免费文献传递   相关文献

Root distribution characteristics of three turfgrasses and their impact on soil nutrient content

三种草坪草的根系分布特征及其对土壤养分的影响



全 文 :书三种草坪草的根系分布特征及其对土壤养分的影响
成文竞1,2,4,崔建宇3,闵凡华3,胡林3
(1.中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室,北京100093;2.中国科学院研究生院,北京100049;
3.中国农业大学资源与环境学院,北京100193;4.上海农林职业技术学院园艺园林系,上海201600)
摘要:对高羊茅、多年生黑麦草和草地早熟禾的成熟草坪进行了根系和土壤取样测定。结果表明,高羊茅根系分布
最深,达1.8m,其根系生物量分别是多年生黑麦草和草地早熟禾的3.1和3.0倍。草坪草根系分布特征对土壤剖
面养分含量有显著影响。草种间土壤硝态氮含量在0~40cm差异不显著,而在40~100cm差异显著,草地早熟禾
>多年生黑麦草>高羊茅。土壤有效磷含量随深度增加而骤减,0~60cm草种间差异显著,草地早熟禾>多年生
黑麦草>高羊茅。土壤速效钾含量在0~20cm最高,20~100cm随土壤深度增加变化不明显。
关键词:草坪;根系;硝态氮;有效磷;速效钾
中图分类号:S688.4;Q944.54  文献标识码:A  文章编号:10045759(2009)01017905
  针对草坪土壤养分淋洗问题,国外进行了广泛研究[1~4],而国内则少有报道。测定土壤剖面养分含量是研究
淋洗的基础[1,2],而草坪草根系深度则是影响土壤养分的重要因素[5]。草坪根系生物量和分布深度代表草坪吸收
养分的空间[6]。由于必须进行破坏性取样,对草坪地下部的研究程度远不及地上部充分。国内对草种间根系分
布的差异进行了一定的研究[6~9],但成熟草坪根系分布与土壤剖面养分含量之间的联系还未见报道。本研究探
讨了建植已达8年的3种常用冷季型草坪草的根系分布特征及其对土壤养分的影响,对草坪建植与管理以及土
壤养分淋洗等环境问题的研究有参考价值。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验在中国农业大学科学园进行,北纬39.95°,东经116.30°。年平均气温10~12℃,年均降水量640mm。
土壤理化性状见表1。
表1 试验区表层土壤基本理化性状
犜犪犫犾犲1 犆犺犲犿犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳狋犲狊狋狊犻狋犲狋狅狆狊狅犻犾(0~20犮犿)
测定年份
Year
pH值
pHvalue
有机质
Organicmatter(%)
全氮
TotalN(g/kg)
碱解氮
AvailableN(mg/kg)
有效磷
AvailableP(mg/kg)
速效钾
AvailableK(mg/kg)
1998 8.09 2.07 0.99 55.6 10.9 133.5
2006 8.12 2.04 1.21 87.5 65.9 162.1
1.2 供试材料
试验草种为高羊茅(犉犲狊狋狌犮犪犪狉狌狀犱犻狀犪犮犲犪)、多年生黑麦草(犔狅犾犻狌犿狆犲狉犲狀狀犲)和草地早熟禾(犘狅犪狆狉犪狋犲狀狊犻狊)。
播种时间为1998年4月,取样时间为2006年10月9-11日。草种分小区建植,小区面积25m2,每个草种3次
重复,随机排列。草坪管理采用中等强度:年施肥量为N25.0g/m2、P2O512.5g/m2、K2O12.5g/m2。剪草草
屑移出草坪。适时喷灌,保证草坪不受干旱胁迫。取样时,所有草坪生长良好。
第18卷 第1期
Vol.18,No.1
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
179-183
2009年2月
 收稿日期:20080219;改回日期:20080417
基金项目:国家“十一五”科技支撑项目(2006BAD16B09)和中美合作“中国草坪品种区域生态试验”项目资助。
作者简介:成文竞(1983),男,湖南宁乡人,助教,硕士。Email:cheng_wenjing@126.com
通讯作者。Email:hulin@cau.edu.cn
1.3 测定项目
1.3.1 根系深度和生物量 每个草种3个重复,分层取样,样方大小为20cm×20cm,齐地去除地上部分,取样
深度由根系深度决定。洗根后在70℃下烘48h,称重。
1.3.2 土壤养分含量 按0~20,20~40,40~60,60~80和80~100cm采集土样,每个草种3个重复。土壤无
机氮用0.01mol/L的CaCl2 浸提-自动连续流动分析仪(TRACCS2000continuousflowanalytical,CFA)测
定,有效磷用Olsen法测定,速效钾用1.0mol/LNH4OAc浸提-火焰光度法测定[10]。
1.4 数据处理
使用SPSS13.0进行方差分析,用Duncan检验(犘<0.05)进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 3种草坪草的根系生物量和空间分布
3种草坪草的根系深度和生物量存在显著差异(表2)。高羊茅根系最深可达1.8m,而多年生黑麦草和草地
早熟禾仅为0.5和0.4m。高羊茅、多年生黑麦草和草地早熟禾的总根系生物量分别为571.5,184.4和191.3
g/m2,高羊茅根系生物量分别是多年生黑麦草和草地早熟禾的3.1和3.0倍。
表2 3种草坪草在不同土层内的根系生物量和分布比例
犜犪犫犾犲2 犚狅狅狋犫犻狅犿犪狊狊犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狅犳狋犺狉犲犲狋狌狉犳犵狉犪狊狊犲狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊狅犻犾犾犪狔犲狉狊
土壤深度
Soildepth
(cm)
根系生物量 Rootbiomass(g/m2)
高羊茅
犉.犪狉狌狀犱犻狀犪犮犲犪
多年生黑麦草
犔.狆犲狉犲狀狀犲
草地早熟禾
犘.狆狉犪狋犲狀狊犻狊
根分布比例 Rootspatialdistribution(%)
高羊茅
犉.犪狉狌狀犱犻狀犪犮犲犪
多年生黑麦草
犔.狆犲狉犲狀狀犲
草地早熟禾
犘.狆狉犪狋犲狀狊犻狊
0~10 349.4±86.7a 128.7±10.4b 158.6±8.9b 60.0±3.9b 71.5±6.8ab 82.9±0.3a
10~20 71.3±11.7a 31.6±13.0b 22.0±1.6b 12.9±1.5a 16.1±4.4a 11.5±0.4a
20~40 62.7±11.6a 23.0±9.1b 10.7±1.5b 11.0±0.4a 11.6±2.7a 5.6±0.7b
40~60 32.3±4.3a 1.8±0.7b -  5.8±0.5a 0.8±0.5b -
60~80 21.6±4.6 - - 3.8±0.4 - -
80~100 12.8±1.5 - - 2.3±0.3 - -
100~120 9.2±1.8 - - 1.8±0.5 - -
120~140 5.4±2.4 - - 1.0±0.4 - -
140~160 4.8±1.1 - - 0.9±0.2 - -
160~180 2.2±1.1 - - 0.5±0.3 - -
 注:表中数据为平均值±标准误差;对根系生物量和比例来说,同行数据中注不同字母表示草种间差异显著(犘<0.05)。
 Note:Thedatameanaverage±SE;Differentletterswithinthesamerowindicatesignificantdifferencesat5%levelamongdifferentturfgrassesfor
rootbiomassandrootspatialdistributionrespectively.
草种间0~10cm的根系分布比例差异显著,高羊茅根系在0~10cm的比例仅为60.0%,而多年生黑麦草
和草地早熟禾分别为71.5%和82.9%。在10~20cm,根分布比例大幅下降为11.5%~16.1%,草种间差异不
显著。在20~40cm,高羊茅和多年生黑麦草根分布比例分别为11.1%和11.6%,显著高于草地早熟禾的
5.6%。高羊茅有16.1%的根系分布于40~180cm,显著高于多年生黑麦草的0.8%,草地早熟禾在40cm以下
未见根系分布。
2.2 不同草种土壤剖面的硝态氮含量
0~100cm硝态氮平均含量为13.3mg/kg,铵态氮平均含量只有0.8mg/kg,草坪土壤无机氮以硝态氮为
主。0~20和20~40cm硝态氮平均含量分别为14.9和18.3mg/kg,草种间差异不显著(图1)。在40~60cm,
高羊茅和多年生黑麦草的土壤硝态氮分别下降为13.1和13.4mg/kg,而草地早熟禾其含量依然高达17.5
mg/kg,显著高于另外2种草。60cm以下,土壤硝态氮含量随深度增加而降低,80~100cm的排序为草地早熟
禾(9.2mg/kg)>多年生黑麦草(7.8mg/kg)>高羊茅(5.8mg/kg),草地早熟禾显著高于高羊茅。
081 ACTAPRATACULTURAESINICA(2009) Vol.18,No.1
2.3 不同草种土壤剖面的有效磷含量
图1 3种草坪草土壤剖面中的硝态氮含量
犉犻犵.1 犖犗3--犖犮狅狀狋犲狀狋狅犳狊狅犻犾狆狉狅犳犻犾犲狅犳狋犺狉犲犲狋狌狉犳犵狉犪狊狊犲狊
 同一土层标有不同字母表示草种间差异显著(犘<0.05),下同 Differentletters
withinthesamesoillayerindicatesignificantdifferencesat5%level
amongdifferentturfgrasses,thesamebelow
高羊茅、多年生黑麦草和草地早熟禾草坪
0~100cm有效磷平均含量分别为19.4,24.9
和28.7mg/kg,高羊茅显著低于另外2种草。
随土壤深度增加,有效磷含量骤降(图2)。在0
~20cm,草地早熟禾和多年生黑麦草土壤有效
磷分别为68.6和64.9mg/kg,显著高于高羊
茅的52.8mg/kg。在20~40cm,高羊茅、多
年生黑麦草和草地早熟禾的土壤有效磷分别下
降为24.6,38.5和37.0mg/kg,草种间差异依
然显著。在40~60cm,高羊茅和多年生黑麦
草土壤有效磷平均为11.0mg/kg,显著低于草
地早熟禾的23.7mg/kg。草种间土壤有效磷
平均含量在60~80和80~100cm分别下降到
6.9和4.0mg/kg,草种间无显著差异。
图2 3种草坪草土壤剖面中的有效磷含量
犉犻犵.2 犃狏犪犻犾犪犫犾犲犘犮狅狀狋犲狀狋狅犳狊狅犻犾狆狉狅犳犻犾犲狅犳狋犺狉犲犲狋狌狉犳犵狉犪狊狊犲狊
图3 3种草坪草土壤剖面中的速效钾含量
犉犻犵.3 犃狏犪犻犾犪犫犾犲犓犮狅狀狋犲狀狋狅犳狊狅犻犾狆狉狅犳犻犾犲狅犳狋犺狉犲犲狋狌狉犳犵狉犪狊狊犲狊
2.4 不同草种土壤剖面的速效钾含量
高羊茅、多年生黑麦草和草地早熟禾草坪
0~100cm 土层的速效钾平均含量分别为
106.6,108.1和128.7mg/kg,草地早熟禾在
各土层均高于另外2种草,但差异不显著(图
3)。土壤速效钾含量在0~20cm 最高,为
150.1~178.0mg/kg。20~40cm速效钾含量
大幅下降,为86.2~114.7mg/kg,20~100cm
速效钾含量随深度增加变化不明显,3种草坪
草土壤速效钾的剖面分布特征表现出一致的变
化规律。
3 讨论
本研究是在经过8年中等强度管理的草坪
上取样测定的,这是十分难得的。结果表明草
坪草根系主要分布在0~20cm土层,与牧草的
研究结果一致[11]。高羊茅根系分布最深,达
1.8m。昝少平等[6]在建植2年的草坪也发现
高羊茅根分布最深,但只有0.55m,远低于本
研究结果。本研究还发现高羊茅根量分别为多
年生黑麦草和草地早熟禾的3.1和3.0倍,其
他研究同样发现高羊茅根量最大[7,12],但草种
间差异相对较小。高羊茅根系在表层分布比例
显著低于草地早熟禾,与王代军[8]和Sheffer
等[12]的研究结果一致。
土壤硝态氮含量与根系分布存在一定关
系。高羊茅根系分布最深,40~100cm硝态氮
含量最低,其深根型特征有助于减小硝酸盐淋
181第18卷第1期 草业学报2009年
洗。Bowman等[3]和Geron等[4]也证实浅根型草坪比深根型草坪更易发生硝酸盐淋洗。Liu等[2]在建植4~5
年的草坪上,同样发现高羊茅土壤硝态氮含量最低,分别是多年生黑麦草和草地早熟禾的39%和15%。本研究
发现草坪0~100cm 硝态氮平均含量为13.3mg/kg,对比北京市农田调查结果[13,14],草坪土壤硝态氮处于粮田
水平,远低于菜地。
土壤有效磷含量与根系分布密切相关。高羊茅根系生物量在0~40cm显著高于另外2种草,其有效磷含量
也最低。草地早熟禾在40~60cm 没有根系分布,难以利用这一层的磷素,因而该层有效磷含量显著高于另外2
种草。由于磷在土壤中移动性很低,0~20cm土壤有效磷含量高达52.8~68.6mg/kg,并随土壤深度增加骤
减,60~100cm只有3.2~8.9mg/kg。对比北京市农田调查结果[14,15],草坪土壤有效磷远高于粮田,与菜地水
平相当。残留磷素存在,进入水体导致富营养化的风险。
受施肥影响,0~20cm速效钾含量最高,为150.1~178.0mg/kg,钾的移动性比磷强,20~100cm速效钾含
量随土壤深度增加变化不明显,80~100cm其含量依然高达108.7~123.1mg/kg。对比北京市农田调查结
果[15],草坪土壤速效钾含量高于粮田,与菜地水平相当。本研究发现草坪土壤剖面养分含量与根系分布特征和
养分移动性有密切关系,根系分布越深,根生物量越大,养分残留越少。因此,应根据土壤养分测试来指导施肥,
以减小草坪施肥的环境压力。
参考文献:
[1] SnyderGH,AugustineBJ,DavidsonJM.MoisturesensorcontroledirrigationforreducingNleachinginBernudagrassturf
[J].AgronomyJournal,1984,76:964969.
[2] LiuHB,HulRJ,DuffDT.ComparingcultivarsofthreecoolseasonturfgrassesforsoilwaterNO3- concentrationand
leachingpotential[J].CropScience,1997,37:526534.
[3] BowmanDC,DevittDA,EngelkeMC,犲狋犪犾.Rootarchitectureaffectsnitrateleachingfrombentgrassturf[J].CropSci
ence,1998,38:16331639.
[4] GeronCA,DannebergerTK,TrainaSJ,犲狋犪犾.Theeffectsofestablishmentmethodsandfertilizationpracticesonnitrate
leachingfromturfgrass[J].JournalofEnvironmentalQuality,1993,22:119125.
[5] LeeDC,BowmanDC,CasselDK,犲狋犪犾.Soilinorganicnitrogenunderfertilizedbermudagrassturf[J].CropScience,2003,
43:247257.
[6] 昝少平,孙卫,魏月霞,等.草种差异、施肥及修剪对冷季型草坪根系影响[J].草原与草坪,2005,(1):6870.
[7] 任云宇,何军,刘艺杉.水分处理对草坪草地下植物量的影响[J].草业科学,2005,22(8):7983.
[8] 王代军.温度和水分胁迫对几种冷季型草坪草生理和生长的影响[D].北京:中国农业科学院研究生院博士学位论文,1998.
[9] 刘艺杉,刘自学,李晓光,等.北京地区3种冷季型禾本科草坪草生物量及养分吸收动态的研究[J].草业科学,2008,25
(4):8894.
[10] 鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京:中国农业科技出版社,2000.
[11] 李会科,郑秋玲,赵政阳,等.黄土高原果园种植牧草根系特征的研究[J].草业学报,2008,17(2):9296.
[12] ShefferKM,DunnJH,MinnerDD.Summerdroughtresponsesandrootingdepthofthreecoolseasonturfgrass[J].Hort
science,1987,22:296297.
[13] 刘宏斌,李志宏,张云贵,等.北京市农田土壤硝态氮的分布与累积特征[J].中国农业科学,2004,37(5):692698.
[14] 陆安祥,赵云龙,王纪华,等.不同土地利用类型下氮、磷在土壤剖面中的分布特征[J].生态学报,2007,27(9):3923
3929.
[15] 苏立新,肖健,王淑琴,等.北京市海淀区农田耕层土壤养分现状与变化趋势[J].土壤肥料,2004,(5):1720.
281 ACTAPRATACULTURAESINICA(2009) Vol.18,No.1
犚狅狅狋犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳狋犺狉犲犲狋狌狉犳犵狉犪狊狊犲狊犪狀犱狋犺犲犻狉犻犿狆犪犮狋狅狀狊狅犻犾狀狌狋狉犻犲狀狋犮狅狀狋犲狀狋
CHENGWenjing1,2,4,CUIJianyu3,MINFanhua3,HULin3
(1.KeyStateLaboratoryofVegetationandEnvironmentalChange,InstituteofBotany,ChineseAcademyof
Sciences,Beijing100093,China;2.GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,
China;3.ColegeofResourcesandEnvironmentalScience,ChinaAgriculturalUniversity,
Beijing100193,China;4.DepartmentofHorticultureandGardening,Shanghai
VocationalandTechnicalColegeofAgricultureandForestry,
Shanghai201600,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Rootandsoilsampleswerecolectedfrom mature犉犲狊狋狌犮犪犪狉狌狀犱犻狀犪犮犲犪,犔狅犾犻狌犿狆犲狉犲狀狀犲and犘狅犪
狆狉犪狋犲狀狊犻狊.Therootdepthof犉.犪狉狌狀犱犻狀犪犮犲犪hadreached1.8m,andtherootbiomassof犉.犪狉狌狀犱犻狀犪犮犲犪was
3.1and3.0timestheweightof犔.狆犲狉犲狀狀犲and犘.狆狉犪狋犲狀狊犻狊respectively.Thereweresignificantinfluencesof
rootdistributioncharacteristicsofturfgrassesonsoilnutrientcontent.Thedifferencesinsoilnitratebetween
turfgrasseswerenotsignificantinthe0-40cmlayer,butweresignificantinthe40-100cmlayer,witha
rankingof犘.狆狉犪狋犲狀狊犻狊>犔.狆犲狉犲狀狀犲>犉.犪狉狌狀犱犻狀犪犮犲犪.SoilavailablePdecreasedgreatlyassoildepthin
creased,andthedifferencesbetweenturfgrassesweresignificantinthe0-60cmlayerwithrankingsof犘.
狆狉犪狋犲狀狊犻狊>犔.狆犲狉犲狀狀犲>犉.犪狉狌狀犱犻狀犪犮犲犪.SoilavailableKwashighestat0-20cmandshowednodecreasein
the20-100cmlayer.
犓犲狔狑狅狉犱狊:turf;root;nitrate;availableP;availableK
381第18卷第1期 草业学报2009年