湖南农业科学２０１１，（３）：１３３～１３６ Ｈｕｎａｎ Ａｇｎｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ 城市绿地节水灌溉技术探讨 张小侠 ，王红雷 ，王秀茹 ，杨健 ，张璐 （１．北京林业大学水土保持学院，北京１０００８３；２．华北水利水电学院，河南郑州４５００１１） 摘 要：在我国城市绿地建设发展迅速，城市绿地灌溉用水量逐年递增的形势下，从植物节水、水源节水、灌溉设施节水、非工程 节水和节水灌溉管理制度等方面展开城市绿地节水灌溉技术的讨论，并介绍了智能化、精准化的城市绿地节水灌溉自动控制系 统。为解决严峻的城市绿地用水问题，对建设高科技节水型城市绿地，创造适宜人居的生态环境提出了技术性建议：合理选择绿 化植物，优化植物配置，发展节水、抗旱型城市绿地；充分利用非常规水；配合高效节水灌溉技术，科学合理地选用喷灌、微灌和地 下滴灌等先进的灌溉方法；建立节水灌溉制度、提高灌溉管理水平，实现科学配水及用水管理自动化。 关键词：城市绿地；节水；节水灌溉；自动控制 中图分类号：￥２４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—０６０Ｘ（２０１１）０３—０１３３—０４ 随着我国经济的快速发展和城市化进程的加 快，城镇绿地和绿化面积大幅度增加，使城市绿地 灌溉用水量，逐年递增，城市绿化用水总量在城市 耗水量中的比重越来越大，供需矛盾将日渐尖锐， ９０％以上，主要应用于水果及蔬菜灌溉。１９５２年美 国Ｆｒａｎｋ发明了一种水力驱动的中心支轴式喷灌 机，其地形适应性强。２０世纪７０年代，受石油危机 影响，电力驱动的中心支轴式系统诞生了，喷头改 尤其是北方干旱少雨地区。由于，我国是一个水资 源匮乏的国家，在我国的６００多个城市中，有５０％ 以上的城市属于缺水型城市，水资源的紧缺已经严 重影响了城市自然生态系统和社会经济发展，因此 城市绿地节水灌溉在我国具有普遍的意义＿１１，城市 绿地节水灌溉将对城市发展起着十分重要的作用。 大力推广城市绿地节水灌溉技术已成为进一步发 为低压微喷喷头，以达到节约能源的目的。２０世纪 ８０年代以来，研究人员着力探讨地下滴灌技术 （ｓｏ１），ＳＤＩ在澳大利亚、美国广泛应用于灌溉甘蔗 及蔬菜，取得良好效果［２－３］。 １．２ 国外节水灌溉现状 发达国家的水资源量远比中国丰富，但其很早 就开始注意水资源的节约利用，努力提高水资源利 用的效率。（１）美国节水灌溉。推广节水的喷灌、滴 展的必然选择，也是保证城市绿化和水资源合理利 用相协调的一项重要措施。 灌技术，有效提高水的利用率；改进地面灌溉技术 （间歇灌和改进的沟灌），不但节水且灌水均匀；进 行渠道衬砌和管道输水，最大限度减少输水损失； 使用海水和咸水灌溉［２１。（２）以色列节水灌溉。遵循 利用一切可利用的水资源及海水净化重复利用的 １国内外节水灌溉现状 １．１灌溉业发展历程 ２０世纪以前，人类主要通过拦河蓄水、筑渠引 水、开畦灌溉等技术措施利用水资源。１８９４年美国 原则。全面发展喷滴灌节水技术；输水管道化；采取 查尔斯・斯凯纳发明了一种简单的喷水系统，开创 了人类利用机械设施灌溉的新纪元。２Ｏ世纪３Ｏ年 代后期Ｈａｒｒｙ・Ｆｉｒｅｓｔｏｎｅｖ发明了机械驱动的滚移式 喷灌机，适合矮秆作物灌溉。二次世界大战后，以美 国Ｐｉｅｒｃｅ为先导的灌溉企业制造出半固定及固定 人工降雨、海水净化和废水处理等开源措施；制定 水法、水灌溉控制法、排水控制法等，依靠法制促进 节水圆。在国外，节水灌溉控制系统的发展起步早， 节水灌溉研究已经深入到将气象因素、蒸腾量和土 壤含水率相结合的综合灌溉控制，自动化程度高，形 成了比较完善的灌溉控制体系 。发达国家节水灌 式薄壁喷灌系统，使得大面积采用喷灌系统成为可 能。２０世纪４０年代以色列农业工程师Ｓｙｍｃｈａ・ Ｂｌａｓｓ在英国发明了滴灌技术，随后滴灌技术在以 色列、美国加州等地得到广泛推广，用水效率高达 溉在技术上与推广上都达到很高的水平，值得学习 借鉴。 １．３ 国内节水灌溉现状 在我国，节水灌溉主要使用在农业生产上，城 市绿地节水灌溉研究起步较晚。节水灌溉设备质量 收稿日期：２０１０—１１－１１ 基金项目：北京市财政资助项目 作者简介：张小侠（１９８３一），女，陕西成阳市人，博士研究生， 主要从事节水灌溉、土地整理方面研究。 差、配套水平低、技术创新与推广体系不健全、高新 通讯作者：王秀茹 技术应用较少，信息技术、计算机、自动控制技术等 高新技术在节水灌溉中应用较少圈。因此研究城市绿 湖南农业科学 第３期 地节水灌溉技术与及其自动化控制系统意义重大。 被的类型。单一的草坪需水量很大，且需要经常浇 ２城市绿地节水灌溉技术 城市绿地节水灌溉技术可分为植物节水、水源 节水、灌溉设施节水、非工程节水和节水灌溉管理制 灌，既费时又费力。乔、灌、草相结合的复层结构，其 生态效益是单一草地的４～５倍。这种城市绿地结 构，即可以节约大量灌溉用水，其植物叶片又可以 将大气污染物吸收降解，具有明显的庇荫、吸尘、消 噪等功能。 ２．２水源节水 目前，我国城市绿地用水多来源于居民生活用 水，从而造成了居民用水与绿化用水的矛盾。在水 度等（图１）。在城市绿地灌溉体系中，只有综合采用 节水集成技术，才能有效解决城市绿地灌溉用水量 增大与我国严峻水资源形势之间的矛盾，建设节水 型城市绿地景观，创造出适合人居的生态环境１６１。 图１ 城市绿地节水灌溉技术体系 ２．１植物节水 植物节水，实质是指城市绿地配置方式，主要 包括乔草结合、灌草结合、乔灌草结合以及草坪绿 地。选择合适的绿化植物，优化植物配置是发展节 水型城市绿地的关键所在。 ２．１．１ 适地适树，注重乡土树种的推广和应用 乡 土树种是在长期气候演变中形成的具有明显地域 性植物，具有较强的适应性和抗逆性。同时，乡土树 种还具有丰富的林相和季相变化，可以形成不同的 特色景观。因此，根据适地适树原则，乡土树种应成 为城市绿地的首选树种。当前部分城市在绿化建设 过程中，一味追求绿地景观效果，忽视甚至避而不 用乡土树种，转而追求一些不适宜当地环境的外来 树种，这给养护管理工作带来了很多问题【２１。 ２．１．２选用耐旱植物耐旱植物包括旱生植物、中 生植物的耐旱各类，以及通过培育而成的耐旱园艺 品种。减少城市绿地用水量，就需从城市绿地的源 头上节水，即选取耐旱型植物。选用耐旱植物不仅能 节约大量水分，还能营造独特的景观，如柽柳属植 物，花期各异，花色多种多样，是荒漠、半荒漠地区城 镇城市绿地的理想灌木。城市绿地耗水量最大的草 坪更应选择抗旱性强的草种，可以极大节约水资源。 ２．１．３优化植物配置，乔、灌、草相结合城市绿地 建设应该以乔、灌木为主体，以复层植物群落结构 为主导，强调绿量和生态效益。城市绿化的生态效 益不仅取决于绿化面积，更取决于绿地的结构和植 资源越来越缺乏的今天，城市绿地事业要继续发 展，就必须解决水源问题。而充分利用非常规水，是 解决这个矛盾的有效途径之一ｌ ７ｌ。非常规水包括雨 洪水、污水处理回用水、海水、微咸水等。充分利用 非常规水，是解决城市城市绿地缺水问题的主要 手段。 ２．２．１ 雨洪水利用 雨洪水利用作为开源和节流 并举的一项措施，是缓解或解决我国水问题的一项 重要措施，具有节水、防洪、改善生态环境三个方面 的效益。园林部门利用建筑、道路、湖泊等，收集雨 水，用于绿地灌溉、景观用水，或建立可渗式路面、 采用透水材料铺装，直接增加入渗量。城市雨水的 收集、利用，不仅充分利用雨水资源和节约用水，还 具有减缓城区雨水洪涝和地下水位下降、控制雨水 径流污染、改善城市生态环境等广泛的意义。 ２．２．２再生水（中水）利用 再生水是指工业废水 与生活污水进入城市污水处理厂经二级或二级以 上处理后排放的水的总称。城市污水量大且相对集 中，水量、水质均比较稳定，是可以恒量供给的水 源。城市污水经过处理后得到再生水，其理化指标 和卫生学指标限值必须符合表１（参照《城市污水 再生利用城市杂用水水质ＧＢ／Ｔ１ ８９２０—２００２）））的规 定［８】，即可达到城市绿地用水的要求。因此，利用再 生水对城市绿地进行灌溉，既可缓解供需矛盾，又 可减轻污染，也是节约和保护城市水资源的一条重 表１ 再生水用于绿地灌溉的水质标准【 ｏｌ 第３期 张小侠等：城市绿地节水灌溉技术探讨 要途径。 再生水利用在以色列、美国、日本等一些国家， 已有几十年的历史。尤其是以色列，其城市绿地 ８０％以上是用生活污水和工业废水经过简单处理 后，结合现代灌溉技术进行灌溉。在我国，利用污水 进行绿地灌溉，尚处于起步阶段。深圳园林科学研 究所王齐、谭一凡等研究表明再生水灌溉对绿地植 物的生长特性和抗逆生理等虽有一定的影响，但不 至于影响绿地植物的正常生长发育；再生水灌溉不 会造成绿地植物体内毒害离子如钠、氯、硼和重金 属离子的大量累积，因此运用再生水灌溉绿地是切 实可行的［９１。 ２．３ 工程节水 采用高标准的现代城市绿地专业灌溉设备，是 今后城市绿地主流节水灌溉方式，主要有喷灌、微 喷和滴灌等，其中以喷灌应用最广。 ２＿３．１低压管道灌溉低压管道灌溉是近年来在 我国广泛推广的一种节水、节能型灌溉技术。低压 管道灌溉技术不仅具有节水节能、省工省时、节省 土地、适应性强等优点，而且灌水快速、均匀、精确， 能提高田间灌溉水利用率和作物产量，易于实现自 动化控制管理而得到广泛应用。 ２．３．２喷 灌 传统的浇灌，不但浪费大量的水， 而且还会出现跑水现象，使水流到人行道、街道或 车行道上，影响周边环境。喷灌是根据植物品种和 土壤、气候状况，适时适量地进行喷洒，不易产生地 表泾流和深层渗漏。喷灌比地面灌溉可省水约３０％ ～５０％，而且还节省劳力，工效较高。喷灌特别适合 于密植、低矮植物（如草坪、灌木、花卉）的灌溉『２】。 ２．３．３微 喷 微喷是新发展起来的一种微型喷 灌形式。它利用低压管道系统，通过微喷头喷洒进 行局部喷灌。微喷除具有喷灌的主要优点外，比喷 灌更节水（约４０％）、节能（５０％ ７０％），但因管道系 统分布范围大而增大了投资成本和运行管理的工 作量。目前，微喷主要应用在花卉、灌木及行道树的 灌溉上，而在草坪及其他密植植物上应用较少『２１。 ２．３．４地下滴灌（ＳＯ１）地下滴灌是目前最新、最 复杂、效率最高的灌溉方法。它利用低压管道系统 通过滴头，将作物生长所需的水分和养分均匀而又 缓慢地滴入作物根部附近，借重力作用使水渗入植 物根区，使土壤经常保持最佳含水状态，属于局部 灌溉…１。地下滴灌直接供水于植物根部，水分蒸发损 失小，不影响地面景观，同时还可以抑制杂草的生 长，但对其土质及水质要求较高，是城市绿地中极具 发展潜力的灌溉技术１２１。地下滴灌特别适合城市人 口、交通密集区域绿地，且节水效果显著，能较好协 调植物需水、绿地使用、土壤蓄水之间的关系ｌ１２１。 ２．４非工程节水 ２．４．１ 保水剂 保水剂是近年来研究成功的一种 特殊结构的高分子聚合物，能够吸收水分并贮存起 来，然后随着周围环境的干燥而缓慢释放，满足植 物生长过程中所需水分。保水剂还可团水，防止水 分蒸发或下渗，通过减少消耗水量或灌溉次数而节 约用水，提高水资源利用率。保水剂的使用应结合 当地降水、土壤特性、植物特性综合考虑，使其充分 发挥保水作用，从而达到节水的目的。 ２．４．２覆盖保墒通过地膜、草纤维膜、秸秆和砂 石等覆盖物减少地面蒸发，起到抗旱保墒的作用。 ２．４．３ 土壤改良对保水差的土壤可以混合保水 性较好的有机质土，添加如蛇木屑、泥炭土等保水 基质对土壤进行改良，可提高土壤蓄水能力。利用 蒸腾抵制剂可减少水分蒸腾，提高水分利用率。 ２．５节水灌溉管理制度 加强用水监管单位组织建设，制定工程管理和 经营管理制度，做到计划用水、优化配水、合理征收 水费，制订节水灌溉制度，提高水的利用率『Ｉ３ｊ。 城市绿地灌溉的目的是保持美好的环境，不同 于农业生产灌溉，所以在灌溉制度上要结合自身的 特点，充分利用不同植物的耗水规律，建立一种仅 够维持植物景观效果的最低用水量制度，包括输配 水自动量测及监控技术，土壤墒情自动监测技术。 其中输配水自动量测及监控技术采用高标准的量 测设备，及时准确地掌握灌区水情，通过数据采集、 传输和计算机处理，实现科学配水。土壤墒情自动 监测技术采用土壤墒情监测仪器监测土壤墒情，制 定科学的灌溉计划、实施适时适量的精细灌溉［１］。 ３城市绿地节水灌溉自动控制 水分亏缺是限制植物生长的重要因素Ｉ】４１。不同 土壤水分处理对植物的茎重、根重、总生物量影响 显著，植物的叶片相对含水率和单株耗水量均随土 壤水分的降低而降低。只有当土壤含水率高于某一 阈值时（植物存活阀值）植物才能存活；在此之上更 高的某一阈值时（植物拥有最大生物量阀值）才能 保证植物拥有较大的生物量 朔。因此，如果能准确 测量土壤含水率，将植物根部附近的土壤含水率控 制在植物存活阀值和植物拥有最大生物量阀值之 间，就能有效节水且保证植物的观赏性【ｌ８－１９１。 １３６ 湖南农业科学 第３期 随着电子信息技术的迅速发展，在城市绿地中 开始应用智能化、精准化自动控制节水灌溉技术。 自动控制节水灌溉技术，应根据植物群落不同的需 水特性（将植物根部附近的土壤含水率控制在灌溉 阈值附近）［１ｓｊ，制定不同的灌水方式和灌水量；在同 一灌溉系统中实现适时、适量灌溉，还可进行精量灌 水，有利于水资源的充分利用和城市的可持续发展。 用于城市绿地灌溉的自动控制系统，主要包括 中央控制系统、自动气象站、控制器和管道输水系统 （图２）。自动控制节水灌溉，将灌溉时间、水量和深 度三种灌溉模式综合起来，通过配备自动气象站、土 壤水分传感器等先进的监测系统来实现对气象条 件和土壤湿度进行准确测量，中央控制系统根据采 集传输的信息进行综合分析判断，根据预先制定的 灌水计划，自动确定并执行灌溉顺序、灌溉时间等， 实施灌溉作业，以实现城市绿地精确节水灌溉［∞ 。 图２城市绿地节水灌溉自动控制系统 ４结语 我国是一个水资源严重短缺的国家，水资源不 足是制约我国经济、社会、生态可持续发展的主要 因素¨２１。近年来我国城市绿地建设发展十分迅速， 城市绿地灌溉用水量逐年递增，在水资源严重短缺 的情况下，城市绿地用水问题面临严峻的挑战。解 决这些问题、迎接严峻挑战需要采用综合节水集成 技术，积极有效开源节流。主要节水措施有如下几 种：（１）合理选择绿化植物，优化植物配置，发展节 水、抗旱型城市绿地。（２）充分利用非常规水，使用 再生水作为城市绿地的稳定水源，以城市雨水蓄集 作为城市绿地的补充水源。（３）配合高效节水灌溉 技术，科学合理地选用喷灌、微灌和地下滴灌等先 进的灌溉方法，以达到节水、节能的功能。（４）建立 节水灌溉制度，提高灌溉管理水平，实现科学配水， 制定科学合理的灌溉计划，实施适时适量的精细灌 溉，实现灌溉用水管理自动化。 我国只有全面实施城市绿地节水灌溉集成技 术，建设高科技节水型城市绿地，加强城市水资源综 合利用，才能有效缓解我国城市用水紧张局面与城 市环境发展矛盾 ，创造出适宜人居的生态环境。 参考文献： ［１］罗茂婵．城市绿地节水灌溉效益评价方法研究【Ｄ］．北京：北京 林业大学，２００６． 【２】冯大明．提升我国园林灌溉行业竞争力的对策研究【Ｄ］．北京： 对外经济贸易大学，２００７． 【３】周荣．节水灌溉技术世纪探索［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｅｎｗｗｐ．ｃｏｍ／ｚａ— ｚｈｉｃｏｎｔｅｎｔ－ａｓｐ？ｉｄ＝ｌ４３７＆ｃｉｄ＝６６． ［４】 Ｙｏｕｎｇ Ｓ Ｍ，Ｈａｎ Ｊ，Ｋｈａｌｉｌｉａｎ Ａ，ｅｔ ａ１．Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｖａｒｉａｂｌｅ－Ｒａｔｅ Ｌａｔｅｒａｌ Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ［Ｃ］．２００５ ＡＳＡＥ Ａｎｎｕ￣ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ［Ａ］．Ｆｌｏｒｉｄａ，２００５，７：１７—２０． ［５］匡秋明．都市绿地精准变量灌溉控制系统的研究【Ｄ】．北京林业 大学，２００７． ［６］刘洪禄，吴文勇，郝仲勇．都市绿地综合节水技术体系探讨【Ｊ１ ．北京水利，２００３，（６）：９—１１． ［７］刘巧玲．街道绿化带土壤覆盖保水技术试验研究［Ｄ］．乌鲁木 齐：新疆农业大学，２００６． ［８］张克强，张洪生，宁安荣，等．国内外城市再生水灌溉绿地的研 究与应用ｆＪ１．农业环境科学学报，２００４，２４：３８４—３８８． ［９］王齐，谭一凡，史正军，等．中水灌溉对绿地植物影响的研究 【ＪＪ．草业科学，２００９，２６（３）：ｌ１１－１１５． ［１０】ＧＢ／Ｔ１８９２０—２００２．城市污水再生利用城市杂用水水质【Ｓ］． ［１１】吴普特，牛文全．节水灌溉与自动控制技术【Ｍ］．北京：化学工 业出版社，２００１．４０—４２． ［１２】苏德荣，韩烈保，尹淑霞．解决城市生态绿地灌溉用水的途径 ［Ｊ１＿节水灌溉，２００５，（４）：１０—１２． ［１３】谢良生，罗茂婵，李吉跃，等．城市绿地节水灌溉的ＳＷＯＴ分析 ［Ｊ】．北京林业大学学报，２００６，２８（增刊１）：１０７一ｌ１Ｏ． ［１４】杨建伟，韩蕊莲，魏宇昆，等．不同土壤水分状况对杨树、沙棘 水分关系及生长的影响『Ｊ１．西北植物学报，２００２，２２（３）：５７９— ５８６． ［１５］周亚洲，徐兆林，周利，等．湖南柑橘灌溉现状及节水栽培技 术研究【ＪＪ．湖南农业科学，２０１０，（１９）：５４—５６． ［１６】许文良，刘婷婷，徐峰．居住区绿地２种节水灌溉试验的比 较分析ｌＪ１．江西农业学报，２００９，（１２）：６３—６７． ［１７】赵燕东，章军富，尹伟伦，等．按植物需求精准节水灌溉自动调 控系统的研究ｌＪＪ．节水灌溉，２００９，（１）：１１－１２． ［１８］匡秋明，赵燕东，白陈祥．节水灌溉自动控制系统的研究ｆＪ１．农 业工程学报，２００７，２３（６）：１３６—１３９． ［１９］李文华，刘广权，马松涛，等．干旱胁迫对苗木蒸腾耗水和生长 的影响【ＪＪ．西北农林科技大学学报（自然科学报），２００４，３２（１）： ６ｌ一６４． ［２０］徐征和，吴俊河，丁若冰，等．自动化灌溉控制工程技术的研究 与应用『Ｊ１－中国农村水利水电，２００６，（６）：６６—６８． 【２１】周炼，张美．屋顶花园自动节水灌溉系统应用研究ｌ Ｊ１．安 徽农业科学，２００９，（２９）：５１１－５１３． ［２２］章军富，陈峻崎，胡剑非，等．基于ＧＰＲＳ／ＳＭＳ和￣Ｃ／ＯＳ的都市 绿地精准灌溉控制系统『Ｊ１＿农业工程学报，２０ｏ９，９（２５）：１－５． （责任编辑：高国赋）