引用本文
宋华伟, 刘颖, 王宸, 刘天增, 张巨明. 不同坪床基质物理性质变化及对兰引Ⅲ号结缕草生长的影响. 草业学报, 2016,25(7): 177-185
SONG Hua-Wei, LIU Ying, WANG Chen, LIU Tian-Zeng, ZHANG Ju-Ming. Physical properties of different turfgrass rootzone soil mixes and their effects on the growth of ‘Lanyin No.Ⅲ’ zoysiagrass. Acta Prataculturae Sinica,2016,25(7): 177-185  
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不同坪床基质物理性质变化及对兰引Ⅲ号结缕草生长的影响
宋华伟1,2, 刘颖1,2, 王宸1,2, 刘天增1,2, 张巨明1,2,*
1.华南农业大学林学与风景园林学院,广东 广州 510642
2.华南农业大学草业工程研究中心,广东 广州 510642
*通信作者Corresponding author. E-mail: jimmzh@scau.edu.cn

作者简介:宋华伟(1990-),男,山东荣成人,在读硕士。E-mail:583854156@qq.com

收稿日期: 2015-11-25
基金项目:广东省科技计划项目(2012B020302002)和奥林高尔夫教育与研究基金(AL 2012007)资助
摘要

运动场草坪质量主要取决于其坪床结构及其建造质量,其中坪床建造材料的选择对草坪的坪用质量、使用寿命和后期养护管理费用的影响最大。兰引Ⅲ号结缕草广泛用于我国南方运动场草坪建植。为探究不同坪床基质物理性质变化及对兰引Ⅲ号结缕草生长的影响,本实验设计了5种坪床结构:A(100%纯砂)、B(砂:泥炭=85:15)、C(砂:土=85:15)、D(砂:土:泥炭=85.0:7.5:7.5)、E(100%纯土)。实验过程中测定各坪床土壤容重、土壤总孔隙度、土壤毛管孔隙度、土壤非毛管孔隙度和土壤饱和导水率5种物理性质指标及草坪色泽、再生速度及地上生物量3种生长指标。结果表明,5种坪床基质的容重在建坪初期差异较大,至建坪后期趋于一致;砂基坪床的通气性和导水性都显著优于纯土坪床,但砂基中无论是加入15%的泥炭或15%的土,还是加入15%的泥炭和土(7.5%+7.5%)的混合物,在孔隙度和导水率上均无明显差异。纯土坪床的草坪表观质量优于砂基坪床,颜色、再生速度、地上生物量均表现较好。砂+泥炭坪床,砂+土坪床和砂+土+泥炭坪床表现相近,但略优于纯砂坪床。综合5种坪床的物理性质变化及草坪质量,认为砂基坪床通气好、排水性能强,适合建植运动场草坪,其中以砂与泥炭混合基质较好;纯土坪床通气不良,排水性能较差,不适合建植运动场草坪。

关键词: 坪床基质; 物理性质; 兰引Ⅲ号结缕草; 草坪质量
Physical properties of different turfgrass rootzone soil mixes and their effects on the growth of ‘Lanyin No.Ⅲ’ zoysiagrass
SONG Hua-Wei1,2, LIU Ying1,2, WANG Chen1,2, LIU Tian-Zeng1,2, ZHANG Ju-Ming1,2,*
1.College of Forestry and Landscape Architecture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China
2.Guangdong Engineering Research Center of Grassland Science, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China
Abstract

Sports turf quality mainly depends on the turf-bed structure and its construction quality, and the choice of rootzone soil mixes greatly affects the turf quality, its usage and the maintenance budget in the longer term. ‘Lanyin No.Ⅲ’ zoysiagrass ( Zoysia japonica cv. Lanyin No.Ⅲ) is widely used in sports turf in southern China. This study aimed to examine the effects of five different rootzone mixes with varying physical properties on turf growth of ‘Lanyin No.Ⅲ’ zoysiagrass. The five rootzone mixes were 100% puresand (A), sand:peat (85%:15%) (B), sand:soil (85%:15%) (C), sand:soil:peat (85.0%:7.5%:7.5%) (D), and 100% pure soil (E). Soil bulk density, total porosity, capillary porosity, non-capillary porosity, and saturated hydraulic conductivity of the rootzone mixes were measured, together with turf color, regrowth rate and aboveground biomass to determine the effects of the various rootzone media on the growth of ‘Lanyin No.Ⅲ’ zoysiagrass. The bulk densities of the five rootzone media differed in the early stage of establishment, but did not differ in the late stage of establishment. Air permeability and hydraulic conductivity of the rootzone media containing sand were significantly higher than those with pure soil. However, the sand rootzones media containing 15% soil, 15% peat, or mixture of 7.5% peat and 7.5% soil showed no obvious differences in soil porosity and hydraulic conductivity. The rootzone media comprising pure soil produced good turf quality with better color, regrowth speed and more aboveground biomass than the other media. The turf quality when turves were grown on rootzone media of sand mixed with peat, soil, and mixtures of peat and soil were similar, and slightly better than those grown in pure sand. Based on the above results, it is considered that a sand rootzone medium is suitable for the construction of ‘Lanyin No.Ⅲ’ zoysiagrass sports turf because it has more aeration and better drainage than the other media. The rootzone medium comprising pure soil was not suitable for sports turf because of poor aeration and drainage ability.

Keyword: rootzone mixes; physical properties; Zoysia japonica cv.Lanyin No.Ⅲ; turf quality

草坪质量主要取决于坪床、草种和草坪养护管理水平等因素, 其中坪床的作用最为根本[1, 2]。而坪床质量的高低则主要取决于坪床建造材料的性质、坪床剖面结构和厚度, 其中坪床建造材料的选择对草坪的坪用质量、使用寿命和后期养护管理费用的影响最大[3, 4]。粘土含黏粒较多, 粒径小, 容易结合水、矿物质和有机营养, 但透水透气性差, 容易发生板结; 沙粒质地疏松, 通气透水性好, 但持水性较低, 保肥能力较差[5, 6, 7]。在我国目前还没有颁布有关运动场草坪坪床结构设计与建造的规范标准, 场地大多由建筑单位自行设计, 由于缺乏对草的科学认识, 坪床结构设计往往不符合草的生长要求。这也是造成我国运动场草坪的整体质量普遍不高, 草上运动项目水平大大落后于世界水平的重要原因之一[8]。针对这一问题, 国内外学者提出了将沙、土按一定比例进行混合不仅会扩大粒径范围, 提高抗板结能力, 而且能保持相对稳定的孔隙比例和通气透水能力, 有利于草坪草满足运动要求[9, 10, 11]。泥炭在降低土壤容重、增加保水性等方面作用显著, 近年来作为土壤有机改良剂广泛用于运动场及高尔夫球场[12, 13]。

兰引Ⅲ 号结缕草(Zoysia japonica cv. Lanyin No.Ⅲ )以其生长迅速、耐刈割、耐践踏、青绿期长等优良的坪用性状, 广泛应用于南方亚热带及热带地区运动场草坪的建设[14]。本实验以兰引Ⅲ 号结缕草为材料研究了不同坪床基质物理性质的变化对草坪草生长的影响, 以期为运动场草坪坪床基质的选择提供参考。

1 材料与方法
1.1 实验材料及设计

试验材料为兰引Ⅲ 号结缕草, 取自华南农业大学宁西实验基地, 试验土壤取自华南农业大学宁西实验基地, 试验砂为购买的河砂, 土壤和砂自然干燥后过2 mm筛, 所用泥炭为BIOLAN(产地芬兰)。实验设计将砂、土、泥炭按照一定比例(体积比)均匀混合, 制成5种不同的坪床基质, 每个处理3个重复。其中处理A为纯砂; 处理B为砂、泥炭混合物, 比例85: 15; 处理C为砂、土混合物, 比例85: 15; 处理D为砂、土、泥炭混合物, 比例85.0: 7.5: 7.5; 处理E为纯土。各处理基质土壤的化学性质如表1所示。

表1 5种坪床基质的土壤化学性质 Table 1 The chemical properties of 5 different turf-bed substrates

盆栽实验设在广州华南农业大学农学院楼顶天台, 地处N 24° 26', E 118° 04', 属于亚热带海洋性季风气候, 年平均气温为21.8 ℃, 最热月(7月)多年平均气温为28.5 ℃, 最冷月(1月)多年平均气温为13.0 ℃, 年降雨量约为1706.6 mm。繁殖时间为2009年3月, 取生长状况良好、质地均匀、无病虫害的营养茎进行繁殖。按60 g/盆的量种植在高为30 cm、直径27 cm的花盆中。测量时间为2009年6月至12月。每月随机交换各处理花盆的位置, 每2周修剪一次, 留茬高度为5 cm。在8-12月期间, 每个月上旬追施一次复合肥(N: P2O5: K2O=15: 15: 15), 施肥量为1 g/盆; 水分管理视蒸发量来进行灌溉, 7-9月份每周浇水3~4次, 其余月份每周浇水两次; 试验期间发现杂草立即人工拔除; 对于出现的病虫害应及时施用农药进行防治。

1.2 草坪草测量指标及方法

当各处理草坪草的盖度达到80%以上时, 开始对色泽、再生速度、地上部分生物量进行测量。

色泽:色泽的测定采用SPAD值(绿色度)来反映, 用SPAD502型叶绿素计来进行测量, 测量值与叶片的叶绿素含量成正比。

再生速度:在相同的管理条件下, 测量两次剪草时间间隔内草坪草的生长高度, 每个处理的每个重复Z字形取10个点, 求其平均值。每次剪草测量一次, 然后计算每天的生长高度。

地上部生物量:用剪刀剪取各处理花盆中的地上部分装于信封中, 然后带回实验室, 烘箱105 ℃杀青15 min, 70 ℃下烘干48 h后称重(g)[15]。

1.3 土壤测量指标及方法

1.3.1 容重和孔隙度的测定

采用环刀法[16]分别在4, 8, 12月测量坪床土壤容重, 在室内先称量环刀 (连同底盘、垫底滤纸和顶盖)的重量, 然后用环刀采样, 擦去环刀外的泥土, 立即带回实验室称重。土壤容重(g/cm3)=环刀内土重(g)/环刀体积(100 cm3)。孔隙度是单位容积土壤中孔隙所占的百分率。采用比重和容重计算求得, 土壤总孔隙度(%)=(1-容重/比重)× 100。土壤毛管孔隙度取样方法同土壤容重的测定方法, 取样之后浸水。环刀中土壤吸水膨胀后, 削去胀到外面的土样, 并立即稳重准确到0.1 g。称重后, 从环刀中取土4~5 g, 放于铝盒中, 用燃烧法测定土样吸水后的含水率, 以换算环刀中的烘干土重。土壤毛管孔隙度(%)=土壤含水量/土壤干重× 100 ; 非毛管孔隙度(%)=总孔隙度(%)-毛管孔隙度(%)。

1.3.2 饱和导水率的测定

采用定水头法[17]测量土壤饱和导水率。取样方法和时间与容重测定相同, 再将环刀下端盖上有网孔且垫有滤纸的底盖并将该端浸入水中, 水面不超过环刀上沿, 打开上盖。浸12 h之后将环刀取出, 在上端套上一个空环刀, 接口处先用胶布封好, 严防从接口处漏水, 然后将结合的环刀放在漏斗上, 架上漏斗架, 漏斗下面承接有烧杯。在上面的空环刀中保持恒定水头5 cm。加水后从漏斗滴下第一滴水时开始计时, 测定单位时间内渗入烧杯中的水量, 测定到在单位时间内渗出水量相等时为止, 即达到稳渗时为止。计算结果:饱和渗透速度(V, cm/min)=10 Q/S× T, 其中Q为达到稳渗时单位时间内渗出的水量(mL), S为环刀的面积(cm2), T为单位时间(min)。饱和导水率K=V× L/(h+L), L为土层的厚度(即环刀的高度, cm), h为土层上水头高(cm)。

1.4 数据处理

实验数据均以平均值表示, 用Excel 2010对数据进行图表分析, 用SPSS 17.0软件进行方差分析。

2 结果与分析
2.1 坪床土壤的物理性质的变化

2.1.1 土壤容重

由图1可以看出建坪初期各坪床容重差异较大, 含砂坪床基质容重高于全土基质(P< 0.05), 其中纯砂处理A、砂土混合处理C和砂土泥炭混合处理D的容重较大, 范围在1.18~1.36 g/cm3, 而纯土处理E的容重维持在一个较低的水平, 最低为1.03 g/cm3。建坪中期各坪床容重差异减小, 至建坪后期, 各坪床处理容重趋于一致, 差异不显著(P> 0.05)。

图1 不同坪床结构的土壤容重变化
同组图柱中不同小写字母表示差异显著(P< 0.05)。下同。Fig.1 The soil bulk density changes of different turf-bed structures
The different letters in the same group indicate significant differences at P< 0.05 level. The same below.

2.1.2 土壤总孔隙度

纯土处理E的土壤总孔隙度随着草坪生长, 表现出缓慢下降的趋势, 其他处理则表现出缓慢上升的趋势; 其中, 纯砂处理A的总空隙度最小, 变化范围在37.49%~45.55%, 而纯土处理E的总孔隙度最大, 变化范围在49.89%~54.79%; 纯砂处理A与纯土处理E差异显著; 含砂量相同的处理B、C、D在各时期内总孔隙度差异均不显著(P> 0.05), 且总体呈现砂泥炭混合基质(B)> 砂土泥炭混合基质(D)> 砂土混合基质(C)的趋势(图2)。

图2 不同坪床结构的土壤总孔隙度变化Fig.2 The soil total porosity changes of different turf-bed structures

2.1.3 土壤毛管孔隙度

如图3所示, 随着草坪草的生长, 各处理的土壤毛管孔隙度基本呈不断增大的趋势。其中, 纯土处理E的毛管孔隙度一直维持在一个较高的水平, 与纯砂处理A差异显著。其余3种处理的毛管孔隙度整体表现为砂泥炭混合基质(B)> 砂土泥炭混合基质(D)> 砂土混合基质(C), 但差异不显著(P> 0.05)。

图3 不同坪床结构的土壤毛管孔隙度变化Fig.3 The soil capillary porosity changes of different turf-bed structures

2.1.4 土壤非毛管孔隙度

如图4所示, 4月纯砂处理A和纯土处理E的非毛管孔隙度分别为9.90%和10.01%, 与其他处理差异显著(P< 0.05); 到8月时处理E非毛管孔隙度为9.28%, 显著高于其他各处理(P< 0.05); 但到12月, 处理E的值又下降, 显著小于其他各处理(P< 0.05)。除12月外, 其余各时期, 处理B、C、D之间的非毛管孔隙度均无显著性差异(P> 0.05), 整体呈现出砂土混合基质(C)> 砂土泥炭混合基质(D)> 砂泥炭混合基质(B)。

图4 不同坪床结构的土壤非毛管孔隙度变化Fig.4 The soil noncapillary porosity changes of different turf-bed structures

2.1.5 土壤饱和渗透速度

土壤饱和渗透速度在一定程度上反映了水分从土壤表面垂直向下进入土壤的能力, 它直接影响到坪床的排水性能。各处理的土壤饱和渗透速度均呈一个先升后平稳的趋势, 在整个测定期间, 处理A、B、C、D的饱和渗透速度均显著高于处理E(P< 0.05); 8和12月, 处理A、B、C、D间的土壤饱和渗透速度在13~16 cm/min之间, 而处理E在2~5 cm/min之间, 处理A、B、C、D间的土壤饱和渗透速度差异不显著(P> 0.05)(图5)。

图5 不同坪床结构的饱和渗透速度变化Fig.5 The saturated seepage velocity changes of different turf-bed structures

2.2 兰引Ⅲ 结缕草质量性状

2.2.1 色泽

10月份之前, 各处理间的叶片色泽SPAD值基本无显著差异; 10月份起随气温的降低, 各处理绿色渐渐由深绿转为浅绿, 叶片SPAD值均有所下降, 此时纯砂处理A的SPAD值小于其他处理; 到冬季最寒冷的12月时, 纯土处理E的色泽最绿, SPAD为35.70, 显著高于其他各处理(表2)。

表2 不同坪床结构下色泽(SPAD值)的变化 Table 2 The color (SPAD value) changes of different turf-bed structure

2.2.2 再生速度

再生速度变化情况如表3所示, 在9次修剪过程中, 再生速度总体呈一个先降后升再降的过程。各处理几乎在9月6日的测量中达到了最大值, 而此时, 再生速度最快的E处理要比再生速度最慢的A处理高37.11%。生长期间, 纯土处理E的草坪草再生速度很快, 最快达到了10.1 mm/d, 高于所有的含砂处理, 且显著高于纯砂处理A。11月之后气温降低, 草坪草的再生速度下降到2 mm/d以下, 草坪草几乎停止了生长。

表3 不同处理下兰引Ⅲ 号再生速度的变化 Table 3 The regeneration rate changes of different turf-bed structure mm/d

2.2.3 地上部生物量

修剪的地上部生物量作为草坪生长的一个重要指标, 综合反映了地上生长状况。如表4可以看出处理A、B、C、D的草屑干重在4~6 g/盆, 处理E则达到了约9 g/盆。总体来讲, 纯土处理E的草屑量显著高于其他各处理, 而纯砂处理A则稍低于其他各处理。

表4 不同处理下兰引Ⅲ 号地上部干重的变化 Table 4 The aboveground dry weight changes of different turf-bed structure g/pot
2.3 坪床物理性质与质量性状之间的相关性

将坪床各物理性质与草坪各质量性状做相关性分析表明, 基质土壤容重和土壤饱和导水率与草坪草色泽和地上部干重分别呈显著负相关, 土壤总孔隙度和毛管孔隙度与地上部干重呈显著正相关; 土壤容重和土壤饱和导水率与再生速度呈极显著负相关, 非毛管孔隙度与再生速度呈极显著正相关; 而其他质量性状受坪床基质物理性质的影响未达到显著水平(表5)。

表5 坪床基质的物理性质与兰引Ⅲ 号质量性状之间的相关性分析 Table 5 Correlation analyses between physical properties of turf-bed substrates and turf quality characteristics of Z. japonica‘ Lanyin No.Ⅲ ’
3 讨论与结论

本研究相关分析结果表明, 坪床土壤的物理性质对草坪草生长有显著影响。土壤容重是土壤的一项重要特性, 与土壤孔隙度共同反映土壤的通气状况, 它主要受土壤有机质含量、土壤质地以及践踏程度的影响[18, 19]。本研究结果表明, 纯砂坪床、纯土坪床、各比例的砂质坪床的土壤容重随着草坪草的生长, 基本呈逐渐增大的趋势, 最终趋于一致, 基本维持在1.3~1.4 g/cm3, 满足USGA(美国高尔夫球协会)推荐的1.2~1.6 g/cm3的标准范围[20]。对草坪草生长来说, 当草坪践踏较少时, 最佳的总孔隙度为40%~50%[21]。本研究结果表明, 各处理的总孔隙度在3月的测定中, 均维持在45%以上, 处在一个合理的范围内, 符合USGA推荐的35%~55%的标准[20]。宋桂龙[22]研究了10种不同砂土配比的坪床, 发现总孔隙度随着含砂量的增加而下降。本研究发现, 纯砂坪床的土壤总孔隙度最小, 低于砂质混合坪床, 差异不显著, 但显著低于纯土坪床。随着草坪草的生长, 各处理的非毛管孔隙度呈明显下降趋势, 但砂基坪床下降幅度较小, 且最终趋于稳定, 而纯土坪床的非毛管孔隙度下降幅度大, 这说明纯土坪床的通气性随着草坪草的生长下降较快。砂泥炭混合基质的非毛管孔隙度一直略小于砂土泥炭混合基质, 这与马力等[23]研究结果相符, 但与宋桂龙[22]发现的土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度均随泥炭含量增加而增加的结果不同。这可能是由于本研究中, 坪床未经过任何践踏处理的缘故。但总体上来讲, 砂质坪床在通气性上优于纯土坪床。

李存焕等[24]认为, 饱和导水率一般要求大于1.0~2.0 cm/min比较理想。USGA建议的正常范围为1.5~3.0 cm/min[20]。而本研究发现, 随着草坪草的生长, 所有含砂处理的土壤饱和渗透速度几乎都大于13 cm/min, 渗透速度很快, 约为纯土处理的2~3倍。这与坪床未经践踏, 结构较为疏松有关。而且纯土处理的土壤饱和渗透速度随草坪草的生长而不断加快, 这可能是由于随草坪草根系的生长, 根系在土壤中纵横穿行, 有利于形成团粒结构, 从而改善了土壤的物理性质, 而且根系死亡后留下的孔隙能增加土壤的透气性和渗透性[25]。

草坪生长状态可直接反应坪床质量的好坏。本研究结果表明, 兰引Ⅲ 号草坪草色泽、再生速度、地上部生物量的变化趋势较一致。随着草坪草的生长, 至9月各项指标达到最高, 随着气温的逐步降低, 到12月达到最低。从草坪草外观质量上看, 纯土坪床要好于砂基坪床, 叶色深绿, 再生速度较快, 地上部生物量较大。这是因为, 从坪床基质的化学分析结果可以看出, 纯土坪床的有机质含量最高, 而有机质能增强土壤孔隙度、通气性和结构性, 有显著的缓冲作用和持水力, 并为土壤微生物提供营养源和能源[26, 27]; 同时纯土基质的碱解氮和速效磷含量也高于其他砂质坪床处理。氮是草坪草需求量最多, 最为关键的营养元素, 在草坪草的生长过程中起主导作用[28], 而磷可促进草坪草分蘖和根系的生长[29, 30]。这些都给草坪草生长创造了良好的营养条件, 因此纯土基质的草坪外观质量表现最好。纯砂坪床的草坪在外观质量上表现较差, 这是由于纯砂坪床养分含量很低, 且持水性较差, 水肥均易流失, 因而影响了草坪草的生长。运动场草坪一般采用砂与改良剂混合而成的改良型坪床, 在保持砂良好通透性的同时提高土壤肥力, 维持草坪草生长。泥炭作为有机土壤改良剂被广泛用于运动场坪床建设, 可为草坪生长创造良好的土壤环境条件[31, 32], 本研究中混有泥炭的坪床在表观质量上略优于纯砂基坪床, 这与前人的结果基本一致[33, 34]。纯土坪床虽然土壤营养丰富, 短期内草坪质量表现较好, 但由于其通透性较差, 排水不良, 随着草坪的不断生长和使用, 还有进一步恶化的趋势。而且, 通透性较差的坪床, 在南方高温高湿季节极易发生病虫危害[35]。从长远来看, 纯土基质并不适合作为运动场坪床。

在本研究中, 3种改良型砂质坪床, 无论是加入15%的泥炭或加入15%土, 还是加入15%的泥炭和土的混合物, 在导水性上没有显著差异, 其草坪色泽和地上生物量在大部分测定时间内都略高于纯砂坪床, 但与纯土坪床相比, 没有出现显著性差异。但3种改良型砂质坪床其不同的改良基质对草坪质量有无长期影响需要进一步研究。

综合分析5种坪床的物理性质变化和兰引Ⅲ 号结缕草的表观质量性状的变化, 表明改良型砂基坪床通气好、排水性能强, 草坪质量良好, 适合做运动场草坪, 而纯土基质虽然草坪质量最好, 但排水性能较差, 从长远看并不适合建植运动场草坪。

The authors have declared that no competing interests exist.

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