不同排水材料对轻型种植屋面土壤环境的影响

阮雪

摘要:城市中每年通过大气的干湿沉降落到种植屋面的污染物除少部分被植物吸收外,大部分都进入了土壤;而进入土壤的污染物要么被分解吸附,要么终随雨水径流进入城市下游水体,所以种植屋面土壤层在消减屋面径流污染方面起着至关重要的作用｡

关键词:种植屋面;排水材料;温度与湿度

由于轻型种植屋面改变了原有建筑屋顶的下垫面性质,从而可以有效减弱城市的热岛效应｡大量研究表明,即使土层不是很厚,其隔热效果也很显著,除了可以有效降低建筑物夏季能耗,在雨期还可以减少降雨产流总径流量,延迟产流时间｡为此,本文选取了种植屋面常用的几种排水材料，通过控制性模拟试验对不同材料处理后的种植屋面土壤温湿度,进行定量研究,探讨了不同排水材料蓄水性能对土壤温湿度的影响，以期为种植屋面工程研究以及其在改善环境方面的作用提供基础资料和科学依据｡

1材料与方法

1.1试验材料

本试验选取的5种排水材料分别是碎石､陶粒､HDPE排水板､玻璃轻石和PVC排水板｡所选材料中HDPE和PVC排水板属于塑料类块状材料,碎石和陶粒是传统的颗粒状排水材料,而玻璃轻石是利用废玻璃发泡膨胀后形成的一种新型多孔颗粒状材料｡所有材料铺设厚度均为3cm｡根据前期实验结果,通过材料蓄水体积比(waterretentionvolumeratio,WRVR),计算出供试材料在3cm厚时每平方米蓄水量,从大到小依次为:PVC排水板>玻璃轻石>HDPE排水板>陶粒>碎石｡碎石材质致密,其WRVR只有0.015,基本没有蓄水性能｡

1.2样品采集和处理

土壤取样时间为2014年7月16日(雨后第3天),每个种植池同角度对角线两点(距池中心25cm)用土钻取样,取土深度0~12cm｡每个土壤样品混合均匀去杂过2mm筛,四分法取适当鲜土样放入4℃冰箱保存,用于土壤微生物学指标测定;未保存冰箱土样用于测定土壤其他指标｡

1.3数据处理

试验数据用SPSS19软件进行统计分析,SigmaPlot12.5制图;采用一般线性模型单变量分析不同处理之间的差异显著性(显著性水平设为0.05);数据均为3次重复的平均值±标准差,用不同的字母表示统计学上的显著差异;采用重复度量方差分析将月数据转换成季节数据｡

2结果与分析

2.1土壤空气温､湿度的时变化特征

图1不同排水材料处理土壤空气温、湿度的时动态变化

不同材料处理土壤空气温度(底部)变化趋势和大气温度季节性变化基本一致,从10月初的20℃左右开始逐渐下降,到12月份最低温度已接近0℃;各处理之间的温度曲线几乎重叠在一起难以区分,说明差异不明显｡各材料处理之间土壤空气湿度(底部)的变化表现出不同的变化特征｡在11月中旬以前,各处理之间土壤空气湿度变化形态基本一致,数据采集开始,第1组数据为85.5%RH､85.5%RH､83.8%RH､85.2%RH和86.2%RH,最大和最小值相差不到3%,但随后则出现分化;其中,玻璃轻石和两个塑料排水板处理总体上保持相同的变化形态,曲线之间距离相差不大;而陶粒处理在11月底与前述3种材料处理曲线形态发生明显偏离,土壤空气湿度呈现下降趋势,从最高的88｡6%RH下降到最低的76.6%RH;碎石处理则早在11月上旬即开始进入显著下降通道,随后在12月初趋于平稳,土壤空气湿度从最高的88｡5%RH下降到最低的54.9%RH｡

2.2数据处理

实验数据用SPSS19软件进行统计分析,所有测定结果均为3次重复的平均值±标准差,数据后字母不同表示不同处理间差异达显著水平;采用一般线性模型单变量分析不同处理之间的差异显著性(显著性水平设为0.05),不同变量之间的相关性采用Pearson线性相关分析｡用生态学多元数据排序分析软件Canoco5做典范对应分析(canonicalcorrespondenceanalysis,CCA)｡

3结果与分析

3.1不同排水材料处理种植屋面土壤温湿度和pH值的变化

不同处理间土壤湿度按大小排序为:陶粒>玻璃轻石>碎石>PVC排水板>HDPE排水板;其中陶粒处理最大,HDPE排水板处理最小｡统计分析表明,不同处理对土壤湿度的影响差异显著(P<0.05),土壤温度和pH值均无显著差异(P>0.05)｡

3.2土壤温度和土表温度的月变化特征

为了解佛甲草轻型种植屋面在白天的实际隔热效果,把各处理土壤温度(5cm深)和土表温度的平均值做进一步比较｡可以看到全年土壤温度8月份最大,平均值为34｡7℃,而土表温度平均值为40｡6℃;12月份最小,土壤温度平均值为2｡8℃,而土表温度平均值为5｡9℃｡无论四季变化,土表温度均明显大于土壤5cm深处温度,且温差值在春夏季大于秋冬季,全年温差平均值为5.4℃｡

4不同排水材料对轻型种植屋面土壤湿环境的影响

天气记录表明,本地2014年春夏季雨水多,秋冬季雨水少,并分别在10月份和12月份出现长时间无雨天气;特别以12月份最为严重,因为前两个月雨水也不多,对土壤含水量造成负累积效应｡碎石作为排水材料几乎没有蓄水能力,由于排水层没有雨水存储,从降雨天气停止不久,其土壤空气湿度便开始进入下降趋势;而陶粒在和其它具有蓄水能力的材料比较中蓄水量最小,这在随后的旱情发展中也得到体现;蓄水量较大的玻璃轻石和PVC､HDPE排水板在此次旱情过程中由于有充足的雨水存储,土壤空气湿度变化相对一直比较平稳｡由于试验检测的是土壤底部空气相对湿度,与能够及时反映降雨情况的土壤表层湿度相比,其变化具有滞后现象,而且iButton纽扣式温湿度记录仪安装在塑料管底部,雨量不大的降雨对其几乎没有影响,所以,碎石处理的土壤空气湿度一直在下降;而陶粒､玻璃轻石和PVC､HDPE排水板处理的土壤空气湿度在11月过后偶有起伏,直到12月中旬才开始出现下降趋势,土壤空气湿度变化滞后明显｡但根据上述内容尚无法判断陶粒､玻璃轻石和PVC､HDPE排水板处理之间是否存在显著差异｡

5结论

轻型种植屋面(室内自然状态)土壤及土壤底部空气温度没有受到不同排水材料蓄水性能的影响｡对土壤温度和土表温度的温差分析表明,轻型种植屋面在全年白天具有隔热作用,且大小随季节而变化;另外,对土壤底部空气温度和气温的对比分析表明,轻型种植屋面在冬季白天具有隔热作用,夜间则具有保温作用;综合分析显示,种植屋面的热工性能存在季节性和日内差异｡

参考文献:

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