不同隔离层对青绿苔草无土草皮质量的影响

2023-01-03武菊英滕文军岳跃森温海峰范希峰

草地学报 2022年12期

刘炀，王晔，李慧，武菊英，滕文军，滕珂，岳跃森，张辉，温海峰，范希峰*

(1. 北京市农林科学院草业花卉与景观生态研究所，北京 100097； 2. 北京农学院植物科学技术学院，北京 102206)

随着我国社会经济发展，人民生活水平的不断提高，草坪因其自身的多功能性和显著的生态、环境效益成为我们城市建设中不可替代的一环。青绿苔草(Carexbreviculmis)是莎草科(Cyperaceae)苔草属(CarexLinn)多年生乡土草坪草，草丛优雅柔美，常年保持在20 cm～25 cm的自然高度[1]，具有耐寒[2,3]、耐旱[4,5]、耐热、耐贫瘠、抗病虫能力强等特点。目前青绿苔草建植主要通过直播、混播[6]、容器苗[7]等方式，均存在发芽慢[8]、幼苗生长缓慢[9]、成坪慢等问题，限制了其大范围推广应用，如果采用无土草皮的生产方式可有效解决以上问题。

传统的草皮生产是在耕作土地上生产，需占用大量土地资源，每生产一批会带走2 cm～3 cm的表层土壤，对环境造成一定破坏[10]。无土草皮的生产基质主要采用秸秆、木屑、畜禽粪便等[11]工农业废弃物，不使用原土壤，不会破坏土壤表层结构，具有品质高、质量轻、用途广、可持续性发展[12]等多个优点，是未来草皮生产的趋势。

无土草皮生产时需要在地面与基质之前铺设一层隔离层，以防止起卷困难。使用无纺布、塑料地膜、红砖等[13,14]，能有效防止草坪根系下扎，促进根系横向生长。不同的植物具有不同的生长发育特性，所适宜的隔离层各异。宋华伟[14]研究了4种隔离层(遮阳网、无纺布、地膜、砖块)对‘兰引3号’结缕草(Zoysiajaponica‘Lanyin No.Ⅲ’)草皮质量的影响，认为遮阳网作隔离层效果最好；贾儒康[12]采用无纺布、塑料薄膜、聚丙烯编织物作为隔离层生产无土草皮，表明高羊茅(Festucaelata)、黑麦草(Loliumperenne)、早熟禾(Poaannua)混播草皮的适宜隔离层为聚丙烯编织物；在高羊茅单播的无土草皮生产试验中，何雨昭[15]与张建[16]均采用了无纺布作为隔离层。选择适宜的隔离层是生产无土草皮的基础，本试验拟通过研究7种隔离层材料对青绿苔草无土草皮质量的影响，旨在筛选出适合青绿苔草无土草皮生产的隔离层材料，为苔草无土草皮生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种为‘四季’青绿苔草(Carexbreviculmis‘Siji’)，种子千粒重0.64 g，发芽率82%，于2021年采集于北京市昌平区小汤山镇北京市农林科学院试验基地。

供试隔离层材料为：200目尼龙网(T1)、300目尼龙网(T2)、棉布(T3)、80 g无纺布(T4)、120 g无纺布(T5)、100 g土工布(T6)、150 g土工布(T7)。

1.2 试验方法

试验于2021年8月—11月在北京市农林科学院草业花卉与景观生态研究所温室进行。试验采用育苗盘，内径40 cm×40 cm，高5.5 cm，将育苗盘底割离，留边固定基质。先在底部铺一层隔离层，再铺设3 cm厚的基质，所用基质为过筛处理的普通商品类型草炭土，主要指标为：有机质平均含量60%、总养分含量4.1%(氮含量3.6%、磷含量0.2%、钾含量0.3%)、pH值5.5～6.5。基质平整后，将种子均匀撒播在基质表面，播种量为15 g·m-2，播种后覆基质约1 mm，设4次重复。每天喷灌保持基质湿润，试验区域内无积水，期间不进行施肥、修剪。

1.3 测定指标与方法

播种后7 d出苗，出苗后第96 d取样。先通过测量或打分的方式测定草皮密度、质地、颜色等指标，再取样测量生物量。

1.3.1草皮颜色目测法测定，采用9分制打分法，由10人观测打分，取平均值。7～9分表示深绿到墨绿；5～7分表示浅绿到深绿；3～5分表示较多绿色；1～3分表示较多枯叶，少量绿色；1分表示休眠或枯黄[17]。

1.3.2草皮密度采用目测法评分，由10人观测打分，9分表示极密，7～8分表示较密，5～6分表示中等密度，3～4分表示较稀疏，1～2分表示极稀疏[17]。

1.3.3草皮质地指草坪草叶片的宽度，用mm表示。每个重复随机取20片叶片，用游标卡尺测量叶片最宽处宽度，计算平均值。叶片宽度为1 mm或更窄时为8～9分；叶片宽度为1～2 mm时为7～8分；叶片宽度为2～3 mm时为6～7分；叶片宽度为3～4 mm时为5～6分；叶片宽度为4～5 mm时为4～5分；叶片宽度为5 mm以上时为1～4分。虽然叶片较窄，但对手感不好的草坪，在以上评分的基础上，略减[17]。

1.3.4草皮盖度指草坪草垂直投影面积与所占土地面积的比例。采用目测9分制打分法，由10人观测打分，取平均值。盖度为97.5%～100%时记8～9分；盖度为95%～97.5%时记6～7分；盖度为90%～95%时记4～5分；盖度为85%～90%时记2～3分；盖度为75%～85%时记1分；不足75%的草坪记0分[17]。

1.3.5草皮均一性指草坪外观的均一、平整程度，是草坪密度、质地、颜色差异程度的综合反映。采用目测9分制打分法，由10人观测打分，取平均值。9分表示完全均匀一致，6分表示均匀一致，1分表示差异很大[17]。

1.3.6草坪高度每个处理取30株植株采用直尺测量其高度，精确到mm。

1.3.7草皮生物量每个处理取10 cm×10 cm草块3块，用自来水冲洗分离出植株，分出地上部和地下部两部分，分别用滤纸吸干水分，用千分之一天平称取鲜重，然后放入105℃烘箱杀青15 min，75℃烘干至恒重后称取干重。

1.3.8草皮起卷性指标参考张奇等[6]研究成果，根据起卷难易度及起卷完整性进行评分(表1)。

表1 起卷难易度及完整性分级Table 1 Difficulty and integrity classification of unwinding

1.4 数据分析

使用Excel 2019进行数据整理分析，所得数值用平均值±标准误差来表示，用SPSS 20.0软件进行方差分析。

1.5 草皮质量综合评价体系

采用灰色关联度分析法进行草皮质量综合评价：

首先设立“理想数列”为X0，被比较数列为：Xi(i=1，2，3…，n；n为处理数)，且

X0={X0(1)，X0(2)，X0(3)，…，X0(n)}，

Xi={Xi(1)，Xi(2)，Xi(3)，…，Xi(n)}，

k=1，2，3，…，n；

使用公式：

计算出关联系数后再以下公式求关联度：

式中，ri为关联度。

2 结果与分析

2.1 不同隔离层材料对青绿苔草草皮表观质量的影响

表2结果表明，T3作为隔离层时颜色分值最高,为8.4分，显著高于其他处理(P<0.05)。草皮密度T4处理得分最高,为8.83分，与T2，T3处理无显著差异，但显著高于其他处理(P<0.05)；质地各处理评分从高到低依次为：T2，T7，T3，T1，T5，T4，T6，除土工布外其他同种材料间无显著差异；盖度各处理之间差异均不显著；T1与T4间均一度差异显著(P<0.05)，其余各处理无显著差异；草皮高度在T3处理最高，达13.21 cm，与其他各处理存在显著差异(P<0.05)，其余处理草皮高度由高到底排序为T1，T4，T6，T7，T2，T5，其中T1，T4，T6间无显著差异，T2，T5间无显著差异，T7与其他各处理差异显著(P<0.05)，同种材料不同规格间，差异均达显著水平(P<0.05)。

表2 不同隔离层处理下草皮表观质量指标Table 2 Apparent quality indexes of turf under different isolation layers

2.2 不同隔离层材料对青绿苔草草皮生物量的影响

表3结果表明，T3处理所得草皮地上部干重最佳，为1.46 g，T1，T3，T4间差异不显著，其他从高到底依次为T1，T4，T5，T2，T6，T7。T2，T6，T7间地上部干重差异不显著，尼龙网两种规格间差异显著(P<0.05)，无纺布与土工布不同规格间均无显著差异。

表3 不同隔离层处理下草皮表生物量指标Table 3 Surface biomass indices of turf under different isolation layers

地下部干重在尼龙网处理表现最优，两种规格间无显著差异，与其他处理间均存在差异显著(P<0.05)。棉布与无纺布、土工布间地下部干重无显著差异。相同材质不同规格的材料间地下部干重差异不显著。

2.3 不同隔离层材料对青绿苔草草皮起卷性的影响

起卷易度与起卷完整性各指标得分排名相同(表4)，为T2>T1>T5>T4>T7>T6>T3，二指标均为T1，T2，T4，T5间差异显著(P<0.05)，T3，T6，T7间无显著差异。T2处理起卷最容易，得分8.69分；T3起卷最难，得分为1.13。起卷完整性T2得9分满分，完整性极佳，T3最低,得1.13分。

表4 不同隔离层处理下草皮起卷性指标Table 4 Curling index of turf under different isolation layer treatments

2.4 灰色关联度分析法系统评价

首先确定理想数列，如表5所示。

表5 参试处理和理想处理主要形状平均值Table 5 Average of main shapes for trial and ideal processing

对数据进行初始化处理得表6。

表6 数据初始化Table 6 Data initialization

求得Δi(k)，代入公式求得关联系数，见表7。

表7 参试各处理与理想处理的关联系数Table 7 Test the correlation coefficient between each processing and ideal processing

由表7计算等权关联度，结果见表8。

表8 参试草坪草各处理的关联度Table 8 Correlation degree of each treatment of turf grass

根据灰色系统中关联度分析原则，关联度越大的数列与标准数列越接近，整体草皮质量越佳。由表8可以得出，排名由高到低依次为T2，T1，T5，T4，T3，T7，T6，因此，在青绿苔草无土草皮生产过程中，以T2(300目尼龙网)作为隔离层材料所生产出的草皮质量最佳。

3 讨论

3.1 隔离层的重要性与适宜隔离层的选择

无土草皮生产的关键问题是起卷难易程度，起卷容易有助于保持草皮的完整性，起卷困难会导致草皮破裂。本试验选用4类7种规格隔离层，土工布、棉布无法起到阻止根系下扎的效果，在起卷时草皮会破裂，不适宜作为隔离层，尼龙网与无纺布均可有效阻止根系下扎，草皮均可正常起卷，但草皮卷强度与完整性有差异：T2处理生产出草皮强度最高，其次为T1，T5，T4。尼龙网作隔离层生产出的草皮在起卷难易度与完整性方面，明显高于无纺布处理。80 g无纺布在起卷时需谨慎提起，稍用力便会导致草皮破裂；120 g无纺布双手用力即可撕开，卷起时部分会产生裂缝。尼龙网生产出草皮强度高，完整性佳，成卷性好，更有利于后期的运输与铺设。T2处理要优于T1，这可能是因为300目尼龙网空隙更小，更有利于根系纵向交错生长，使得根系交织更为细密。

选择不同的隔离层材料在无土草皮的生产过程中是十分重要的，合适的隔离层才能生产出优质的草皮。在实际生产过程中应当综合考虑材料成本、运输成本、管理成本等因素[10]，也需因地制宜、因时制宜，考虑不同类型基质、肥料、灌溉等因素对植物生长的影响，选择适合当地生产条件的方式。尼龙网生产出草皮质量最高，但价格较高，在实际生产中可以考虑有相近效果的无纺布。在部分植被毯生产中，可在基质层与隔离层之间再铺设一层承载层[18]，用于承载基质，促使植物根系在承载层之上横向生长。承载层的使用有利于加快成毯速度，增强植被毯强度，会与植被毯一同铺设建植，有效避免了在起卷、运输、建植的过程中破损。苔草草皮是否适用于这种生产方式有待进一步研究。

3.2 青绿苔草草皮生长对隔离层变化的响应

本研究所选用隔离层材料均有一定的透气性与透水性，有利于植株水分与养分的运输和吸收。本次也尝试采用塑料薄膜作为隔离层，但是由于该材料隔绝了根系与地面的接触，导致过剩水分不能及时排出，基质中保有水分过多，叶片呈现黄绿色，苔草生长发育受到严重影响，这与贾儒康[12]、杜兴臣等[19]研究结果一致。棉布处理所生产草皮颜色、高度都是最佳，与其他处理均存在显著性差异，这是因为棉布在苔草生植株长后期大部分腐烂，致使根系下扎土壤，植物生长条件更佳。研究表明，随着青绿苔草生长基质厚度的提高，植物可获取的资源增加，草皮的色泽、盖度、高度等均在一定程度范围内增加[20]。在草皮生产阶段，不同处理在盖度上无显著差异，这与宋伟华的研究结果一致[14]，在草皮生产前期各处理均未表现出明显差异。在生长后期，草皮的盖度等指标可能会由于隔离层的不同而显现出差异。

在试验过程中，棉布、土工布作隔离层生产的草皮，根系下扎严重，需用刀斩断草根，用力撕扯才可将草皮提起，起卷后草皮破裂成多块，部分根系留在土壤中，无法起到隔离层应有的效果，部分根系留在土壤中，须根留在隔离层中，导致测得的地下部干重偏小，极大的影响了草皮起卷的易度与完整性。尼龙网与无纺布可起到阻断根系下扎的作用，T1，T2处理的草皮平均地下部干重分别为1.03 g，1.08 g，均明显高于T4，T5的0.75 g，0.72 g，这可能是由于以尼龙网作隔离层，更有利于植物地下部的生长发育。发达的地下部有利于植物养分、水分的吸收，有助于提升后期草皮铺设后的成活率。T1与T2在地上部生物量上存在显著差异，这可能是由于200目尼龙网孔隙更大，更有利于植物地上部的发育。

3.3 灰色关联度分析法综合评价草皮质量的可行性

草皮质量是草皮优劣程度的一种评价指标，它由外观质量、生态质量、使用质量和基况质量构成[17]。不同的草坪因其用途不同，质量要求不同，其质量评价指标也各异。单个指标只能反映出一个方面草皮的好坏，不能表明草皮整体质量的优劣。因此需要采用多个指标对草皮进行评测，并选用数学数学方法将各个评价结果综合，以此来评价草皮质量。灰色关联度分析法[21]，按灰色系统理论[22]把各处理视为一个灰色系统，实验各评价指标为灰色系统中的一个因素，构建理想指标，计算并比较系统中各因素与理想指标的关联度，关联度越高则草皮质量越高。质量综合评价过程中，多采用灰色关联度分析法与层次分析法：张雄[23]、张建[16]、谢彩云等[21]采用灰色系统理论进行草皮质量综合评价；何雨昭[15]、郑海金等[24]、黄东兵等[25]采用层次分析法进行综合评价；刘金荣[26]采用两种方法相结合构建草坪综合评价体系。层次分析法人的主观因素影响较大，灰色关联度法默认各指标权重相等。此次结果也曾采用层次分析法计算权重，灰色关联度分析法进行加权评价，得出的结果与本文一致，表明了本次结果的科学性与有效性。常用的评价方法还有隶属函数法，张珍[27]、李小科[11]、邢强等[28]采用隶属函数法进行草坪综合评价。在实际评价过程中，应当综合考虑使用的场景，选择合适的综合评价方法。