草坪草生态适应性评价

2013-03-14张彦山何天龙朱正生豆丽萍

草业科学 2013年4期

张彦山，何天龙，朱正生，豆丽萍

(庆阳市农业科学研究院，甘肃庆阳 745000)

草坪草品质的优劣与草坪外观质量、生态质量和使用质量密切相关，国内外学者从不同角度研究了草坪草生态适应性的评价方法和评价指标[1-7]。草坪草品种间的生态适应性水平存在显著差异,采用多个指标进行评价容易造成评价结果的不可控性。同时，在用统计方法研究多变量问题时，变量太多会增加计算量和分析问题的复杂性，人们总希望在进行定量分析的过程中，涉及较少的变量，而得到较多的信息量。主成分分析是采取一种数学降维的方法，找出几个综合变量来代替原来众多的变量，使这些综合变量能尽可能地代表原来变量的信息量，而且彼此之间互不相关。此外，主成分分析不仅能给出各指标所占的比重,还能敏感地反映出数据间的细微差异。目前,该方法已经广泛用于番茄(Solanumlycopersicum)砧木[8]、地被植物[9-10]等含量的生态适应性评价。

草坪草有观赏、环保等多种用途,因而被广泛用于庭园、公园、运动场等。然而，干热、洪涝、践踏等会影响草坪草的正常生长。因此,进行草坪草生态适应性研究，筛选出抗逆性强的品种，对于草坪草的引种具有重要的指导意义。目前，对草坪草的研究主要集中在引种、生态适应性评价[11-13]、草坪建植技术[14]、草坪草抗盐性研究[15-17]等方面，对其生态适应性应用多元统计方法进行综合评价尚未见报道。因此，本研究对9个冷季型草坪草品种的16个生态适应性指标进行多元统计分析，对其生态适应性进行综合评价，筛选出抗逆性强的品种，以期为陇东地区冷季型草坪草的引种决策和科学管理提供参考依据。

1 材料与方法

1.1试验地概况项目实施地位于宁县和盛镇湫包头村，平均海拔1 221.2 m。属大陆性季风湿润半湿润气候，冬冷干燥，夏热丰雨，年降水量480～660 mm，降水多集中在7-9月。年平均气温9.5～10.7 ℃，无霜期140～180 d。年日照时数2 213.4～2 540.4 h，总体呈干旱、温和、光照丰富的特点。试验基地土壤条件良好，适宜发展种植业。土壤有机质含量1.93%,速效磷含量58.3 mg·kg-1,速效钾含量87.3 mg·kg-1,全氮含量0.93%，pH值7.15。

1.2试验材料供试材料为多年生黑麦草(Loliumperenne)的‘顶峰(Pinnacle)’、‘首相(Premier)’、‘爱神特(Accent)’、‘球道(Fairway)’、‘百灵鸟(Lark)’、‘绿宝石(Emerald)’,草地早熟禾(Poapratensis)的‘百胜(Barvictor)’、‘公园(Park)’和高羊茅(Festucaarundinaacea)的‘科纳多(Coalnaduo)’,共计9个品种。种子均由北京克劳沃草业技术开发中心提供,种子纯净度>98%,发芽率均>85%。

1.3试验设计 2010年9月1日采用人工撒播种植,播量20 g·m-2。试验采用随机区组设计,每个品种设4次重复,小区面积为5 m×6 m,区组之间设20 cm隔离带,长边每侧设20 cm隔离带。

种子出苗前，每日浇水保持坪面湿润；出苗后，根据土壤干燥情况适时用喷雾器喷水。春末、秋末两次施肥，其中，春末施肥以氮(尿素15 g·m-2)为主，秋末施磷、钾复合肥(20 g ·m-2)。修剪遵循1/3原则，高羊茅和多年生黑麦草每月修剪2～3次，草地早熟禾每月修剪1～2次。高羊茅和多年生黑麦草留茬高度为4 cm，草地早熟禾春、夏季留茬高度3 cm，夏末为4 cm。夏季是病虫害易发季节，每间隔15 d喷洒杀菌剂(多菌灵、百菌清等)一次。

1.4测定项目与方法

抗热性：草坪叶子受炙热后枯黄叶发生比例。2011年7、8月高温下(35 ℃以上)目测叶片受害程度，以百分比表示。

抗旱性：目测法，2011年5―6月内连续20 d，在无天然降水或人工补水的条件下,以草坪草的成活率表示。

耐寒性：草坪草忍耐极端低温的能力。目测法，2010年12月至2012年4月草坪忍耐低温的程度，以植株越冬的成活率表示。

抗病性：目测打分法，在病害发生较严重的季节(2011年7―8月)观测各供试品种的病害发生情况。无任何病斑，9分；偶有发生(发生面积<10%)，7～8分；发生(发生面积10%～30%)，6～7分；大量发生(发生面积30%～70%)，3～6分；严重发生(发生面积>70%)，0～3分。

出苗期：采用实测法，2010年9月记录草坪草从播种到出苗所需的天数。

草坪草恢复能力：草坪在使用过程中受损坏后，经常规的养护管理，自行恢复到原来状态的能力。2011年9月采用挖块法测定，即在草坪中挖去10 cm×10 cm 的草皮，然后填入壤土，任其四周或两边的草自行生长恢复，记录恢复快慢(周)。

光滑度：草坪的表面特征，2011年9月采用实测法测定，用标准赛球在1 m高度沿45°的测槽下滑，从接触草坪起到滚动停止时的滚动距离来表示。测定中要在正反两个方向各测3次。草坪滚动距离的计算公式为：

DR=2S↑·S↓/(S↑+S↓).

式中,DR为滚动距离,S↑为迎坡滚动距离,S↓为顺坡滚动距离。

回弹性：外力作用消失后草坪恢复原来状态的能力。2011年9月采用实测法测定，每个小区各测3次。将1 kg的金属块放在面积约为50 cm2的木板上，对草坪进行镇压，记录反弹高度和下落高度，计算反弹系数。

反弹系数=(反弹高度/下落高度)×100%。

密度：单位面积上草坪植物个体的数量。实测法，取面积为50～100 cm2的样方。在区域选定后，计算选定区域内的植株数量。每个小区各测3次。

均一性：草坪外观上均匀一致的程度。2011年8月实测每个被测草坪小区内生长势弱的斑块数目。

盖度：一定面积上草坪植物的垂直投影面积与草坪所占土地面积的比例。取1 m×1 m 的样方，将样方分为 100 个格，然后用针刺每一格，统计针触草坪植物的次数，以百分数表示盖度，每个小区重复3次。每一样方于2011年7、8和9月每月测定一次，取其平均值。

质地：草坪草叶的宽窄与触感的量度。用草坪草叶的最宽处的宽度(mm)表示，选叶龄与着生部位相同的叶片，每个小区重复15次。2011年5月测定。

幼苗活力：草坪草幼苗的健壮程度，反映草坪草从出苗到成坪前一段时间的植株生长状况。在草坪播种3～5周后采用九分制方法进行评价，活力最好为9，最差为1,可接受为4.5。每个处理的4个重复独立评分，取其平均分值作为该处理(品种)的最后分值。

绿期：草坪群落中60%的植物返青之日到75%的植物呈现枯黄之日的持续天数(d)。2010年9―10月测定。

成坪性：记录草坪草从出苗到达到90%覆盖度所需的天数。2010年9―10月测定。

颜色：草坪植物反射日光后对人眼的颜色感觉。采用比色卡对比分级。深绿色9分，枯黄0分。2011年7、8和9月每月测定一次，取其平均值。

按照上述测定方法计算各品种生态适应性指标的值(表1)。

各主因子的权重(Ki):

Ki=Ai/∑Ai(i=1，2，…，n)

(1)

式中,Ai为对应品种第i个因子的贡献率。

各因子的隶属函数值U(Xi)[18]:

U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(2)

式中,Xmin为第i个综合指标的最小值;Xmax为第i个综合指标的最大值。

各品种的综合评价值(D)：

D=∑[U(Xi)×Ki]

(3)

1.5数据分析方法采用SPSS 13.0软件进行数据分析。运用的分析方法有主成分分析和聚类分析。其中，聚类分析采用中值方法进行。

2 结果与分析

草坪草的16个生态适应性指标呈现不同的变化(表1)。根据生态适应性指标变化幅度的大小得知,抗热性和耐寒性的敏感性最大,质地和成坪性次之。

2.1各品种的综合评价指标的相关性分析 9个草坪草品种的部分生态适应性指标之间存在显著的相关性(表2)。其中，抗热性、回弹性与质地呈显著负相关，这与实际观察到的结果是一致的。叶宽较大的草坪草生长势强，由于叶表面积大、表面较粗糙，植株旺盛且较高大，所以水分蒸发快，需水量大，抗热性和回弹性也就差。光滑度与盖度呈显著正相关，很显然，盖度越好的草坪光滑度自然也越好。

表1 9个草坪草品种生态适应性指标值Table 1 Ecological adaptability indexes of nine turfgrass cultivars

表3 各主因子的系数及贡献率Table 3 Coefficients and contribution rate of principal factors

2.2主成分分析将草坪草16个生态适应性指标转化为4个主因子，前4个主因子的贡献率分别为27.372%、23.139%、22.310%和19.759%，累积贡献率达92.580%(表3)。理论上，>80%的累积贡献率即认为具有较强的信息代表性。因此，可用4个主因子来代替16个生态适应性指标进行分析。主因子1的主要主成分包括质地、抗热性、抗旱性和幼苗活力，且主因子1对质地、抗旱性和幼苗活力有较大的正载荷，而对抗热性有较大的负载荷；主因子2的主要主成分包括密度、草坪草恢复能力和均一性；主因子3的主要主成分包括抗旱性、出苗期和成坪性；主因子4的主要主成分包括光滑度和盖度。

结合草坪草各生态适应性指标值与其主因子系数,可得到每个品种的主因子得分值(CI)。CI值反映了该品种在这一主因子上质量的好坏。‘科纳多’在主因子1上的表现最好，‘公园’和‘顶峰’在主因子2上的表现最好，‘公园’ 在主因子3上的表现最好，‘顶峰’在主因子4上的表现最好(表4)。

2.3隶属函数分析由主因子贡献率及CI，计算得到各品种的综合评价值(D)，根据D值对各品种进行综合评价。9个草坪草品种的综合评价依次为:‘百胜’>‘顶峰’>‘公园’>‘绿宝石’>‘球道’>‘爱神特’>‘首相’>‘科纳多’>‘百灵鸟’(表5)。

表4 9个草坪草品种的4个主因子得分值Table 4 Principal factor scores of nine turfgrass cultivars

表5 9个草坪草品种的隶属函数值U(X)和权重(IW)Table 5 Subordinate fuuction valuses [U(X)] and weight (IW) of nine turfgrass cultivars

2.4聚类分析在欧式距离平方为18时，将9个草坪草品种分为3类: 表现好、表现一般和表现差。其中，表现好类包括‘公园’、‘百胜’，表现一般类包括‘绿宝石’、‘百灵鸟’、‘首相’、‘爱神特’、‘球道’、‘顶峰’，表现差类包括‘科纳多’(图1)。

图1 9个草坪草品种质量聚类分析图Fig.1 Cluster map of nine turfgrass cultivars

3 讨论

在草坪生态适应性评价中发现草坪可能在某几个指标方面表现较好，而在其它指标方面的表现欠佳，那么这个草坪草品种的生态适应性到底是好是坏?这不能单凭几个分散的指标来评价，而要选择几个能反映草坪本质的指标进行综合评价，才能得出草坪生态适应性的优劣。由于主成分为混合变量且互不相关，所以用主成分值作为评价值，可以比较客观地反映每个品种的综合表现，并且可以根据各自贡献率大小确定其相对重要性。在此基础上，再采用隶属函数法，可以科学地对各品种进行综合评价[19-24]。

本研究通过主成分分析法将与草坪草生态适应性密切相关的16个指标转化为4个主因子，这4个主因子拥有草坪草生态适应性超过92%的原始数据信息量。并运用隶属函数法对各品种进行了综合评价，9个草坪草的综合评价依次为：‘百胜’>‘顶峰’>‘公园’>‘绿宝石’>‘球道’>‘爱神特’>‘首相’>‘科纳多’>‘百灵鸟’。通过聚类分析表明，表现好类包括‘百胜’、‘公园’；表现一般类包括 ‘顶峰’、‘绿宝石’、 ‘球道’、 ‘爱神特’、‘首相’和‘百灵鸟’；表现差类包括‘科纳多’。综合上述多元统计方法，‘百胜’、‘公园’综合表现最好，‘科纳多’表现最差，这与实际表现一致。

草坪草的生态适应性综合评价体系的建立为草坪草引种与生态适应性研究提供了理论支撑。但是，更合理、规范和易应用的生态适应评价指标体系的建立还需进一步的深入研究。

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