草坪草生態(tài)適應(yīng)性評價

張彥山，何天龍，朱正生，豆麗萍

(慶陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 慶陽 745000)

草坪草品質(zhì)的優(yōu)劣與草坪外觀質(zhì)量、生態(tài)質(zhì)量和使用質(zhì)量密切相關(guān)，國內(nèi)外學(xué)者從不同角度研究了草坪草生態(tài)適應(yīng)性的評價方法和評價指標(biāo)[1-7]。草坪草品種間的生態(tài)適應(yīng)性水平存在顯著差異,采用多個指標(biāo)進行評價容易造成評價結(jié)果的不可控性。同時，在用統(tǒng)計方法研究多變量問題時，變量太多會增加計算量和分析問題的復(fù)雜性，人們總希望在進行定量分析的過程中，涉及較少的變量，而得到較多的信息量。主成分分析是采取一種數(shù)學(xué)降維的方法，找出幾個綜合變量來代替原來眾多的變量，使這些綜合變量能盡可能地代表原來變量的信息量，而且彼此之間互不相關(guān)。此外，主成分分析不僅能給出各指標(biāo)所占的比重,還能敏感地反映出數(shù)據(jù)間的細微差異。目前,該方法已經(jīng)廣泛用于番茄(Solanumlycopersicum)砧木[8]、地被植物[9-10]等含量的生態(tài)適應(yīng)性評價。

草坪草有觀賞、環(huán)保等多種用途,因而被廣泛用于庭園、公園、運動場等。然而，干熱、洪澇、踐踏等會影響草坪草的正常生長。因此,進行草坪草生態(tài)適應(yīng)性研究，篩選出抗逆性強的品種，對于草坪草的引種具有重要的指導(dǎo)意義。目前，對草坪草的研究主要集中在引種、生態(tài)適應(yīng)性評價[11-13]、草坪建植技術(shù)[14]、草坪草抗鹽性研究[15-17]等方面，對其生態(tài)適應(yīng)性應(yīng)用多元統(tǒng)計方法進行綜合評價尚未見報道。因此，本研究對9個冷季型草坪草品種的16個生態(tài)適應(yīng)性指標(biāo)進行多元統(tǒng)計分析，對其生態(tài)適應(yīng)性進行綜合評價，篩選出抗逆性強的品種，以期為隴東地區(qū)冷季型草坪草的引種決策和科學(xué)管理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗地概況 項目實施地位于寧縣和盛鎮(zhèn)湫包頭村，平均海拔1 221.2 m。屬大陸性季風(fēng)濕潤半濕潤氣候，冬冷干燥，夏熱豐雨，年降水量480～660 mm，降水多集中在7-9月。年平均氣溫9.5～10.7 ℃，無霜期140～180 d。年日照時數(shù)2 213.4～2 540.4 h，總體呈干旱、溫和、光照豐富的特點。試驗基地土壤條件良好，適宜發(fā)展種植業(yè)。土壤有機質(zhì)含量1.93%,速效磷含量58.3 mg·kg-1,速效鉀含量87.3 mg·kg-1,全氮含量0.93%，pH值7.15。

1.2試驗材料 供試材料為多年生黑麥草(Loliumperenne)的‘頂峰(Pinnacle)’、‘首相(Premier)’、‘愛神特(Accent)’、‘球道(Fairway)’、‘百靈鳥(Lark)’、‘綠寶石(Emerald)’,草地早熟禾(Poapratensis)的‘百勝(Barvictor)’、‘公園(Park)’和高羊茅(Festucaarundinaacea)的‘科納多(Coalnaduo)’,共計9個品種。種子均由北京克勞沃草業(yè)技術(shù)開發(fā)中心提供,種子純凈度>98%,發(fā)芽率均>85%。

1.3試驗設(shè)計 2010年9月1日采用人工撒播種植,播量20 g·m-2。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計,每個品種設(shè)4次重復(fù),小區(qū)面積為5 m×6 m,區(qū)組之間設(shè)20 cm隔離帶,長邊每側(cè)設(shè)20 cm隔離帶。

種子出苗前，每日澆水保持坪面濕潤；出苗后，根據(jù)土壤干燥情況適時用噴霧器噴水。春末、秋末兩次施肥，其中，春末施肥以氮(尿素15 g·m-2)為主，秋末施磷、鉀復(fù)合肥(20 g ·m-2)。修剪遵循1/3原則，高羊茅和多年生黑麥草每月修剪2～3次，草地早熟禾每月修剪1～2次。高羊茅和多年生黑麥草留茬高度為4 cm，草地早熟禾春、夏季留茬高度3 cm，夏末為4 cm。夏季是病蟲害易發(fā)季節(jié)，每間隔15 d噴灑殺菌劑(多菌靈、百菌清等)一次。

1.4測定項目與方法

抗熱性：草坪葉子受炙熱后枯黃葉發(fā)生比例。2011年7、8月高溫下(35 ℃以上)目測葉片受害程度，以百分比表示。

抗旱性：目測法，2011年5―6月內(nèi)連續(xù)20 d，在無天然降水或人工補水的條件下,以草坪草的成活率表示。

耐寒性：草坪草忍耐極端低溫的能力。目測法，2010年12月至2012年4月草坪忍耐低溫的程度，以植株越冬的成活率表示。

抗病性：目測打分法，在病害發(fā)生較嚴(yán)重的季節(jié)(2011年7―8月)觀測各供試品種的病害發(fā)生情況。無任何病斑，9分；偶有發(fā)生(發(fā)生面積<10%)，7～8分；發(fā)生(發(fā)生面積10%～30%)，6～7分；大量發(fā)生(發(fā)生面積30%～70%)，3～6分；嚴(yán)重發(fā)生(發(fā)生面積>70%)，0～3分。

出苗期：采用實測法，2010年9月記錄草坪草從播種到出苗所需的天數(shù)。

草坪草恢復(fù)能力：草坪在使用過程中受損壞后，經(jīng)常規(guī)的養(yǎng)護管理，自行恢復(fù)到原來狀態(tài)的能力。2011年9月采用挖塊法測定，即在草坪中挖去10 cm×10 cm 的草皮，然后填入壤土，任其四周或兩邊的草自行生長恢復(fù)，記錄恢復(fù)快慢(周)。

光滑度：草坪的表面特征，2011年9月采用實測法測定，用標(biāo)準(zhǔn)賽球在1 m高度沿45°的測槽下滑，從接觸草坪起到滾動停止時的滾動距離來表示。測定中要在正反兩個方向各測3次。草坪滾動距離的計算公式為：

DR=2S↑·S↓/(S↑+S↓).

式中,DR為滾動距離,S↑為迎坡滾動距離,S↓為順坡滾動距離。

回彈性：外力作用消失后草坪恢復(fù)原來狀態(tài)的能力。2011年9月采用實測法測定，每個小區(qū)各測3次。將1 kg的金屬塊放在面積約為50 cm2的木板上，對草坪進行鎮(zhèn)壓，記錄反彈高度和下落高度，計算反彈系數(shù)。

反彈系數(shù)=(反彈高度/下落高度)×100%。

密度：單位面積上草坪植物個體的數(shù)量。實測法，取面積為50～100 cm2的樣方。在區(qū)域選定后，計算選定區(qū)域內(nèi)的植株數(shù)量。每個小區(qū)各測3次。

均一性：草坪外觀上均勻一致的程度。2011年8月實測每個被測草坪小區(qū)內(nèi)生長勢弱的斑塊數(shù)目。

蓋度：一定面積上草坪植物的垂直投影面積與草坪所占土地面積的比例。取1 m×1 m 的樣方，將樣方分為 100 個格，然后用針刺每一格，統(tǒng)計針觸草坪植物的次數(shù)，以百分數(shù)表示蓋度，每個小區(qū)重復(fù)3次。每一樣方于2011年7、8和9月每月測定一次，取其平均值。

質(zhì)地：草坪草葉的寬窄與觸感的量度。用草坪草葉的最寬處的寬度(mm)表示，選葉齡與著生部位相同的葉片，每個小區(qū)重復(fù)15次。2011年5月測定。

幼苗活力：草坪草幼苗的健壯程度，反映草坪草從出苗到成坪前一段時間的植株生長狀況。在草坪播種3～5周后采用九分制方法進行評價，活力最好為9，最差為1,可接受為4.5。每個處理的4個重復(fù)獨立評分，取其平均分值作為該處理(品種)的最后分值。

綠期：草坪群落中60%的植物返青之日到75%的植物呈現(xiàn)枯黃之日的持續(xù)天數(shù)(d)。2010年9―10月測定。

成坪性：記錄草坪草從出苗到達到90%覆蓋度所需的天數(shù)。2010年9―10月測定。

顏色：草坪植物反射日光后對人眼的顏色感覺。采用比色卡對比分級。深綠色9分，枯黃0分。2011年7、8和9月每月測定一次，取其平均值。

按照上述測定方法計算各品種生態(tài)適應(yīng)性指標(biāo)的值(表1)。

各主因子的權(quán)重(Ki):

Ki=Ai/∑Ai(i=1，2，…，n)

(1)

式中,Ai為對應(yīng)品種第i個因子的貢獻率。

各因子的隸屬函數(shù)值U(Xi)[18]:

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

(2)

式中,Xmin為第i個綜合指標(biāo)的最小值;Xmax為第i個綜合指標(biāo)的最大值。

各品種的綜合評價值(D)：

D=∑[U(Xi)×Ki]

(3)

1.5數(shù)據(jù)分析方法 采用SPSS 13.0軟件進行數(shù)據(jù)分析。運用的分析方法有主成分分析和聚類分析。其中，聚類分析采用中值方法進行。

2 結(jié)果與分析

草坪草的16個生態(tài)適應(yīng)性指標(biāo)呈現(xiàn)不同的變化(表1)。根據(jù)生態(tài)適應(yīng)性指標(biāo)變化幅度的大小得知,抗熱性和耐寒性的敏感性最大,質(zhì)地和成坪性次之。

2.1各品種的綜合評價指標(biāo)的相關(guān)性分析 9個草坪草品種的部分生態(tài)適應(yīng)性指標(biāo)之間存在顯著的相關(guān)性(表2)。其中，抗熱性、回彈性與質(zhì)地呈顯著負相關(guān)，這與實際觀察到的結(jié)果是一致的。葉寬較大的草坪草生長勢強，由于葉表面積大、表面較粗糙，植株旺盛且較高大，所以水分蒸發(fā)快，需水量大，抗熱性和回彈性也就差。光滑度與蓋度呈顯著正相關(guān)，很顯然，蓋度越好的草坪光滑度自然也越好。

表1 9個草坪草品種生態(tài)適應(yīng)性指標(biāo)值Table 1 Ecological adaptability indexes of nine turfgrass cultivars

表3 各主因子的系數(shù)及貢獻率Table 3 Coefficients and contribution rate of principal factors

2.2主成分分析 將草坪草16個生態(tài)適應(yīng)性指標(biāo)轉(zhuǎn)化為4個主因子，前4個主因子的貢獻率分別為27.372%、23.139%、22.310%和19.759%，累積貢獻率達92.580%(表3)。理論上，>80%的累積貢獻率即認為具有較強的信息代表性。因此，可用4個主因子來代替16個生態(tài)適應(yīng)性指標(biāo)進行分析。主因子1的主要主成分包括質(zhì)地、抗熱性、抗旱性和幼苗活力，且主因子1對質(zhì)地、抗旱性和幼苗活力有較大的正載荷，而對抗熱性有較大的負載荷；主因子2的主要主成分包括密度、草坪草恢復(fù)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蓋度。

結(jié)合草坪草各生態(tài)適應(yīng)性指標(biāo)值與其主因子系數(shù),可得到每個品種的主因子得分值(CI)。CI值反映了該品種在這一主因子上質(zhì)量的好壞?！萍{多’在主因子1上的表現(xiàn)最好，‘公園’和‘頂峰’在主因子2上的表現(xiàn)最好，‘公園’ 在主因子3上的表現(xiàn)最好，‘頂峰’在主因子4上的表現(xiàn)最好(表4)。

2.3隸屬函數(shù)分析 由主因子貢獻率及CI，計算得到各品種的綜合評價值(D)，根據(jù)D值對各品種進行綜合評價。9個草坪草品種的綜合評價依次為:‘百勝’>‘頂峰’>‘公園’>‘綠寶石’>‘球道’>‘愛神特’>‘首相’>‘科納多’>‘百靈鳥’(表5)。

表4 9個草坪草品種的4個主因子得分值Table 4 Principal factor scores of nine turfgrass cultivars

表5 9個草坪草品種的隸屬函數(shù)值U(X)和權(quán)重(IW)Table 5 Subordinate fuuction valuses [U(X)] and weight (IW) of nine turfgrass cultivars

2.4聚類分析 在歐式距離平方為18時，將9個草坪草品種分為3類: 表現(xiàn)好、表現(xiàn)一般和表現(xiàn)差。其中，表現(xiàn)好類包括‘公園’、‘百勝’，表現(xiàn)一般類包括‘綠寶石’、‘百靈鳥’、‘首相’、‘愛神特’、‘球道’、‘頂峰’，表現(xiàn)差類包括‘科納多’(圖1)。

圖1 9個草坪草品種質(zhì)量聚類分析圖Fig.1 Cluster map of nine turfgrass cultivars

3 討論

在草坪生態(tài)適應(yīng)性評價中發(fā)現(xiàn)草坪可能在某幾個指標(biāo)方面表現(xiàn)較好，而在其它指標(biāo)方面的表現(xiàn)欠佳，那么這個草坪草品種的生態(tài)適應(yīng)性到底是好是壞?這不能單憑幾個分散的指標(biāo)來評價，而要選擇幾個能反映草坪本質(zhì)的指標(biāo)進行綜合評價，才能得出草坪生態(tài)適應(yīng)性的優(yōu)劣。由于主成分為混合變量且互不相關(guān)，所以用主成分值作為評價值，可以比較客觀地反映每個品種的綜合表現(xiàn)，并且可以根據(jù)各自貢獻率大小確定其相對重要性。在此基礎(chǔ)上，再采用隸屬函數(shù)法，可以科學(xué)地對各品種進行綜合評價[19-24]。

本研究通過主成分分析法將與草坪草生態(tài)適應(yīng)性密切相關(guān)的16個指標(biāo)轉(zhuǎn)化為4個主因子，這4個主因子擁有草坪草生態(tài)適應(yīng)性超過92%的原始數(shù)據(jù)信息量。并運用隸屬函數(shù)法對各品種進行了綜合評價，9個草坪草的綜合評價依次為：‘百勝’>‘頂峰’>‘公園’>‘綠寶石’>‘球道’>‘愛神特’>‘首相’>‘科納多’>‘百靈鳥’。通過聚類分析表明，表現(xiàn)好類包括‘百勝’、‘公園’；表現(xiàn)一般類包括 ‘頂峰’、‘綠寶石’、 ‘球道’、 ‘愛神特’、‘首相’和‘百靈鳥’；表現(xiàn)差類包括‘科納多’。綜合上述多元統(tǒng)計方法，‘百勝’、‘公園’綜合表現(xiàn)最好，‘科納多’表現(xiàn)最差，這與實際表現(xiàn)一致。

草坪草的生態(tài)適應(yīng)性綜合評價體系的建立為草坪草引種與生態(tài)適應(yīng)性研究提供了理論支撐。但是，更合理、規(guī)范和易應(yīng)用的生態(tài)適應(yīng)評價指標(biāo)體系的建立還需進一步的深入研究。

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