园林废弃物是指园林植物自然凋落或人工修剪所产生的植物枝干、落叶、草屑、花败及其他绿化修剪物等^[1]。在城市环境中，由于美观清洁和绿地防火等原因，养护人员通常将园林废弃物作为固体废弃物集中清理，从而切断城市绿地的物质循环和能量流动^[2]。一方面，随着园林建设速度的加快，园林废弃物的量将越来越大，所面临的问题也将更加紧迫^[3]；另一方面，中国城市的土壤大多裸露，水土流失、污染严重。森林中存在着枯枝落叶层，它可以保持水土和涵养水源，有机覆盖是对森林生态系统的一种模仿^[4]。有机覆盖提高土壤的蓄水、保墒能力，维持土壤湿度并减缓水分蒸发，有效控制雨水径流，实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式，这也是海绵城市建设的需求^[5]。它还能保护土壤免受雨水的直接冲击，防止土壤溅蚀发生^[6]。其优异的保水保温性、可降解性、取材于自然的低碳特性，很好地诠释了“节约型园林”的概念，具有综合的生态、社会和经济效益^[7-8]。以北京为例，城区中存在大量的裸露树穴^[9]。传统的无机覆盖(例如铸铁盖板)存在价格昂贵、透水透气性差等问题^[10]。有机覆盖(例如木片)可直接覆盖裸露树穴，但很容易被大雨冲走或强风刮走，易受行人踩踏，且覆盖后垃圾不易清扫。

针对上述问题，笔者以柏木枯枝为原料，粉碎后添入水性聚氨酯，用模具压制的方法制备一种树穴覆盖板。水性聚氨酯以水为分散介质，具有环保、无毒、高性能等优点，已涉及皮革、纺织和涂料等多个生活领域，备受人们的青睐^[11-12]。通过研究其基本性质，来寻找一种覆盖城市裸露树穴的覆盖板。

柏木(Cupressus funebris.)是我国北方地区常见的针叶树种，每年产生的枯枝总量巨大，本试验以北京香山公园后勤管理处提供的柏木枯枝为原料。用枝条粉碎机将原料粉碎，然后过直径3 cm和1 cm的铁筛，得到直径1~3 cm和0~1 cm的原料，分别置于阴凉、干燥、通风处风干，备用。水性聚氨酯胶黏剂购买于合肥华越新材料公司，1 kg价格约为30元，pH值为7.0~8.0，常温下黏度为200~500 MPa·s。

覆盖板长和宽设定为10 cm，厚度参考有机覆盖物的常见厚度5 cm^[13]，制备方法经预试验确定:首先用精度为0.1 g的电子天平称取柏木枯枝100.0 g，并均匀添加一定质量比例的水性聚氨酯胶黏剂，其次将混匀的原料放入规格为10 cm×10 cm× 5 cm的开口塑料模具中，在2万Pa的压强下压实10 min，最后将其放置在阴凉、干燥、通风处风干48 h，从模具中取出即为覆盖板^[14]。用托盘天平称量所有覆盖板的实际质量，游标卡尺测定其实际厚度，计算实际密度和密度偏差；之后将覆盖板完全浸泡在水中24 h，取出后排净多余的重力水，再测定其厚度，计算吸水厚度膨胀率，计算公式如下:

参照枯落物持水能力的测定，采用室内浸泡法^[15]。将所有覆盖板完全浸入水中后，分别在浸泡0.25、0.5、1、2、4、6、8、10、12和24 h后取出，沥水后立即称湿质量。计算相应的持水量、吸水速率、最大持水量、最大持水率、有效拦蓄量和有效拦蓄率。计算公式^[16]如下:

式中: R_max为覆盖板最大持水率, %; R_sv为覆盖板有效拦蓄率, %; m₀为覆盖板的干质量, g; m₂₄为浸泡24 h后覆盖板的湿质量, g; W_max为覆盖板最大持水量, t/hm²; W_sv为覆盖板的有效拦蓄量, t/hm²; 0.85为有效拦蓄系数。

参照GB/T 25993—2010透水路面砖和透水路面板的抗压性能测试方法，将覆盖板固定在万能力学试验机(WDW-SOD型，购于济南试金集团有限公司)下的中心位置，然后将垫压板放在覆盖板的上表面中心位置，连续均匀地加荷，记录覆盖板损坏时的最大荷载F。将覆盖板浸泡24 h后，继续按上述方法测定覆盖板浸泡后的抗压强度。每种覆盖板测试3次，抗压强度大小的计算公式如下:

式中:σ为覆盖板的抗压强度, MPa; F为破坏时的最大荷载, N; A为覆盖板受压面积, mm²。

在室内避风环境中测定，首先用砂纸将覆盖板上表面进行简单地打磨，然后点燃一只红塔山香烟(焦油量为15 mg，烟碱量1.2 mg)并水平防置在覆盖板上表面(使燃点与其充分接触)，观察是否产生火星、冒烟和燃烧等情况，待香烟完全燃尽，观察并记录。

由表 1可知：所有覆盖板都有一定的密度偏差，这是由于加压过程中原料与胶黏剂充分黏结，多余的空隙被挤压。同时，水性聚氨酯中的部分水溶剂渗入原料木质纤维表面的羟基、氨基等亲水基团中，导致了密度偏差的产生。所有覆盖板吸水厚度膨胀率＜8%，满足国家标准，具备一定的防潮性能^[17]。

表 1(Tab. 1)

表 1 覆盖板的基本性质 Tab. 1 Basic properties of a cover plate 枯枝类型 Dead branch type 施胶量 Adhesive proportion/% 目标密度 Target density/(g·cm-3) 平均密度 Average density/(g·cm-3) 偏差 Deviation/% 平均厚度 Average thickness/cm 泡水厚度 Soak thickness /cm 吸水厚度膨胀率 Absorbent thickness expansion rate/% 20 0.24 0.235 2±0.010 6 2.54±0.66 4.48±0.11 4.55±0.07 1.62±1.31 25 0.25 0.249 2±0.012 3 1.99±2.43 4.65±0.20 4.73±0.27 1.73±1.43 细Fine 30 0.26 0.255 5±0.002 2 2.13±0.30 4.76±0.11 4.91±0.13 3.16±1.97 35 0.27 0.261 9±0.005 1 3.60±1.47 4.73±0.11 4.88±0.13 3.17±1.49 40 0.28 0.274 5±0.003 6 1.42±0.69 4.76±0.05 4.97±0.10 4.41±2.36 20 0.24 0.232 8±0.006 0 3.00±2.11 4.83±0.17 4.90±0.16 1.52±0.23 25 0.25 0.243 3±0.008 5 3.66±2.46 4.78±0.06 4.90±0.08 2.44±0.63 粗Coarse 30 0.26 0.257 1±0.004 0 1.58±1.23 4.70±0.04 4.91±0.03 4.48±1.08 35 0.27 0.247 6±0.002 4 8.17±0.86 4.89±0.03 5.03±0.14 2.86±2.21 40 0.28 0.260 7±0.004 0 7.58±0.50 4.92±0.02 5.03±0.09 2.24±1.48

表 1 覆盖板的基本性质 Tab. 1 Basic properties of a cover plate

覆盖板的生产成本包括原料费用、使用粉碎机费用、工具折旧费和人力成本等，以制备面积为1 m²，厚度为5 cm的覆盖板(含胶量25%)为例，枯枝原料费用约1元，水性聚氨酯胶黏剂成本约为75元，使用粉碎机及其折旧费5元，人力成本约6元，总计约87元。远低于每平米铸铁盖板的价格400元，且柏木属于针叶树种，其枯枝分解速度较慢，耐使用。

由图 1和图 2可知，在最初的0~1 h内，所有覆盖板持水量迅速增加，细枯枝覆盖板持水量增加更为明显，且初始浸泡时吸水速率比粗枯枝覆盖板更大。这与赵阳等^[18]在对华北土石山典型森林枯落物层的水文效应研究中较相似，且这一变化与降雨中枯落物拦蓄地表径流类似，即在初期劫持径流能力强，之后逐渐降低。在1~4 h，所有覆盖板持水量随着浸泡时间增长，增加速度缓慢下降。在浸泡6 h后，持水量的增加十分缓慢，但仍未达到平衡状态。24 h时覆盖板基本达到吸水饱和，处于停滞吸水阶段，与刘尚华等^[19]关于植物群落凋落物吸水速率变化的研究基本一致。浸泡24 h时，在所有覆盖板中，25%施胶量的细枯枝覆盖板持水量最高，达到了2 209.25 g/kg。每种规格覆盖板组成和结构不同，从而影响到覆盖板持水量与吸水速率。

图 1(Fig. 1)

图 1 覆盖板的持水量变化 Fig. 1 Water-holding process of a cover plate

图 2(Fig. 2)

图 2 覆盖板的吸水速率变化 Fig. 2 Water absorption rate of a cover plate

对所有覆盖板的持水量与浸泡时间进行拟合分析(表 2)，发现存在以下关系：

表 2(Tab. 2)

表 2 覆盖板持水量、吸水速率与浸泡时间之间的关系式 Tab. 2 Equation between water-holding capacity, water absorption rate and immersion time of a cover plate 枯枝类型 Dead branch type 施胶量 Adhesive proportion/% 持水量与浸泡时间关系式 Equation between water capacity and immersion time 吸水速率与浸泡时间关系式 Equation between water absorption rate and immersion time 20 Q=185.92ln(t)+1 586.70 R2=0.943 0 v=1 561.4t-0.888 R2=0.998 2 25 Q=160.53ln(t)+1 736.20 R2=0.938 8 v=1 719.3t-0.911 R2=0.998 9 细Fine 30 Q=148.03ln(t)+1 689.80 R2=0.939 0 v=1 674.8t-0.915 R2=0.999 1 35 Q=156.91ln(t)+1 568.80 R2=0.939 5 v=1 550.6t-0.904 R2=0.998 8 40 Q=120.49ln(t)+1 398.80 R2=0.936 5 v=1 387t-0.917 R2=0.999 1 20 Q=70.90ln(t)+784.70 R2=0.971 4 v=779.02t-0.914 R2=0.999 6 25 Q=79.42ln(t)+730.55 R2=0.960 7 v=722.05t-0.897 R2=0.999 0 粗Coarse 30 Q=89.62ln(t)+683.78 R2=0.955 8 v=673.6t-0.878 R2=0.998 5 35 Q=88.65ln(t)+605.83 R2=0.952 2 v=597.12t-0.868 R2=0.998 9 40 Q=61.22ln(t)+580.01 R2=0.954 8 v=577.36t-0.904 R2=0.999 7

表 2 覆盖板持水量、吸水速率与浸泡时间之间的关系式 Tab. 2 Equation between water-holding capacity, water absorption rate and immersion time of a cover plate

式中：Q为覆盖板持水量, g/kg; t为浸泡时间, h。

相关系数R²均在0.93以上，说明所有覆盖板持水量与浸泡时间呈现出较为显著的对数函数关系。

对所有覆盖板的吸水速率与浸泡时间进行拟合分析(表 2)，发现存在以下关系：

式中v为覆盖板吸水速率, g/(kg·h)。

相关系数R²均在0.99以上，拟合效果非常好，说明所有覆盖板吸水速率与浸泡时间呈现显著的幂函数关系。

如表 3所示，细枯枝覆盖板最大持水量和最大持水率的范围分别为223.12~252.12 t/hm²和175.59%~224.87%，且在25%施胶量时，最大持水量和最大持水率最高。而粗枯枝覆盖板最大持水量和最大持水率的范围分别为103.08~117.83 t/hm²和81.27%~99.92%，整体不如前者。这是因为细枯枝覆盖板的比表面积更大，内部持水孔隙较多，而粗枯枝覆盖板由于原料粒径大，比表面积小，内部孔隙较大，水分因重力流失，涵养水源能力较差。

表 3(Tab. 3)

表 3 覆盖板的拦蓄能力 Tab. 3 Interception capacity of a cover plate 枯枝类型 Dead branch type 施胶量 Adhesive proportion/% 最大持水量Maximum water-holding capacity/(t·hm-2) 最大持水率Maximum water-holding rate/% 有效拦蓄量 Effective interception capacity/(t·hm-2) 有效拦蓄率 Effective interception rate/% 20 228.64 209.11 194.34 177.74 25 252.12 224.87 214.30 191.14 细Fine Fine 30 250.55 209.81 212.97 178.33 35 243.82 199.80 207.25 169.83 40 223.12 175.59 189.65 149.25 20 109.07 98.61 92.71 83.82 25 111.03 97.74 94.38 83.08 粗Coarse Coarse 30 117.83 99.92 100.16 84.93 35 113.39 94.62 96.38 80.43 40 103.08 81.27 87.62 69.08

表 3 覆盖板的拦蓄能力 Tab. 3 Interception capacity of a cover plate

有效拦蓄量能真实反映覆盖板对一次降水的拦蓄，因此，从总拦蓄量来看：细枯枝覆盖板有效拦蓄量在189.65~214.30 t/hm²之间，相当于拦蓄19.05~21.49 mm的降雨，具有较强的蓄水功能；粗枯枝覆盖板有效拦蓄量在87.62~100.16 t/hm²之间，相当于拦蓄8.79~10.04 mm的降雨。

如表 4所示，随着施胶量递增，黏结强度逐渐增大，覆盖板的抗压强度也相应提升。粗枯枝本身木质纤维就较长，与胶黏剂结合后不易松散，更为稳定，承重性更好。浸泡后，所有覆盖板抗压强度都有一定的损失，当细枯枝覆盖板和粗枯枝覆盖板的施胶量分别为30%和25%时，相对损失率最小，分别为6.66%和8.21%。这也表明了在此施胶量时，2种类型枯枝原料与水性聚氨酯胶黏剂之间的黏结效果更好。

表 4(Tab. 4)

表 4 浸泡前后覆盖板的抗压强度 Tab. 4 Compressive strength of a cover plate before and after soaking 枯枝类型 Dead branch type 施胶量Adhesive proportion/% 浸泡前Before soaking/MPa 浸泡后After soaking/MPa 损失值Loss value/MPa 损失率 Loss rate/% 20 1.701±0.079d 1.420±0.076d 0.281±0.034a 16.51±1.86a 25 2.124±0.068c 1.945±0.048c 0.179±0.026b 8.39±1.00cd 细Fine Fine 30 2.239±0.301c 2.090±0.090bc 0.148±0.022b 6.66±0.61d 35 2.532±0.103b 2.247±0.060b 0.285±0.033a 11.25±1.22b 40 2.820±0.152a 2.555±0.085a 0.265±0.027a 9.41±1.10bc 20 1.915±0.129c 1.407±0.093d 0.508±0.052a 26.53±1.72a 25 2.131±0.108c 1.956±0.158c 0.175±0.069c 8.21±3.38c 粗Coarse Coarse 30 2.643±0.173b 2.292±0.156b 0.350±0.037b 13.24±1.25b 35 2.991±0.112a 2.663±0.097a 0.328±0.044b 10.97±1.35bc 40 3.179±0.070a 2.851±0.078a 0.328±0.097b 10.32±2.96bc 注：字母表示同列数据之间的差异性, P < 0.05。Notes: Letters represent significant differences in the same column at P < 0.05.

表 4 浸泡前后覆盖板的抗压强度 Tab. 4 Compressive strength of a cover plate before and after soaking

相关研究表明，1名身体质量为100 kg的行人行走时的最大载荷为1 300 N，受力面积约25 cm²，产生的最大压强约为0.52 MPa^[20-21]。因此，所有覆盖板在正常情况下，能有效地避免被行人践踏破坏。

如表 5所示，所有覆盖板仅在上表面留下灰色印迹，并没有出现火星，更不会冒烟和燃烧。覆盖板是一种较致密具有块状结构的方形板，与火源和氧气接触的面积比木片等有机覆盖要小，一定程度上降低了发生火灾的概率。

表 5(Tab. 5)

表 5 覆盖板的耐香烟灼烧性能 Tab. 5 Resistance to cigarette burning of a cover plate 枯枝类型 Dead branch type 施胶量Adhesive proportion/% 存在灰色印迹 Having gray mark 出现火星 Having spark 冒烟Smoking 燃烧Burning 20 √ × × × 25 √ × × × 细Fine 30 √ × × × 35 √ × × × 40 √ × × × 20 √ × × × 25 √ × × × 粗Coarse 30 √ × × × 35 √ × × × 40 √ × × × 注：“√”表示符合情况，“×”表示不符合情况。Notes: “√”represents fit this situation, “×”represents not fit this situation.

表 5 覆盖板的耐香烟灼烧性能 Tab. 5 Resistance to cigarette burning of a cover plate

1) 柏木枯枝作为园林废弃物的一部分，来源广泛，经过粉碎后添入环保型胶黏剂，可以根据树穴尺寸制备成型的覆盖板。生产施胶量为25%的细枯枝覆盖板，成本约87元/m³，其吸水厚度膨胀属于正常现象，不影响使用，最高持水量能达到2 209.25 g/kg，有效拦蓄量为214.30 t/hm²，相当于拦蓄21.49 mm的降雨，且抗压强度在浸泡后依然达到1.95 MPa。虽然其持水量和抗压强度是一对相互制约的性能，但所有覆盖板完全能承受行人的正常踩踏且耐香烟灼烧。

2) 制备此覆盖板可以达到节约园林绿化用水和资源化利用园林废弃物的双重目的，并为城市树穴覆盖提供一种参考。任何一种覆盖都有其优劣，覆盖板随着使用年限的增加以及受人为踩踏等外界因素的影响，质量肯定不如铸铁盖板，但其具有保持水土的优异性能，且在成本上有所优势。综上，可率先在城市人流量较少的郊区或工业园区道路两侧树穴推广应用。

3) 本研究制备的覆盖板符合“海绵城市”和“节约型园林”建设的需要，在涵养水源的同时保护了树穴土壤，丰富了城市树穴有机覆盖的形式，是一种新型有机覆盖方式。