不同坪床配比对‘阳江’狗牙根草坪耐践踏性的影响

李丹丹，宗俊勤，郭海林，陈静波，张有海，周震东，刘建秀*

(1.江苏省中国科学院植物研究所，江苏 南京 210014；2.江苏苏植草业有限公司，江苏 南京 211121；3.江苏省江宁足球训练基地，江苏 南京 211100)

运动场草坪是指以草坪为竞技、运动、游戏活动载体的专用场地[1]，包括足球场、网球场、橄榄球场、棒球场等。在运动场草坪上进行的所有运动项目几乎都伴随着剧烈的运动或者高频率、高强度的践踏草坪。践踏是影响运动场草坪运动质量和使用寿命的重要胁迫之一[2]。践踏一方面会造成草皮磨损，降低草坪叶片的光合作用，导致草坪病害增加和杂草滋生[3-4]；另一方面造成土壤紧实，土壤孔隙度下降[5]，土壤中水分、养分和氧气减少，影响草坪根系生长[6-7]，间接影响草坪草的生长发育，进而降低运动场草坪的坪用质量[8-9]。因此，运动场草坪除了具有一般绿地草坪的特征外，还要有很强的耐践踏性[10]。

坪床是运动草坪的基础，也是决定运动草坪耐践踏性的最主要的因子之一。坪床结构质量的高低则主要取决于坪床建造材料的性质、坪床结构类型和厚度，其中坪床建造材料的选择对运动场草坪的坪用质量、使用寿命和后期的养护管理费用影响最大[11]。坪床基质直接影响草坪草根系的生长，进而影响草坪的坪用质量和使用质量[12]。土壤是传统的坪床基质，在高强度的运动践踏下容易紧实，影响坪床的透水透气性。前人研究表明，践踏后, 随着沙含量的增加土壤通透性得到改善[10,13]。黄晓露等[14]在大田条件下，研究了9种不同的坪床配比(即粗沙、细沙分别设0、25%、50%、75%、100%，5个体积百分比梯度与田园土混合)对狗牙根运动草坪耐践踏性的影响，表明含沙量为50%～75%条件下草坪耐践踏性最好。但是，沙质坪床加入一定比例的细颗粒土壤会产生负面影响，如易导致表层土壤紧实、渗水率下降、根区缺氧等[15-16]。宋华伟等[17]比较了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)对兰引Ⅲ号结缕草(Zoysiajaponica)生长的影响，发现砂基坪床通气好、排水性能强，适合建植运动场草坪。因此，现在运动场多选用混入泥炭等有机质的全沙基质避免频繁的运动践踏造成土壤紧实[5]。全沙基质中沙的粒径直接影响根系层土壤排水率和孔隙度的平衡，沙的均一性影响容重和总孔隙度[18-20]。沙的粒径越小，单位体积内容纳的沙粒就越多，而沙粒之间的孔隙就越小[21]，易造成坪床板结，透水透气性变差，影响草坪草根系生长。如果粒径过大，又会对土壤孔隙度及表面稳定性产生负面影响[13,22]。目前研究多集中在不同沙土配比对土壤理化特性[23]、草坪生长[14]、草坪恢复能力[10]的影响以及践踏对草坪生长[24-25]和坪用质量[26]的影响。有关全沙基质运动场草坪不同粒径沙配比对运动场草坪耐践踏性的影响的研究很少且不系统。

‘阳江’狗牙根(Cynodondactylon)是江苏省中国科学院植物研究所选育而成的草坪型狗牙根新品种，于2007年通过农业部草品种审定(No.353)。‘阳江’狗牙根具有叶色深绿、匍匐性强、草层厚、密度高、成坪快的特点，具有很强的耐践踏性[27]，广泛用于运动草坪、热带岛礁、滩涂绿化、开放绿地和保土草坪[28]。

因此，本研究以河沙和黄沙为材料，研究了不同坪床配比对‘阳江’狗牙根运动场草坪坪床物理性质、草坪草根系形态、根系空间分布、草坪生长和坪用质量的影响，探讨不同坪床配比对运动场草坪耐践踏性的影响。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于江苏省中国科学院植物研究所草业研究中心试验地进行。试验地位于N 32°02′，E 118°28′，北亚热带湿润气候，四季分明，雨水充沛。常年相对湿度76%，无霜期237 d。年平均温度15.4 ℃，年极端气温最高39.7 ℃，最低-13.1 ℃。常年平均降水117 d，年平均降水量1106 mm，每年6月下旬到7月上旬为梅雨季节。

1.2 试验材料

试验材料为国审品种‘阳江’狗牙根。试验所用细沙为河沙，粗沙为黄沙，均为长江水洗沙。试验所用复合肥为南京红三角生态肥业有限公司生产(氮∶磷∶钾=15∶15∶15)，所用尿素为江苏恒盛化肥有限公司生产，含量>46.2%，泥炭为吉林省大川景观有限公司生产的苔草泥炭，有机质含量>77%。

1.3 试验设计

试验设两个处理因素，分别为不同粒径沙(河沙：<0.25 mm,25.12%;0.25～0.5 mm,65.30%;>0.5 mm,9.58%；黄沙：<0.5 mm, 19.12%; 0.5～1.0 mm, 68.32%; >1.0 mm, 12.56%)混合比例和践踏强度。不同粒径沙比例设6个处理：河沙(S)∶黄沙(C)=0∶100、20∶80、40∶60、60∶40、80∶20、100∶0(对照)。践踏强度分为重度践踏和不践踏两个处理，重度践踏为每周践踏3次(每次践踏强度相当于两场足球比赛)，每年3个月，践踏程度相当72场足球比赛。试验小区面积1 m×1 m。试验采用随机区组设计。

坪床包括渗水层、根系层和草坪层，其中根系层采用全沙结构(图1)。按照运动场草坪建造规范，首先去除表层35 cm土壤，然后将床基平整后夯实。床基上先铺10 cm的渗水层(砾石层)，砾石直径4～10 mm。渗水层铺设完成后，将河沙和黄沙按设计配比与泥炭(6%质量分数)和复合肥50 g·m-2(氮∶磷∶钾=1∶1∶1)在场外混合均匀。将混合均匀的基质，分3次装入小区，每次均进行适当镇压，装好后，人工浇水进行自然沉降，最终坪床根系层达到25 cm厚。草坪建植为种茎(含匍匐茎与根状茎)直播法(统一比例为1∶5)。播种后保持坪床湿润。等草坪匍匐茎开始生长后，追施尿素1次(20 g·m-2)。草坪盖度达到80%以上时进行初剪，修剪高度为3 cm。试验开始后，除施肥和必要的灌溉(以不出现永久萎蔫)外，每周修剪1次，修剪高度为2 cm。

成坪后模拟运动场草坪管理方式。2016年6-9月，2017年7-10月，每年3个月，连续两年利用75 kg重的圆柱形模拟践踏器(圆柱形，长度50 cm，直径42 cm，外壳为铸铁，内装河沙柱，柱体间隔1 cm贴有宽5.7 cm的橡胶带)对待试材料进行践踏处理。因为过度潮湿进行践踏对草坪有害，所以遇到阴雨天气就不进行践踏处理，而是累积到下次处理。每年践踏完3个月后，测定坪床理化性质指标、根系形态和草坪生物量。

1.4 观测项目及方法

1.4.1坪床理化性质指标 采用环刀法[29]测定土壤容重。采样时，将采样点的表面尽量铲平，对于成坪后的采样，则先将地上枝叶部分剪掉，将环刀垂直压入，直至环刀筒中充满土样为止。用修土刀切开环周围的土样，将环刀取出，细心削平环刀两端多余的土，并擦净环刀外面的土。称量湿土重，放入105 ℃烘箱中烘干，烘干后称量计算单位容积的烘干土重量。

采用环刀法[29]测定土壤总孔隙度Pt(%)，由比重和容重计算而得。

Pv=(m2-m1)×100/v×(100+w)

Pt=(1-Pv/Ps)×100

式中:m2为干土重;m1为环刀重;v为环刀体积;w为含水量。Pv为土壤容重;Ps为土壤比重。

采用土壤紧实度仪(FieldScout SC 900，SPECTRUM，美国)测定土壤紧实度。测定时将仪器插入试验小区10 cm深处并记录最大值，每个小区测定3次取平均值。

采用土壤剪切力测定仪(wi79795，荷兰)测定土壤剪切力。测定时将仪器插入试验小区10 cm深处，并以固定的速度和力度转动并记录数值，每个小区测定3次取平均值。

1.4.2草坪生物量 践踏处理期间每次剪草前修剪单位面积(10 cm×10 cm)草坪，修剪高度为2 cm，并收集到信封中。每年践踏处理3个月后，将修剪后剩余的单位面积(10 cm×10 cm)残茬齐地面剪下并收集到信封中。然后采用Bolinder等[30]的方法，用直径10 cm的土钻钻取草皮柱，取出后按0～5 cm，5～10 cm和10～25 cm分为3层，分别将泥沙冲洗掉，分为根系和根状茎后收集到信封中。所有植物材料105 ℃杀青，80 ℃烘至恒重，分别测得修剪部分、残茬、根系和根状茎的干重。根重密度是指单位土壤(坪床)体积的根干重。根重密度(×10-4g·cm-3)=10000×根系干重(g)/土体体积。土体体积V=πr2h，式中，r为钻头半径，h为取样深度。

1.4.3草坪坪用质量 草坪坪用质量相关指标参照郭海林等[26]的方法测定。草坪密度采用实测法，测定10 cm×10 cm样方内的草坪植株枝条数，每个小区重复测定3次；叶宽指第1个外露的节间上的叶片宽度 (cm)，每个小区重复测量30次；叶色采用 9 级制法观测，叶色最浓的为9，最浅的为1；均一性采用9级制法观测，草坪的密度、颜色、叶宽、整齐性差异极小的为9，差异很大的为1；坪用质量采用9级制法对参试品种(系)的坪用性状(密度、颜色、均一性和叶宽等)的综合表现进行评分，坪用质量最高的为9，最低的为1。

1.4.4根系形态 将1.4.2中用土钻取出的0～5 cm，5～10 cm和10～25 cm的根系与根状茎分开后，用蒸馏水洗净，分别用扫描仪(Epson 1680，Indonesia，加拿大)扫描，并经分析程序(WinRhizo Pro Vision 5.0，加拿大)分析，获得根系形态指标(总根长、根表面积、根平均直径、根体积)[31]。

图1 坪床结构示意图Fig.1 The schematic diagram of structure in turf-bed

1.5 数据处理

因两年实验结果趋势一致，实验数据为两年实验结果的平均值。采用SPSS 19. 0对实验数据进行方差分析和显著性测验，采用SigmaPlot 10.0作图。

2 结果与分析

2.1 践踏处理对不同坪床配比土壤物理性质的影响

践踏处理对不同坪床配比的土壤容重、土壤总孔隙度、土壤紧实度(5和10 cm)和土壤剪切力的影响极显著(P<0.01)，对根系层15 cm深度土壤紧实度的影响显著(P<0.05)(表1)。践踏处理条件下，与不践踏相比，各坪床配比的土壤容重增加，土壤总孔隙度降低，土壤紧实度和土壤剪切力增加。与不践踏相比，践踏处理对根系层不同深度土壤紧实度的影响：5 cm>10 cm>15 cm；践踏处理对根系层不同深度土壤剪切力的影响：0～5 cm>5～10 cm>10～15 cm。无论在不践踏还是践踏条件下，与对照(纯河沙)相比，不同坪床配比(河沙与黄沙混合)土壤容重增加，土壤总孔隙度降低，根系层5、10、15 cm深度土壤紧实度，根系层0～5 cm和5～10 cm深度土壤剪切力增加。践踏条件下，与不践踏比较，坪床配比S60C40土壤容重增加量明显高于其他组合，根系层5、10、15 cm深度土壤紧实度和根系层0～5 cm和5～10 cm深度土壤剪切力增加量明显低于其他配比。

2.2 践踏处理对不同坪床配比草坪根系形态的影响

践踏处理对总根长、根平均直径和根体积的影响极显著(P<0.01)，对根表面积影响显著(P<0.05)。与不践踏比较，除坪床配比S60C40外，践踏处理降低了其余5个坪床配比草坪根系总根长、根表面积、根平均直径和根体积(表2)。不践踏条件下，与对照比较，5个坪床配比根平均直径和根体积均表现为降低；践踏处理条件下，与对照比较，除坪床配比S60C40外，根平均直径降低，根表面积和总根长增加。不同坪床配比间比较，践踏处理条件下，坪床配比S60C40根表面积和根平均直径与不践踏比较差异不显著，而其他配比显著降低；坪床配比S60C40根体积降低幅度明显低于其他配比。

表2 不同坪床配比根系形态的差异Table 2 The difference on root morphology among different ratio of turf-beds

处理Treatment配比Ratio总根长Total root length (cm)根表面积Root surface (cm2)根体积Root volume (cm3)根平均直径Root average diameter (mm)不践踏Non-trafficS0C100477.08±1.30a33.45±1.16a1.84±0.06ab0.35±0.00bS20C80442.23±3.56abc30.84±0.43ab1.20±0.07bcd0.36±0.00bS40C60455.17±4.00abc30.24±0.75ab1.50±0.04bc0.37±0.01abS60C40380.37±7.79de24.82±1.03d1.63±0.17bc0.38±0.01abS80C20454.70±1.96ab30.66±0.43ab1.99±0.04ab0.37±0.01b对照Control451.87±4.76ab29.79±0.67ab2.71±0.24a0.41±0.01a践踏TrafficS0C100380.71±5.43de26.83±0.96bcd0.90±0.01cd0.26±0.00cS20C80420.66±2.11bcd28.24±0.17bcd0.49±0.01d0.25±0.00cS40C60442.10±2.18abc28.94±0.21bc0.55±0.02d0.26±0.00cS60C40350.47±2.89e25.18±0.55cd1.22±0.06bcd0.39±0.01abS80C20408.95±6.18bcd29.06±0.20bc1.39±0.15bc0.36±0.01b对照Control399.58±8.24cde27.99±0.62bcd1.23±0.01bcd0.37±0.01bF值F valueT14.58**7.91*25.58**48.25**R4.60**3.82*3.65*15.07**T×R2.001.420.706.48**

2.3 践踏处理对不同坪床配比草坪根系空间分布的影响

与不践踏比较，除坪床配比S60C40外，践踏处理降低了其余5个坪床配比的根干重(图2)。无论在不践踏还是践踏条件下，不同根系层深度根干重比较：0～5 cm>5～10 cm>10～25 cm。在不践踏条件下，与对照比较，5个坪床配比0～5 cm根系层深度根干重明显降低。践踏处理条件下，与对照比较，除5～10 cm根系层深度S20C80坪床配比外，5个坪床配比0～5 cm，5～10 cm和10～25 cm根系层深度根干重均显著增加。不同坪床配比间比较，践踏处理条件下，坪床配比S60C40不同根系层深度根干重均明显高于其他配比。

图2 不同坪床配比不同根系层深度根干重的差异Fig.2 The difference of root dry weight at different root layer depth among different ratio of turf-beds 不同小写字母表示差异显著(P<0.05),下同。The different small letters represent significant differences at 0.05 levels, the same below.

由图3可知，与不践踏比较，践踏处理降低了各根系层深度根重密度。无论在不践踏还是践踏处理条件下，不同根系层深度根重密度比较：0～5 cm>5～10 cm>10～25 cm。在不践踏条件下，5个坪床配比0～5 cm根系层深度根重密度均低于对照；除坪床配比S60C40外，其余4个坪床配比5～10 cm与对照相比差异不显著；10～25 cm根系层深度根重密度均高于对照。践踏处理条件下，5个坪床配比0～5 cm和10～25 cm根系层深度根重密度均显著高于对照。不同坪床配比间比较，践踏处理条件下，坪床配比S60C40不同根系层深度根重密度均明显高于其他坪床配比。

图3 不同坪床配比不同根系层深度根重密度的差异Fig.3 The difference of root weight density at different root layer depth among different ratio of turf-beds

践踏处理条件下，与不践踏比较，除坪床配比S0C100外，0～5 cm根系层深度根重比例降低，而5～10 cm根系层深度根重比例增加，10～25 cm根系层深度根重比例变化不一致(图4)。无论在不践踏还是践踏条件下，不同根系层深度根重比例比较：0～5 cm>5～10 cm>10～25 cm。不践踏条件下，除坪床配比S60C40外，0～5 cm根系层深度根重比例低于对照，而5～10 cm和10～25 cm高于对照。践踏处理条件下，0～5 cm和10～25 cm根系层深度根重比例高于对照，而5～10 cm低于对照。不同坪床配比间比较，践踏处理条件下，0～5 cm根系层深度坪床配比S60C40根重比例低于其他配比，而10～25 cm根系层深度高于其他配比。

图4 不同坪床配比不同根系层深度根重比例的差异Fig.4 The difference of percent of root weight at different root layer depth among different ratio of turf-beds

2.4 践踏处理对不同坪床配比草坪生物量和坪用质量的影响

践踏处理对草坪草屑、根状茎干重、根干重和总干重的影响极显著(P<0.01)(表3)。除坪床配比S60C40外，与不践踏比较，践踏处理降低了草屑、残茬干重、根状茎干重、根干重和总干重。不践踏条件下，与对照比较，5个坪床配比草坪草根状茎干重和根干重降低；坪床配比S0C100、S20C80和S40C60草屑高于对照，因此总干重高于对照干重。践踏处理条件下，除坪床配比S0C100外，4个坪床配比草坪草残茬干重高于对照；5个坪床配比草坪草根状茎低于对照，而根干重显著高于对照。不同坪床间比较，根状茎干重和根干重的差异达到极显著水平(P<0.01)；践踏处理条件下，坪床配比S60C40草坪草草屑、残茬干重、根干重和总干重均显著高于其他坪床配比。

表3 不同坪床配比草坪生物量的差异Table 3 The difference on turfgrass biomass among different ratio of turf-beds (mg·cm-2)

表4 不同坪床配比草坪坪用质量的差异Table 4 The difference on turfgrass turf quality among different ratio of turf-beds

践踏处理对草坪密度、叶宽、叶色、均一性和坪用质量的影响极显著(P<0.01)(表4)。践踏处理增加了不同坪床配比草坪密度、降低了叶宽、叶色、均一性和坪用质量。不践踏条件下，5个坪床配比叶宽和坪用质量均高于对照；践踏处理条件下，除密度高于对照外，叶色、均一性和坪用质量与对照的差异不显著。不同坪床间比较，践踏处理条件下，坪床配比S60C40草坪草密度、叶宽、均一性和坪用质量均高于其他配比。

3 讨论

坪床是运动场草坪的立地条件，是决定草坪质量优劣的关键[9]。草坪草生长所需的根系层作为运动场坪床结构的最上层，不仅要满足运动本身对场地质量的要求，还要满足草坪草正常生长的需要[32]。频繁的运动践踏造成的土壤紧实以及土壤物理性质的改变是影响草坪生长的主要因素[23]。本研究通过对不同配比的沙基坪床的践踏试验表明，践踏处理对不同坪床配比的土壤容重、土壤总孔隙度、土壤紧实度(5和10 cm)和土壤剪切力的影响均达到了极显著水平(P<0.01)，这与Gąb[33]的结果类似。与不践踏相比，践踏处理增加了各坪床配比的土壤容重，降低了土壤总孔隙度，增加了土壤紧实度和土壤剪切力。但是，无论在不践踏还是践踏条件下，根系层坪床河沙中混入一定比例的黄沙与传统的纯河沙坪床比较，土壤容重增加，土壤总孔隙度降低(仍>45%)，土壤紧实度降低，土壤剪切力(根系层10～25 cm深度除外)增加。不同坪床配比比较，践踏对坪床配比S60C40土壤紧实度和土壤剪切力的影响最小。

践踏对坪床物理性质的影响直接改变了草坪草地下部的生长和根系形态。践踏处理增加了土壤容重，降低了土壤总孔隙度，导致根系生长所需的氧气和水分减少[34]，进而影响了根系的正常生长。在多年生植物中，践踏处理与根系生长呈负相关关系，践踏处理降低了草坪草根干重、根长度和根表面积[5]。在本研究中，与不践踏比较，除坪床配比S60C40外，践踏处理降低了其余5个坪床配比草坪草的根状茎干重、根干重、总根长、根表面积、根体积和根平均直径。不同坪床配比比较，践踏处理对S60C40根干重和根形态的影响最小；践踏处理条件下，其余4个坪床配比与对照比较根平均直径降低，总根长和根面积增加，这些指标主要与氮吸收相关[35]。践踏处理抑制了草坪草地下部的生长，而坪床基质中混入一定比例的黄沙改变了坪床的理化性质，进而影响了草坪草的根系形态，根系变细变长，表面积增加以吸收更多营养物质，从而缓解践踏对根系生长的抑制作用。

坪床不同深度理化性质的差异通常会导致草坪草根系分布的空间差异。在本研究中，不同根系层深度土壤紧实度比较：0～5 cm<5～10 cm<10～25 cm。根系的生长要克服坪床基质的机械阻力，随着根系层深度的增加土壤的紧实度逐渐增加，使根不易向深层扩展。因此，在本研究中草坪草根系集中在表层0～5 cm深度(>50%)，产生所谓的“垫层效应”，这与草甸草(约70%)和牧草(可高达80%)的分布规律一致[36-38]。践踏导致的土壤容重的增加通常会降低上层的根重密度和根系生物量[39-41]。本研究结果表明，践踏处理确实降低了不同根系层深度的根重密度和根干重(坪床配比S60C40除外)。但是不同根系层深度比较，践踏对上层土壤紧实度和土壤剪切力的影响大于中层和下层。植物的根系具有很强的穿透能力，这使得根系分布的深度增加，但同时也导致根系空间分布的异质性[42-45]。因此，践踏处理条件下，与不践踏比较，上层根重比例降低，而中层和下层根重比例增加。不同坪床配比，与传统的纯河沙坪床比较，基质中混入一定比例的黄沙降低了各层的土壤紧实度，促进了上层和下层的根系生长；其中，坪床配比S60C40中层和下层根重比例明显高于其他配比。综上，在践踏处理条件下，坪床基质中混入一定比例的黄沙有利于草坪草根系向深层的扩展。

在草坪中，根系的形态和分布通常会影响地上部的生长[46]。践踏一方面会造成草坪地上部的磨损，另一方面践踏导致坪床紧实影响根系的生长和分布也会影响草坪地上部的生长和坪用质量。戴其根等[47]研究了践踏强度对不同坪床结构狗牙根地上部生长和坪用质量的影响，发现中度和重度践踏对草坪会造成较大损伤，草坪的叶片长度和干重急剧下降，盖度和密度严重减少。郭海林等[26]研究了不同践踏程度对狗牙根外部性状和坪用质量的影响，发现践踏降低了草坪草的草层高度、叶宽、地上部密度和坪用质量。本研究结果表明，践踏降低了‘阳江’狗牙根草坪草屑和残茬干重(坪床配比S60C40除外)；践踏虽然降低了‘阳江’狗牙根叶色、均一性和坪用质量，但是增加了地上部密度。前人研究表明，草坪地上部耐磨损程度与地上部密度和残茬干重密切相关[48-49]。Sun等[50]报道了黑麦草(Loliumperenne)随着分蘖数的增加，耐践踏性也增加。不同坪床配比比较发现，践踏处理条件下，与传统的纯河沙坪床比较，基质中混入一定比例的黄沙增加了草坪地上部密度和残茬干重(S0C100除外)；其中，践踏处理条件下，坪床配比S60C40草坪地上部密度和残茬干重明显高于其他配比。综上，坪床基质中混入一定比例的黄沙提高了草坪地上部的耐践踏性(耐磨损性)。

4 结论

践踏处理增加了土壤容重、土壤紧实度和土壤剪切力，降低了土壤总孔隙度；坪床物理性质的变化改变了‘阳江’狗牙根草坪草根系形态，根系变细变长，根表面积增加，促进了根系向深处扩展；根系形态和分布的变化影响了草坪地上部生长和坪用质量，降低了草屑、残茬干重、密度、叶宽、叶色和坪用质量。但是，与传统的纯河沙基质比较，混入一定比例黄沙，降低了土壤紧实度，改变了根系形态，增加了根系表面积，促进了根系向深层的扩展，进而增加了地上部密度和残茬生物量，提高了草皮的耐磨损性，全面提高了运动草坪的耐践踏性。