一种新的草坪草耐践踏试验方法的建立

肖波，宋桂龙，许立新，韩烈保＊

（1.北京林业大学草坪研究所，北京100083；2.长江大学园艺园林学院，湖北 荆州434025）

随着城市的发展，草坪已成为城市绿地的重要组成部分，它除了具有美化环境、净化空气、防止水土流失、维护生态平衡等功能外，同时还是人们休憩、娱乐的活动场所，客观上要求草坪草具有一定的耐践踏性。而对运动场草坪来说，其耐践踏性则显得尤为重要。因此，培育耐践踏草种、提高草坪草的耐践踏性一直是草坪业者不断追求的目标之一。

要提高草坪草的耐践踏性，首先有必要弄清楚草坪草耐践踏的机理。为此，国内外学者广泛开展了相关研究，取得了丰硕的研究成果。Shearman和Beard［1－3］通过对7种冷季型草坪草进行了细胞壁成分与其耐践踏性的关系分析研究，发现单位面积的总细胞壁含量、纤维素含量、木质素含量以及半纤维素含量与种间耐践踏性差异有显著相关性。Trenholm 等［4］对海滨雀稗（Paspalum vaginatum）和狗牙根（Cynodon dactylon）不同品种间的耐践踏性进行研究，发现狗牙根品种的叶木质素、木质纤维素和茎木质纤维素含量多，其耐践踏性就强。Brosnan等［5］分别选择了10种耐践踏性强和10种耐践踏性弱的草地早熟禾（Poa pratensis）品种，发现耐践踏性与叶片较大的垂直角度、较多的总细胞壁和木质纤维素含量、较低的含水量和叶片膨压有关，最终认为叶片角度是唯一的能够区分草地早熟禾品种间耐践踏性强弱的特征。Hoffman等［6，7］研究了N肥和K肥对多年生黑麦草（Lolium perenne）耐践踏性和恢复性的影响，结果发现，N肥通过影响组织的含水量，进而显著的影响多年生黑麦草的耐践踏性。王艳等［8，9］对结缕草（Zoysia japonica）和草地早熟禾从叶、叶鞘及鳞叶解剖学角度，比较了2种草坪草的耐磨性，发现结缕草叶的角质层发达，上下表皮角质层均厚于草地早熟禾，而且结缕草叶片的维管束比草地早熟禾发达，其机械组织及叶内组织排列紧密度均高于草地早熟禾，使结缕草具有极强的耐磨损性和耐践踏性。耿世磊等［10］比较了台湾草（Zoysia tenuifolia）、海滨雀稗和狗牙根3种暖季型草坪草的叶片及茎的解剖结构，发现3种草坪草中，台湾草因叶片表皮细胞、泡状细胞、维管束鞘、机械组织及茎中细胞纤维带的特征，具有优于其他2种草坪草的耐践踏性。

上述的有关草坪草耐践踏机理的研究成果，为培育耐践踏草种、提高草坪草的耐践踏性奠定了坚实的理论基础，但仍有许多问题有待于进一步深入研究。纵观前人的研究，关注的焦点多半侧重于草坪草“先天”固有的特性，如形态特征、解剖结构、细胞壁成分等，而对践踏后的“后天”恢复研究较少，特别是对草坪草践踏胁迫后的生理响应研究甚少。而且，前人在进行践踏处理时所用的草坪践踏器，普遍比较笨重，劳动强度较大，给耐践踏试验带来诸多不便。鉴于此，本研究自行研制了一款便携式草坪践踏器，在此基础之上，提出了一套新的践踏处理方法，为进一步深入研究草坪草耐践踏机理提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地位于北京市昌平区北京林业大学草坪试验基地，该地区属暖温带、半湿润大陆性季风气候。春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽，冬季寒冷干燥。年平均气温11.8℃，年平均降水量550.3mm，降雨集中在夏季。试验地土壤肥沃，地势平坦，光照条件良好。

供试草种为多年生黑麦草，品种为爱神特II号（Accent II），该品种在北京地区表现良好。2010年3月底播种，播种前清除地面杂草和杂物，翻耕土壤20～30cm，然后整平，并施入草坪草缓释肥料0.5kg／m2。播种量为20g／m2，播种面积90m2。播种后，根据天气状况及土壤湿度，适时浇水，保持土壤持水量为70%～80%。当草坪草生长至10cm 左右时修剪，留茬5cm。成坪后，按每月每m2土壤施入N 2g、P 0.35g、K 0.5g。在整个生长期内，及时清除杂草，并进行病虫害防治。

分别于2010年5月20日（夏季）和9月20日（秋季），用直径为15cm的圆筒型手动式土壤采样器，采集生长良好的多年生黑麦草，栽于花盆中，花盆上端开口直径18cm，低部直径15cm，高20cm。总共栽植120盆，置于无阳光遮挡的空旷平地上，完全随机排列，栽后及时浇水，以防干旱。15d后，开始践踏处理。践踏开始至取样结束，适时浇水，不修剪。

1.2 草坪践踏器

自行研制的便携式草坪践踏器结构如图1所示，由滑轮、框架、绳子、轴、圆孔、轴承、滑道、圆筒和圆盘组成。绳子连接于轴的顶端，轴由垂直轴和水平轴呈90°连接而成，垂直轴可以在圆筒的上下两圆心连线方向上作上下垂直运动，水平轴末端装有一滚动轴承。圆筒固定于框架内，为空心圆筒，四周封闭。圆筒的上底和下底的圆心处各有一圆孔，垂直轴从中穿过。圆筒壁上有一螺旋滑道，滑道与水平方向呈45°，滑道的顶部至底部旋转了180°，圆筒高32cm，圆筒直径20 cm，圆盘直径15cm，重5kg，拉升至圆筒底部后距离草坪30cm。

在向上的外力作用下，绳子牵引垂直轴，将连接于底部的圆盘提升至一定高度，然后去掉外力，圆盘在自身重力的作用下，沿着上下两圆心连线方向垂直向下运动，同时，由于圆筒壁上的螺旋形滑道对水平轴有反作用力，使得垂直轴沿水平方向上旋转，并带动底部的圆盘作向心运动。当圆盘落到地面上的草坪时，会对草坪同时产生垂直方向上（重力）和水平方向上（摩擦力）的双重作用力，达到模拟人为践踏草坪的目的。

图1 便携式草坪践踏器的结构Fig.1 Structure of portable traffic simulator for turf grass

操作时，将践踏器框架固定于草坪上，用滑轮提起绳子，将水平轴上的滚动轴承拉至圆筒顶部，然后，去掉作用于滑轮上的外力，圆盘在自身重力作用下，落向地面的草坪，即为践踏。

1.3 践踏处理方法及取样时间

采用集中践踏的方式，即践踏集中在一个相对较短的时间里（1d内）进行，当达到设定的践踏强度后，立即终止践踏，且以后不再追加践踏处理。具体为：利用自制的便携式草坪践踏器，置于前期处理好的栽植有草坪草的花盆之上，提起践踏器顶部的绳子，将水平轴拉至圆筒顶部，然后去掉外力，践踏器的圆盘落到草坪上1次，计践踏1次，1次践踏完毕，立即进行2次践踏、3次践踏，依次类推，最终以践踏次数来衡量践踏强度。践踏分为4个强度：CK（对照，不践踏）、轻度践踏（践踏40次）、中度践踏（践踏80次）和重度践踏（践踏120次）。每个处理30盆。

分别于践踏后1，3，7，10，14和21d取样，样品立即保存于－80℃冰箱中，备用。

1.4 践踏胁迫相关指标测定

有许多生理指标与草坪草践踏胁迫有关。本研究选择了与草坪草践踏胁迫直接相关的5个指标：表观质量评分、盖度、叶绿素含量、叶片含水量以及地上生物量鲜重。表观质量评分采用9级制法［11］、盖度（%）采用针刺法［12］、叶绿素含量（mg／g）采用95%乙醇比色法［13］、叶片含水量（%）采用烘干法［14］、地上生物量鲜重（kg／m2）采用收获法［15］。

1.5 数据处理

采用SPSS 16.0统计分析和 Microsoft Excel 2003作图。

2 结果与分析

2.1 践踏后草坪表观质量评价

多年生黑麦草在4种不同践踏强度下，其叶片损伤程度及生长表现存在明显差异。从践踏后1周的生长表现来看（图2），对照材料（图2a），叶色浓绿，叶片挺拔直立，长势旺盛。在轻度践踏下，其长势仅有轻微下降（图2b）。但随着践踏强度的增加，多年生黑麦草的长势逐渐减弱（图2c），特别是在重度践踏下，出现了大面积叶片枯黄的现象（图2d），仅剩少部分绿色叶片。

图2 践踏后1周不同践踏强度下草坪的生长表现Fig.2 Growth performance of turf grass under various traffic stress intensity after one week－recovery

根据多年生黑麦草在不同践踏强度下、不同时间段的生长表现，进行表观质量评分并作图（图3），不同践踏强度下，随时间的变化，多年生黑麦草呈现出不同的变化趋势。总体上，随着践踏后天数的增加，草坪的表观质量也逐步提升，但不同践踏强度下的表观质量增幅呈现出明显的差异。轻度践踏下，无论是夏季，还是秋季，在践踏后10d，其表观质量均已恢复至非常接近CK的水平；中度践踏下，在践踏后14d，表观质量恢复至8分以上（夏季）和7分左右（秋季）的水平；而重度践踏下，其表观质量自始至终都保持在6分以下的水平。

2.2 践踏后草坪盖度的变化

在不同的践踏强度下，随时间的变化，多年生黑麦草的盖度呈现出不同的变化趋势（图4）。轻度践踏对草坪盖度的影响很小，草坪盖度始终保持在85%以上，践踏后7d，已恢复至CK的水平。中度践踏下，践踏后3d，草坪盖度呈现出较为明显的下降趋势，3d后，草坪盖度逐步上升，在践踏后14d（夏季）和21d（秋季）时，恢复至接近CK的水平。重度践踏下，践踏后3d，草坪盖度有一个显著的下降，降至20%以下，在以后的时间里，盖度虽有所上升，但上升的幅度很小，即便在践踏后21d，无论是夏季，还是秋季，其草坪盖度均低于50%。

图3 践踏后不同时间草坪草表观质量的变化Fig.3 Visual rating changes of turf grass after traffic treatment under various traffic stress

图4 践踏后不同时间草坪草盖度的变化Fig.4 Coverage changes of turf grass after traffic treatment under various traffic stress

2.3 践踏后草坪叶片的叶绿素含量变化

在不同的践踏强度下，多年生黑麦草叶片的叶绿素含量，随时间的变化，呈现出不同的变化趋势（图5）。轻度践踏下，在践踏后1和3d，叶绿素含量比CK略微上升，7d后，恢复至CK的水平。中度践踏下，在践踏后3d（夏季）和7d（秋季），叶绿素含量降至最低，分别比CK下降了12.9%，15.6%，但之后，呈现出缓慢的上升趋势。重度践踏对叶绿素含量有明显影响，在践踏后7d，叶绿素含量降至最低，比CK下降了56.3%（夏季），甚至更多（秋季），然后，叶绿素含量开始有所上升，但上升幅度很小，即便在践踏后21d，其叶绿素含量也远低于CK的水平。

2.4 践踏后草坪叶片含水量的变化

多年生黑麦草在不同的践踏强度下，其叶片含水量，随时间的变化，呈现出不同的变化趋势（图6）。轻度践踏对多年生黑麦草含水量有短暂的影响，在践踏后1d，春季和夏季，其含水量分别比CK下降了8.1%和9.5%，然后缓慢上升，在践踏后7d，其含水量已恢复至接近CK的水平。中度践踏下，在践踏后3d，含水量降至最低，春季和夏季，其含水量分别为64.23%和62.83%，随后，含水量呈逐步上升的趋势，在践踏后10d（夏季）和14d（秋季），其含水量均接近CK。重度践踏对多年生黑麦草的含水量有显著影响，夏季时，在践踏后3d，其含水量降至最低，只有27.4%，而秋季时，在践踏后7d，其含水量降至最低，只有23.6%，然后，含水量逐步上升，但上升缓慢，在践踏后21d，无论是夏季，还是秋季，其含水量均低于60%。

2.5 践踏后草坪地上生物量的变化

不同践踏强度下，多年生黑麦草地上生物量鲜重，随时间呈现出不同的变化趋势（图7）。轻度践踏对多年生黑麦草地上生物量鲜重影响极小。中度践踏下，在践踏后7d内，多年生黑麦草地上生物量鲜重呈缓慢的下降趋势，然后逐步上升，在践踏后14和21d时，上升较快，但始终没有达到CK的水平。重度践踏对多年生黑麦草地上生物量鲜重有显著影响，在践踏后1周内，呈现出急剧的下降趋势，在践踏后7d，下降至最低，随后，虽有缓慢上升，但一直保持在较低的水平上。

2.6 表观质量与其他指标的相关性

草坪的表观质量反映了其整体的生长状态，因此，将多年生黑麦草在践踏胁迫后不同时间的表观质量评分与另外的4个指标进行相关性分析（表1），结果发现，表观质量与草坪盖度、叶绿素含量、叶片含水量和地上生物量均存在较高的相关性，相关系数均超过了0.8，经显著性分析发现，在践踏后7d及以后，两两之间的相关系数均达到了极显著水平。

图5 践踏后不同时间草坪草叶绿素含量的变化Fig.5 Chlorophyll content changes of turf grass after traffic treatment under various traffic stress

图6 践踏后不同时间草坪草叶片含水量的变化Fig.6 Leaf water content changes of turf grass after traffic treatment under various traffic stress

图7 践踏后不同时间草坪草地上生物量鲜重的变化Fig.7 Fresh weight changes of aboveground biomass of turf grass after traffic treatment under various traffic stress

表1 草坪草的表观质量与其他指标的相关系数Table 1 Correlation coefficients（r）between visual rating and other indexes of turf grass

3 讨论

3.1 不同草坪践踏器的比较

有关草坪草耐践踏性的研究，采用的手段主要有2种，一是人为践踏，二是践踏器模拟践踏。人为践踏，比较真实，但由于人与人之间有很大的主观差异性，而且随机性较大，难以满足小区试验对整齐度和均匀度的要求。因此，国内外学者广泛采用践踏器模拟践踏。Youngner［16］在20世纪60年代初研制了模拟运动员践踏的机器，该机器装有马达驱动，践踏部分主要由起摩擦削切作用的木鞋和起穿透撕拉作用的带钉圆滚组成。Skirde［17］用装有鞋钉的圆滚来模拟运动践踏。此外，还有一种称作“Brinkman traffic simulator”的机器［18］，该机器由前后2个装有鞋钉的圆滚组成，2个圆滚的角速度相同，但直径不等，前轮直径大，后轮直径小，因此后轮除转动外，还叠加一种水平的拖动。周保鑫和孙吉雄［19］也设计了一款结构类似与“Brinkman traffic simulator”草坪践踏器。李德颖和Hunt［20］在分析足球场草坪的受力后，设计了草坪践踏器，由椭圆形圆滚安装足球鞋钉制作而成。宋桂龙等［21］以电动蛙式打夯机为基础，改造成一款草坪践踏器，该践踏器的夯板以一定的角度斜砸在草坪上，使草坪同时受到一个垂直的压力和一个水平的作用力，通过改变倾角和夯板面积，使草坪受力接近真实水平。

综合分析前人研制的草坪践踏器，体积普遍较大，较适合于大面积的践踏。但这些草坪践踏器，个体笨重，在进行耐践踏试验时，需要的劳动强度很大，给试验带来诸多不便。本研究设计的便携式草坪践踏器，个体小巧，操作简便，很好的解决了劳动强度大这一问题。而且，由于便携式草坪践踏器小巧，使得该践踏能够直接用于花盆中的草坪草，这样就能够对践踏前或践踏后花盆中的土壤环境进行精确控制，甚至可以将花盆放置在人工气候室里，进行光照、温度、湿度等环境控制，进而为深入研究外界环境对草坪草耐践踏性的影响奠定基础。

3.2 践踏处理方法与草坪草耐践踏性研究

践踏会对草坪草产生损伤，不同的践踏处理方法，则会产生不同的损伤程度，因此，践踏处理方法对草坪草耐践踏性的研究极为重要。纵观前人的研究，采用的践踏处理方法，大体上可分为两类：一类是，每天都实施践踏，连续实施践踏若干天；另一类则是，每隔几天实施一次践踏，践踏若干次。例如，周兰胜等［22］设定的4个处理：不践踏、轻度（践踏器来回践踏1次／d）、中度（践踏器来回践踏3次／d）、重度（践踏器来回践踏5次／d），连续践踏20d，就属于前一类。而安渊等［23］设定4个处理：对照（不践踏）、轻度（每隔4d）、中度（每隔2d）和重度（每天践踏），践踏10次，则属于后一类。这两类践踏处理方法，概括起来，可以称之为“分散”践踏，或者“间歇”践踏，即践踏分散于若干天内进行。

本研究提出了一种新的践踏处理方法——“集中”践踏，即践踏集中在一个短时间（1d）内进行。由于该践踏方法对草坪草实施的践踏相对集中，也就是说草坪草在接受一次集中践踏后，就不再追加新的践踏。“集中”践踏的好处是，草坪草可以在践踏后的一个相对较长的时间里进行自我调节和修复，免受新的践踏的影响。而“分散”践踏则无法做到这一点。也就因为这样，采用“集中”践踏，研究者可以通过监测践踏后的一个相对较长的时间段里的草坪草自身的生理生化反应，就有可能找出草坪草耐践踏胁迫相关的调节机理。

3.3 不同耐践踏性评价指标的比较

践踏对草坪草的很多生理指标都有影响，因此，在对草坪草耐践踏性进行评价时，选择合适的评价指标是必要的。在以往的研究中，很多学者采用草坪盖度作为耐践踏性的一个评价指标［24］。也有人将草坪的表观质量用于评价草坪的耐践踏性，它主要包括草坪的色泽、密度和均一性［25，26］。地上生物量即单位面积上的鲜重，也是评价耐践踏性的一个常用指标［24］。地下生物量则是评价草坪在践踏胁迫后耐土壤紧实的一个重要指标［27］。Shearman和Beard［1］对7种冷季型草坪草的耐践踏性进行了研究，最终提出了4种评价草坪耐践踏性的数量化方法，并证明这4种方法之间的相关性达到显著水平。此外，还有人研究认为，当草坪受到践踏损伤后，其叶片组织细胞的膜系统受到破坏，导致电导率增加，将其作为草坪草耐践踏性的评价指标既快速又可靠［28］。

这些指标，从不同的角度反映了草坪草的耐践踏性。同时，这些指标之间，又有着紧密的联系。例如，草坪的地下生物量，会影响地上生物量，进而影响草坪盖度，进一步影响草坪的表观质量。但总的来说，践踏对草坪草的影响，或早或迟的会反映在草坪的整体生长状况上——草坪的表观质量。所以，本研究将草坪的表观质量与另外4项指标进行相关性分析（表1）发现，不同的指标与草坪表观质量之间均存在显著的相关性，在践踏后7d及以后的时间里，相关系数均达到极显著水平，随着践踏后时间的延长，相关系数随之增加，但在践踏后14d，相关系数不再增加，达到最高。从宏观上看，多年生黑麦草在轻度践踏和中度践踏下，在践踏后14d，多半指标已恢复至CK的水平。因此认为，在践踏后的14d内，草坪草的耐践踏相关生理指标与其整体生长状态（表观质量）的关系最为密切，这一时期可能是研究草坪草生理响应践踏胁迫的关键期。

3.4 不同季节对草坪草耐践踏性的影响

草坪草的耐践踏性受多种环境因子的影响，如土壤结构［29，30］、土壤营养［31，32］、光照、温度、水分等。总之，凡是使草坪草茎叶组织多汁或茎叶细弱的环境条件都将导致草坪草的耐践踏性下降［33］。季节是一种综合的环境条件，其对草坪草耐践踏性的影响鲜有报道。Park等［34］研究了草地早熟禾在春季（4月至5月）、夏季（7月至8月）和秋季（9月底至10月初）践踏胁迫下的耐践踏性和恢复能力，发现草地早熟禾在春季的耐践踏性和恢复能力好于夏季和秋季，这可能与草地早熟禾在春季比其他季节具有更加旺盛的生长能力有关。本研究发现，在践踏胁迫后，多年生黑麦草的多项生理指标，如草坪表观质量、盖度，在夏季（5月底至6月中旬）的恢复速度明显快于秋季（9月底至10月中旬），特别是在中度践踏强度下，夏季比秋季提早1周时间恢复至CK的水平。本结论与Park等［34］的研究结果基本一致。而且，本研究也认为，多年生黑麦草在夏季的耐践踏性好于秋季，与多年生黑麦草在夏季比秋季有更旺盛的生长有关，这其中的原因有待于进一步研究。

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