践踏对2种草坪草土壤物理性质与根系的影响_薛建.pdf

第 卷第期 草地学报 年 月 ：践踏对种草坪草土壤物理性质与根系的影响薛建，邢强，成文竞（上海国际主题乐园有限公司，上海 ；上海辰山植物园，上海 ；上海农林职业技术学院，上海 ）摘要：以长三角地区常用的结缕草（兰引号）和杂交狗牙根（）为试验材料，基于公园不同客流量下的草坪土壤紧实度设置不同践踏强度，探索不同草坪草应对大客流的耐践踏特性及制定恢复措施的优先衡量指标。随践踏强度增加，种草坪的表层土壤容重增加，孔隙度、通气度和持水量下降。其次，践踏显著降低了狗牙根的根生物量，重度践踏显著降低了其地上生物量，而结缕草表现出更强的应对各强度践踏胁迫时的能力，其地上生物量和根系构型特征分别在轻度和中度践踏时达到最大值。最后，草坪草的根长与地上生物量、根生物量、根体积、根投影面积均呈显著正相关，根体积与其余个根系构型特征均呈显著正相关；进一步通过主成分分析发现，根体积、根投影面积和根长的重要值排在前位，在草坪耐践踏评估及制定恢复措施时需加以考虑。关键词：游憩草坪；践踏强度；根系特征；土壤物理性状；生物量分配；主成分分析中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，；，）：，（）（），：；收稿日期：；修回日期：基金项目：上海农林职业技术学院中青年领军人才培养计划项目（）；上海市科委科技创新行动计划（）资助作者简介：薛建（），男，陕西咸阳人，工程师，主要从事开放式草坪管养研究，：；通信作者 ，：第期薛建等：践踏对种草坪草土壤物理性质与根系的影响草坪作为城市绿地的重要组成元素，发挥着缓解热岛效应、美化环境、提供居民游憩活动等生态服务功能，尤其在疫情期间，开放的草坪成为保障市民公共健康的重要载体。在城市如何构建面向公众开放的耐践踏草坪，一直是大众和城市管理者共同关注的社会热点问题。然而，围绕耐践踏草坪的研究，存在着三个方面的特点。其一，在研究对象方面，有关提高足球场等运动场草坪耐践踏性的研究较丰富，不仅有草种对比研究，还有坪床基质配比研究和人造天然混合草坪等研究，但是，针对与人们生活密切相关的公园绿地的耐践踏草坪的研究偏少，而公园绿地不同于运动场草坪，二者在践踏强度、养护成本等方面存在着较大的差异。其二，在试验处理方面，不同学者对于践踏强度的设置有所不同。有学者仅仅比较草坪践踏与对照的各指标的差异；有学者仅设置了中度和重度践踏处理，发现二者 均显著 降低 了草 坪 质量 及 地上生 物量，；有学者发现轻度践踏降低了草坪质量 和地上生物量，只是降低幅度低于中度和重度践踏；奇凤等 则发现轻度践踏未显著影响草地早熟禾（）或高羊茅（）的草坪质量和地上生物量；而有学者则发现不同草种在轻度践踏下的表现存在差异，轻度践踏提升了结缕草属（）植物的地上生物量，却降低了狗牙根属（）和雀稗属（）植物的地上生物量 。其三，在践踏实施方面，不同学者对于各级践踏强度的具体实施存在着明显差异。有的是试验期内践踏天数不同，但每次的践踏时间相同，；有的则是试验期内践踏次数相同，每次的践踏时间不同，；多数研究未综合考虑到草坪不同月份和不同区域客流量的差异，需要使研究结果更为客观地反映出不同客流量后草坪质量和生长情况。草坪作为草坪植物群落及支撑群落的表层土壤混合体，代表了一个较高水平的生态有机群落。践踏可通过改变草坪植物本身的生存适应性和土壤理化性质而改变群落特征，对植物而言可改变其生活型，如原根茎型向密丛型植物变化 ；对土壤，践踏可改变土壤物理性质，直观反映在土壤紧实度指标上 。植物地上、地下部分组织与土壤之间存在动态互作现象，外界环境如践踏会干扰根土比例，强度增加会加剧根系构型表现，。目前，草坪践踏研究的指标多为草坪质量和地上生物量等，对根系构型指标的研究明显偏少。而植物的根系构型特征对于其在受到胁迫时的抗性以及后期恢复起着至关重要的作用，比如总根长影响着根系对水肥的吸收范围，根投影面积与根系吸收水肥的强度有关，根体积则间接影响着根系对土壤的加固效果，进而影响草坪坪床的稳定性。然而，根系构型特征之间，以及其与地上、地下生物量的相关性究竟如何，则有待进一步探究。为了解决应对大客流的草坪受践踏后定量分析和指标评估问题，本文基于上海国际旅游度假区、上海辰山植物园等热门游园不同客流量下的草坪土壤紧实度的多点调查，作为不同践踏强度的设计依据，同时考虑旺季和淡季的践踏频率差异，探究轻度、中度和重度践踏强度对长三角地区主栽暖季型草坪的土壤物理性质、生物量以及根系立体空间构型的影响，以期为不同客流量下的草种选择以及公园游憩草坪的客流量控制提供参考依据，同时通过变异率、相关性和主成分分析等，探索草坪耐践踏特性及制定恢复措施的优先衡量指标。材料与方法 试验地概况试验地位于上海农林职业技术学院实训基地草圃，地处 ，属北亚热带季风区，四季分明。年均气温 ，年均日照时数 ，年均降水量 。将试验地土壤进行改良，由原土、黄沙、草炭按照 比例充分混和，改良深度 。草炭的有机质含量为 ，电导率 ，值为 ，阳离子交换量为 。黄沙主要为 粒径的中粗砂。试验材料试验 草 种 为 长 三 角 地 区 常 用 的 日 本 结 缕 草（兰引号）和杂交狗牙根（）。年月 日，采用播茎法建坪，种草坪的茎条数量一致，成坪后的管理措施和强度一致。试验设计采用裂区试验设计，主处理为草种，副处理为践踏强度，有对照（不践踏）、轻度、中度和重度个水平，重复次，小区面积为，共计个主区，个小区，各小区间隔 。践踏处理前，采用 土壤紧实度仪，测定深度为，实测不同日常游客量所形成的草地学报第 卷裸地斑秃、及 草坪盖度区域的多点土壤紧实度 阈 值，分 别 为（）、（）及（），将其分别对应于重度、中度和轻度践踏强度。采用机器模拟践踏法，践踏机器为本田 震动平板夯，根据全年淡旺季客流情况，于 年 月进行渐进式机器集中践踏处理，客流高峰期每月次模拟践踏，淡季每月次践踏，每次即踩即测紧实度，达到各小区对应的土壤紧实度阈值后，即停止践踏。测定指标及方法在 年 月下旬，对土壤和植物进行取样。表层 土壤的容重、孔隙度、持水量等指标采用环刀法。用直径 的土钻采集 深根样，每小区随机取样处；将样品分截为茎叶和根系部分，将根系清洗干净，逐株采用根系扫描仪（）完成根系扫描，用根系分析系统（加拿大 ）对根长、根投影面积、根直径和根体积等根系参数进行分析。所有根系及地上部在 下杀青 ，于 下烘干至恒重。数据处理用 完成数据处理，图、表中的各数据为平均值标准误（）。用 对各指标进行方差分析（法多重比较）、相关性分析（法）和主成分分析。采用变异率（标准差与平均值的比值）来描述不同践踏强度下同种草坪草生物量和根系构型的变化，变异率越大说明该草坪草在不同践踏强度下的参数差异越大，受践踏强度影响越显著。对种草坪草的根生物量等个功能性状进行主成分分析，提取特征值大于的主成分，并且使主成分的方差累积贡献率大于 。取各主成分的方差贡献率为权重，将各功能性状在各主成分上的得分加权后得到综合得分，综合得分越高，则表示功能性状在评估草坪草耐践踏性上的重要性越高。结果与分析 不同践踏强度下种草坪的土壤物理性质变化随着践踏强度加强，种草坪均表现出土壤容重呈增加、孔隙度指标降低、通气度降低、持水量下降的趋势，只是在变化幅度和显著性上有所不同，见表。轻度、中度和重度践踏分别导致结缕草草坪的容重显著提升了 ，和 ，造成总孔隙度分别显著下降了 ，和 ，田间持水量显著下降了 ，和 ；然而，非毛管孔隙度和通气度仅在中度和重度践踏与对照差异显著，而毛管孔隙度仅在重度践踏时显著低于对照。对于狗牙根草坪，容重和田间持水量仅在重度践踏与对照差异显著，轻度践踏未对土壤物理性质造成显著影响，中度和重度践踏分别导致总孔隙度显著下降了 和 ，通 气 度 显 著 下 降 了 和 ，与结缕草草坪一样，通气度均下降到 以下。无践踏胁迫时，种草的根层土壤物理性质的各指标均无显著差异。结缕草在各践踏强度下的根层土壤容重均高于狗牙根，但仅在轻度践踏时存在显著差异。在轻度和重度践踏时，结缕草的根层土壤田间持水量显著低于狗牙根，其毛管孔隙度也在重度践踏时比狗牙根的低 （）。在其余根层土壤物理性质指标中，未发现种草坪草的显著差异。表不同践踏处理下种草坪草的根层土壤物理性质 处理 （）容重 总孔隙度 毛管孔隙度 非毛管孔隙度 通气度 田间持水量 结缕草 轻度 中度 重度 杂交狗牙根 .轻度 中度 重度 注：同一草种下的不同践踏处理的数据旁注不同小写字母为差异显著（），同一践踏强度下的不同草种的数据旁标注或 分别为差异显著（）或极显著（），下同 ：，；不同践踏强度下种草坪草的生物量分配及根系构型特征 生物量分配结缕草和狗牙根对践踏胁迫的响应存在明显差异，见图。践踏未降低结缕草的地上生物量，相反，轻度践踏还使其地上生物量提高了 （），且与狗牙根存在显著差异；而狗牙第期薛建等：践踏对种草坪草土壤物理性质与根系的影响根在重度践踏胁迫下，其地上生物量下降了 （）。践踏也未显著降低结缕草的根生物量，且其根生物量在中等践踏强度时达到最大值，显著高于重度践踏；然而，所有践踏胁迫均显著降低了狗牙根的根生物量，导致其根生物量在轻度和中度践踏胁迫下分别比结缕草低 和 （）。结缕草和狗牙根的根冠比分别在轻度和中度践踏时最低，且显著低于对照。种植物的根冠比变化规律与不同草坪草对践踏强度的适应性变化相关，需从地下根系再生恢复的构型指标深化探究。图种草坪草的地上生物量、根生物量、根冠比随践踏强度的变化 ，注：同一草种下的不同践踏处理的数据旁注不同小写字母为差异显著（），同一践踏强度下的不同草种的数据旁标注或 分别为差异显著（）或极显著（），下同 ：，根系构型特征践踏除对草坪地上茎叶造成直接磨损外，还间接对根系的立体构型产生重要影响，见图。不同于根生物量，种草的各根系构型指标在各践踏胁迫下都未表现出显著下降的规律。结缕草的根长、根投影面积和根体积在中度践踏时达到最高值（），分别比对照高 ，和 ，分别比中度践踏时的狗牙根高 （），（）和 （），而无践踏胁迫时，种草的根长、根投影面积和根体积均无显著差异，轻度践踏时，结缕草的根体积还显著低于狗牙根。不同于其它个指标，种草的根平均直径在重度践踏时均显著高于对照和轻度践踏，狗牙根的根平均直径在各处理均显著高于结缕草，且在对照（）、轻度（）和重度践踏（）时有显著差异。草坪草根系构型与生物量的变异特征、相互关系和主成分分析 根系构型特征和生物量的变异率各指标变异率反映种草坪草对践踏的响应大小和适应能力，结缕草和狗牙根的根系构型和生物量性状表现出不同的变化特征。从表可见，结缕草根系构型相关指标的变异率相对更大，排在前位的依次是根体 积、根 投 影 面 积 和 根 长，分 别 达 到 ，和 ，其最大值分别是最小值的，和 倍；而对于狗牙根来说，则是生物量相关指标的变异率更大，排在前位的依次是根冠比、根生物量、地上生物量，分别达到 ，和 ，其 最 大 值 分 别 是 最 小 值 的，和 倍。根系构型特征与生物量的相关分析相关分析结果（表）表明，草坪草地上生物量和根生物量均与根长呈显著正相关，与其它根系构型特征的相关性均不显著，可见根长是影响践踏后草坪草生长的重要指标。地上生物量与根生物量呈极显著正相关，根系对草坪草发生践踏后的生长起着重要作用。根冠比为根生物量与地上生物量的比值，与根生物量呈极显著正相关，但与地上生物量和所有根系构型特征相关性不显著。在个根系构型特征之间，根体积与根长（）、根投影面积（）和根平均直径（）均为正相关关系，根长与根投影面积呈显著正相关。草地学报第 卷图种草坪草的根系长度、根直径、根投影面积、根体积随践踏强度的变化 ，表种草坪植物数量性状的变异特征 物种 数量特征 最小值 最大值 平均值 标准差 变异率 结缕草 .杂交狗牙根 .注：为地上生物量，为根生物量，为根冠比，为根长，为根投影面积，为根平均直径，为根体积，下同 ：，；第期薛建等：践踏对种草坪草土壤物理性质与根系的影响表种草坪草主要指标的相关性 注：表示在 水平（双尾检验）显著相关，表示在 水平（双尾检验）显著相关 ：（），（）根系构型特征与生物量的主成