early after the rain， the soil moisture of the HDPE drainage board with larger water flux was significantly smaller than other material treatments. Soil temperature and soil air temperature were not affected by water retention performance of the materials. It is indicated that the changes of soil hygro-thermal environment on the extensive green roof are not completely determined by the water retention performance of the materials. Meanwhile， the extensive green roof has both heat-insulating（all year daytime） and heat-preservation（winter nighttime） effects， and its thermal performance has seasonal and intraday differences.

Keywords：green roof； drainage material； temperature and moisture content； plastic drainage board； glass pumice； ceramsite

隨著環(huán)境問題的加劇，人們開始尋求利用自然的方式，即通過城市下墊面的綠化回歸到其自然屬性來改善局域環(huán)境和城市微氣候[1-2]，營建種植屋面是一種有效措施[3]。輕型種植屋面的改造對象是既有建筑，由于受屋面承載力限制，其土層不能太厚（通常h<15 cm），一般以草本植物為主。土層薄意味著儲存水量少，只能優(yōu)先選擇耐熱抗旱性強的景天科植物[4-5]，所以，佛甲草（Sedum lineare Thunb）在目前輕型種植屋面工程中得到廣泛應用[6]。

由于輕型種植屋面改變了原有建筑屋頂?shù)南聣|面性質，從而可以有效減弱城市的熱島效應[7]。大量研究表明，即使土層不是很厚，其隔熱效果也很顯著[8]，除了可以有效降低建筑物夏季能耗[9]，在雨期還可以減少降雨產流總徑流量，延遲產流時間[10-11]；其次，草本植物本身也可以通過向地下部分輸入凋落物，以增加土壤有機碳含量從而起到固碳作用[12]；當然，種有草本植物的輕型種植屋面還能發(fā)揮其他作用[13-15]。除此之外，還有針對種植屋面不同構造層次展開的研究，如：是否有蓄水層以及不同的種植土（基質）層對種植屋面熱工性能的影響[16]；蓄水層對屋面植物水分狀況和生存的意義[17]；并進行了相關模型的研究[18-20]。

《種植屋面工程技術規(guī)程》（JGJ 155—2013）規(guī)定種植平屋面的基本構造層次包括：基層、絕熱層、找坡（找平）層、普通防水層、耐根穿刺防水層、保護層、排（蓄）水層、過濾層、種植土層和植被層等。同時，根據(jù)各地區(qū)氣候特點、屋面形式、植物種類等情況，可以增減屋面構造層次，選擇不同材料。通常建筑防水要求屋面不能積水，而植物的抗性有限，因此，人們開發(fā)出具有蓄水性能的排水材料來應對干旱天氣，使排水層兼具蓄水性能，即構成排（蓄）水層（以下簡稱排水層）；也使得輕型種植屋面的蓄水量大小主要由排水材料的蓄水性能決定。由于排水層位于種植土層以下，又兼具蓄排雙重功能，因此，在各構造層次中起到承上起下的重要作用，并逐漸受到關注[21]。如果在排水層選擇不同蓄水性能的排水材料，那么對于種植屋面的土壤則均可視為一種處理；并且排水材料中儲存的水與土壤顆粒沒有直接接觸，導致種植屋面土壤水的補充過程相對自然界土壤水的保持和運動有很大不同。目前，人們多是根據(jù)排水材料蓄水性能來推斷其補水效果，而有關材料蓄水量大小對上層土壤墑情的實際影響尚沒有看到有關實驗報道。筆者選取了5種常用排水材料（4種具有蓄水性能），通過構建試驗平臺模擬輕型種植屋面，在室內自然狀態(tài)下對不同材料處理后的土壤溫、濕度以及土壤底部空氣溫、濕度進行了多維定量研究，主要探討了輕型種植屋面不同排水材料蓄水性能的實效性，以及由此可能導致其土壤熱濕環(huán)境發(fā)生變化的原因，并對種植屋面保溫隔熱作用的季節(jié)性差異進行了討論。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗的5種排水材料分別是碎石、陶粒、HDPE排水板、玻璃輕石和PVC排水板（圖1）。碎石和陶粒是種植屋面?zhèn)鹘y(tǒng)的排水材料；玻璃輕石是利用廢玻璃研磨、高溫焙燒、發(fā)泡膨脹后冷卻而形成的一種多孔輕質無機材料，是近年來開發(fā)的循環(huán)利用型產品；HDPE和PVC排水板屬于塑料類塊狀有機材料，是目前市場上最有代表性的兩種型號。排水層材料總厚度均為 3 cm。

根據(jù)前期試驗得到的材料蓄水性能指標[22]，通過材料蓄水體積比（蓄水體積/材料所占空間體積），可計算出5種材料在3 cm厚時每平方米最大蓄水量，蓄水量從大到小依次為：PVC排水板>玻璃輕石>HDPE排水板>陶粒>碎石（表1）。通常認為碎石沒有蓄水能力（吸水率在1%～2%之間）。

1.2 試驗設計

試驗場地為一塊約600 m2的水泥空地，主方向朝南偏西。試驗平臺由15個1 m×1 m的種植池組成，下部架空以模擬種植屋面（室內自然狀態(tài)）。試驗采用隨機區(qū)組設計，每種材料對應一個種植池（圖2（a）），5個種植池連成一組，共3組（即5個處理3個重復），組間距0.8 m。種植土取自一苗圃地0～60 cm土，去雜后充分混合均勻，設計土層厚度12 cm，統(tǒng)一植物配置為佛甲草（Sedum lineare Thunb）；2014-03-23進行佛甲草根莖撒播（每池1.5 kg），等量充分澆水培育；至當年4月底，佛甲草已完全覆蓋種植池，停止人工養(yǎng)護，試驗平臺構建完畢（圖3（a））。

種植池構造：池壁為12 cm厚磚砌體，內外均用水泥砂漿找平，基層采用預制鋼筋混凝土板架空；根據(jù)試驗目的沒有設置絕熱層、防水層和保護層；過濾層統(tǒng)一采用200 g/m2白色土工布，每池預埋一直徑2.5 cm的PVC排水管（圖2（b））。

1.3 數(shù)據(jù)采集

土壤溫、濕度數(shù)據(jù)采樣周期總計15個月，分為前后兩個階段。第1階段時間為2014年10月—12月，采樣周期3個月。第2階段時間為2015年1月—12月，采樣周期12個月。土壤溫、濕度的數(shù)據(jù)采集分為4種方法，前2種為主要實驗方法。

一是連續(xù)采集：使用iButton紐扣式（美國MAXIM型號DS1923）全自動溫濕度記錄儀，溫度測量范圍-20～85 ℃，精度±0.5 ℃，濕度測量范圍0～100% RH，精度±3%RH；安裝在自制的PVC塑料管底部（圖3（b）），測量深度12 cm；時間從2014-10-01開始，至2014-12-31結束；全程92 d，記錄間隔1 h，共計采集土壤層底部和排水層交界處空氣溫、濕度數(shù)據(jù)2 208組。此記錄儀內部為微電腦存儲器，在取回讀數(shù)時發(fā)現(xiàn)只有安裝在第3組種植池的數(shù)據(jù)是完整的，所以沒有重復值。

二是按月采集：土壤濕度（體積含水量）使用8100-202土壤水分傳感器，測量范圍0～飽和，精度±3%VWC（Volumetric Water Content）；土壤溫度使用8100-203土壤溫度傳感器，測量范圍-20～60 ℃，精度±0.5 ℃；測量深度5 cm，測量時間均在中午11：00左右；同時將溫度傳感器探頭避光放置于（儀器架空底座通風孔內）土壤表面用于測量近土表大氣溫度；時間從2015年1月至12月，每月一次（通常在雨后3～5 d），共計采集土壤和土表溫、濕度數(shù)據(jù)12組。

三是實時采集：使用特安斯TASI-8620數(shù)字K型熱電偶溫度計，測量范圍-50～1 000 ℃，精度為讀數(shù)的±0.3%+1℃；用于試驗場地大氣溫度測量，測量位置為樹蔭下約1 m高。

四是天氣數(shù)據(jù)采集：記錄下實驗期間當?shù)貧庀笳救兆罡吆妥畹蜌鉁匾约敖涤昵闆r。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用SPSS19軟件進行統(tǒng)計分析，SigmaPlot 12.5制圖；采用一般線性模型單變量分析不同處理之間的差異顯著性（顯著性水平設為0.05）；表格中數(shù)據(jù)均為3次重復的平均值±標準差，用不同的字母表示統(tǒng)計學上的顯著差異；采用重復度量方差分析將月數(shù)據(jù)轉換成季節(jié)數(shù)據(jù)。

2 結果與分析

2.1 土壤空氣溫、濕度的時變化特征

如圖4所示，不同材料處理土壤空氣溫度（底部）變化趨勢和大氣溫度季節(jié)性變化基本一致，從10月初的20 ℃左右開始逐漸下降，到12月份最低溫度已接近0 ℃；從圖中可以看到，各處理之間的溫度曲線幾乎重疊在一起難以區(qū)分，說明差異不明顯。

各材料處理之間土壤空氣濕度（底部）的變化表現(xiàn)出不同的變化特征。在11月中旬以前，各處理之間土壤空氣濕度變化形態(tài)基本一致，數(shù)據(jù)采集開始，第1組數(shù)據(jù)為85.5%RH、85.5%RH、83.8%RH、85.2%RH和86.2%RH（按圖中材料序號升序排列），最大和最小值相差不到3%，但隨后則出現(xiàn)分化；其中，玻璃輕石和兩個塑料排水板處理總體上保持相同的變化形態(tài)，曲線之間距離相差不大；而陶粒處理在11月底與前述3種材料處理曲線形態(tài)發(fā)生明顯偏離，土壤空氣濕度呈現(xiàn)下降趨勢，從最高的88.6%RH下降到最低的76.6%RH；碎石處理則早在11月上旬即開始進入顯著下降通道，隨后在12月初趨于平穩(wěn)，土壤空氣濕度從最高的88.5%RH下降到最低的54.9%RH。

2014年天氣記錄表明，春夏兩季雨水較多，直到9月底雨水天氣逐步停止，此后一直到10月20日，無雨天為21 d；10月高溫平均值為23 ℃，低溫平均值為14 ℃；從10月底到11月底有雨天氣為11 d，以小雨為主，雨量不大；11月高溫平均值為16 ℃，低溫平均值為8 ℃；而進入12月份，僅在月初有3次小雨，截至31日則為長達21 d的多云晴朗天氣；12月高溫平均值為9 ℃，低溫平均值為-1 ℃。2014年秋冬季雨水明顯偏少，體現(xiàn)在圖4中土壤空氣濕度變化曲線卻可以看到存在明顯的滯后現(xiàn)象。

2.2 土壤空氣溫度和氣溫的日變化特征

如圖5所示，為了解佛甲草輕型種植屋面的保溫隔熱性能，把各處理日平均土壤空氣溫度（底部）和當?shù)赝沾髿鉁囟鹊娜兆畲笾岛妥钚≈捣旁谕粡垐D中，可以看到，土壤空氣日最高溫度絕大部分時間小于日最高氣溫，占比為92.4%；土壤空氣日最低溫度絕大部分時間要大于日最低氣溫，占比也為92.4%，其中小于日最低氣溫的7 d均在最低氣溫≥5 ℃時。尤其在冬季（12月）最低氣溫低至-4 ℃的4 d里，土壤空氣最低溫度也在0 ℃及以上，平均溫差5.8 ℃；整個12月份，土壤空氣最高溫度比最高氣溫平均降低了2.6 ℃，而土壤空氣最低溫度比最低氣溫平均提高了3.4 ℃。

2.3 土壤溫、濕度的月變化特征

如圖6所示，不同排水材料處理的土壤溫度月變化明顯，總體變化曲線呈單峰形態(tài)，與當?shù)厝昙竟?jié)性氣溫變化趨勢基本一致；最低值出現(xiàn)在12月，各處理平均土壤溫度2.8 ℃，最低土壤溫度1.1 ℃；最高值出現(xiàn)在8月，各處理平均土壤溫度34.7 ℃，最高土壤溫度40.1 ℃。土壤濕度總體上除8月、9月外變化幅度不大；其中，8月濕度偏低可能和高溫有關，而9月份則是出現(xiàn)旱情；圖6中，9月土壤濕度顯示有深淺兩個部分，深色部分是9月21日測量值，此時已有近一個月沒有有效降雨，加上土壤溫度在25 ℃以上，導致土壤濕度出現(xiàn)急劇下降，平均土壤濕度僅為0.18 m3·m-3；淺色部分是9月28日雨后第3天測量值，土壤平均濕度為0.32 m3·m-3。

為了更好地了解高溫和干旱對不同排水材料處理下土壤溫、濕度的具體影響，進一步分析8月和9月的土壤溫、濕度數(shù)據(jù)。從表2可以看出，8月（高溫）情況：土壤溫度在各處理間差異不顯著（P>0.05）；同時，其他數(shù)據(jù)顯示，實驗當日天氣預報最高氣溫是37 ℃，而場地樹蔭下中午氣溫超過42 ℃；此時，土壤濕度在各處理之間的差異也不顯著（P>0.05）。9月（干旱）情況：土壤溫度在各處理間差異不顯著（P>0.05），比高溫時平均低了約10 ℃；此時，土壤濕度在陶粒、玻璃輕石、HDPE排水板和PVC排水板處理之間差異不顯著（P>0.05），但均顯著大于碎石處理（P<0.05），土壤濕度平均提高了約35%。9月（雨后）情況：測量時間在雨后第3天（偏早），土壤溫度和干旱時沒有太大變化；而此時各處理中土壤濕度最小的是HDPE排水板且差異顯著（P<0.05）；另外，從圖6可以看出，大概有一半的月份屬于這種情況。

2.4 土壤溫、濕度的季節(jié)變化特征

為了統(tǒng)計和分析方便，采用重復度量方差分析，把12個月的土壤溫、濕度數(shù)據(jù)按四季降維處理，劃分原則：春季為3月—5月，夏季為6月—8月，秋季為9月—11月，冬季為12月—2月。

根據(jù)表3可以看到，不同排水材料處理的土壤溫度季節(jié)變化明顯，最高值出現(xiàn)在夏季，各處理平均值為29.9 ℃，最低值出現(xiàn)在冬季，各處理平均值為4.7 ℃；4個季節(jié)土壤溫度在各處理間均無顯著差異（P>0.05）。土壤濕度季節(jié)變化不明顯，各處理間土壤濕度除秋季外，其他季節(jié)均無顯著差異（P>0.05）。秋季：碎石處理的土壤濕度最小且顯著小于其它材料（P<0.05）；其中，PVC排水板、陶粒和玻璃輕石處理之間的土壤濕度均無顯著差異（P>0.05）；而HDPE排水板雖然蓄水量大于陶粒，但該處理下的土壤濕度卻比陶粒小。

2.5 土壤溫度和土表溫度的月變化特征

如圖7所示，為了解佛甲草輕型種植屋面在白天的實際隔熱效果，把各處理土壤溫度（5 cm深）和土表溫度的平均值做進一步比較。可以看到全年土壤溫度8月份最大，平均值為34.7 ℃，而土表溫度平均值為40.6 ℃；12月份最小，土壤溫度平均值為2.8 ℃，而土表溫度平均值為5.9 ℃。無論四季變化，土表溫度均明顯大于土壤5 cm深處溫度，且溫差值在春夏季大于秋冬季，全年溫差平均值為5.4 ℃。

3 討論

3.1 不同排水材料對輕型種植屋面土壤濕環(huán)境的影響

天氣記錄表明，本地2014年春夏季雨水多，秋冬季雨水少，并分別在10月份和12月份出現(xiàn)長時間無雨天氣；特別以12月份最為嚴重，因為前兩個月雨水也不多，對土壤含水量造成負累積效應。圖4展示了2014年10月—12月期間5種不同排水材料的種植屋面土壤在自然狀態(tài)下土壤空氣濕度（底部）的變化情況，這和表1中排水材料蓄水性能的比較結果基本一致。碎石作為排水材料幾乎沒有蓄水能力，由于排水層沒有雨水存儲，從降雨天氣停止不久，其土壤空氣濕度便開始進入下降趨勢；而陶粒在和其它具有蓄水能力的材料比較中蓄水量最小，這在隨后的旱情發(fā)展中也得到體現(xiàn)；蓄水量較大的玻璃輕石和PVC、HDPE排水板在此次旱情過程中由于有充足的雨水存儲，土壤空氣濕度變化相對一直比較平穩(wěn)。由于試驗檢測的是土壤底部空氣相對濕度，與能夠及時反映降雨情況的土壤表層濕度相比，其變化具有滯后現(xiàn)象，而且iButton紐扣式溫濕度記錄儀安裝在塑料管底部，雨量不大的降雨對其幾乎沒有影響，所以，碎石處理的土壤空氣濕度一直在下降；而陶粒、玻璃輕石和PVC、HDPE排水板處理的土壤空氣濕度在11月過后偶有起伏，直到12月中旬才開始出現(xiàn)下降趨勢，土壤空氣濕度變化滯后明顯。同時，雨天記錄尚無法對整個實驗期間的有效降雨和無記錄的短時降雨進行判斷統(tǒng)計，所以，只能進行整體趨勢性的比較。總體上，由當?shù)厍锒竟?jié)雨水偏少所導致的不同排水材料處理土壤空氣濕度變化，可以較好地反映出排水材料蓄水性能對種植屋面土壤濕環(huán)境的影響，但根據(jù)圖4尚無法判斷陶粒、玻璃輕石和PVC、HDPE排水板處理之間是否存在顯著差異。

從2015年土壤濕度的季節(jié)變化特征看，排水材料對種植屋面土壤濕度的影響，在一年中除了秋季之外的其他3個季節(jié)均沒有顯著差異（表3），這可能和南京地區(qū)雨水充沛以及測量時間的安排有關。秋季的統(tǒng)計分析結果與9月的干旱有很大關系，排水材料的蓄水性能優(yōu)勢才得以體現(xiàn)，使得4種具有蓄水能力的排水材料處理土壤濕度均顯著大于碎石處理的土壤（P<0.05），表現(xiàn)出較好的抗旱潛力；所不同的是，HDPE排水板處理的土壤濕度要小于PVC排水板、玻璃輕石和陶粒處理。另外，對9月干旱期間土壤濕度的統(tǒng)計分析表明，雖然玻璃輕石、陶粒和PVC、HDPE排水板之間蓄水量大小不一，但處理之間的土壤濕度均無顯著差異（P>0.05），顯著差異僅僅表現(xiàn)在他們與沒有蓄水能力的碎石之間。同時，通過表1和表2的數(shù)據(jù)對比可以看到，不同排水材料的蓄水性能和土壤濕度并不是一一對應，其中PVC排水板的蓄水量是陶粒的2倍左右，但統(tǒng)計分析結果表明它們之間的土壤濕度沒有顯著差異（P>0.05）。這說明不同排水材料對上層土壤濕度的影響機制相對（自然土壤）比較復雜，其補水過程需要進一步研究。

4種具有蓄水能力的排水材料，在9月干旱時土壤濕度沒有顯著差異，但一年中有一半的月份（包括9月28日雨后第3天）HDPE排水板處理的土壤濕度均明顯小于其他材料（表2、圖6），表3的統(tǒng)計也有類似的結果。通過對兩種塑料排水板板面孔洞面積的計算，發(fā)現(xiàn)這可能與材料的排水性能指標（通水量）有關。從圖1可以看出，HDPE排水板的孔洞面積要明顯大于PVC排水板，其通水面積約占板總面積的33%，而PVC排水板只占1%左右（表1），所以，前者豎向通水量要遠遠大于后者以及其他材料；也有實驗表明[23]，此類塑料排水板的通水量比顆粒狀的碎石要高出很多。在雨后初期，HDPE排水板的土壤濕度由于排水迅速，上層土壤濕度就要小于其他材料（表2），這也導致9月—11月的秋季土壤濕度在統(tǒng)計分析中其要略小于其他3種具有蓄水性能的排水材料。HDPE排水板處理的土壤濕度在其它季節(jié)沒有類似表現(xiàn)，可能與測量時間有關（有些月份在雨后第5天），使得各材料處理在不同月份有不同的表現(xiàn)，導致在重復度量方差分析時差異不顯著。同時，HDPE排水板處理的以上性能也沒有在圖4土壤空氣濕度的動態(tài)變化中予以體現(xiàn)，這可能與雨后初期各處理土壤濕度均較大有關。

以上結果表明，在兩場降雨之間，不同排水材料對土壤濕度的影響體現(xiàn)在其自身同時具有的排水和蓄水性能誰在發(fā)揮主導作用；并會隨著降雨間隔時間長短發(fā)生變化，間隔時間短則排水性能占主導；間隔時間長則蓄水性能占主導；期間排、蓄水性能所起作用會在某一時間點發(fā)生轉換，而在兩次轉換之間的大部分時間，土壤濕度則會趨同。由于土壤濕度測量時間并不固定在雨后的某一天，而且不同季節(jié)的土壤蒸發(fā)量也不一致，除了9月干旱，其他月份的測量可能大多處在兩次轉換之間或之前的雨后初期，所以，一年中除秋季（含9月）外，其他季節(jié)的土壤濕度所有材料處理之間均沒有顯著差異。

不同排水材料對上部土壤濕度的影響具有時間選擇性，除干旱月份外，與材料蓄水性能的相關性不大。對于雨量充沛的季節(jié)，不能忽視材料排水性能的影響；對于夏末秋初溫度較高時期出現(xiàn)的干旱，可能是由于材料總蓄水量有限，具有蓄水能力的4種排水材料之間對土壤濕度的影響沒有顯著差異（P>0.05）。所以，對于輕型種植屋面不能單純以排水材料的蓄水量大小來評價其抵御干旱的能力，特別在干旱又高溫的月份，有限的雨水存儲可能使得他們之間沒有本質區(qū)別。

3.2 不同排水材料對輕型種植屋面土壤熱環(huán)境的影響

土壤表面在吸收太陽輻射能后，借分子傳導的形式把熱量傳入深層，使下層增溫；反過來，當土壤表面冷卻后，溫度下降到比深層溫度低時，熱量由深層輸出[24]。從圖4可以看出，從2014年10月初到12月底，各材料處理間種植屋面土壤空氣溫度變化趨勢相同且差異不大，而表3針對4個季節(jié)土壤溫度的統(tǒng)計分析也表明，各處理之間沒有顯著差異（P>0.05）。這表明，土壤溫度沒有受到不同排水材料處理的影響。根據(jù)之前的討論結果，種植屋面土壤濕度在干旱、雨后和秋季均受到不同排水材料的顯著影響（P<0.05）；由于水的比熱容較大，在接受相同太陽輻射情況下，通常土壤濕度越大溫度就會越低，但這并沒有體現(xiàn)在實驗中。不同材料處理下的土壤溫度沒有呈現(xiàn)和土壤濕度對應的有規(guī)律變化。究其原因，可能是影響土壤溫度的還有其他因素，比如，陶粒和玻璃輕石曾廣泛用作建筑的保溫材料[25-26]，這樣就在統(tǒng)計學分析時對土壤溫度變化規(guī)律造成了干擾。

另外，從圖5可以看出，在2014年10月—12月，從秋季到冬季的轉換過程中，把不同材料處理的平均土壤空氣溫度日最高值（日最低值）與當?shù)卮髿鉁囟冗M行對應比較可以發(fā)現(xiàn)，它們之間變化差異明顯。土壤空氣日最高溫度絕大部分時間小于日最高氣溫，土壤空氣日最低溫度絕大部分時間要高于日最低氣溫，表明佛甲草輕型種植屋面在秋冬季節(jié)白天某個時間段具有隔熱作用，而在夜間某個時間段具有保溫作用，特別體現(xiàn)在日最低氣溫小于0 ℃以下時，變化趨勢為氣溫越低保溫效果越明顯。這可能是由于種植屋面在白天吸收太陽輻射能、晚上釋放熱量所導致；實際上，由于種植屋面整體上是具有生物學特征的復合體，其熱過程伴隨著植物的光合、蒸騰作用，土壤微生物的分解轉化作用以及土壤水分的積蓄和蒸發(fā)等，所以，在秋冬季節(jié)與建筑屋面絕熱材料的熱工性能表現(xiàn)有著很大不同，也與種植屋面在夏季夜間的熱工性能表現(xiàn)有所不同[27]。雖然種植屋面（室內自然狀態(tài)）相對降低了冬季白天室內最高溫度，但由于其可以使冬季夜間室內的最低溫度相對得以提高而起到削峰填谷的效果，總體來看，在冬季夜間發(fā)揮保溫的積極作用大于白天隔熱的消極作用。

為了進一步定量分析佛甲草輕型種植屋面隔熱性能，在測量土壤溫度（5 cm）的同時，測量了土表溫度（圖7），可以看到，一年中溫差值是變化的，說明其隔熱性能不是一個固定值，這可能與土壤中水分含量和植物生長狀態(tài)有關，也就可以解釋為什么春夏季的溫差值大于秋冬季；而從2015全年的平均溫差看，在中午11：00左右土表溫度比土壤溫度高了約5.4 ℃，再次表明佛甲草種植屋面在白天的隔熱效果非常顯著，有利于夏季制冷能耗的降低。

4 結論

1）輕型種植屋面（室內自然狀態(tài)）土壤及土壤底部空氣溫度沒有受到不同排水材料蓄水性能的影響。對土壤溫度和土表溫度的溫差分析表明，輕型種植屋面在全年白天具有隔熱作用，且大小隨季節(jié)而變化；另外，對土壤底部空氣溫度和氣溫的對比分析表明，輕型種植屋面在冬季白天具有隔熱作用，夜間則具有保溫作用；綜合分析顯示，種植屋面的熱工性能存在季節(jié)性和日內差異。

2）輕型種植屋面土壤濕度在少雨季節(jié)受到不同排水材料的顯著影響，而在雨量充沛的季節(jié)差異不顯著；同時，土壤底部空氣濕度也表現(xiàn)出相類似的變化趨勢。在干旱月份，與碎石處理相比，具有蓄水能力的4種排水材料（陶粒、玻璃輕石、HDPE和PVC排水板）有明顯的抗旱優(yōu)勢，平均土壤濕度約提高了35%，但這4種材料的蓄水量大小對處理之間的土壤濕度沒有顯著影響。另外，材料的排水性能對土壤濕度有顯著影響，通水量大的材料在雨后初期土壤濕度顯著小于其他材料。

3）輕型種植屋面排水材料的蓄水性能實效性得到初步驗證。由于排水材料不同的物理特性以及給上層土壤的補水機制不同于自然土壤，加上有限的總蓄水量和排水性能的影響，輕型種植屋面土壤熱濕環(huán)境的變化不完全由排水材料蓄水量大小決定。

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（編輯 胡英奎）