渗水洞对树木生长的影响研究

协和中学  郭永峰

一、活动方案的目的和意义

该方案是以渗水洞开发及应用技术为支撑，以植被养护为对象实施的校园工程。
    南方气候一般潮湿多雨， 但在此也不乏树木因根部缺水而干枯坏死的案例。一是即使雨下得再大， 也很少会渗入绿地土壤中，而硬化地面在城市中的覆盖率极高，雨水大多流入城市排水系统排出，城市绿地对雨水的利用率极低，大树根部缺水现象雨后也得不到根本解决； 二是地下水位相对较低，树木根部吸收的水分不足。

协和中学是广州市内的一片“绿洲”，绿树成荫，有着上百年的古树和许多绿树。但是近年来，在一片硬化水泥地覆盖着的中心广场中的秋枫树叶稀疏，长势欠佳，有一株坏死。然而在该区域附近却有一棵树与那几棵树形成鲜明对比，这棵树长势旺盛，枝繁叶茂。于是我们观察调查发现，这一棵长势好的树的周围硬化水泥地的覆盖面积较小，树的四周有一块裸露面积较大的土壤。

因此，我们决定在学校开凿了渗水洞的基础上做“渗水洞对树木生长的影响研究”，为了解决校园内水泥地覆盖率高造成的树木长势欠佳的问题，保护树木植被。同时也希望这一研究有助于解决广州市内同样的问题，将我们研究出来的有效措施进行推广，养护植被，促进更多的树木更好地生长，改善生态环境。
    渗水洞与其他的措施相比较更加有优势，表现在：人的力量是有限的， 现代化的洒水设备再便捷， 也有浇水不到位的地方，往往顾此失彼， 严重地影响了城市部分绿化植被的生长，降低了绿化效果。洒水车和喷灌设备的使用， 消耗了大量的人力、 物力和能源， 提高了城市绿化美化的成本，加重了城市环境污染。而大量的雨水排入地下管网，又增加了污水总量，加大了污水净化的难度，提高了污水治理费用，加重了能源和材料消耗。让可贵的雨水变成污水，再投入资金进行净化处理，而透水性铺装的生产工艺相对较为复杂，工艺配方还处于探索和保密状态，有些品种还处于小批量试生产，因此生产成本和施工成本相对较高。这种劳民伤财的现象，不利于建设节约型社会。渗水洞的制作、施工应尽可能利用当地原材料以降低成本。因此建设渗水洞更可行，具体来说，主要有以下几个方面的意义：

渗水洞有利于缓解城市中硬化地面太多对树木的不良影响， 使得透水透气能力明显增强， 解决了树木吸收水分、 根部呼吸、 积累养分等生存的需要。渗水洞建设工程有助于植被养护、树木生长，使树木长得更枝繁叶茂，提高了绿化植被的成活率；绿地内土壤含水量增加后，长期湿润的渗水洞，为微生物提供了有利的生存条件。更多的微生物能对树叶等杂物进行降解，提高了土壤的活性，腐殖质增多，为绿化植被提供更多的养分供应，提高土壤的自我改良能力，减少化肥的使用量，使花草树木生长旺盛，从而提高绿化植被的生态功能，创造良好的生活环境；渗水洞增加了土壤下渗量，储存水分，既可以提高地下水的存量，抬升地下水位，防止地面沉降，又可以有效地缓解水危机，绿化植被不易出现旱情，从而使水文生态系统形成良性循环；在雨季，渗水洞可以保证尽可能多的雨水得以下渗，保证汛期排水通畅，大大减少地表上雨洪暴雨径流，起到削减洪峰流量，缓解城市内涝的作用；雨水等地表水不再是流入雨水井，当作污水处理，而是流入渗水洞渗入土壤中。这样在合理利用雨水的同时也大大减少了城市污水排放量，降低了污水净化的压力，节约了能源和材料消耗，减少财政压力；有了渗水洞，绿化人员不用时常对树木进行浇灌，降低了劳动强度，减少了绿化成本。

 二、活动方案设想的科学性

 1.水下渗的科学原理可以分为3个部分。

① 渗润阶段：水主要受分子力的作用，吸附在土壤颗粒之上，形成薄膜水。

② 渗漏阶段。下渗的水分在重力作用下，在土壤颗粒间移动，逐步充填粒间空隙，直到土壤孔隙充满水分。

③ 渗透阶段：土壤孔隙充满水，达到饱和时，水便在重力作用下运动，称饱和水流运动。另外，下渗状况可用下渗率（下渗强度）和下渗能力来定量表示：下渗率指单位面积和单位时间内渗入土壤的水量，也称下渗强度；下渗能力指在充分供水和一定土壤类型、一定土壤湿度条件下的最大下渗率。影响下渗的因素有土壤的物理特性、降雨特性、流域地貌、植被和人类活动等。

对于下渗的测量，我们小组用直接测定法和水文分析法加以测定。

2.在每棵树八个方位（东，南，西，北，东北，东南，西北，西南）均匀排布八个渗水洞，均匀设置渗水洞的好处在于有利于树木根部的全方位吸收；

 每个渗水洞与树木的距离约1.2米，深度为50厘米，直径15厘米，适中的距离和深度能够保证在施工过程中既不会损伤树木根系，又能保持周围土壤的湿度，而且深层的根部也能吸收足够的水分，渗水洞的体积和洞口直径都较大，能使充足的管内空间能够在雨季收集更多雨水。

 每个渗水洞内固定一根高度为50厘米，直径为11厘米的PVC管，这根PVC管能够固定洞内泥土，防止泥土向渗水洞中塌陷后洞内被填埋，因重新开挖而增加费用。在每根PVC管上都有36个渗水孔，这些小孔有助于水分向四周泥土扩散，同时保障洞内空气流通，为根部提供更多的氧气。

渗水洞上方有一个盖子，它的外表是一个带有4个直径为2厘米的小孔的石盖，这个盖子能够防止杂物落进渗水洞内，同时，它又能保障水源的不断供应。

三、活动方案的计划内容和实施步骤

1.计划内容：时间安排方面：（将时间分为两个阶段）

第一阶段：用1个月的时间进行对活动的了解，准备工作和深入了解，最后进行实践。

第一阶段内的时间分布：1个月的时间内要进行的内容分为三部分：第一部分是利用半个月时间开凿渗水洞，已为校方完成。第二部分是利用3天时间准备制作器材。第三部分是利用剩下的12天，分为3天1次的共四次实践并观察和记录数据。

第二阶段：用6个月时间在进行活动的实践中，观察现象和总结归纳，得出结论。

2.实验步骤：

(1)制备实验器材：渗水洞模型，量杆，1.5升量筒

渗水洞模型：订做两个体积为0.5*0.5*0.5（单位：米）的正方体透明玻璃容器，无顶。购买4个长20cm直径5cm的圆柱形PVC塑管，管壁均匀排布36个直径为1cm的渗水小孔。

量杆：在一根长度约为一米的竹竿上标注以一厘米为单位长度的刻度，制成标尺。计时器？

1.5L量筒：购买获得

(2)实地实验及观测

在实验前拍摄树木的生长状况。

设置协和中学中心广场A（1,1）号树为实验样本，分别在树的东、南、西、北、东南、东北、西南、西北八个方位开凿渗水洞，渗水洞口直径为15cm，深度为55cm，渗水洞中放置圆柱形渗水管，且其半径为11cm，长度为50cm，渗水洞壁与渗水管之间以水泥粘接，渗水管壁均匀分布36个直径为0.5cm的渗水透气孔。（凿洞工程由学校招标施工）

在实验样本A南向渗水洞中插入量杆，倒入1.5L水并同时开启秒表，记录水面每三分钟水面下降的位置（该步骤分别在春季空气湿度高于96％的阴雨天、夏季日均温高于37摄氏度的晴天、秋季干燥指数在3级以上的晴天和冬季温度在10摄氏度以下的晴天各进行1次）

 3建模实验

设置实验对照组A模型和B模型

在实验对照组A玻璃容器与对照组B玻璃容器中都填充中心广场的泥土，泥土厚度约为35cm，将一棵小树苗种入玻璃容器中部的土壤中，树苗根部埋入土中20cm。

在对照组A中将4个PVC管呈正方形放置在距离树苗13cm处并将管体埋入土壤中，露出管口，掏空管内土壤，布置完成后在土壤表面覆盖1cm水泥（留空PVC管口位置和以树苗为圆心的半径为5cm的圆周位置）。

而实验对照组B玻璃容器不布置PVC管。将小树苗种入玻璃容器中部的土壤中后在土壤表面覆盖1cm水泥（留空以树苗为圆心的半径为8cm的圆周位置）.

设置实验对照组A模型和B模型

在实验对照组A玻璃容器与对照组B玻璃容器中都填充中心广场的泥土，泥土厚度约为35cm，将一棵小树苗种入玻璃容器中部的土壤中，树苗根部埋入土中20cm。

在对照组A中将4个PVC管呈正方形放置在距离树苗13cm处并将管体埋入土壤中，露出管口，掏空管内土壤，布置完成后在土壤表面覆盖1cm水泥（留空PVC管口位置和以树苗为圆心的半径为5cm的圆周位置）。

而实验对照组B玻璃容器不布置PVC管。将小树苗种入玻璃容器中部的土壤中后在土壤表面覆盖1cm水泥（留空以树苗为圆心的半径为8cm的圆周位置）.