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        華東地區(qū)優(yōu)質(zhì)低養(yǎng)護(hù)水庫護(hù)坡草種篩選及其適應(yīng)性評價

        2015-12-12 08:16:54王偉杰宗俊勤高艷芝陳靜波劉建秀
        江蘇水利 2015年12期
        關(guān)鍵詞:固土草種護(hù)坡

        王偉杰 宗俊勤 高艷芝 陳靜波 劉建秀

        (1.宜興市橫山水庫管理所,江蘇 宜興 214236;2.江蘇省中國科學(xué)院植物研究所,江蘇 南京 210014)

        0 引言

        草坪從規(guī)劃建植到以后的養(yǎng)護(hù)管理,按投入資源的不同大致分為3 種類型,分別是高養(yǎng)護(hù)(High maintenance turf)草坪、中度養(yǎng)護(hù)(Mediummaintenance turf)和低養(yǎng)護(hù)(Low maintenanceturf)[1]。隨著國內(nèi)外低碳經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人們環(huán)保意識的提升,低養(yǎng)護(hù)草坪由于投入少,成本低,環(huán)境友好,同時也能保證相應(yīng)的草坪質(zhì)量,所以該類草坪已經(jīng)超越了類別劃分,越來越成為整個草坪產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢[2]。

        有關(guān)低養(yǎng)護(hù)草坪的研究在20 世紀(jì)70~80年代就有記載[3,4]。針對適宜進(jìn)行低養(yǎng)護(hù)管理的草種篩選研究,已有不少報道,Wu 等在1988年即開展了12 種草坪草的耐低養(yǎng)護(hù)評價,并認(rèn)為野牛草(Buchloe dactyloides)是最有 潛力的低養(yǎng)護(hù)草種[5]。Brede(2002)等認(rèn)為結(jié)縷草(Zoysia japonica)和野牛草作為低養(yǎng)護(hù)草坪的潛力明顯優(yōu)于高羊茅(Festuca arundinacea)[6]。而Watkins(2010)等對剪股穎(Agrostis stolonifera)、高羊茅和早熟禾(Poaannua)等17 份冷季型草坪草作為低養(yǎng)護(hù)草種的潛力進(jìn)行了分析[7]。已有的研究表明,暖季型草種較冷季型草種更具作為低養(yǎng)護(hù)草種的潛力[6]。我國目前在低養(yǎng)護(hù)草坪草種選育方面缺乏系統(tǒng)的研究和篩選評價的報道,已有的報道主要針對草坪養(yǎng)護(hù)過程中修剪[8]、踐踏[8]、施肥[9]、灌溉[10]等各項養(yǎng)護(hù)措施進(jìn)行了相對獨立的研究。但我國有豐富的草坪草種質(zhì)資源,其中具有低養(yǎng)護(hù)特性的結(jié)縷草屬植物、假儉草(Eremochloa ophiuroides)在我國分布廣泛,遺傳多樣性豐富,同時狗牙根(Cynodon dactylon)種質(zhì)資源中也有不少具有低養(yǎng)護(hù)的特性。對結(jié)縷草屬、假儉草種質(zhì)資源的系統(tǒng)收集和利用研究始于20 世紀(jì)90年代[11,12],但總體利用水平很低,在低養(yǎng)護(hù)草坪上應(yīng)用更少。

        護(hù)坡草坪是指建植在河湖水庫堤壩、公路兩側(cè)的平地或坡地上,主要以水土保持為目的的保護(hù)性草坪,是管理相對較為粗放的草坪[13]。其能夠防止水土流失主要是由于草坪形成的致密草層能夠降低雨水對于表層土壤的沖擊作用,并大幅降低地表徑流的沖蝕,從而有效地攔截表土徑流,防止并大大降低水土流失,相關(guān)研究表明,當(dāng)降水量為346 mm 時,每667 m2水土流失裸地為450 kg,林地為40 kg,草地僅為6 kg[14]。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展以及對環(huán)境要求的不斷提高,越來越多的水庫采用了背水坡建植草坪的方法來達(dá)到固土護(hù)坡和美化環(huán)境的目的。關(guān)于暖季型護(hù)坡草坪品種篩選和評價方面,王麗等對香根草、假儉草、狗牙根及結(jié)縷草作為護(hù)坡草種的護(hù)坡性能進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)香根草是南方地區(qū)理想的護(hù)坡草種,假儉草的護(hù)坡性能僅次于香根草,其他草種的護(hù)坡效能相對較差[15]。但是目前水庫護(hù)坡保土草坪仍以狗牙根、馬尼拉(Zoysia matrella)、高羊茅、黑麥草(Lolium perenne)等進(jìn)口草種為主,養(yǎng)護(hù)成本高,壽命較短,導(dǎo)致現(xiàn)有護(hù)坡草坪的護(hù)坡效果并不理想[16-18]。而關(guān)于低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草坪的研究還處于起步階段,未見有關(guān)于低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草坪草種篩選及其相關(guān)技術(shù)的研究報道。

        本研究以橫山水庫為試驗基地,以前期研究團(tuán)隊經(jīng)過多年篩選評價的優(yōu)質(zhì)抗逆低養(yǎng)護(hù)草坪草新品種(系)為材料,以目前水庫庫區(qū)廣泛使用的馬尼拉以及水庫當(dāng)?shù)氐募賰€草為對照品種,綜合比較國產(chǎn)暖季型草坪草優(yōu)良品系與對照品種在適應(yīng)性及坪用質(zhì)量方面的差異,以篩選出坪用質(zhì)量不低于對照而建植、養(yǎng)護(hù)成本明顯低于對照的低養(yǎng)護(hù)草坪草新品種,為江蘇及其以南地區(qū)水庫邊坡等低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草坪建設(shè)提供參考和現(xiàn)實材料。

        1 材料與方法

        1.1 試驗材料

        本試驗以11 份暖季型草坪草為試驗材料,包括5 份假儉草、5 份狗牙根及1 份溝葉結(jié)縷草,具體11 份材料見表1。所有材料均為2012年5月同時種植于江蘇省宜興市西渚鎮(zhèn)橫山水庫大壩北向背水坡,土壤pH 為6.69,有機(jī)質(zhì)含量為0.84%,速效磷為1.78 ppm,速效鉀為129.57 ppm,銨態(tài)氮為11.52 ppm。

        1.2 試驗方法

        以國產(chǎn)暖季型草坪草優(yōu)良品種為材料,以目前蘇南庫區(qū)廣泛使用的馬尼拉(Z014)和在試驗地附近采集的本地假儉草(EB)為對照,研究其在水利邊坡條件下的成坪速度、雜草競爭能力、根系深度、修剪次數(shù)、綠色期、蓋度、均一性、顏色及綜合坪用質(zhì)量等。試驗材料均采用營養(yǎng)體條栽,將種莖剪成10 cm 長的具芽莖段,嚴(yán)格按照行距16 cm 進(jìn)行種植,種植后及時鎮(zhèn)壓、噴灌,保證種床濕潤,栽種后及時清除雜草。試驗材料按照完全隨機(jī)的方法進(jìn)行布置,且每個材料在3 個小區(qū)重復(fù)布置,每個小區(qū)面積3 m2,小區(qū)間距50 cm。及時記錄每個小區(qū)的雜草清除次數(shù),成坪日期等信息,待材料成坪后對其進(jìn)行連續(xù)2年的相關(guān)指標(biāo)觀測。

        1.3 評價指標(biāo)測定

        評價項目包括養(yǎng)護(hù)水平、固土指標(biāo)和坪用質(zhì)量綜合評價。具體指標(biāo)測定方法和劃分標(biāo)準(zhǔn)參考NYT 1091-2006 草品種審定技術(shù)規(guī)程[19],目測打分項目采用3 人觀測值的平均數(shù)(保留1 位小數(shù)),每人獨立打分,評分時9 分為最優(yōu),1 分為最差,6 分代表合格。

        1.3.1 養(yǎng)護(hù)水平及固土指標(biāo)觀測

        雜草競爭能力:主要記錄草坪生長周期中,為保證材料正常生長所必須進(jìn)行的各個材料的雜草清除次數(shù)。

        修剪次數(shù):指成坪后在生長季節(jié)保持合格的坪用質(zhì)量所需要的修剪次數(shù)。

        成坪速度:采用目測法,在正常養(yǎng)護(hù)管理條件下測定草坪從營養(yǎng)體建植到草坪蓋度達(dá)到80 %的天數(shù)。

        表1 試驗材料

        根系深度:成坪后對植物根系的實際深度進(jìn)行測量,每個小區(qū)重復(fù)3次,每年6月和9月各測定一次。

        根系干重:成坪后對植物根系的干重進(jìn)行測定,每個小區(qū)重復(fù)3 次,每年6月和9月各測定一次。

        蓋度:采用目測法估計草坪草植株垂直投影面積占整個小區(qū)面積的百分比。

        1.3.2 坪用質(zhì)量指標(biāo)觀測

        綠色期:采用目測法,測定在正常養(yǎng)護(hù)管理條件下草坪從50 %的植株返青變綠到50 %的植株枯黃的持續(xù)天數(shù)。

        均一性:采用目測打分法對整個草坪均勻程度進(jìn)行評價。

        顏色:根據(jù)NYT 1091-2006 草品種審定技術(shù)規(guī)程中的劃分標(biāo)準(zhǔn)[18],采用目測打分法對草坪顏色進(jìn)行評價。

        坪用質(zhì)量綜合評價:采用目測打分法在建植成坪后逐月對坪用質(zhì)量進(jìn)行評價。根據(jù)參試品種(系)的坪用性狀(密度、顏色、均一性和葉寬等)和適應(yīng)性(抗逆性、抗病蟲性等)觀感的綜合表現(xiàn)進(jìn)行評分。

        1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

        利用SPSS 17.0 軟件和Excel 2010 對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,設(shè)定顯著性水平P<0.05。并利用模糊數(shù)學(xué)中求隸屬函數(shù)的方法對各個指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和換算,以各個指標(biāo)隸屬函數(shù)值的平均值對材料進(jìn)行綜合評價。隸屬函數(shù)的計算公式為:

        式中:

        Fij—i 種類j 指標(biāo)的隸屬函數(shù)值;

        Xij—i 種類j 指標(biāo)測定值;

        Xmax、Xmin—分別表示各種類指標(biāo)的最大和最小測定值。

        指標(biāo)與評價目標(biāo)呈正相關(guān)的用A 式,反之用B 式。通過先求出各個指標(biāo)的隸屬值,再把每個指標(biāo)的隸屬值累加求平均值,利用求得的隸屬函數(shù)值進(jìn)行聚類分析[20]。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同屬草種的養(yǎng)護(hù)水平、固土護(hù)坡及坪用質(zhì)量評價

        由表2 可以看出,3 個草種在所有指標(biāo)上均有一定的差異,養(yǎng)護(hù)水平方面修剪次數(shù)的變異系數(shù)是所有指標(biāo)中最大的,表明在修剪次數(shù)上3 個草種的差異最大;固土方面蓋度的變異系數(shù)是所有指標(biāo)中最小的,說明3個草種在蓋度方面的差異最?。黄河觅|(zhì)量方面均一性指標(biāo)的變異相對較大,表明3 個草種在均一性方面的差異比較大。

        從養(yǎng)護(hù)水平看,修剪次數(shù)方面,由于狗牙根生長速度最快,其修剪次數(shù)顯著高于假儉草和對照溝葉結(jié)縷草,達(dá)到了3.6 次,而假儉草與對照溝葉結(jié)縷草在修剪次數(shù)方面沒有顯著差異,分別為2.2 和2.0 次;假儉草和狗牙根的平均除草次數(shù)均為3.8 次,顯著低于對照溝葉結(jié)縷草;3 個草種的成坪速度具有顯著差異,狗牙根(8.53 d)和假儉草(75 d)的平均成坪天數(shù)均顯著快于對照溝葉結(jié)縷草(90 d)。固土方面,狗牙根根系最深,顯著高于對照溝葉結(jié)縷草,但與假儉草差異不顯著,假儉草的根系深度雖然較對照溝葉結(jié)縷草深,但是差異不顯著。蓋度方面3 個草種間未發(fā)現(xiàn)有顯著差異。在坪用質(zhì)量評價方面,3 個草種的顏色存在一定的差異,其中,狗牙根材料的顏色相對較深,而假儉草和溝葉結(jié)縷草顏色相差不大;在均一性和坪用質(zhì)量方面,雖然假儉草和狗牙根的表現(xiàn)存在一些差異,但是差異不顯著,且均顯著優(yōu)于對照溝葉結(jié)縷草;在綠色期方面,3 個草種間未發(fā)現(xiàn)有顯著差異。

        表2 不同屬草種建植養(yǎng)護(hù)水平、固土及其坪用性狀評價表

        2.2 不同供試品種(系)養(yǎng)護(hù)水平、固土及其坪用質(zhì)量評價

        由表3 可以看出,供試材料所有指標(biāo)均存在一定的差異。養(yǎng)護(hù)水平方面,修剪次數(shù)的變異系數(shù)為52.19%,是所有指標(biāo)中最大的,說明修剪次數(shù)在供試草種間差異最大;成坪速度和除草次數(shù)的變異系數(shù)亦相對較大,且數(shù)值非常類似,表明成坪速度和除草次數(shù)的變異亦較大,且二者的變化較為一致。固土方面,蓋度的變異系數(shù)最小,說明3 個草種在蓋度方面的差異最小。坪用質(zhì)量方面,相關(guān)指標(biāo)的變異系數(shù)均較小,表明在坪用質(zhì)量相關(guān)指標(biāo)上各個材料的差異較小。

        養(yǎng)護(hù)水平指標(biāo)是評價材料在當(dāng)?shù)貧夂?、土壤等條件下后期養(yǎng)護(hù)管理水平的指標(biāo),能夠在一定程度上反應(yīng)材料的養(yǎng)護(hù)要求和后期養(yǎng)護(hù)投入情況。所有材料中E039 的修剪次數(shù)最少且顯著低于其它所有材料,主要因為其草層高度和花穗密度均較低,基本可以做到免修剪;E092-1、E022、E038、C791 及C792 的修剪次數(shù)居中,與Z014沒有顯著差異,但顯著低于EB 材料。除草次數(shù)表示草坪與雜草的競爭能力,供試草種中E038、E039、E092-1、C291-1、C748 以及C752 的除草次數(shù)相對較少,顯著低于兩個對照及其它供試材料,表明上述材料的雜草競爭能力相對較強(qiáng)。供試草種中,C291-1的成坪速度顯著快于包括對照Z014和EB 的其它所有材料,假儉草中E039 的成坪速度雖然慢于狗牙根材料,但顯著快于EB 和Z014 兩份對照材料,并顯著快于其它假儉草材料。固土方面指標(biāo)主要是在一定程度上反應(yīng)材料固土護(hù)坡效果的好壞,供試材料中根系最深的是C291-1,E039、C752、C792 次之,其它材料的根系深度均不理想,根系顯著淺于所有材料的是Z014 材料,表明C291-1 的根系發(fā)達(dá),E039、C752、C792 的根系亦相對較發(fā)達(dá),上述材料的固土護(hù)坡能力相對較強(qiáng),而其他材料的根系較淺,其根系固土能力沒有根系較深材料強(qiáng)。

        表3 不同供試種質(zhì)建植養(yǎng)護(hù)水平及其坪用性狀評價表

        坪用質(zhì)量指標(biāo)是衡量草坪草景觀效果的相關(guān)指標(biāo),所有材料中,E039 材料的綠色期最長,且顯著長于除E092-1、C291-1 及對照Z014外的其它材料,綠色期最短的是對照EB。除材料C791 的蓋度顯著低于其他材料外,其余材料的蓋度均達(dá)100%,與對照材料沒有顯著差異。在均一性方面,E039 材料表現(xiàn)最好,顯著高于包括對照EB 及Z014 等在內(nèi)的大部分材料,且所有材料的均一性均顯著優(yōu)于Z014。草坪色澤方面,狗牙根C791、C792 的顏色為深綠色,C291-1、E039、E022、E038 的顏色呈深綠至綠色,其它材料的顏色為淺綠色。坪用質(zhì)量排在前三位的分別是E039、E092-1 以及C291-1,其坪用質(zhì)量均顯著優(yōu)于兩份對照材料,其中,排名前兩位的假儉草坪用質(zhì)量較高的主要原因是,綠莖系假儉草在秋冬季枯黃前的表現(xiàn)明顯好于其它材料,而對照馬尼拉的坪用質(zhì)量最差,主要是由于其生長速度太慢,成坪后均一性較差所致。

        2.3 不同供試品種(系)作為低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草種潛力的綜合評價

        篩選合適的低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草種,需要對供試材料的養(yǎng)護(hù)水平、固土特性及坪用質(zhì)量等進(jìn)行綜合評價,才能全面客觀地反映供試材料作為低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草種的潛力,而通過單一指標(biāo)進(jìn)行評價無法真實客觀地反映材料的真實潛力。因此,本研究采用模糊數(shù)學(xué)中求隸屬函數(shù)法對11 份供試暖季型草坪草的除草次數(shù)、修剪次數(shù)、成坪速度、根系深度、蓋度、綠色期、均一性、顏色及坪用質(zhì)量等指標(biāo)進(jìn)行換算,并利用SPSS 軟件對其進(jìn)行聚類分析。

        由圖1 的聚類分析結(jié)果可以看出,參試材料在歐氏距離23.4 處被分為適合作為低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草種的材料和不太適合作為低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草種的材料2 大類。其中,適合作為低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草種的材料又可分為2 小類,分別為非常適合作為低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草種的材料和適合作為低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草種的材料。非常適合作為低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草種的材料為E039,其修剪次數(shù)、除草次數(shù)、綠色期、均一性和坪用質(zhì)量均是最優(yōu)的,成坪速度和根系深度亦表現(xiàn)較好。適合作為低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草種的材料有E038、E022、E092-1、C792 和C791 共5 份材料,其中,E038、E022 及E092-1 均是假儉草材料,其綜合表現(xiàn)相對較適合作為低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草種;C792 和C791 是狗牙根草種,除除草次數(shù)較多外,其它指標(biāo)均處于所有材料的中等水平,這可能是由于其自然草層高度較低所致;不太適合作為低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草種的材料有C748、C291-1、C752、EB 及Z014,其主要為3 份狗牙根和2 份對照材料,綜合表現(xiàn)相對較差。

        圖1 不同種質(zhì)資源的聚類分析

        3 討論與結(jié)論

        已有的研究表明,暖季型草坪草較冷季型草坪草更適合低養(yǎng)護(hù)模式,而暖季型草種中,狗牙根、結(jié)縷草及假儉草是主要的3 種暖季型草坪草[6]。本研究以上述3 個暖季型草坪草資源為材料,通過對試驗材料相關(guān)指標(biāo)2年的動態(tài)觀測,結(jié)合草坪草自身在實地的生長表現(xiàn)以及水庫大壩草坪在低養(yǎng)護(hù)水平條件下固土護(hù)坡和景觀效果的需要,綜合評價試驗材料在水庫大壩邊坡的表現(xiàn)。3 個草種中,狗牙根成坪速度最快、修剪次數(shù)最多、根系深度最深、均一性中等、坪用質(zhì)量最高,但是由于其成為高質(zhì)量草坪是高修剪次數(shù)的結(jié)果,故不符合篩選低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草坪的目標(biāo);雖然溝葉結(jié)縷草修剪次數(shù)最少、綠期最長,但是由于其成坪速度最慢、除草次數(shù)最多、根系最淺、均一性和坪用質(zhì)量最差,故也不是非常符合篩選低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草坪的目標(biāo);假儉草成坪速度較快、修剪和除草次數(shù)最少、根系深度較深、均一性最好、坪用質(zhì)量較高,是作為低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草坪的理想草種,這與前人認(rèn)為假儉草是懶人草的結(jié)論一致[21],也與王麗[15]等對4 個暖季型草坪草護(hù)坡性能評價的結(jié)論類似。

        一般而言,修剪次數(shù)、成坪速度和除草次數(shù)直接決定了草坪后期的養(yǎng)護(hù)成本[2]。供試的11 份暖季型草坪草種修剪次數(shù)的變異系數(shù)是所有指標(biāo)中最大的,成坪速度和除草次數(shù)的變異系數(shù)亦相對較大,而在其它草坪質(zhì)量和固土方面相關(guān)指標(biāo)的變異系數(shù)相對較小,這就為選育既具有較高草坪質(zhì)量又能夠最大限度地降低草坪養(yǎng)護(hù)成本的低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草種提供了可能。從養(yǎng)護(hù)水平及固土方面對11 份供試材料進(jìn)行評價,研究結(jié)果表明,C291-1 的成坪速度和根系深度均顯著優(yōu)于其它材料,E039 的成坪速度和根系深度顯著優(yōu)于EB 和Z014 對照材料及其它材料。同時通過對E039 的修剪次數(shù)、除草次數(shù)及綠色期進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn),其修剪次數(shù)、除草次數(shù)最少且綠色期最長。對供試材料坪用質(zhì)量指標(biāo)的評價結(jié)果表明,E039 材料的均一性和坪用質(zhì)量在所有材料中均表現(xiàn)最好,且其葉色呈深綠至綠色,接受度亦較好。

        要明確材料作為低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草種的潛力需要對其進(jìn)行包括養(yǎng)護(hù)水平、固土特性及坪用質(zhì)量等方面的綜合評價,因采用單個指標(biāo)對其進(jìn)行評價的結(jié)果存在不足,所以采用隸屬函數(shù)分析法對其進(jìn)行綜合評價,可以更客觀地反映材料間的差異。結(jié)果表明,參試材料可劃分為以下3 類:非常適合作為低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草種的材料,包括E039;適合作為低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草種的材料,包括E038、E022、E092-1、C792、C79;不太適合作為低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草種的材料,包括C748、C291-1、C752、EB、Z014。分析上述不同類型材料的相關(guān)特性可以看出,適合作為低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草種的材料中大多是因其本身具有較好的低養(yǎng)護(hù)特性[15,21],原始分布大多在南方山區(qū),具有較好的固土特性,且坪用價值在適生區(qū)域亦較高[22]。不太適合作為低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草種的材料大多為狗牙根,供試的3份狗牙根均需要相對較高的養(yǎng)護(hù)水平,而對照材料亦由于自身的原因,在本研究中表現(xiàn)不佳。

        從養(yǎng)護(hù)水平、固土及坪用質(zhì)量三個方面對供試材料進(jìn)行綜合評價和聚類分析后發(fā)現(xiàn),假儉草E039 材料具有極低的修剪和除草次數(shù)、最高的坪用質(zhì)量,較快的成坪速度和較深的根系,且密度高、均一性好、匍匐莖發(fā)達(dá)、青綠期長,在水庫大壩相對貧瘠的土壤上具有很好的表現(xiàn),因此,其是蘇南及以南地區(qū)水庫大壩及公路兩側(cè)護(hù)坡理想的低養(yǎng)護(hù)護(hù)坡草坪草種。

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