張寶軍，熊東紅，Charlotte Moerkerke，楊 丹，Donald Gabriels , Wim Cornelis

(1．中國科學(xué)院山地災(zāi)害與地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610041；2．中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都 610041；3．中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4．比利時(shí)根特大學(xué)，比利時(shí) 根特 B-9000)

?

足球場(chǎng)草坪不同施肥條件下的養(yǎng)分滲漏流失狀況

張寶軍1,2,3，熊東紅1,2*，Charlotte Moerkerke4，楊 丹1,2,3，Donald Gabriels4, Wim Cornelis4

(1．中國科學(xué)院山地災(zāi)害與地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610041；2．中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都 610041；3．中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4．比利時(shí)根特大學(xué)，比利時(shí) 根特 B-9000)

合理施肥是促進(jìn)足球場(chǎng)地草皮生長的有效方式，進(jìn)而影響球場(chǎng)比賽質(zhì)量，但施肥可能導(dǎo)致地表水及地下水質(zhì)惡化，減少可飲用水資源。本文采用隨機(jī)排列小區(qū)試驗(yàn)的方法，研究了礦物肥料、有機(jī)肥料、礦物-有機(jī)混合肥等3種肥料類型對(duì)草皮養(yǎng)分元素的流失及其地上、地下生物量的影響效果，并探討了造成草皮對(duì)各肥料類型吸收利用率不同的主要原因。結(jié)果表明，①各肥料類型處理小區(qū)滲出物中N、P濃度均無顯著性差異，且均顯著低于相應(yīng)元素的容許限；而3種肥料類型的K濃度都超過了環(huán)境容許限度，即施用K量超過草皮吸收利用的能力；②植物可利用水量、土壤排水孔大小及滲透性的差異是導(dǎo)致各肥料類型處理小區(qū)滲出物中養(yǎng)分濃度差異的主要原因；③不同肥料類型處理小區(qū)的根系密度(地下生物量)無顯著差異，而草皮地上部分的生物量大小按照以下順序排列：有機(jī)肥料處理>礦物肥料處理>礦物-有機(jī)肥處理，但差異不顯著。

生物量；施肥類型；養(yǎng)分濃度；土壤物理參數(shù)；足球場(chǎng)；比利時(shí)

足球場(chǎng)草皮狀況是影響比賽質(zhì)量的重要因素之一，然而隨著足球運(yùn)動(dòng)員踩踏、磨損破壞草皮，比賽質(zhì)量會(huì)逐漸下降[1]。肥料可以提供草皮生長所需要的常量營養(yǎng)元素N、P和K，施肥可以有效促進(jìn)草皮生長，使其保持良好生長狀態(tài)，并提高其根系密度[2-3]，可施用的肥料類型主要包括礦物肥料、有機(jī)肥料、礦物—有機(jī)混合肥3類。與無機(jī)肥相比較，有機(jī)肥可以向土壤添加更多的有機(jī)物質(zhì)，增強(qiáng)土壤持水性，但其溶解性較低，養(yǎng)分釋放速率緩慢，而礦物—有機(jī)混合肥可以很好的將二者結(jié)合[4]。然而，并非施用的所有營養(yǎng)元素都能被草皮直接吸收，多余的營養(yǎng)元素會(huì)隨水流失，增加土壤滲出物養(yǎng)分含量[5-6]，造成水體富營養(yǎng)化，污染水源并構(gòu)成環(huán)境威脅[7-8]，施肥機(jī)制、肥料溶解性、灌溉頻率、根系生長情況及草皮年齡都會(huì)影響?zhàn)B分元素的流失[9]。

本文評(píng)估了比利時(shí)根特大學(xué)足球場(chǎng)地在3種不同施肥類型和自然降雨條件下，滲漏水中氮、磷、鉀 3種營養(yǎng)元素的含量、土壤物理性質(zhì)參數(shù)及其草皮生長狀況，旨在探討不同施肥類型下土壤養(yǎng)分流失狀況及其影響因素，明確各施肥類型對(duì)草皮生長的作用，以期為如何改善足球場(chǎng)地草皮狀況、提高比賽質(zhì)量提供理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

本試驗(yàn)主要在比利時(shí)根特大學(xué)足球場(chǎng)地進(jìn)行(51°3′N，3°41′E)，該區(qū)屬溫帶海洋性氣候，年平均降水量為726 mm，年平均溫度9.5 ℃，年溫差為14.4 ℃。在該足球場(chǎng)隨機(jī)選取了9個(gè)2.5 m×1.2 m試驗(yàn)小區(qū)，采用完全隨機(jī)排列。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)設(shè)置為3個(gè)土層，最上層設(shè)置為厚度10 cm的耕作土壤層(L1，含48 %砂粒、42 %粉粒和10 %黏粒)，中間為厚度20 cm的砂層(L2，含98 %砂粒和2 %粉粒)，最下部為厚度10 cm的卵石層(粒徑14～32 mm)。各試驗(yàn)小區(qū)底部通過排水管與容積32 L木桶相連接，用以收集小區(qū)滲漏水。試驗(yàn)小區(qū)于2010年4月10日混合播種黑麥草(Perennialryegrass)和肯塔基青草(Kentuckybluegrass)(比例為3∶1)，除冬季(2010/10～2011/02)外，草皮每周割草2次，每次刈割高度25 mm。試驗(yàn)期間均為自然降雨，無灌溉發(fā)生。

試驗(yàn)設(shè)置3種施肥處理，每種處理設(shè)置3次重復(fù)，3種不同肥料類型：礦物-有機(jī)混合肥(MOF)(試驗(yàn)小區(qū)A1、A2和A3)、礦物肥料(MF)(試驗(yàn)小區(qū)B1、B2和B3)和有機(jī)肥料(OF)(試驗(yàn)小區(qū)C1、C2和C3)。9個(gè)試驗(yàn)小區(qū)在播種后3個(gè)月，按照相同的施肥率同時(shí)進(jìn)行施肥，各小區(qū)共施肥6次，施肥總量為170 kgN·hm-2、55 kgP2O5·hm-2(OF處理小區(qū)為60 kgP2O5·hm-2)、170 kgK2O·hm-2，具體的施肥方案見表1。

圖1 試驗(yàn)小區(qū)布局(a)和結(jié)構(gòu)圖(b)Fig.1 Layout and structure of experimental plots

施肥階段Applicationperiod施肥處理及養(yǎng)分量(kg/hm2)FertilizertypesandapplicationratesMOFMFOFNP2O5K2ONP2O5K2ONP2O5K2O1(2010/07/15)42.0012.0024.0042.2412.0223.9245.0015.0015.002(2010/08/27)12.804.8019.2012.664.8219.2413.307.6022.803(2010/09/30)12.804.8019.2012.664.8219.2413.307.6022.804(2010/11/10)18.009.0060.0017.969.0060.068.000.0080.005(2011/02/28)42.0012.0024.0042.2412.0223.9245.0015.0015.006(2011/03/25)42.0012.0024.0042.2412.0223.9245.0015.0015.00總量Total169.6054.60170.40170.0054.68170.30169.6060.20170.60

1.2 樣品采集與測(cè)定方法

草被地上生物量：對(duì)試驗(yàn)小區(qū)草皮進(jìn)行刈割時(shí)，于每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取5個(gè)20 cm×20 cm的樣方，收集被割下的草被，之后在65 ℃下烘干24小時(shí)至恒重，測(cè)量其生物量。分別于2010/10/5、2010/10/22、2010/11/15 和2011/03/29測(cè)量4次。

1)煤粉燃燒工況設(shè)定。試驗(yàn)在空氣分級(jí)燃燒條件下進(jìn)行，將煤粉與外加脫硫劑混合，將鈣硫比分別配比成0(不添加脫硫劑)、1.0、1.5、2.0、3.0，總過量空氣系數(shù)1.23，一次風(fēng)比例5%，二次風(fēng)比例80%，三次風(fēng)比例15%。主燃區(qū)溫度1 100 ℃，燃盡區(qū)溫度1 000 ℃。

根系密度：原狀土樣采用直徑為4.2 cm、長度為26 cm的土鉆獲取，每個(gè)小區(qū)分別在L1和L2土層重復(fù)取樣2次，然后利用濾網(wǎng)和水流將根系與土壤分離，收集的根系在60 ℃下烘干24 h至恒重，然后測(cè)定干重，最后測(cè)定其根系密度。

入滲率和累計(jì)入滲量采用雙環(huán)法測(cè)定。圓筒直徑分別為28和30 cm。土壤滲透阻力采用土壤錐入度儀從表面至30 cm深度測(cè)量10次獲得，其中圓錐體探針頂角為60 °，橫截面積為1 cm2。

所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2007和SPSS17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，LSD進(jìn)行樣本平均值差異顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 滲漏水中養(yǎng)分流失狀況

比利時(shí)規(guī)定地下水中各營養(yǎng)元素的最高容許限度為N 11.3 mg·L-1，P 2.18 mg·L-1，K 12 mg·L-1[10]。從圖2(a)可以看出，在施肥期間3種施肥處理下滲漏水中N濃度均低于其容許濃度，說明草皮對(duì)N具有較強(qiáng)的吸收能力，以維持其生長。在整個(gè)試驗(yàn)期間，各施肥處理和施肥階段滲漏水中N濃度，除OF施肥處理的第5次試驗(yàn)滲出物N濃度稍高外，其它各處理并無顯著性差異。此外，第4、5次施肥后，N濃度有增加的趨勢(shì)，主要是由于進(jìn)入冬季后降雨量增加，導(dǎo)致更多N元素流失。圖2(b)為P元素隨施肥階段的濃度變化特征，可以看出，對(duì)草皮進(jìn)行多次施肥后，滲漏水中的P濃度有所增加，但增加不明顯且有波動(dòng)。說明P肥的施加并沒有顯著改變滲出物的P含量，施加的磷肥基本被草皮所吸收，基本不會(huì)對(duì)地下水富營養(yǎng)化造成威脅。圖2(c)為K元素隨施肥階段的濃度變化特征，發(fā)現(xiàn)各施肥階段滲漏水中K濃度均超過了其容許限，說明球場(chǎng)草皮施用K元素超過了其吸收能力。然而，K濃度在整個(gè)施肥試驗(yàn)期間呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，特別在前4次施肥期間降低較為明顯，說明盡管施肥量在增加，草皮對(duì)K的吸收能力隨著時(shí)間逐漸增大。

盡管不同施肥處理下，滲漏水中N濃度無顯著性差異(P<0.05)，但在絕對(duì)值上表現(xiàn)為MOF

綜合來看，對(duì)比3種元素的流失狀況，可以確定MF均不是施肥的最佳選擇，可以考慮OF或MOF，但難以確定何種肥料類型為最佳選擇，因?yàn)槭┯肙F雖然流失較少的P和K，但N流失量明顯高于MOF處理。

圖2 各施肥處理下滲漏水中養(yǎng)分元素的濃度變化Fig.2 Mean N (a), P (b) and K (c) concentration (mg·L-1) in the leachate over the plots per fertilizer type and per application period

施肥處理ApplicationN平均濃度(mg/L)MeanconcentrationsofNP平均濃度(mg/L)MeanconcentrationsofPK平均濃度(mg/L)MeanconcentrationsofKMOF0.533(0.152)a0.313(0.015)a36.372(15.085)aMF0.867(0.089)a0.352(0.166)a26.317(6.916)aOF0.830(0.410)a0.216(0.097)a29.763(8.145)a

注：數(shù)據(jù)括號(hào)中為標(biāo)準(zhǔn)差，且同一列中相同字母表示在0.05水平上不存在顯著性差異，下同。 Note:With standard deviation in between brackets. Numbers followed by the same letter are not significantly different within each column according to Fisher’s Least Significant Difference (P=0.05). The same as below.

表3 不同施肥處理小區(qū)土層容重及有效含水量

2.2 施肥處理對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

2.2.1 土壤容重及有效含水量 通過對(duì)各試驗(yàn)小區(qū)L1和L2土層土壤容重和有效水含量進(jìn)行均值比較(表3)，結(jié)果表明不同土層的容重及有效水含量均值無顯著差異。在OF處理下，L1中土壤容重要稍高于L2，然而，Gaudreau(2002)長期田間觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥會(huì)降低土壤容重[11]，這與本研究發(fā)現(xiàn)不一致。L1中有效水含量要比L2稍高，主要由于L2孔隙度大所致。但OF處理下，L1有效含水量卻高于L2，說明施用OF可以增強(qiáng)土壤持水能力。

2.2.2 土壤孔隙度 土壤孔隙度為土壤飽和含水量減去田間持水量[12]。從表4可以看出，各施肥處理小區(qū)L1和L2孔隙度大小之間差異同樣并不顯著，但L1孔隙度大小順序?yàn)椋篗OF>MF>OF，L2孔隙度大小順序?yàn)椋篛F>MF>MOF。此外，同一施肥處理小區(qū)L2孔隙度要明顯高于L1，這是由L2砂土的土壤質(zhì)地決定，砂土顆粒較大，導(dǎo)致其孔隙度大。

表4 各種施肥處理小區(qū)各層(L1、L2)孔隙度

圖3 各施肥處理小區(qū)L1(a)和L2(b)的孔隙總體積及其均值Fig.3 Total and mean volume of drainage pores in L1 (a) and L2 (b) of each plot and each fertilizer type

圖4 各施肥處理小區(qū)的平均累積入滲量(a)和入滲率(b)Fig.4 Mean cumulative infiltration (a) and mean infiltration rate (b) over the plots per fertilizer application

當(dāng)考慮各土層厚度時(shí)，可以計(jì)算出各施肥處理小區(qū)L1和L2孔隙總體積及其平均值(圖3)。L2孔隙總體積要明顯高于L1，L1總孔隙度低于0.02 m3，而L2孔隙總體積均在0.1～0.2 m3。此外，比較各施肥處理L1和L2孔隙總體積均值可以看出，MF處理小區(qū)L1和L2孔隙度都較高，特別是L1中要明顯高于OF和MOF處理小區(qū)，這導(dǎo)致養(yǎng)分元素更易流失，可以解釋MF處理小區(qū)滲漏水中養(yǎng)分元素濃度較高的原因。

2.2.3 土壤入滲率 通過對(duì)各施肥處理小區(qū)的平均累積入滲量和入滲率的比較(圖4)可以看出，各施肥處理小區(qū)的平均累積入滲量順序?yàn)椋篛F>MOF>MF，入滲率大小順序與累積入滲量一致。OF處理小區(qū)平均累積入滲量和入滲率最高，表明更容易滲出水分，因而滲漏水中養(yǎng)分元素濃度相對(duì)較低；相反，MF處理小區(qū)平均累積入滲量和入滲率均較低，導(dǎo)致滲漏水中養(yǎng)分元素濃度相對(duì)較高(圖2)。

2.3 施肥處理對(duì)草皮生物量的影響

2.3.1 根系密度 于2010/10/15、 2010/11/10和2011/03/29對(duì)根系密度進(jìn)行3次測(cè)定，圖5為各種施肥處理下小區(qū)L1和L2中根系密度的大致變化趨勢(shì)?？梢钥闯?，各施肥處理小區(qū)L1和L2中根系密度的變化趨勢(shì)大致相同(除MOF處理小區(qū)L2外)，都是先降低后增加。這是因?yàn)?010/10至2011/02為冬季，降雨量增多，養(yǎng)分流失加劇，導(dǎo)致根系密度減少；之后從晚冬至早春，根系密度逐漸增加。

通過對(duì)圖5(a)和(b)的比較，可以看出L1中根系密度要明顯高于L2，遵循單樣本t分布檢驗(yàn)(P=0.05)。這是因?yàn)長1中有效水分含量較高(表3)，根系可以吸收利用更多養(yǎng)分。從圖5(a)可以看出，最后一次測(cè)定中OF和MOF處理小區(qū)L1的根系密度較高，因?yàn)镺F和MOF處理小區(qū)滲出物中N和P的濃度較低[圖2(a)和(b)]，使得土層保留更高的養(yǎng)分含量，便于草皮吸收利用。從圖5(b)看出，MF處理小區(qū)L2中根系密度總是很高，因?yàn)镸F具有更高的溶解性，導(dǎo)致MF處理小區(qū)L2中的養(yǎng)分含量高于OF和MOF處理小區(qū)。

圖5 各施肥處理小區(qū)L1(a)和L2(b)的平均根系密度Fig.5 Mean root density over the fertilizer types in L1 (a) and L2 (b)

圖6 各施肥處理小區(qū)的平均滲透阻力(MPa)Fig.6 Mean penetration resistance (MPa) over the treatments

根系密度不僅受有效水分含量和養(yǎng)分濃度制約，而且受土壤滲透阻力的影響。滲透阻力越高，養(yǎng)分越不容易滲出，有利于草皮的吸收利用。從圖6可以看出，與OF和MOF處理相比，MF處理小區(qū)平均滲透阻力較高，導(dǎo)致其根系密度也較高(圖5b)。此外，L1土層的滲透阻力比L2土層明顯要高，這是由其土壤質(zhì)地所決定，這也是L1中根系密度明顯高于L2的原因之一。

2.3.2 地上生物量 整個(gè)試驗(yàn)期間(包括最后一次施肥后的一個(gè)月)，共計(jì)割草40次，并進(jìn)行4次稱重(2010/10/5，2010/10/22，2010 /11/15和2011/04/29)。其中冬季(2010/10-2011/02)期間，未進(jìn)行割草。由于2010/11/15測(cè)定的數(shù)值與其它3次有較大差異，因此僅采用其它3次測(cè)定值計(jì)算均值。通過將該平均值與割草次數(shù)相乘，可以獲得草皮累積生長情況。假定剪除草皮部分中含有3.5 %～4 % N[4]，可以進(jìn)一步計(jì)算得到各施肥處理小區(qū)草皮生長的累積N含量(表5)。從表5可以看出，草皮生長累積N含量順序?yàn)椋篗OF

3 結(jié) 論

(1)按照170 kgN·hm-2yr-1、55 kgP2O5·hm-2·yr-1(OF施用小區(qū)為60 kgP2O5·hm-2)和170 kgK2O·hm-2·yr-1的施肥率施用MOF、MF和OF，不會(huì)導(dǎo)致滲漏水中N、P濃度超過其容許限度，而K的濃度都將超過其容許限度，而且會(huì)對(duì)地下水造成污染，表明施用的K量超過草皮吸收利用的能力。

表5 草皮生長的累計(jì)N含量(剪下部分干重)

(2)滲漏水中N的濃度在MOF處理小區(qū)中最低(但不顯著)，而P的濃度在OF處理小區(qū)中最低(但不顯著)，而礦物質(zhì)肥料MF處理小區(qū)滲出物中N、P濃度都要高于MOF和OF處理小區(qū)，因此不建議施用MF。

(3)3種處理小區(qū)滲出物中養(yǎng)分濃度存在的差異可以通過一些土壤物理性質(zhì)解釋： OF處理小區(qū)的土壤有效水分含量較高，從而導(dǎo)致滲出物中養(yǎng)分濃度較低；MF處理小區(qū)滲出物中養(yǎng)分濃度較高，可能是由于小區(qū)排水孔總體積較大的原因；OF處理小區(qū)的入滲率最高，而MF處理小區(qū)最低，這也會(huì)導(dǎo)致OF和MOF處理小區(qū)滲出物中的養(yǎng)分濃度較低，而MF處理小區(qū)養(yǎng)分濃度較高。

(4)最后一次測(cè)定顯示OF處理小區(qū)，根系密度最高。然而，隨時(shí)間推移，MOF處理小區(qū)的根系密度更高更持久。OF處理小區(qū)草皮要比MF肥料處理小區(qū)生長的要好，甚至要好于MOF處理小區(qū)。

4 討 論

綜上所述，如果僅把養(yǎng)分流失的數(shù)量作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建議施用MOF和OF，并不建議施用MF。而MOF和OF哪種更適合施用，還難于定論。如果把草皮地上和地下生物量也考慮在內(nèi)，施用OF可以獲得更高更濃密的草皮；而施用MOF，則可以獲得持續(xù)的根系生長。另外，本研究采取了相同的施肥率進(jìn)行施肥，對(duì)于同一肥料不同施肥率對(duì)草皮養(yǎng)分流失的影響如何，還需要進(jìn)一步的研究。同時(shí)，試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)均為年輕草皮，對(duì)于不同肥料類型對(duì)成熟草皮養(yǎng)分流失的影響也需要在以后的試驗(yàn)中進(jìn)一步研究。

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(責(zé)任編輯 李 潔)

Nutrient Leaching Loss from Using Different Fertilizers Types on Soccer Field Turf

ZHANG Bao-jun1, 2, 3, XIONG Dong-hong1, 2*, Charlotte Moerkerke4, YANG Dan1, 2, 3, Donald Gabriels4, Wim Cornelis4

(1.Key Laboratory of Mountain Hazards and Surface Processes, Chinese Academy of Sciences, Sichuan Chengdu 610041,China; 2.Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Sichuan Chengdu 610041,China; 3.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 4.Department of Soil Management and Soil Care, Ghent University, Coupure links 653, B-9000 Ghent, Belgium)

Applying fertilizer is an effective way to provide a dense turf growth, which has a great impact on a soccer game. However, the application of fertilizers can potentially lead to a reduction of the available water resource and the pollution of surface and ground water. The objective of this study was to evaluate the effects of three fertilizers types on nutrient leaching, and above and below ground biomass of turf grass. Small 2.5×1.9 m non-weighing lysimeters with artificial profile layering of coarse material underlying a 10 cm organic layer were treated with six doses of mineral, an organic and a mineral-organic fertilizer at a recommended rate of 170 kgN·hm-2, 55 kg P2O5·hm-2(except 60 kg P2O5·hm-2for organic fertilizer), 170 kgK2O·hm-2each, and exposed to natural conditions prevailing in a temperate maritime climate from 6.91 ℃ to 14.21 ℃. The results indicated that:(i) the mean N and P concentrations measured in the leachate of the plots over the total measuring period were not significantly different over the fertilizer types, and the means were all significantly lower than the tolerance of 11.3 mg·L-1for N and 2.183 mg·L-1for P. In contrast, the mean K concentrations of the three fertilizer types were all higher than the maximum allowable limit 12 mg·L-1, indicating that the applied K content of three fertilizer types all exceeded the upper limit of turf grass. (ii)The difference of the plant available water content, the volume of drainage pores and the infiltration rates were the main reasons causing the difference of the nutrient concentrations in the leachate of the plots. (iii)The above and below ground biomasses (root density) of the turf grass were both not significantly different over the three fertilizer types.

Biomass; Fertilizer type; Nutrient concentrations; Soil physical parameters; Soccer field; Belgium

1001-4829(2016)11-2669-07

10.16213/j.cnki.scjas.2016.11.029

2015-12-21

中國科學(xué)院“西部之光”人才培養(yǎng)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(Y4R2060060) ；國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2015CB452704)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41571277)

張寶軍(1990-)，男，山東臨沂人，博士研究生，主要從事土壤侵蝕與土壤物理方面研究，E-mail：zhangbaojunaixiao@163.com；*為通訊作者：熊東紅(1974-)，男，江西奉新人，研究員，博士，主要從事土壤侵蝕與水土保持、土壤物理方面研究，E-mail：dhxiong@imde.ac.cn。

S147.2

A