草皮種植土中添加廢棄物補充基質對草坪草根系的影響

白冬梅 多立安 劉特 于光

摘 ? ?要：為解決大田草皮生產方式造成的土壤板結、通氣性差影響草坪草根系發(fā)育等問題，試驗將鋸末、草絮、當年玉米秸稈、腐熟玉米秸稈和污泥營養(yǎng)土分別按10 kg·m-2的量均勻摻入草皮種植土0～15 cm的耕層中，以未添加廢棄物基質作為對照，研究添加廢棄物基質對草坪根系生長發(fā)育的影響。結果表明：各處理草坪草根系生物量和根系總體積均隨著土壤深度增加而減少，且隨著草齡增大而增加（除污泥營養(yǎng)土處理在2015年10月—2016年5月略有降低外）;與對照相比較，添加廢棄物補充基質的處理在各生長期（2015年10月、2016年5月、2016年8月）不同耕層（0～5 cm、5～10 cm）根系生物量和根系體積均增加，其中污泥營養(yǎng)土和腐熟玉米秸稈處理根系總生物量和根系總體積、當年玉米秸稈根系總生物量與2016年8月根系總體積、草絮處理在2016年8月根系總體積均增加顯著（P<0.05）。由此可見，添加廢棄物補充基質對草坪根系發(fā)育有一定的促進作用，本試驗所用5種基質中以污泥營養(yǎng)土綜合效果最好，其次是腐熟玉米秸稈。

關鍵詞：草皮生產;廢棄物基質;草坪草根系

中圖分類號：S688.4; S141.8 ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.10.013

Abstract： In order to solve the problems of soil compaction and poor ventilation caused by the field turf production methods， 5 kinds agriculture waste resources including sawdust， turfgrass clippings， corn straw， decomposed corn straw and sewage sludge were evenly mixed into the 0～15 cm turf planting soil by the amount of 10 kg·m-2 respectively， and no waste matrix was as the control， the effects of adding waste matrix on root growth of lawn were studied. The results showed that the total biomass and root volume of grass roots decreased with increasing soil depth， and increased with grass age increasing except for a slight reduction in sewage sludge treatment between October 2015 and May 2016. Compared to the control， the root biomass and root volume of different soil layers （0～5 cm， 5～10 cm） in each adding waste treatment increased in different growing seasons （October 2015， May 2016， August 2016）， among which the total root biomass and volume of sewage sludge and decomposed corn treatment， the total root biomass and total root volume （August 2016） of corn straw treatment， and the total volume（August 2016） of turfgrass clippings treatment increased significantly（P<0.05）. In this experiment， the treatment of sewage sludge adding had the best effects of the five matrixes， followed by the decomposed corn straw treatment.

Key words： sod production; waste substrate; lawn root system

我國草皮產業(yè)迅速發(fā)展過程中暴露出一些問題：首先，草皮生產企業(yè)多，準入門檻低，市場競爭激烈，生產相關法律法規(guī)及標準不健全，對草皮生產企業(yè)缺乏有效的引導與約束。目前我國草皮生產多數為大田生產，占用大量耕地，對土地資源過度利用現象嚴重，生產商為了提高生產率，大量使用化肥農藥等造成土壤結構惡化，養(yǎng)分不均衡。其次，每收獲一茬草皮，耕層沃土隨草皮一并被帶走（1～2 cm厚），以每年收獲一茬計，5～10年土壤耕層將流失10～15 cm的優(yōu)質土。長期進行草皮生產的耕地不僅會對土地資源造成極大的消耗，也使種植土壤的板結現象越來越嚴重，影響草坪根系生長發(fā)育[1]。

根系是草坪吸收、貯存營養(yǎng)的重要器官，根系發(fā)育的好壞直接影響到整個植株的物質積累。成文競等[2]對高羊茅、多年生黑麥草和草地早熟禾的成熟草坪根系分布特征進行了研究，并對比分析了3種草坪地下生物量;付婷婷等[3]對腐熟稻草基質和土壤基質上種植的高羊茅草的根際微生物群落數量進行對比研究，從微生物數量方面分析腐熟稻草作為草坪基質的優(yōu)越性;王允飛等[4]研究了鋸末等有機基質對番茄根系活力的影響。但將秸稈等廢棄物資源應用到草皮種植土中研究其對草坪根系生長發(fā)育的影響鮮有報道。

本課題通過研究在草皮種植土中添加草絮、污泥營養(yǎng)土、腐熟玉米秸稈、當年玉米秸稈、鋸末等基質對草坪根系生長發(fā)育的影響，對草坪草地下生物量、根系體積等指標進行評價，分析不同處理對草坪根系生長發(fā)育的影響，旨在為鋸末、草絮、污泥營養(yǎng)土和秸稈等廢棄物資源直接應用于草皮建植體系提供理論依據，也為我國草皮產業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展和廢棄物循環(huán)利用提供借鑒和參考。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于天津寧河潘莊農場天津紅港綠茵花草有限公司草坪基地，地處東經117.83°，北緯39.33°。試驗地塊面積1 500 m2，南北長24 m，東西寬63 m，該地塊前茬種植高羊茅草皮。清除地表雜物后將試驗地深翻30 cm，晾曬1個月后破碎土塊并平整。將平整后的土地按照試驗設計進行區(qū)劃分割，將準備好的不同補充基質依照設計用量均勻鋪灑在相應區(qū)劃內，再耕翻充分混勻至0～15 cm土層內，細坪至待播種狀態(tài)。

1.2 供試材料

供試草種為高羊茅（Festuca arundinace）的凌志Ⅱ（Barlexas-Ⅱ），草種純凈度98%，草種發(fā)芽率85%。供試補充基質材料如下：污泥營養(yǎng)土是腐熟污泥，為經條垛式翻堆好氧發(fā)酵處理的污泥產品，其含水量為35%;草絮為草皮生產過程中刈割的高羊茅草絮，經過堆垛自然通風好氧環(huán)境下存放6～8個月的風干草絮，其含水量為15%;鋸末為松木鋸末，含水量為13%，使用前經過篩處理，去除石塊、鐵釘等雜物;腐熟玉米秸稈+玉米穗軸（簡稱腐熟玉米秸稈），是將2013年秋收玉米經脫粒機脫粒后的玉米穗軸、玉米秸稈分別粉碎至3～5 cm粒徑后按照體積比1∶1混合后堆放在潮濕低洼窖池中苫蓋塑料膜，自然腐熟16個月后風干使用，含水量16%;未腐熟玉米秸稈+玉米穗軸（簡稱當年玉米秸稈），是將2014年秋收玉米經脫粒機脫粒后的玉米穗軸、玉米秸稈分別粉碎至3～5 cm粒徑后按體積比1∶1混合后直接使用，含水量14%。

1.3 試驗方法

試驗設6個處理，其中1個處理土壤不摻任何基質作為對照，其他5個處理在種植土壤中摻拌污泥營養(yǎng)土、腐熟玉米秸稈、當年玉米秸稈、草絮、鋸末5種廢棄物補充基質，每個處理均按10 kg·m-2的用量添加基質（對照除外），每個處理設3次重復，共計18個小區(qū);每個小區(qū)（除對照外）的面積均為（寬）12 m×（長）5 m=60 m2，對照的3個小區(qū)面積均為（寬）21 m×（長）9 m=189 m2。

播種日期2015年4月23日，播種量35 g·m-2，播后立即鎮(zhèn)壓、澆水。連續(xù)澆灌直至各處理均出苗，出苗后正常養(yǎng)護管理，草坪成坪前根據天氣情況平均每5～7 d澆1次水，草坪成坪后進行干旱脅迫，延長澆水間隔，判斷是否澆水以干旱不致死為標準。整個生長過程中不施肥、不進行病蟲害防治處理，按照正常養(yǎng)護管理定期修剪。

1.4 樣品采集及指標測定

1.4.1 地下生物量 ? ?根系的發(fā)達程度和空間分布狀況直接反應栽培基質的結構。地下生物量的測定采用適于細根研究的鉆土芯法（Soil coring）。土鉆規(guī)格為直徑3.8 cm，H=25 cm。取樣時間分別在2015年10月、2016年5月、2016年8月，每個處理取3次重復。用土鉆鉆取草皮柱，取出后從上到下（靠近地上部分的一端為上）依次截成0～5 cm、5～10 cm的土柱分別裝入帶標記的自封袋帶回實驗室，分層沖洗。草坪根系沖洗過程：首先去除樣品中的枯葉、石塊等雜物，然后將樣品放入大的燒杯中，并向盛有樣品的燒杯中加入自來水泡2～3 h，然后將燒杯中浸泡好的樣品和水一起倒入直徑為0.5 mm的土篩，用自來水反復沖洗篩中的樣品，直到將粘附在根系的泥土沖洗干凈為止，并用鑷子將混雜在根系中的枯葉、砂粒、碎石等雜物摘出，將洗干凈的根系收集到鋁盒，放入烘箱，溫度控制在80 ℃，連續(xù)烘干24 h，取出后冷卻30 min，用千分之一的電子天平稱重。

1.4.2 根系體積 ? ?根系體積的測定方法采用排水法，取樣時間分別安排在2016年5月和2016年8月。用鐵楸挖取大于10 cm×10 cm×10 cm的樣方，每個處理取3個重復，然后用刀片將多余的部分去除，將處理好的樣方裝入預先準備好的自封袋帶回實驗室。先將每個樣方用水浸泡2 h，沖洗掉根部的泥土，用剪刀將草坪草地上部分與根系分離，將分離出的根系在室溫下自然晾干，達到根系表面無水但不萎縮的狀態(tài)待測，用精度為1 mL的量筒測量，測量時先在量筒中加水并記錄水的體積，記做V（水），然后將處理好的根系全部放入水中，這時的體積記做V（根+水），則根系的體積V（根）= V（根+水）- V（水）。

1.5 數據統計與分析

試驗數據采用SPSS 22軟件進行處理與分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理不同耕層深度內草坪草根系分布狀況

由圖1可知，各個生長期內各處理的草坪草根系在空間上的分布均呈現出根系生物量隨著土壤深度的增加而減少的特點。2015年10月，在0～5 cm和5～10 cm土層深度內草坪根系生物量均表現為污泥營養(yǎng)土處理最高，其次是腐熟玉米秸稈，二者差異不顯著（P>0.05），但均顯著高于對照、鋸末、草絮3個處理（P<0.05），當年玉米秸稈與各處理差異均不顯著（P>0.05）;2016年5月，在0～5 cm和5～10 cm土層深度內草坪根系生物量均表現為污泥營養(yǎng)土、腐熟玉米秸稈和當年玉米秸稈處理顯著高于對照、鋸末、草絮3個處理（P<0.05），與2015年10月結果相比，當年玉米秸稈處理的作用提升，應該是與當年玉米秸稈隨著時間的推移腐熟程度增加有關;2016年8月，在5～10 cm土層深度內差異情況結果同2015年10月，但在0～5 cm的土層深度內草坪根系生物量表現為污泥營養(yǎng)土處理最高，與腐熟玉米秸稈處理差異不顯著（P>0.05），但顯著高于當年玉米秸稈處理（P<0.05），三者均顯著高于對照、鋸末、草絮3個處理（P<0.05）。

2.2 不同處理在不同生長期的草坪草根系總生物量的變化

由圖2可以看出，各處理的草坪草根系總生物量在不同生長期的變化比較明顯，總體趨勢是各處理的根系總生物量均在2016年8月最高，2015年10月最低（除了污泥營養(yǎng)土處理外）;處理間草坪草根系總生物量在污泥營養(yǎng)土、腐熟玉米秸稈、當年玉米秸稈處理各生長期內均顯著高于草絮、鋸末、對照處理（P<0.05）。

2.3 不同處理在不同生長期草坪根系生物量的垂直分布規(guī)律

由圖3可以看出，不同生長期各處理在0～5 cm耕層的根系生物量均占到根系總生物量的73%以上，對照0～5 cm耕層根系生物量在各個生長期均占到82%以上，其中2015年10月占比高達92%;與2015年10月相比較，同一處理在2016年5月和8月5～10 cm耕層根系生物量占比均增加;同一生長期同一處理的0～5 cm與5～10 cm耕層間的根系生物量占比之差在2015年10月表現為當年玉米秸稈<腐熟玉米秸稈<污泥營養(yǎng)土<鋸末<草絮<對照，在2016年5月表現為污泥營養(yǎng)土<當年玉米秸稈<腐熟玉米秸稈<鋸末<草絮<對照，在2016年8月表現為當年玉米秸稈<腐熟玉米秸稈<污泥營養(yǎng)土<草絮<對照<鋸末。

2.4 不同處理不同耕層深度根系體積

根系體積直接反映了植物根系與土壤的接觸面積，接觸面積越大，植物根系吸收養(yǎng)分和水分的能力就越強，但測定根系體積的研究方法應用比較少，因為少量大根系與大量小根系具有相同的體積，本研究采用分層研究的方法，一方面研究用的高羊茅草坪草主根與須根的體量區(qū)別不明顯，5～10 cm的耕層內多以細小須根為主，所以分層研究能更好地反映實際情況。由表1可知，污泥營養(yǎng)土處理每一個耕層深度內的根系體積均顯著高于對照和鋸末在相應生長期相同耕層內的根系體積（P<0.05），其余4個處理與對照組差異均不顯著（P>0.05）。

由圖4可以看出，與根系生物量變化趨勢一致，2016年8月各處理的根系總體積均顯著高于2016年5月;同一生長期內不同處理根系總體積均表現為污泥營養(yǎng)土>腐熟玉米秸稈>當年玉米秸稈>草絮>鋸末>對照，其中2016年5月污泥營養(yǎng)土與其他處理及腐熟玉米秸稈與鋸末和對照差異顯著（P<0.05），2016年8月污泥營養(yǎng)土與其他處理及腐熟玉米秸稈、當年玉米秸稈和草絮與鋸末和對照差異顯著（P<0.05）。

3 結論與討論

根系是草坪吸收、貯存營養(yǎng)物質的重要器官。根系發(fā)育的好壞直接影響到整個草坪植株的物質積累，根系的體積直接反映草坪根系與土壤的接觸面積，接觸面越大，植物根系吸收水分養(yǎng)分的能力就越強[5]。與對照相比，添加污泥營養(yǎng)土、腐熟玉米秸稈、當年玉米秸稈、鋸末、草絮后，在各生長期0～5 cm和5～10 cm的耕層內根系體積及0～10 cm耕層內根系總體積均增加，且污泥營養(yǎng)土處理各耕層根系體積及根系總體積均顯著增加（P<0.05），腐熟玉米秸稈的根系總體積顯著增加（P<0.05），當年玉米秸稈和草絮在2016年8月根系總體積顯著增加（P<0.05）;同一處理在0～10 cm耕層內根系總體積隨草齡增大而增加。草坪草的根系主根少、須根多，在測定時少量的大根系與大量的小根系具有相同的體積，單純測定根系體積來反映根系發(fā)育狀況有一定的局限性，所以本試驗又進一步對根系的生物量進行了分析。分析結果表明，各個生長期內各處理的草坪根系在空間上的分布均呈現出根系生物量隨著土壤深度的增加而出現明顯減少的特點，各處理的草坪的根系生物量73%以上分布在0～5 cm的耕層內，不同生長階段的測試結果均體現這一分布規(guī)律，這與丁莎等[6]的研究結論一致;添加污泥營養(yǎng)土、腐熟玉米秸稈、當年玉米秸稈的處理在各生長期（當年玉米秸稈2015年10月除外）0～5 cm和5～10 cm耕層內的根系生物量及0～10 cm耕層內根系總生物量均顯著高于對照、鋸末和草絮處理（P<0.05），鋸末、草絮也高于對照但差異均不顯著（P>0.05）;同一處理的在0～10 cm耕層內根系總生物量隨草齡增大而增加，這與韓朝和常智慧[7]研究的污泥營養(yǎng)土對綠地植物的影響一文結論相似。影響草坪根系分布的因素主要包括土壤通氣性、水分、養(yǎng)分、溫度等，試驗中各處理管理水平相同，即各處理在具有相同的水分和溫度條件下造成上述差異的主要影響因素是土壤的通氣性和養(yǎng)分供應。根系生物量增大說明土壤養(yǎng)分相對較高，同時根系生物量增大則根系吸收養(yǎng)分的能力會隨根表面積的增加而增加，進而促進了根系向更深的耕層內發(fā)育[8-23]。

綜上所述，各項指標的變化表明在草坪基質中添加鋸末、草絮、腐熟玉米秸稈、當年玉米秸稈和污泥營養(yǎng)土后，能促進草坪的根系向更深層次發(fā)展，增加根系與土壤接觸面積，增強根系吸收水分養(yǎng)分的能力。不同基質因其自身特性不同對草坪草根系生長發(fā)育的影響存在差異，本文所選用的5種基質中以污泥營養(yǎng)土的綜合效果最好，其次是腐熟玉米秸稈。

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