三种化学植物生长调节剂对缺水条件下草坪草的影响

刘明洋, 刘小林, 孙晓燕, 田志彬, 朱秀峰

(1.潍坊工程职业学院,山东 青州 262500; 2.潍坊市烟草公司昌乐县公司,山东 昌乐 262400;3.莱芜市烟草公司,山东 济南 271100)

随着我国人居环境的不断改善,作为环境绿化、水土保持、运动场地绿化使用的草坪在日常生活中越来越普及,种植面积也逐年扩大。然而,草坪需水量大一直是大面积种植草坪过程中的一个重要阻碍。近年来,由于许多大城市敲响了水危机的警钟,草坪绿地耗水问题成了人们关注的焦点,有的地方甚至因水而废草。

草坪草以蒸散的形式消耗土壤中的水分[1]。蒸散是包括草坪土壤蒸发散失和植物蒸腾的总耗水量,也简称蒸散量。一般来讲,草坪草需水量是在正常生育状况和最佳水、肥条件下,草坪草整个生育期的蒸散量,也称潜在蒸散量,以毫米(mm)计。不同草坪草的草坪在一定的环境条件下蒸散量有很大差别。草坪的蒸散除了与草坪草品种相关外,还受诸多外部因素的影响,如空气温度、湿度、风速、土壤水分含量、养护管理水平等[2-3]。就草的品种而言,生长期长、叶面积大、生长速度快、根系发达的草坪草需水量就大[3];就生长时间而言,气温高、空气干燥、风速大时,草坪草需水量就大。目前已知草坪草和地被植物中,以高羊茅耗水最多[4],在保持土壤含水量基本饱和的状态下,最热的季节中其日耗水量可高达8～9mm,而在10-11月份,其耗水量则降到了1mm左右。若按300天生长期计算,则一年的需水量约为900mm。其次是草地早熟禾,日均耗水量约2.7mm,年均耗水量可达800mm以上[5]。除此之外,暖地型草坪草和地被植物的耗水量比冷地型草坪草要少,但前者的景观效果和绿色时长明显不如后者。

在实际生产生活中,由于管理水平和各地气候差异,草坪草实际用水量差别较大。管理过程需考虑到其他多种因素,如绿地的用途、所处的地理环境及所选植物材料的自身特点等,因此,草坪草的耗水量从来就不是一个可以固定化的标准数值。在实际管理中可采取多种方法来降低草坪草的整体耗水水平,如适时适量供给水分和养分,适宜的剪草次数和留茬高度,适当的松土更新作业等。这些方法可使草坪草的根系生长发育良好,从而减少用水量[3-5]。

自20世纪六、七十年代起,通过使用化学植物生长调节剂调节草坪草生长以达到减少草坪修剪次数的研究逐渐开始盛行[6-8]。植物生长调节剂在一定程度上可以抑制草坪草的生长速度,经矮壮素等植物生长抑制剂处理过的草坪高度明显低于同时间段未经处理的草坪,可以通过较少次数的修剪管理来达到同样水平的景观草坪维护目的[6-9]。植物生长调节剂矮壮素、抑芽丹、二甲戊灵、氟节胺、仲丁灵,以及部分除草剂氟磺草胺、唑草酮等均有被用于调节草坪生长的研究记录[6,9-11]。

假设在草坪管理过程中施用植物生长调节剂在抑制草坪草生长的同时也可以减少草坪草对水分和养分的需求,在天气干旱条件下有着较低生长速度的草坪草对灌溉的需求也就会随之减少。合理地利用化学药剂对草坪草进行处理,在可接受的范围内降低草坪草的生长活动或者草坪质量则可以达到减少灌溉用水的目的。本研究拟根据部分合作单位在试验室内的试验结果,在潍坊地区进行田间试验以验证此假设:

(1)经植物生长调节剂处理的草坪在干旱条件下的表现。

(2)测试部分“草种+调节剂”组合对潍坊地区草坪生长条件的适应情况。

1 试验设计

1.1 试验地块

试验地块为山东省青州市中国农业科学院烟草研究所青州试验基地,土壤为棕壤,土壤容重约为1.42g/cm3, 肥力中等,pH值7.8,属于北温带亚湿润大陆性季风气候区,年均降水量664mm,蒸发量1535.52mm;年均气温12.7℃,无霜期191.7d,积温4331.7℃。

1.2 试验方法

1.2.1 试验草坪草品种选择

试验组前期对潍坊地区常见的草坪草进行了调查,根据结果初步选定高羊茅、四季青、剪股颖、多年生黑麦草、草地早熟禾五种草坪草为候选草种。2020年12月—2021年3月,经美国俄勒冈州合作单位俄勒冈州立大学草业试验中心在温室条件下对五种候选草种进行耐旱及候选药剂抗性试验。依据试验结果综合考虑,选取早熟禾与高羊茅两个草坪草品种为本次田间试验使用草种(表1)。

表1 试验施用草种及种植密度

1.2.2 试验药剂

选取抑芽丹、矮壮素、氟磺酰草胺等三种药剂作为备选药剂。依据合作单位试验结果,每个备选药剂分别采用高、低二个浓度进行测试。具体试验药剂来源与浓度见表2。

表2 供试处理及及药剂列表

1.2.3 施药方法

将试验药剂充分溶解于适量水中,用新加坡利农(Agrolex sprayer jacto HD400)16升背负式喷雾器对整片草坪进行均匀叶面喷雾。

1.2.4 试验小区设置

在试验地块设置两个试验区,中间以道路及灌溉设施分割,分别种植高羊茅和早熟禾。每试验区各设置试验小区28个,共计56个试验小区。试验区分别以南北行向设置喷管带。每个小区南北长4m,东西宽3m,设计每个处理随机重复4次,小区处理分布见表3。

表3 小区分布及处理排列示意表

1.3 供试草坪种植及管理过程

1.3.1 草坪种植

试验地块原为中国农业科学院烟草研究所烟草育苗地块,自2019年起未曾进行种植。2021年4月3日进行深翻及地块平整处理。深翻深度25cm,翻耕前每平方米施用20%沙+20%泥炭+60%腐熟牛粪混合物1kg,以及28-6-6复合肥100g。深翻后使用手扶式微耕机及农用细齿耙对地块进行碎石、杂草清理,把大土块打碎,用细齿耙刨平,使种植土地达到地平土碎状态。

2021年5月10日使用撒播方式,按照表1中的播种量进行播种。播种前所用种子均用25℃温水浸泡2h。播种时,每小区单独播种,按照播种量分两次进行播种,尽量使种子分布均匀。播完种后立刻覆土,覆土厚度为2～5mm。播种后一周每天使用预先铺设的喷灌系统进行45min喷淋,每次喷淋水量约为25mm。喷淋作业均在傍晚阳光不直射的时间进行。

1.3.2 植后管理及试验开展

草坪定植后即按照试验点当地常规草坪管理模式进行管理,并按照试验进度观察记录相关数据。

1.3.3 施药时间和次数

依据供试药品本身特性以及草坪草生长情况在不同时间进行施药:

(1)矮壮素:矮壮素本身对试验所选择的草坪草品种较为安全,依据其产品特性,在2021年9月15日开始进行第一次施药,并于2022年5月15日,草坪草完全返青且开始正常生长后进行第二次施药。 2022年8月15日,在试验地雨水开始减少前进行第三次施药。

(2)抑芽丹:抑芽丹可抑制植物细胞的快速分裂,对于第一年定植的草坪草来说,过早的施用抑芽丹会在一定程度上限制草坪草的生长。因此,抑芽丹的第一次施用为2021年10月15日,距常规的草坪草进入休眠期约一个月左右,此时施药的目的是一定程度上抑制第二年草坪草返青后的快速生长。2022年5月15日,即草坪草完全返青且开始正常生长后,进行第二次抑芽丹施药。2022年8月15日进行第三次施药以抑制草坪草进入秋季少雨季节之后的生长。

(3)双氟磺酰草胺:双氟磺酰草胺是一种对包括大多数草坪草在内的禾本科作物较为安全的除草剂,当用作禾本科作物中抑制阔叶杂草生长时(30～60g a.i/hm2),对草坪草生长基本没有影响,但当作为生长抑制剂用于抑制草坪草生长时(250g～500g a.i/hm2),其对第一年定植的草坪草有较大的影响。试验组在前期做的用以确定药剂使用剂量安全性的试验中发现,即使较低浓度的双氟磺酰草胺也会对出芽一个月左右的草坪草造成较大影响。因此双氟磺酰草胺的第一次及第二次施用分别为2022年5月15日和2022年8月15日。2023年5月15日,草坪草完全返青且开始正常生长后进行第三次施药。

1.4 调查、记录和测量方法

1.4.1 调查时间

根据供试草坪生长情况及试验点干旱气候出现的时间,分别于2021年10月15日、2022年5月15日、2022年9月15日、2022年10月15日、2023年5月15日以及2023年8月5日进行了六次试验数据采集。

1.4.2 调查内容及调查方法

草坪质量可由代表草坪草生长质量的一些内在特性或外部特征所构成的评价体系来评价衡量[12],目前常见的草坪质量评价方法与体系比较复杂,不同地区,不同种植用户对草坪质量评价的标准和尺度也多种多样,在实际生产过程中仍没有一个统一且公认的草坪质量评价方法。按照草坪建设和使用的目的来分类,常用的草坪评价标准可分为草坪外观质量、使用质量、生态质量和草坪基况质量等[4,6,13,14]。本项研究中草坪的种植目的为潍坊地区园林绿化使用,故选择密度、盖度、均一性、颜色等景观评价指标以及根系干重来组成评价体系。

为客观地评价草坪的质量,特别是草坪的景观质量,依据刘晓静[14]建议,采取草坪综合评价指标等级赋分的方法进行赋分评价。每个景观指标赋分0～5分,赋分方法包括部分指标的量化等级(表4)。

表4 草坪综合评价指标等级赋分标准

(1)密度:在小区内随机选择取样点,在取样地点放置一把20cm长的直尺。沿直尺长边数取每20cm长度草坪草的枝数,然后算出单位长度的枝数。每小区随机取点计数三次(合计60cm)再取其平均值,用株/cm表示,数据记录从表4中查得该密度所对应的分值。

(2)盖度:以种植草坪草所覆盖小区面积的百分比作为评价标准,具体评价方法及得分见表4.

(3)均一性:草坪外观的均一性用主管感受法评价,观察者以主观感受从草坪整体外观的均一、平整程度、草坪密度、质地、颜色差异程度等方面对草坪进行一个综合评价。

(4)颜色: 以健康草坪草在正常灌溉管理条件下的颜色为最高标准,根据目测结果采用5级5分制打分;其中分值越小表示质量越差,赋值方法见表4。

(5)根系干重:在小区内随机选择取样点,在取样地点放置一把20cm长直尺。沿直尺长边挖取每20cm长度的草坪草,剪去地上部分后,用流动水清洗泥沙等物。将洗净的草根装入5cm×10cm小号信封并放置于热风烘箱中,在65℃下干燥72h后取出称重,取平均值并记录。

1.4.3 数据处理

密度、盖度、均一性、颜色和根系干重数据分别使用R软件(版本14. 61)对需进行比较的每两组数据进行t检验。以P≤0.05作为差异显著性的标准。试验数据以相同处理的4个小区平均数表示。

2 试验结果与分析

本试验从2021年5月试验草坪种植开始到2023年8月夏季多雨期结束。其中2021年为本次试验草坪草定植阶段,2021年春季施药前对部分地块进行补种。至2022年夏季,供试草坪基本达到景观要求。由于2021年和2022年试验地点周年降水量基本满足供试草坪日常所需水量。即使自2021年5月18日草坪定植之后没有再次进行灌溉,在试验所进行的两个主要生长季,2021年5—9月以及2022年5—9月,供试草坪均未出现大范围的缺水症状。因此,为能够较清晰地观察到干旱对试验的影响,化学药剂的施用及处理效果的观察主要开展于2021年9—11月、2022年3—5月、2022年9—11月以及2023年4—7月等降水较少的时间段。在此时间段内共进行了四次集中施药及六次数据采集。特别是2022年5月以后由于试验地点比较干旱,所收集的数据更能反映出供试草坪草在干旱条件下对施用药剂的响应情况。

2.1 矮壮素

矮壮素对草坪草的抑制较小,施用相对安全。2021年多雨季节过后即开始施用矮壮素。矮壮素共施用三次(表2),数据收集四次(表5)。相对于高羊茅,矮壮素能够更加明显地提高早熟禾在干旱季节的草坪景观质量。

表5 矮壮素对早熟禾和高羊茅草坪质量指标的影响

(1)早熟禾:矮壮素对早熟禾草坪建植后草坪密度及草坪均一性的影响不大。但由于矮壮素对草坪生长的抑制作用,在第一次观察时(2021年10月5日),较小的草株导致了较差的覆盖面积和盖度。但这种差异在早熟禾经过第二个生长季后被逐渐的缩小。第三次(2022年9月15日)和第四次(2022年10月15日)进行观察时,经矮壮素处理小区的盖度已经与对照组相当。在第三、四次观察时,矮壮素处理过的早熟禾小区得分高于空白对照。矮壮素在降雨较少且气温较低时能在一定程度上减缓草坪褪绿的速度,所以矮壮素处理过的早熟禾小区进入秋季以后草坪颜色优于未处理小区。矮壮素对早熟禾根系生长的影响在第一次观察时较为明显,但对第二年生长的早熟禾影响不大。

(2)高羊茅:矮壮素较为明显地抑制了高羊茅的生长。在进入第二年生长期以后,经矮壮素处理过的高羊茅植株明显小于对照组。因此在草坪密度相似的情况下,矮壮素处理过的小区盖度明显小于对照组。对第二年生长的高羊茅,矮壮素同样抑制了其根系的生长。除此之外,矮壮素对高羊茅的其他指标影响不显著。

2.2 抑芽丹

抑芽丹共施用三次(表2),数据收集四次(表6)。

表6 抑芽丹对早熟禾和高羊茅草坪质量指标的影响

(1)早熟禾:在2021年早熟禾进入休眠期之前,也就是2021年10月15日所施用的抑芽丹对第一次观察(2022年5月15日)时早熟禾的生长没有任何明显的影响。但对成熟的早熟禾根系(第二、三年植株)抑芽丹有明显的促进生长作用。同时,抑芽丹的施用显著地提高了早熟禾进入干旱期后的草坪颜色得分。

(2)高羊茅:与早熟禾类似,抑芽丹的施用显著地促进了第二、三年生高羊茅根系的生长。低浓度的抑芽丹可提高进入干旱期高羊茅小区的颜色指标。高浓度抑芽丹会使高羊茅叶片发生轻微的褪绿现象,因此在高浓度情况下,虽然抑芽丹能在一定程度上减轻高羊茅因秋季干旱而导致的枯黄,但并不能改善高羊茅小区的颜色。

2.3 双氟磺酰草胺

双氟磺酰草胺施用三次(表2),数据收集四次(表7)。

表7 双氟磺酰草胺对早熟禾和高羊茅草坪质量指标的影响

(1)早熟禾:双氟磺酰草胺可以显著地提高早熟禾小区的均一性。其主要原因是双氟磺酰草胺有效地抑制了早熟禾地块中阔叶杂草的生长。双氟磺酰草胺对早熟禾其它指标的影响不明显。

(2)高羊茅:高浓度双氟磺酰草胺对高羊茅的密度、盖度、均一性和颜色均有明显的抑制作用。低浓度的双氟磺酰草胺虽然不影响高羊茅的密度,但由于其对高羊茅生长的抑制作用,经双氟磺酰草胺处理过的高羊茅小区的盖度、均一性和颜色等指标均有不同程度的降低。然而,此影响随着高羊茅植株个体的逐渐增大而减弱,在第三年的试验中,经双氟磺酰草胺处理过的高羊茅小区的盖度、均一性和颜色等指标均与对照处理无显著差距。在整个试验过程中,无论高浓度还是低浓度的双氟磺酰草胺均对高羊茅的根系生长有抑制作用。

3 结论

本次试验过程中,2021—2023年试验季节干旱情况主要出现在2021年9—11月、2022年4—5月、2022年9—11月以及2023年4—7月。其中2021年9—11月为草坪草定植第一年,其对几种化合物处理的响应与2022年的两种二年生草坪草略有不同。除此之外2022年3月份、2022年4月份由于草坪草处于返青生长的关键阶段,试验组对供试草坪进行了几次灌溉作业,同时也在一定程度上缓解了供试草坪的旱情。在试验表现上2022年9月—2023年7月的数据更加接近园林管理中的真实状况。

矮壮素、抑芽丹、双氟磺酰草胺三种药剂在高低浓度时均能抑制两种草坪草地上叶片的生长速度。虽然由于类似研究较多,本次试验中并未对地上叶片的生长情况做专门的记录与研究,但基本可以肯定这三种化学药剂的施用可以在一定程度上减少草坪修剪的次数。在三种供试药剂当中抑芽丹在抑制地上叶片生长的同时还可以促进地下根系的生长。抑芽丹在农业生产中常被用于促进植物贮藏根例如花生、红薯、白术等的生长,但对须根系植物的影响及原理尚不明确。如果抑芽丹可同时促进草坪草须根养分的贮存,则在一定程度上有可能同时提高须根系植物在干旱胁迫下存活的几率。

对草坪草的景观特性部分,试验条件下三种药剂对草坪草密度无明显影响。由于对草坪草地上叶片的抑制生长作用,三种药剂对一年生两种草坪草的盖度均有不同程度的影响。除双氟磺酰草胺可抑制草坪中阔叶杂草生长而提高草坪均一性外,矮壮素和抑芽丹对均一性无明显影响。其中高浓度矮壮素和抑芽丹处理过的小区由于阔叶杂草的存在,均一性略差。高浓度的矮壮素和抑芽丹以及双氟磺酰草胺均对一年生草坪草的颜色有一定影响。这种影响在生长较成熟二、三年生草坪草上逐渐减弱,除高浓度双氟磺酰草胺外,三种化学药剂均未对二、三年生的两种草坪草有较大影响。除此之外,由于抑芽丹在一定程度上延缓了二、三年生早熟禾的褪绿速度从而在一定程度上提高了草坪草进入休眠期之前的颜色水平。除双氟磺酰草胺外,矮壮素和抑芽丹对两种草坪草的安全性尚可,特别是对二、三年生草坪草均无明显药害症状。双氟磺酰草胺对供试草坪草中的高羊茅药害尤其严重,但对接近进入休眠期的早熟禾药害较小。如果是混合草坪,则在药效不明的情况下使用双氟磺酰草胺易对草坪产生危害。

综合本次田间试验结果,三种供试药剂中抑芽丹从效果和安全性方面来说属于最佳选择,矮壮素次之,双氟磺酰草胺则存在产生药害的风险。从抑制干旱情况下草坪观赏形状衰退速度的目的来说,早熟禾对集中供试药剂的响应较高羊茅更加明显。若拟使用化学药剂增加草坪草抗旱性能或是减少灌溉用水量应选择二年生以上草坪以减少可能产生的药害。 推荐山东潍坊地区在每年5月、10月对定植二年以上的草坪择机两次施用1000 ～1500g a.i/hm2浓度的抑芽丹,对生长过于旺盛的草坪可在快速生长季节加施一次。配合早熟禾建坪或者提高混合草坪中早熟禾的比例亦可增加化学节水的效果。