運(yùn)動(dòng)場(chǎng)草坪坪床穩(wěn)定性研究進(jìn)展

汪 呈，徐 偉，常智慧

（1. 北京林業(yè)大學(xué)草坪研究所，北京 100083；2. 北京林業(yè)大學(xué)研究生院，北京 100083）

加快推進(jìn)體育強(qiáng)國(guó)建設(shè)，是新時(shí)代背景下我國(guó)體育發(fā)展的新目標(biāo)、新定位。體育場(chǎng)地設(shè)施是體育事業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，其質(zhì)量高低與我國(guó)競(jìng)技體育的發(fā)展水平密切相關(guān)[1-2]。運(yùn)動(dòng)場(chǎng)草坪作為草上運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目(如足球、橄欖球、棒球、高爾夫球等)的競(jìng)技舞臺(tái)，是進(jìn)行高強(qiáng)度、高頻率運(yùn)動(dòng)比賽的體育場(chǎng)地，不同于一般綠地草坪，除了具備生態(tài)功能和美化功能，更注重其使用功能[3]。優(yōu)質(zhì)的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)草坪是高水平競(jìng)技體育的基礎(chǔ)，不僅能給人們帶來視覺上美的享受，更重要的是能為運(yùn)動(dòng)員提供一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)表面，這對(duì)于運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)技狀態(tài)和安全都至關(guān)重要。

坪床是草坪草的立地條件[4]。合理的坪床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既要考慮草坪草良好生長(zhǎng)的需要，也要兼顧運(yùn)動(dòng)本身對(duì)場(chǎng)地質(zhì)量的要求[5]。以沙為主的坪床結(jié)構(gòu)抗板結(jié)能力強(qiáng)、通氣透水性好[6]，不僅能滿足高強(qiáng)度使用條件下草坪草根系正常生長(zhǎng)的需要，也可以避免因場(chǎng)地表面積水過多而推遲或取消比賽[7]，因此被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)場(chǎng)草坪的建造[8]。但沙粒之間缺乏粘聚力，使得沙基坪床的穩(wěn)定性很大程度上取決于草坪草植株本身[9]。隨著高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)賽事的進(jìn)行，草坪草不斷被踐踏磨損，坪床的穩(wěn)定性下降，給運(yùn)動(dòng)員的安全帶來隱患[10-11]。

建造和評(píng)估運(yùn)動(dòng)場(chǎng)時(shí)，安全性應(yīng)是首要考慮因素，因此如何提高運(yùn)動(dòng)場(chǎng)坪床的穩(wěn)定性成為研究的熱點(diǎn)。目前國(guó)外在這方面的研究比較深入，而國(guó)內(nèi)卻鮮有報(bào)道。本文將從根際層材料選擇、混合草坪系統(tǒng)建植以及草坪養(yǎng)護(hù)管理3個(gè)方面對(duì)提高坪床表面穩(wěn)定性的方法進(jìn)行綜述，以期為我國(guó)優(yōu)質(zhì)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)草坪的設(shè)計(jì)和建造提供參考。

1 根際層材料選擇

根際層是運(yùn)動(dòng)場(chǎng)草坪坪床結(jié)構(gòu)的最表層，它會(huì)直接影響草坪草的生長(zhǎng)、場(chǎng)地的排水性以及坪床表面的穩(wěn)定性，從而決定了運(yùn)動(dòng)場(chǎng)表面的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量和使用安全性[12]。因此，如何科學(xué)合理地選擇坪床根際層材料是提高坪床穩(wěn)定性的前提。

1.1 根際層用沙

沙作為現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)場(chǎng)坪床的基本組成部分，它的特性是決定新建運(yùn)動(dòng)場(chǎng)成功與否的關(guān)鍵因素。研究表明，沙粒的粒徑大小、均一性和形狀對(duì)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)坪床表面穩(wěn)定性均有影響[13]。

1.1.1 粒徑大小

沙是巖石風(fēng)化后經(jīng)雨水沖刷或由巖石軋制而成的細(xì)顆粒，粒徑大小為0.05～2.0 mm[14]。研究表明，沙粒粒徑大小會(huì)影響運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的排水速率以及表面穩(wěn)定性。如果顆粒過大，用它建造的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)表面會(huì)缺乏穩(wěn)定性，而且還極易導(dǎo)致草坪根際層缺水；但顆粒過細(xì)，又會(huì)導(dǎo)致坪床在使用過程中容易板結(jié)，通氣透水性變差[15]。雖然各學(xué)者對(duì)適宜運(yùn)動(dòng)場(chǎng)坪床建造的沙粒粒徑大小存在爭(zhēng)議，但主要集中在 0.1～1.0 mm(表 1)。

表 1 不同學(xué)者推薦的適宜坪床建造的沙粒粒徑大小Table 1 Sand grain particle sizes suitable for rootzone construction recommended by different scholars

1.1.2 均一性

除粒徑大小外，沙粒的均一性也會(huì)影響坪床土壤的孔隙度及表面穩(wěn)定性[19, 21-22]。目前運(yùn)動(dòng)場(chǎng)草坪研究中常用均一性系數(shù)(D60/D10)以及其他分級(jí)指數(shù)(D90/D10、D95/D5)來反映沙粒組成的均一程度，并且已有學(xué)者提出了相應(yīng)的適宜范圍(表2)，其中DX表示X%顆粒通過粒徑分布曲線的粒徑。顆粒粒徑比較均一的沙子，由于缺乏一定數(shù)量大小合適的細(xì)顆粒來填充大顆粒之間的空隙以減少顆粒間的移動(dòng)，所以穩(wěn)定性差；相反，沙粒粒徑分布范圍越廣，坪床穩(wěn)定性越高[26]。張巨明和Baker[27]通過研究也得出了類似結(jié)論，認(rèn)為沙粒粒徑分布范圍越廣，沙粒間鑲嵌得越緊密，坪床抗剪強(qiáng)度就越大。另有研究表明，坪床中可以通過添加一定量的土壤顆粒 (粒徑＜0.05 mm)來擴(kuò)大基質(zhì)的粒徑分布范圍，并增大其表面抗剪強(qiáng)度和表面承載 力[28-30]。但添加量需要嚴(yán)格控制，因?yàn)樯倭糠哿：驼沉５募尤攵伎赡軙?huì)堵塞土壤孔隙，使坪床導(dǎo)水速率急劇下降[31-32]。為了不影響坪床快速排水，土壤顆粒的添加比例不應(yīng)超過10%[30-31, 33]。

表 2 不同學(xué)者提出的適宜坪床建造的沙粒分級(jí)指數(shù)Table 2 Sand grain gradation index suitable for rootzone construction proposed by different scholars

1.1.3 形狀

沙粒形狀同樣也是影響坪床穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素。當(dāng)沙粒棱角較多時(shí)，坪床會(huì)趨于穩(wěn)定，而選用圓形沙則會(huì)使坪床穩(wěn)定性變差[26-27, 34]。因?yàn)樯沉Ｐ螤畈煌w粒間產(chǎn)生的摩擦力會(huì)存在差異。沙粒棱角度越高，產(chǎn)生的內(nèi)摩擦角越大，發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)需要克服的摩擦阻力越大，坪床的穩(wěn)定性越高[35]。Li等[7]研究發(fā)現(xiàn)，草地早熟禾(Poa pratensis)草坪坪床中使用棱角沙比近圓形沙的貫入阻力提高了10%～47%，并且棱角沙帶來的坪床加固效果在草坪建植4年后仍然顯著。Li等[36]還對(duì)不同形狀和圓度的沙子進(jìn)行了比較，并對(duì)影響沙基運(yùn)動(dòng)場(chǎng)表面穩(wěn)定性變化的因素進(jìn)行了量化分析，發(fā)現(xiàn)沙粒的休止角(AR)、均一性系數(shù)(CU)和粗糙度指數(shù)(RI)對(duì)坪床穩(wěn)定性變化的影響達(dá)到了98.5%。棱角沙雖然能很好地改善坪床的穩(wěn)定性，但同時(shí)也具備切割草坪草根系的潛力[34]。在高強(qiáng)度踐踏下可能會(huì)切斷草根，因此管理者在選用棱角沙時(shí)需要謹(jǐn)慎。目前，沙粒形狀已被納入美國(guó)高爾夫球協(xié)會(huì)(USGA)規(guī)范中進(jìn)行了討論，并給出了用于定性評(píng)估沙粒形狀的分類圖(圖1)。

1.2 根際層加固材料

通常，以沙為主的坪床中需要混入一些其他材料。這些材料的混入有時(shí)是為了改善坪床的保水保肥性，如泥炭等[32, 37-39]有機(jī)質(zhì)，而有時(shí)則更側(cè)重于提高坪床表面的穩(wěn)定性，如纖維、網(wǎng)狀物、小網(wǎng)片和土工織物等各種加固材料。加固材料的使用源于土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用，旨在穩(wěn)定和改善土壤性能[40]。坪床中使用加固材料的優(yōu)點(diǎn)包括：增加草坪在磨損情況下的蓋度，增強(qiáng)草皮抗削起能力，抵抗土壤緊實(shí)，改善排水和提高草坪運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，尤其是可以提高坪床表面的穩(wěn)定性[41]。

Baker[41]對(duì)坪床中混入合成加固材料的研究進(jìn)行了歸納總結(jié)，并將它們歸成兩大類：1)隨機(jī)混入，材料主要為纖維和小網(wǎng)片，它們與沙子先按照一定比例隨機(jī)混合后再填入到坪床根際層，在根際層中隨機(jī)取向；2)水平鋪設(shè)，材料主要為網(wǎng)狀物和土工織物，一般先在坪床根際層中填入一定厚度的沙子，然后將這些材料水平鋪設(shè)在表面，最后根據(jù)需要再覆上一定厚度的沙子。

1.2.1 隨機(jī)混入

Fibresand是一種長(zhǎng) 36 mm、直徑 0.113 mm 的聚丙烯纖維絲[42]。Baker等[42-43]將其與沙按照0.4%(w/w)的比例混入坪床，發(fā)現(xiàn)坪床表面穩(wěn)定性有所提高，但效果不明顯。Baker和Richards[44]后續(xù)又將纖維混入的比例進(jìn)一步擴(kuò)大到0.75%(w/w)， 并同時(shí)考慮了直 (長(zhǎng) 25 mm、直徑 0.106 mm)和卷曲 (長(zhǎng) 44 mm、直徑 0.116 mm)兩種形態(tài)纖維的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，纖維混入后對(duì)草坪的表面硬度、足球反彈率和摩擦力均有影響，并且隨著混入量的增加，表面硬度和足球反彈率也會(huì)隨之增大。此外，混入纖維還能夠增加土壤通氣孔隙度，加快土壤水分下滲，對(duì)緩解土壤緊實(shí)也有很好效果。通過對(duì)草坪表面硬度和足球反彈率的比較，發(fā)現(xiàn)直纖維比卷曲纖維具有更好的坪床加固效果，但在11次測(cè)定結(jié)果中，只有4次差異顯著。

圖 1 用于定性評(píng)估沙粒形狀的分類圖[37]Figure 1 Classification chart for qualitative evaluation of sand grain shapes[37]

DuPont Shredded Carpet是杜邦尼龍?zhí)航?jīng)粉碎后得到的一種纖維碎片，形狀類似于紗線，平均長(zhǎng)135 mm，寬 2.4 mm[45-47]。McNitt等[45-48]對(duì)這種纖維碎片進(jìn)行了一系列研究后發(fā)現(xiàn)，混入纖維碎片不僅能有效減小削起的草皮塊長(zhǎng)度，還能降低坪床土壤的容重。此外，纖維碎片的加固效果還與踐踏強(qiáng)度有關(guān)。在未進(jìn)行踐踏的情況下，草坪草健康成熟的根系能夠很好地穩(wěn)固坪床，從而會(huì)掩蓋纖維碎片對(duì)坪床的加固效果；但在高強(qiáng)度踐踏下，削起的草皮塊長(zhǎng)度會(huì)明顯隨著纖維碎片混入量的增加而減小[46-47]。

除了纖維絲跟纖維碎片以外，網(wǎng)狀纖維也同樣受到草坪研究者的關(guān)注。Fibremaster是一種長(zhǎng)為40 mm的原纖化聚丙烯纖維，同沙子一起混入坪床后，單股纖維可展開成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[44]。研究表明，坪床中混入Fibremaster可以減輕因草皮被削起而造成的草坪損傷，并且削起的草皮塊長(zhǎng)度會(huì)隨著纖維混入量的增加而顯著減小。此外，混入Fibremaster還能夠顯著提高坪床的抗剪強(qiáng)度，同未混入加固材料的處理相比，纖維混入量為0.2%(w/w)時(shí)抗剪強(qiáng)度提高了3倍以上[49]。坪床加固中應(yīng)用較多的另一種網(wǎng)狀纖維是Turfgrids，它也是一種能展開成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原纖化聚丙烯纖維(長(zhǎng)38 mm、直徑5 mm)[46]。研究發(fā)現(xiàn)，使用Turfgrids不僅能夠提高草坪的表面硬度，同時(shí)還能有效減小削起的草皮塊長(zhǎng)度[46-47, 50]。

草本植物根系對(duì)土壤具有加固作用，能夠顯著提高坪床表面的抗剪強(qiáng)度[28, 51-52]，而隨機(jī)離散分布纖維的使用實(shí)際上模擬了草坪草根系的行為[45, 47]。有工程研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)纖維對(duì)土壤的加固效果要優(yōu)于短纖維。其中短纖維主要通過與土粒之間的摩擦力來加固土壤,而長(zhǎng)纖維則還可以對(duì)周圍土壤進(jìn)行纏繞以達(dá)到穩(wěn)定效果[53]。盡管使用合成纖維能使草坪草根系間結(jié)合更緊密[54]，但這并不會(huì)促進(jìn)草坪草根系自身的生長(zhǎng)。反而隨著纖維混入量的增加，坪床貫入阻力會(huì)顯著增大，使得草坪草根系難以穿透沙子，因此纖維添加量不宜過高[49]。

Netlon(或稱為ReFlex)也是坪床加固中應(yīng)用較多的一種材料，它是由聚丙烯材料制成的肋狀矩形小網(wǎng)片。通常每個(gè)網(wǎng)片的大小為 100 mm × 50 mm，網(wǎng)孔大小為 10 mm × 10 mm[55]。研究發(fā)現(xiàn)，小網(wǎng)片的使用能明顯減小削起的草皮塊大小，并且削起后的草皮開口能在更短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)[55-57]。坪床中未混入小網(wǎng)片，削起的草皮塊長(zhǎng)121 mm，寬48 mm。但混入小網(wǎng)片后，削起的草皮塊縮小為75 mm長(zhǎng)，42 mm寬。Sifers和Beard[58]后續(xù)又分別對(duì)純沙、沙壤土和粘土3種類型的坪床進(jìn)行了研究，與空白對(duì)照相比，混入小網(wǎng)片能使削起的草皮塊的長(zhǎng)度減小24%～49%，寬度減小11%～22%，并且這些草皮開口的恢復(fù)時(shí)間能夠縮短29%～41%。其他研究也認(rèn)為坪床中混入小網(wǎng)片能夠使削起的草皮塊長(zhǎng)度減小[46-47]。此外，混入小網(wǎng)片還能夠降低土壤容重，增加土壤通氣孔隙度和總孔隙度[59]。Canaway[60]從混入量方面進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)隨著網(wǎng)片混入量的增加，草坪的表面硬度、摩擦力以及水分入滲速率也會(huì)隨之增大。Mercer等[61]認(rèn)為，小網(wǎng)片混入坪床后能與土粒之間進(jìn)行互鎖以提供抗拉強(qiáng)度，從而使其具有各向同性的穩(wěn)定性。

1.2.2 水平鋪設(shè)

Baker等[62-63]研究了幾種加固材料對(duì)多年生黑麥草(Lolium perenne)草坪的影響，其中最簡(jiǎn)單的材料是網(wǎng)孔大小為 8 mm × 10 mm 的聚酯尼龍纖維材質(zhì)的連續(xù)網(wǎng)格。這種網(wǎng)格材料能顯著提高草坪表面的扭動(dòng)摩擦性能，最大扭動(dòng)摩擦力矩超過了75 N·m，而未經(jīng)加固的天然草坪上扭動(dòng)摩擦力矩僅為48 N·m。但這種材料如果放置的離地表很近，又會(huì)因不斷踐踏而容易帶出地面。在沙基坪床上進(jìn)行7個(gè)月的模擬踐踏后，發(fā)現(xiàn)80%的網(wǎng)格已經(jīng)露出地面，當(dāng)球員鞋釘不小心纏繞進(jìn)網(wǎng)格時(shí)，會(huì)極易導(dǎo)致膝蓋和腳裸扭傷。

有的加固材料不是簡(jiǎn)單的網(wǎng)格，而是更具開放性的三維結(jié)構(gòu)。Enkamat是由尼龍線制成的一種三維網(wǎng)，深約18 mm，其體積的90%可以用來填充沙子或土壤[62-63]。有研究表明，使用Enkamat能提高坪床表面的穩(wěn)定性，同時(shí)還能縮短運(yùn)動(dòng)場(chǎng)從開始建造到投入使用的時(shí)間[64]。研究發(fā)現(xiàn)，混入Enkamat不僅能增加坪床土壤的總孔隙度，對(duì)提高坪床的排水速率和抗剪強(qiáng)度也有一定效果[65]。此外，Enkamat的使用還能顯著提高草坪的表面摩擦力[63]和春季草坪的蓋度[66]。

除了網(wǎng)狀物以外，土工織物VHAF也常被混入坪床根際層作為加固材料，它是由聚丙烯纖維縱橫交錯(cuò)在一起針織后形成的一種13～15 mm厚的墊 子[67]。Baker等[42-43, 62]研究發(fā)現(xiàn)，使用 VHAF不僅可以解決運(yùn)動(dòng)場(chǎng)表面的積水問題，還能提高草坪表面的硬度、足球反彈率和摩擦力。Adams和Gibbs[68]通過研究也得出了類似結(jié)論，發(fā)現(xiàn)混入VHAF能使沙基坪床在高強(qiáng)度踐踏磨損下仍具有較高的表面摩擦性能，并且在土壤水分含量高的情況下效果更明顯。但也有證據(jù)表明，VHAF的使用會(huì)降低草坪的蓋度[43]和限制草坪草根系的生長(zhǎng)[68]。

2 混合草坪系統(tǒng)建植

由于近年來運(yùn)動(dòng)場(chǎng)草坪的使用頻率不斷增加，單純的天然草坪已經(jīng)不能完全滿足比賽的需要。人造草坪是以合成纖維為原料，采用人工方法制作而成的擬草坪[69]，具有天然草坪所無法比擬的優(yōu)勢(shì)：1)高耐磨性；2)均一性好；3)平整度高；4)易于養(yǎng)護(hù)；5)受天氣影響小；6)可全年使用。但安全性問題是人造草坪最大的劣勢(shì)。表面過硬，球速過快，反彈過高，會(huì)增大運(yùn)動(dòng)員對(duì)球控制的難度，同時(shí)較差的表面緩沖性能也極易導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)員腳裸和膝蓋受傷[69-70]。相比于人造草坪，天然草坪舒適柔軟，外觀優(yōu)美，可運(yùn)動(dòng)性高[71-72]，因此深受運(yùn)動(dòng)員的青睞。但天然草坪不耐踐踏和磨損，特別是比賽期間會(huì)造成大量的草皮被削起，使得運(yùn)動(dòng)場(chǎng)表面穩(wěn)定性變差。為了更好地結(jié)合天然草坪和人造草坪的優(yōu)良特性，人們開始采用天然草與人造草混合建植的模式來建造運(yùn)動(dòng)場(chǎng)草坪，即混合草坪系統(tǒng)建植[73]。

不同于前面提到的根際層加固材料，混合草坪系統(tǒng)中地表一般會(huì)看到突起的人造草絲來美化和保護(hù)天然草。人造草絲的位置低于天然草修剪高度，這樣可以避免因修剪而被切斷或帶出地表，同時(shí)也能更好地保護(hù)草坪草根系和莖基，使草坪更堅(jiān)固，更耐踐踏?；旌喜萜合到y(tǒng)中人造草混入的方式主要有兩種：1)毯狀平鋪，先將針織、編織或簇絨有合成纖維的纖維毯水平地鋪設(shè)在坪床表面，然后填充一定厚度的沙子，最后再在上面進(jìn)行天然草播種，如SportGrass、Motz TS-II和HERO Hybrid Grass等；2)絲狀植入，需要借助專業(yè)的植絲設(shè)備將單股合成纖維絲垂直植入到坪床中，天然草播種最好在植絲以后進(jìn)行，如Desso GrassMaster。

2.1 毯狀平鋪

SportGrass是第一款將天然草坪良好的運(yùn)動(dòng)特性和人造草坪的耐磨性相結(jié)合的產(chǎn)品，原纖化的聚丙烯纖維束被針織在編織的底板(下墊層)上，使之具有和天然草一樣的外觀。天然草需要在SportGrass上覆沙后才能播種[72, 74]。研究表明，SportGrass的使用能夠顯著提高草坪的表面硬度、摩擦力和足球滾動(dòng)距離[46, 50, 72]，同時(shí)還能有效減小削起的草皮塊長(zhǎng)度[46-47]，和純天然草坪相比，削起的草皮塊長(zhǎng)度減小了48%[47]。但是SportGrass的使用也會(huì)帶來一些負(fù)面影響，比如編織的合成底板不利于草坪草根系的下扎，同時(shí)堅(jiān)硬的坪床表面也會(huì)增大運(yùn)動(dòng)員受傷的風(fēng)險(xiǎn)[75]。

Motz TS-II同SportGrass很相似，也需要進(jìn)行表層覆沙后再播種天然草，但Motz TS-II的底板能夠進(jìn)行部分生物降解。其中可降解部分是一種平紋編織的天然黃麻，而不可降解的塑料網(wǎng)部分則是由聚丙烯材料編織而成。聚丙烯纖維束以人字形圖案被縫合到機(jī)織的底板上，并向上垂直延伸38 mm以模擬天然草。這不僅能很好地保護(hù)天然草葉片及根系，還能與根系之間進(jìn)行纏繞以穩(wěn)固坪床表面[76-77]。研究表明，使用Motz TS-II不僅能夠增大草坪的表面摩擦力，還能提高草皮的抗削起能力[77]。類似的混合草坪系統(tǒng)還有Xtragrass，它也是通過固定在可部分降解底板上的合成纖維來對(duì)天然草坪進(jìn)行加固[78]。

相比于 Motz TS-II和 SportGrass，HERO Hybrid Grass的獨(dú)特之處在于人造纖維絲的載體只有單層網(wǎng)格，并且85%都是開放的，因此可以視為無底板混合草坪系統(tǒng)。垂直纖維絲是通過結(jié)錨定到該水平網(wǎng)格上，并從網(wǎng)格的每一個(gè)連接處延伸開

來。這種通過針織形成的具有開放網(wǎng)孔的底層結(jié)構(gòu)能夠減少根系下扎過程中的物理阻礙，從而更利于坪床快速排水和草坪草根系深扎。該混合草坪系統(tǒng)建成后，表面將會(huì)由5%的人造草和95%的天然草組成。其中具有較高耐磨性的人造纖維絲能很好地保護(hù)并加固天然草坪，使其使用壽命延長(zhǎng)3倍以上。Labosport(國(guó)際足聯(lián)認(rèn)可的檢測(cè)機(jī)構(gòu))對(duì)該混合草坪系統(tǒng)進(jìn)行了性能測(cè)試，結(jié)果其各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)指標(biāo)均已達(dá)到國(guó)際足聯(lián)和世界橄欖球的比賽要求[79]。

2.2 絲狀植入

不同于其他混合草坪系統(tǒng)，Desso GrassMaster纖維絲的底部沒有支撐載體，而是直接借助植絲機(jī)將單股高性能聚丙烯纖維絲垂直植入到坪床中。為了確保運(yùn)動(dòng)場(chǎng)表面的均一性，地面每股纖維的高度和間距均控制在20 mm；為了確保對(duì)地表直立纖維束的支撐作用，植絲深度控制在地面以下180 mm[78]。植絲可以在播種前、播種后或直接在現(xiàn)有草坪上進(jìn)行。在時(shí)間允許的情況下，最好先植絲后播種。草坪草生長(zhǎng)過程中，根系會(huì)不斷下扎并同植入的纖維絲纏繞在一起，從而為運(yùn)動(dòng)場(chǎng)提供一個(gè)非常耐用、平整而又穩(wěn)定的表面。此外，植絲技術(shù)的運(yùn)用還能夠顯著提高運(yùn)動(dòng)場(chǎng)草坪的使用強(qiáng)度和延長(zhǎng)使用年限。相比于天然草坪，使用強(qiáng)度提高了3倍以上，并且經(jīng)過實(shí)踐證明，植絲對(duì)天然草坪的加固效果可達(dá)15年甚至更久[80]，但這同時(shí)也會(huì)大大增加運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地的建造成本[81]。Desso GrassMaster作為目前世界上最先進(jìn)的草坪建植技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代高水平橄欖球和足球場(chǎng)地的建造，比如2015年英格蘭橄欖球世界杯、2018年俄羅斯足球世界杯以及歐洲足球五大聯(lián)賽的很多場(chǎng)地均采用了這種草坪建植模式[80]。

3 草坪養(yǎng)護(hù)管理

草坪建植后，通過科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)管理措施來改善草坪草植株性狀也能達(dá)到穩(wěn)固坪床的作用。相關(guān)措施主要包括修剪、施氮肥、表層覆沙和垂直刈割。

3.1 修剪

修剪作為草坪養(yǎng)護(hù)管理的一項(xiàng)基本措施，可以增加草坪草密度，保持草坪平整美觀[82]，并且會(huì)對(duì)坪床的表面穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。Grossi等[83]研究認(rèn)為，高羊茅(Festuca arundinacea)草坪保持較低的修剪高度，不僅能使草坪草密度增加、葉片質(zhì)地變細(xì)，還能提高草坪的表面硬度和足球反彈率。Roger和waddington[84]以及Cockerham等[85]通過不同高度的修剪試驗(yàn)也得出了類似結(jié)論，并認(rèn)為在一定范圍內(nèi)降低草坪的修剪高度，其表面硬度和足球反彈率均會(huì)隨之增大。McNitt等[86]研究發(fā)現(xiàn)，低修剪能夠增大高羊茅草坪的表面摩擦力，并推測(cè)這可能與草坪草密度發(fā)生變化有關(guān)。但草坪應(yīng)避免修剪過低，否則會(huì)導(dǎo)致草坪草根系變淺[87]，從而降低坪床表面的抗剪強(qiáng)度和摩擦性能[76]，使草坪草在比賽中更容易被削起[88]。除了修剪高度外，修剪頻率同樣也會(huì)影響坪床的穩(wěn)定性。Lundberg[89]在草地早熟禾混播多年生黑麥草的草坪上進(jìn)行了2種不同頻率的修剪試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，每周修剪2次比修剪1次能獲得更高的坪床表面抗剪強(qiáng)度。

3.2 施氮肥

草坪施肥能夠及時(shí)補(bǔ)充土壤養(yǎng)分供應(yīng)，使草坪質(zhì)量保持在較高水平[90]。氮素作為草坪草需求量最多的營(yíng)養(yǎng)元素，缺乏或過量均會(huì)引起草坪草生長(zhǎng)不良[82]，使草坪表面穩(wěn)定性變差，因此氮肥的合理施用尤為關(guān)鍵。Canaway[91]對(duì)多年生黑麥草草坪進(jìn)行了不同氮肥施用水平研究，結(jié)果表明，全年施氮225 kg·hm-2能使坪床表面抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大。這與Leyer和Skirde[92]認(rèn)為獲得最大坪床表面抗剪強(qiáng)度的全年施氮量應(yīng)為200 kg·hm-2的結(jié)論一致。Mascitti等[93]研究發(fā)現(xiàn)，草地早熟禾草坪在春季每月施氮 49 kg·hm-2(總施氮量 147 kg·hm-2)或在 9 月份 追 加 施 氮 49 kg·hm-2(總 施 氮 量 196 kg·hm-2)均表現(xiàn)出較強(qiáng)的草皮抗削起能力。此外，施用氮肥類型不同，對(duì)草坪表面穩(wěn)定性的影響也會(huì)存在差異。Vanini等[94]在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)草坪夏季休整期以多年生黑麥草混播草地早熟禾而新建的草坪上研究尿素(46-0-0)、硫包衣尿素(39-0-0，12%硫磺包衣)、樹脂包衣尿素(43-0-0，6%活性層包衣)以及另一種樹脂包衣尿素(44-0-0，4%活性層包衣)這4種氮肥的施用效果，通過比較后發(fā)現(xiàn)，樹脂包衣尿素 (43-0-0，6% 活性層包衣)按照 147 kg·hm-2的施氮量能使草坪表面獲得最大抗剪強(qiáng)度。

3.3 表層覆沙

表層覆沙被認(rèn)為是提高草坪運(yùn)動(dòng)質(zhì)量較為經(jīng)濟(jì)有效的一種管理措施[95]，既能使草坪表面變得平整光滑，又可以加速枯草層分解[96]。而枯草層積累過厚不僅會(huì)阻礙水肥進(jìn)入土壤，還會(huì)增加病蟲害的控制難度，使草坪抗性變差，草皮更容易被削起[97-98]。近年來，有關(guān)表層覆沙對(duì)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)坪床穩(wěn)定性的影響研究已經(jīng)廣泛開展，并且取得了一定成果(表3)。但覆沙量不宜過多，否則會(huì)對(duì)坪床表面抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生負(fù)面影響[96, 99]。

表 3 表層覆沙對(duì)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)坪床穩(wěn)定性的影響Table 3 Effect of sand topdressing on the stability of sports field rootzone

3.4 垂直刈割

垂直刈割一般在草坪草旺盛生長(zhǎng)時(shí)進(jìn)行，其通過一系列安裝在高速旋轉(zhuǎn)水平軸上的刀片來對(duì)近土壤層進(jìn)行垂直切割，以破除草坪表面積累的枯草層[103]。對(duì)于易形成枯草層的草坪，適時(shí)垂直刈割能對(duì)其進(jìn)行有效控制，同時(shí)還能提高草坪表面的穩(wěn)定性。Sherratt等[77]研究表明，在草地早熟禾與Motz TS-II建植的混合草坪上每月進(jìn)行1次垂直刈割，不僅能提高其表面硬度和足球反彈率，還能增強(qiáng)草皮的抗削起能力。Hudson[72]在草地早熟禾與SportGrass建植的混合草坪上進(jìn)行相關(guān)研究后也得到類似結(jié)論，并認(rèn)為垂直刈割能提高其表面硬度。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，目前關(guān)于運(yùn)動(dòng)場(chǎng)坪床穩(wěn)定性方面的研究已經(jīng)取得了巨大進(jìn)展，并且形成了從合理配制根際層材料到采用混合草坪系統(tǒng)建植再到后期草坪的科學(xué)養(yǎng)護(hù)管理這樣一套加固體系。但各種技術(shù)本身也會(huì)存在一些不足，比如會(huì)造成草坪草生長(zhǎng)不良，坪床保水性下降，表面硬度和摩擦力過大，建植成本過高等。雖然人們已經(jīng)定性地認(rèn)識(shí)到沙粒粒徑分布范圍越廣、棱角度越高，坪床穩(wěn)定性越好。但相關(guān)研究仍然不足，需要通過進(jìn)一步研究來量化它們之間的關(guān)系，從而為草坪管理者更好地選擇沙子提供理論參考。此外，如果不能充分地考慮當(dāng)?shù)貧夂?、產(chǎn)沙特點(diǎn)、所具備的材料和設(shè)備條件、場(chǎng)地使用強(qiáng)度、建造及養(yǎng)護(hù)成本等因素而去盲目選擇坪床加固方式，很可能會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)場(chǎng)草坪質(zhì)量不高甚至建造失敗，從而造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。另外值得注意的是，選擇好坪床加固方式以后，草坪的養(yǎng)護(hù)管理措施可能也需要作出相應(yīng)調(diào)整。

纖維已被證實(shí)對(duì)坪床具有很好的加固作用，但材料幾乎都是合成纖維。目前，麥稈、劍麻、椰殼纖維以及棕櫚纖維等纖維狀植物材料已經(jīng)在工程研究上取得了很好的土壤加固效果[104-107]。未來不妨考慮將這些植物性纖維材料應(yīng)用到運(yùn)動(dòng)場(chǎng)草坪上，研究其在坪床加固方面是否也具有積極影響。另外，坪床的穩(wěn)定性還取決于草坪草植株本身，因此人們也可以嘗試借助分子生物學(xué)手段來改良草坪草植株性狀，通過培育具有發(fā)達(dá)根系、覆蓋性好、恢復(fù)力強(qiáng)的草坪草品種來提高坪床穩(wěn)定性。隨著草坪研究的不斷深入，相信會(huì)有更多經(jīng)濟(jì)有效的坪床加固技術(shù)被開發(fā)和利用。但需要清醒認(rèn)識(shí)的是，我國(guó)草業(yè)起步晚，發(fā)展慢，同西方發(fā)達(dá)國(guó)家之間仍存在較大差距。相比于農(nóng)業(yè)和林業(yè)，我國(guó)草業(yè)研究基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，特別是在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)坪床加固方面研究近乎空白，這可能會(huì)直接影響我國(guó)邁入世界體育強(qiáng)國(guó)行列的進(jìn)程，因此亟待進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)研究。