氮素對踐踏草坪生理生長特性的影響

王 齊 師春娟 孟建林 孫吉雄

（1. 云南林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650224；2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

草坪作為城市整體環(huán)境綠化的底色，對環(huán)境綠化美化的重要已被人們普遍認(rèn)可[1]，表現(xiàn)在草坪草種的引種數(shù)量成倍增長和越來越多的草坪綠地呈現(xiàn)在人們面前。隨之而來的可供人們游玩、娛樂、競技的開放式草坪和運(yùn)動草坪的數(shù)量也越來越多，草坪的踐踏問題及恢復(fù)技術(shù)已成為人們研究的重點(diǎn)[2]。

據(jù)前人研究表明，草坪的耐踐踏性體現(xiàn)在耐磨和抗壓兩方面，磨損傷害是踐踏時的重力和運(yùn)動對草坪草的葉、莖和根頸組織產(chǎn)生的擠壓、撕裂等，是對草坪草的一種直接損害，而耐踐踏是指草坪草在經(jīng)受踐踏脅迫后能自身恢復(fù)或通過養(yǎng)護(hù)管理后恢復(fù)到原草坪質(zhì)地程度的一種性能[2]，同時也是評價草坪質(zhì)量的重要指標(biāo)之一[3]。目前的多數(shù)研究表明，選擇耐踐踏草坪草種、合理的坪床結(jié)構(gòu)、適宜的養(yǎng)護(hù)管理措施可以提高草坪草的耐踐踏性和踐踏后的恢復(fù)率[2]；同時，不同營養(yǎng)水平，草坪的耐踐踏性亦不同；通常氮素是影響草坪草生長發(fā)育中重要限制因子，一定程度上使草坪的坪用質(zhì)量得到提高，但更能帶來如草坪衰退加快，氮素利用率下降，環(huán)境污染，生態(tài)環(huán)境條件惡化等不利影響[4-5]。因此，研究草坪踐踏恢復(fù)與氮素水平之間的相關(guān)關(guān)系，對于耐踐踏草坪的養(yǎng)護(hù)管理有重要的意義。本研究擬通過對不同踐踏脅迫草坪的氮素處理試驗(yàn)，旨在得出踐踏脅迫和恢復(fù)生長與氮素水平之間的相關(guān)關(guān)系，為開放式草坪的養(yǎng)擴(kuò)與氮素的施用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于昆明市（北緯25°02′11″，東經(jīng)102°42′31″）。屬北亞熱帶西部型季風(fēng)氣候，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，四季溫差不大，干濕季分明；年均氣溫14.5 ℃，極端最高溫33.1 ℃，極端最低溫-9.2 ℃，年均降水量1 008.9 mm，每年5—10月降水量約占全年降水量89%；土壤以土壤主要是泥質(zhì)頁巖類山原紅壤和古紅土山原紅壤為主。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為草坪資源圃試驗(yàn)觀賞結(jié)縷草（Zoysia japonica）草坪。結(jié)縷草具有極其發(fā)達(dá)的根莖，有極強(qiáng)的抗旱能力；抗寒性和耐鹽堿性強(qiáng)；對土壤要求不高；其葉片有一定的柔韌性，極耐踐踏；廣泛應(yīng)用于溫暖潮濕和過渡地帶，在園林、庭園、高爾夫球場、機(jī)場、運(yùn)動場和水土保持地廣為應(yīng)用。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)踐踏和氮素2個因素，各3個水平（T：T0、T1、T2；N：N0、N1、N2），共9個試驗(yàn)小區(qū)，面積2 m×1.5 m；小區(qū)間用塑料板（120 cm × 20 cm × 0.5 cm）拼接隔檔；小區(qū)四周設(shè)保護(hù)行。其中T0和N0為2種處理的對照。

踐踏脅迫采用踐踏器模擬，踐踏器由2個并排且粗細(xì)不同的實(shí)心鐵輥（30 cm × 50 cm；20 cm ×50 cm）構(gòu)成，鐵輥表面套有橡皮小釘（1.5 cm ×3 cm），質(zhì)量70 kg，滾動時可對草坪草造成傷害。踐踏處理分3個水平，即T0為不踐踏；T1為每2 d用踐踏器來回踐踏3次；T2為每天用踐踏器來回踐踏3次；施氮在踐踏脅迫2周后進(jìn)行，施氮處理分3個水平，即N0為不施氮；N1為8 g/m2，N2為16 g/m2；施氮方式采用人工撒施，施后噴水淋溶。

按試驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求，先踐踏處理10 d后，按設(shè)計(jì)劑量分別施入氮肥，進(jìn)行雙因素試驗(yàn)處理，處理到第40天，測定2次處理期形態(tài)和生理指標(biāo)；然后停止踐踏處理，正常進(jìn)行水分管理，不再施肥，使其恢復(fù)生長到第30天測定恢復(fù)期形態(tài)和生理指標(biāo)。

1.4 測定指標(biāo)與方法

試驗(yàn)處理后在各小區(qū)中隨機(jī)選取10 cm ×10 cm面積的樣方，齊根剪取地上草坪莖葉，在實(shí)驗(yàn)室清數(shù)單株數(shù)量，并將所有的莖葉烘干稱量，折算成每平方米面積的株數(shù)和干質(zhì)量計(jì)算，即采用計(jì)數(shù)法測密度和地上生物量，即用10 cm ×10 cm的方框按在草坪上，將方框內(nèi)的所有草坪草齊根部剪取，放入樣品袋，帶回實(shí)驗(yàn)室先數(shù)枝條總數(shù)，然后烘干稱量計(jì)算其地上生物量；采用定點(diǎn)植株標(biāo)記法測株高，各采取3次重復(fù)；采用修剪稱重法葉片相對含水量、相對電導(dǎo)率參照電導(dǎo)率法、游離脯氨酸含量參照酸性茚酸酮顯色法、丙二醛（MDA）含量參照硫代巴比妥酸顯色法、可溶性總糖含量參照蒽酮比色法、葉綠素含量參照乙醇提取比色法，具體測定方法見《物生理生化實(shí)驗(yàn)技術(shù)與原理》[6]。采用EXCEL 2003、DPS 8.0和SPSS 12.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整整與差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥對不同程度踐踏草坪草密度、株高和地上生物量的影響

由圖1可知，結(jié)縷草草坪受不同程度踐踏和施用氮素后，株高和地上生物量隨踐踏程度增加有減小趨勢，密度呈先增后降的趨勢。在不踐踏下，氮素對結(jié)縷草草坪密度的影響變化是N1>N2>N0，不同氮量之間差異均顯著（P<0.05）；對株高和地上生物量的影響變化是N2>N1>N0，N1和N2與N0之間差異均顯著（P<0.05）。在中度踐踏下，氮素對結(jié)縷草草坪密度和地上生物量的影響變化是N1>N2>N0，N1和N2與N0之間差異均顯著（P<0.05）；對株高的影響變化是N2>N1>N0，不同氮量之間差異均顯著（P<0.05）。在重度踐踏下，氮素對結(jié)縷草草坪密度和地上生物量的影響變化是N1>N0>N2，N1與N0之間差異均不顯著；對株高的影響變化是N2>N1>N0，N2與N0之間差異均顯著（P<0.05），從中可以看出，施用N1處理可以增加在中等踐踏脅迫下的草坪密度和生物量，株高則隨施氮量的增加而增大。

圖 1 不同踐踏和施氮處理下結(jié)縷草密度、株高和地上生物量的變化Fig. 1 The change of density, height and aboveground biomass of Z. japonica under different levels of traffic stress and nitrogen rate treatments

由圖2可知，通過對恢復(fù)生長30 d后的比較可知，結(jié)縷草草坪密度、株高生長和地上生物量受踐踏的影響還存在，都有隨踐踏程度增加而呈減小趨勢變化，氮素的作用效果各不相同，無踐踏和中度踐踏恢復(fù)生長后，氮素對結(jié)縷草草坪密度、株高生長和地上生物量的影響變化是分別是N2>N1>N0，N2與N0之間差異均顯著（P<0.05）；重度踐踏恢復(fù)生長后，氮素對結(jié)縷草草坪密度、株高生長和地上生物量的影響變化是N1>N2>N0，株高生長和地上生物量在N1與N0處理之間差異均顯著（P<0.05），可以看出，施氮能夠促進(jìn)無踐踏和中度踐踏下草坪草的恢復(fù)生長，對于重度踐踏下的草坪，N1水平更能促進(jìn)其恢復(fù)生長。

圖 2 恢復(fù)生長30 d后結(jié)縷草密度、株高和地上生物量的變化Fig. 2 The change of density, height, aboveground biomass of Z. japonica after 30 days recovery growth

2.2 氮肥對不同程度踐踏草坪葉片相對電導(dǎo)率和總?cè)~綠素含量的影響

由圖3可知，結(jié)縷草受不同程度踐踏和施用氮素后，結(jié)縷草葉片相對電導(dǎo)率有隨踐踏程度增加呈增大趨勢，總?cè)~綠素含量則有減小趨勢。施用氮素處理以后，在不同踐踏處理下，氮素對結(jié)縷草葉片相對電導(dǎo)率和總?cè)~綠素含量的影響變化是N2>N1>N0，N1和N2與N0之間差異均顯著（P<0.05）。

圖 3 不同踐踏和施氮處理下結(jié)縷草葉片相對電導(dǎo)率和總?cè)~綠素含量的變化Fig. 3 The change of relative conductivity and total chlorophyll content of Z. japonica leaf under different levels of traffic stress and nitrogen rate treatments

由圖4可知，恢復(fù)生長30 d后，結(jié)縷草草坪受不同程度踐踏和施用氮素后，葉片相對電導(dǎo)率和總?cè)~綠素含量有隨踐踏程度增加有增大趨勢；受不同踐踏恢復(fù)生長后，氮素對結(jié)縷草葉片相對電導(dǎo)率和總?cè)~綠素含量的影響變化是N2>N1>N0，葉片相對電導(dǎo)率N1與N2處理之間差異均不顯著（P<0.05），而總?cè)~綠素含量在呾踏處理后異均顯著（P<0.05）。

圖 4 恢復(fù)生長30 d后結(jié)縷草葉片相對電導(dǎo)率和總?cè)~綠素含量的變化Fig. 4 The change of relative conductivity and total chlorophyll content of Z. japonica leaf after 30 days recovery growth

2.3 氮肥對不同程度踐踏草坪葉片游離脯氨酸、MDA、可溶性糖含量的影響

由圖5可知，結(jié)縷草受不同程度踐踏和施用氮素后，結(jié)縷草葉片游離脯氨酸、MDA和可溶性糖含量有隨踐踏程度增加呈增大趨勢。施用氮素處理以后，在不同踐踏處理下，氮素對結(jié)縷草葉片葉片游離脯氨酸、MDA和可溶性糖含量的影響變化是N2>N1>N0。游離脯氨酸含量在不同踐踏和氮量處理之間差異均顯著（P<0.05）；MDA含量在無踐踏和重試踐踏下，各氮量處理之間差異均顯著（P<0.05），在中度踐踏處理下，N1與N0之間差異不顯著；而可溶性糖含量在無踐踏和重試踐踏下，各氮量處理之間差異均不顯著，在中度踐踏處理下，各氮量處理之間差異均顯著（P<0.05），可看出，施用氮素對結(jié)縷草受的踐踏脅迫所造成的影響不明顯，葉片游離脯氨酸、MDA和可溶性糖含量變化主要與踐踏脅迫有關(guān)。

圖 5 不同程度踐踏和施氮處理下結(jié)縷草葉片游離脯氨酸、MDA、可溶性糖含量的變化Fig. 5 The change of proline content, MDA content and soluble sugar content of Z. japonica leaf under different levels of traffic stress and nitrogen rate treatments

由圖6可知，恢復(fù)生長30 d后，結(jié)縷草草坪受不同程度踐踏和施用氮素后，葉片游離脯氨酸、MDA和可溶性糖含量都有不同程度的減小，且受踐踏脅迫的影響很小。無踐踏和中度踐踏恢復(fù)生長后，氮素對結(jié)縷草葉片游離脯氨酸、MDA和可溶性糖含量的影響變化是N0>N1>N2，且在無踐踏下，N1與N0處理之間差異不顯著，N2與N0處理之間差異（P<0.05）；重度踐踏恢復(fù)生長后，氮素對結(jié)縷草MDA和可溶性糖含量的影響變化是N2>N1>N0，N2與N0處理之間差異（P<0.05）。

圖 6 恢復(fù)生長30 d后結(jié)縷草葉片游離脯氨酸、MDA、可溶性糖含量的變化Fig. 6 The change of proline content, MDA content and soluble sugar content of Z. japonica leaf after 30 days recovery growth

3 結(jié)論與討論

相關(guān)研究表明，氮素對草坪草對受損后恢復(fù)潛力的高低和草坪群體構(gòu)成等產(chǎn)生重大影響[7-8]；也能影響結(jié)縷草的種子產(chǎn)量和地上、地下生物量的積累都與氮肥呈正相關(guān)[9]。本研究中也發(fā)現(xiàn)，施用氮素會對結(jié)縷草在處理期和恢復(fù)期產(chǎn)生了不同影響，施用N1（8 g/m2）可促進(jìn)草的分蘗，使密度增加，株高生長和地上生物量積累也相對增加；恢復(fù)生長后，受踐踏脅迫的草坪恢復(fù)生長還是相對較慢，但施用N1水平（8 g/m2）則使密度、株高和地上生物量值相對變化增大，說明了適量的氮水平可以提高草坪草的抗踐踏能力，這與馬宗仁等[10]、劉天增等[11]、劉春陽等[12]的研究結(jié)果一致。

踐踏草坪草除對草坪的表觀質(zhì)量產(chǎn)生顯著的影響外，也能引起植物體內(nèi)抗逆生理的一系列應(yīng)急反應(yīng)，使草坪草葉片相對電導(dǎo)率、游離脯氨酸含量、MDA含量、可溶性糖含量隨踐踏脅迫程度的增加而增大，總?cè)~綠素含量有相對減少，這是因?yàn)榻Y(jié)縷草新生器官嫩弱，水分含量較高，受踐踏脅迫后植物細(xì)胞生長受到損傷的原因；再加上踐踏對結(jié)縷草莖的斷折、葉片的磨損和撕裂等，造成密度、株高和生物量等指標(biāo)的明顯下降，雖氮素對結(jié)縷草的生長有促進(jìn)作用，但不足以抵消踐踏對其造成的直接損傷，因此密度、株高和生物量相對下降，而游離脯氨酸含量、丙二醛含量等各抗性指標(biāo)相對升高；而施用氮素后，隨氮量的增加后各指標(biāo)的變化與受踐踏程度增加的變化一致，表現(xiàn)出處理期氮素的作用不明顯，是因?yàn)榈靥幚頃囊欢ǔ潭壬洗偈怪参锶~肉細(xì)胞的細(xì)胞壁變薄，減小葉片的厚度，降低細(xì)胞對水分的束縛能力[13]，使得葉片的耐磨損性降低，增加了踐踏對葉片傷害的程度。

本研究也表明，在恢復(fù)期各生理指標(biāo)的在踐踏脅迫下的變化相對減小，脅迫影響的作用不明顯；施用氮素后，N2與N0差異顯著，表現(xiàn)出雙重處理后的疊加效果，N2在中度踐踏下游離脯氨酸含量、MDA含量、可溶性糖含量相對最低，總?cè)~綠素含量相對增多，表現(xiàn)出明顯的生長優(yōu)勢，這是因?yàn)榈厥墙Y(jié)縷草賴以生長的新細(xì)胞形成所需氨基酸和蛋白質(zhì)的主要元素，直接決定結(jié)縷草體內(nèi)儲存的碳水化合物的多少；而碳水化合物對于結(jié)縷草在冬眠期內(nèi)的存活、再生以及對各種脅迫的抗性均起到十分重要的作用。所以適當(dāng)?shù)氐氖┯茫瑫黾尤~綠素含量，Rubisco酶活性，一定程度上會提高植物的光合水分利用率[14-15]，使結(jié)縷草的再生速度加快，其生物量積累越多[16]。

可見，踐踏脅迫能夠使結(jié)縷草密度減小、株高降低、地上生物量減少；結(jié)縷草葉片的相對電導(dǎo)率、游離脯氨酸含量、MDA含量、可溶性糖含量隨踐踏脅迫程度的增加有遞增變化趨勢，總?cè)~綠素含量有相對遞減趨勢，各處理之間的差異各不相同；而施用N1（8 g/m2）可促進(jìn)草的分蘗，使密度增加，株高生長和地上生物量積累也相對增加；恢復(fù)生長后，踐踏脅迫的效果還存在，但是N1對其密度、株高和地上生物量的增長相對較快，N2與重踐踏有疊加效應(yīng)；各生理指標(biāo)的在踐踏脅迫下的變化相對減小，脅迫影響的作用不明顯；施用氮素后，N2與N0差異顯著，N2（16 g/m2）在中度踐踏下游離脯氨酸含量、MDA含量、可溶性糖含量相對最低，總?cè)~綠素含量相對增多，表現(xiàn)出明顯的生長優(yōu)勢，表明在中度踐踏脅迫下，施用氮素能地促進(jìn)結(jié)縷草的恢復(fù)生長。