土壤改良物质对沙基质草坪养分流失和匍匐剪股颖生长的影响

王明兆 陈旭兵 粱 晶 王兆龙 沈国清*

（1.江苏省江阴市农业技术推广中心，江阴 214431；2.上海交通大学农业与生物学院，上海 200240；3.上海市园林科学规划研究院，上海 200232）

沙基质的耐踩踏草坪对水分和营养的吸持能力较弱，研究探讨了在沙基质中添加不同土壤改良剂对草坪养分流失的控制效果及其对草坪生长的影响。结果表明，在沙基质中添加5种土壤改良物质均能显著削减草坪的总氮、硝态氮和钾的流失，提升草坪对营养元素的吸持能力，并促进匍匐剪股颖的生长。不同土壤改良物质之间存在显著差异，添加珍珠岩和草炭的处理对氮和钾的吸持与养分流失的控制方面效果最好，添加煅烧粘土和草炭的处理则对匍匐剪股颖生长的促进效果最好。珍珠岩和煅烧粘土的合适配比有望取代资源逐渐枯竭的草炭应用于沙基质草坪的性能改良中。

土壤改良物质；匍匐剪股颖；养分流失；营养吸持；草坪生长

绿化植物是城市生态环境改良和碳中和的重要调控手段之一[1]，草坪绿化不仅能够改善人居环境，还能够为居民的休闲和运动提供绿色健康的活动场地[2]。人们在草坪上的活动会造成土壤板结[3]，降低土壤的空气孔隙度和土壤中氧气的含量[4]，从而抑制草坪根系生长，导致草坪退化[5]。因此，运动草坪一般采用沙基质作为草坪的根际层土壤来抵抗土壤的板结现象[6]，然而，沙基质对水分和养分的吸持能力很弱，草坪施肥后的营养成分很容易随着灌溉和雨水流失，这不仅降低了草坪的肥料利用效率，而且很容易造成面源污染问题[7]。

土壤改良剂常用于改善土壤对水分和养分的吸持能力[8]，草炭已普遍应用于沙基质运动草坪的土壤改良上[9]，但中国的草炭资源已日益枯竭，亟需找到改良效果好、且来源丰富的替代土壤改良剂。因此，本研究测试了稻壳生物炭粒、硅藻土、煅烧粘土和膨胀珍珠岩等多种土壤改良物质，旨在找出既能改善草坪植物生长状况，又能控制养分流失的最佳土壤改良物质，应用于开放式运动场草坪的建造中，同时提升中国草坪的运动与生态功能。

1 材料与方法

1.1 供试材料与试验设置

选取5种土壤改良物质作为试验材料，分别为：草炭、硅藻土、煅烧粘土、珍珠岩、稻壳生物炭粒。供试沙样的粒径分布都符合USGA果岭推荐用沙标准[10]。

试验为完全随机区组设计，设6个处理，包括上述5种不同土壤改良物质的处理（在沙基质中添加10%[v/v]土壤改良物质，混匀）和100%沙基质对照，每个处理设4次重复。草坪栽培于直径为15 cm、深度为40 cm的PVC容器中，底部用4层尼龙纱网封固，以防沙质土壤流失，栽培容器放置在托盘中，收集淋溶液。供试草坪为匍匐剪股颖（Agrostis stolonifera），品种选用国内最常用的Penn A-4，种子播种，6 g/m2。试验在人工气候室中进行，用减半的霍格兰氏营养液补充草坪生长所需的养分。

待草坪完全成坪后，将其修剪高度设定为5 mm。试验开始前用去离子水对供试草坪进行洗脱4次，每次2 L水，使草坪栽培基质所吸附的养分水平处在相同的水平上，收集草坪栽培柱底部渗出的洗脱液，合并混匀后，取出200 mL用棕色瓶保存，用取土器取试验前的土壤样品，测定土壤的基础数据。在洗脱3 d后，每个草坪栽培柱施入150 mL的Hoagland营养液（N施入量为2.39 g/m2，K施入量为2.66 g/m2），栽培2 d后，模拟降雨对每个草坪栽培柱进行淋洗，每次淋洗用水1 L，间隔3 h重复淋洗，共淋洗4次（合计用水4 L）。收集草坪栽培柱底部的渗出液，混匀保存。淋洗完成之后，取土样，测定淋洗后土壤基质的营养元素保有量。之后草坪不再施肥，按照正常养护管理进行，取样观测不同土壤改良物质对匍匐剪股颖草坪生长的影响。

1.2 测定指标与方法

1.2.1 硝态氮、铵态氮、全氮含量的测定

取5 g过0.25 mm孔径筛的风干土壤样品（以下简称土样），加入20 mL浓度为2 mol/L的KCl提取液，震荡提取24 h，离心后经滤纸过滤，取滤液测定土壤中的硝态氮、铵态氮、全氮含量。淋洗液不需提取，可直接测定。硝态氮、铵态氮、全氮的含量采用Smartchem全自动间断分析仪来测定。

1.2.2 钾含量的测定

取5 g土样，加入50 mL浓度为1 mol/L的醋酸铵提取液，震荡提取24 h，离心后经滤纸过滤，取滤液测定钾的含量。淋洗液不经提取，过滤后直接测定。钾的含量采用火焰分光光度计测定。

1.2.3 植株中氮和钾含量的测定

淋洗处理后，每个草坪栽培柱取10 g新鲜植株（包括地上茎叶和地下根系），烘干（80℃）至衡重后粉碎，过0.25 mm孔径筛后，称取0.3 g植物干粉放入消煮管中，加入5 mL浓硫酸，然后在通风橱中逐步加热到300℃，当溶液呈棕黑色时取下，稍冷后加入10滴30% H2O2，再继续消煮10 min，重复上述操作，消煮至溶液无色透明后，加入30 mL蒸馏水，再加热10 min，去除剩余的H2O2，冷却后定容到100 mL，过滤后采用凯氏定氮仪测定植株全氮含量，采用火焰分光光度计测定植物的钾含量。

1.2.4 草坪生长指标的测定

（1）草坪垂直生长速度。每周对草坪修剪一次，草坪修剪高度设定为5 mm，将修剪的草屑收集起来，在80℃下进行烘干24 h，称取干重，作为草坪的垂直生长速度指标。

（2）草坪叶片叶绿素含量。取0.1 g叶片，放入15 ml的离心管中，加入10 ml二甲亚砜，置于黑暗处提取3 d，每天振荡一次。叶绿素提取液稀释后，用分光光度计测定其在663 nm和645 nm下的吸光值。用公式（1）计算叶绿素的含量。

（3）草坪生物量。在草坪生长5周后，截取直径2 cm的圆环土柱中的草坪，仔细分开草坪的地上部分茎叶和地下部分根系，烘干至衡重，测定其地上部茎叶和地下部根系的生物量。

2 结果与分析

2.1 不同土壤改良物质对草坪氮营养流失的影响

在沙基质中添加5种土壤改良物质后，匍匐剪股颖草坪的氮营养流失显著减少，总氮的流失率从对照的38.4%下降到了21.4%～25.1%，硝态氮的流失率从对照的30.8%下降到了18.4%～20.6%（图1）。不同土壤改良物质对氮营养流失的削减效果存在显著的差异，珍珠岩和草炭处理对硝态氮和铵态氮流失的削减效果均显著好于煅烧粘土和硅藻土处理。

图1 添加不同土壤改良物质对匍匐剪股颖草坪氮素流失的削减效果Fig. 1 Effect of different soil amendments on nitrogen loss in Agrostis stolonifera turf

添加土壤改良物质后，匍匐剪股颖草坪对氮营养的吸附能力得到了显著的提升，总氮的吸附率从对照的50.1%提升到了57.5%～69.3%，硝态氮的吸附率从对照的34.8%提升到了40.9%～49.8%（图2）。不同土壤改良物质对氮营养的吸附效果存在显著的差异，珍珠岩和草炭处理对硝态氮和总氮的吸附效果均显著高于煅烧粘土和硅藻土处理。

图2 添加不同土壤改良物质对草坪土壤氮吸附的影响Fig. 2 Effect of different soil amendments on turfgrass nitrogen retention

2.2 不同土壤改良物质对草坪钾吸附和流失的影响

添加土壤改良物质后，匍匐剪股颖草坪对钾营养的吸附能力也得到了显著的提升，钾的吸附率从对照的44.0%提升到了57.8%～62.4%，钾的流失率从对照的44.8%削减到了24.3%～29.2%（图3）。不同土壤改良物质对钾营养的吸附和流失效果存在显著的差异，珍珠岩和草炭处理对钾营养的吸附效果均显著高于煅烧粘土和硅藻土处理，草炭处理的钾流失也显著低于硅藻土处理。

图3 添加不同土壤改良物质对匍匐剪股颖草坪钾吸附和流失的影响Fig. 3 Effect of different soil amendments on potassium retention and loss in Agrostis stolonifera

2.3 不同土壤改良物质对匍匐剪股颖草坪生长的影响

由于供试草坪在施一次营养液后不再施肥，因此其垂直生长速率在施营养液后的第一周最高，之后呈逐渐下降的趋势。添加土壤改良物质处理显著促进了匍匐剪股颖草坪的生长。与沙基质的对照相比，添加的5种土壤改良物质处理的匍匐剪股颖垂直生长量均有显著提高（图4）。不同土壤改良物质处理对草坪生长的促进上存在显著的差异，添加煅烧粘土的处理在第一周的垂直生长速度最高，而添加草炭的处理很快赶了上来，第二周和第三周的垂直生长速度已反超了添加煅烧粘土的处理，表现出更足的后劲，添加珍珠岩和硅藻土处理对草坪垂直生长的促进作用相对较小。

图4 添加不同土壤改良物质对匍匐剪股颖生长速度的影响Fig. 4 Effect of different soil amendments on growth rate ofAgrostis stolonifera

与沙基质的对照相比，添加5种土壤改良物质的处理均显著提高了匍匐剪股颖叶片中的叶绿素含量（图5）。不同土壤改良物质对匍匐剪股颖叶绿素含量的提升效应上存在显著的差异，添加煅烧粘土和草炭处理的草坪叶绿素含量相对较高，而珍珠岩和硅藻土处理的草坪叶绿素含量则相对较低。

图5 添加不同土壤改良物质对匍匐剪股颖叶绿素含量的影响Fig.5 Effect of different soil amendments on leaf chlorophyll content of Agrostis stolonifera

与沙基质的对照相比，所有添加土壤改良物质处理均显著提高了匍匐剪股颖草坪的总生长量和根系生物量（图6），但地上部分茎叶的生物量变化不明显，这可能与草坪每周的修剪有关。不同土壤改良物质处理对草坪生物量的提升也存在显著的差异，添加草炭和煅烧粘土处理的总生物量和根系生物量均显著高于添加珍珠岩、稻壳碳粒和硅藻土的处理。

图6 添加不同土壤改良物质对匍匐剪股颖生物量的影响Fig. 6 Effect of different soil amendments on biomass of Agrostis stolonifera

3 讨论与结论

草坪是园林绿化的重要组成部分，与其他绿化植物不同，草坪绿地还需要承担城镇居民对绿色休闲运动的需求，运动草坪要承受大强度的运动踩踏，开放式园林草坪也会承受一定强度的休闲踩踏[11]。土壤板结是踩踏胁迫下草坪退化的主要原因[12]，因此，草坪一般采用沙基质来提升其抗板结和耐踩踏能力[13-14]。然而，沙基质草坪对水分和营养元素的吸持能力较弱，需要频繁的灌溉和施肥来维持草坪正常生长所需[15-16]。频繁的灌溉和施肥不仅增加草坪的养护成本，而且还会引起因营养元素流失所造成的面源污染问题[17]，也与环保节约型的生态城市建设目标相悖，同时也减弱了草坪绿化碳汇在城市碳中和中的贡献度[18]。草炭是最常用的运动草坪沙质土壤的改良物质，在沙基质中添加草炭能够显著提高草坪根际土壤的持水和对营养元素的吸附能力，但添加草炭也会给运动草坪带来负面的影响[19]，陈旭兵等[20]发现添加草炭会显著降低沙基质草坪的饱和渗水率，容易造成草坪积水、运动质量下降、病害易发等一系列的负面影响，因此需要寻找能够替代草炭的更适合的土壤改良物质。

研究发现，所有测试的土壤改良物质均显著提升了对营养元素的吸附能力，降低了营养的流失率，促进了匍匐剪股颖的生长。草炭作为传统的沙基质草坪土壤改良剂，在营养元素吸附和促进草坪植物生长方面表现稳定。值得关注的是，添加珍珠岩的处理对硝态氮的吸附率显著高于草炭，且铵态氮的流失率显著低于草炭，表现出很好的营养吸持与面源污染控制能力。添加煅烧粘土处理对匍匐剪股颖草坪的生长促进效果与草炭相似，在第一周的垂直生长速度甚至超过了添加草炭的处理，表现出了很好的促进草坪生长的能力。珍珠岩和煅烧粘土是无机的土壤改良物质，在沙基质中添加珍珠岩和煅烧粘土可以避免添加草炭给运动草坪带来的负面影响，有利于草坪运动寿命的延长。本研究的结果表明，珍珠岩和煅烧粘土可以替代草炭作为沙基质运动草坪的坪床土壤改良物质。另外，后续的研究还可以结合珍珠岩和煅烧粘土的优点，来确定其更合适的添加比例或复合配比，找出在提升营养元素吸持能力和促进草坪生长方面更优化的沙质草坪土壤改良配方。