摘要：草坪植絲可以增強(qiáng)草坪耐踐踏強(qiáng)度，提高運(yùn)動場草坪的利用效率，然而植絲對草坪土壤碳封存的影響尚不明確。本研究以高羊茅（Festuca arundinacea Schreb.）和草地早熟禾（Poa pratensis L.）為試驗草種，采用植絲株間距×行間距為1 cm×1 cm和2 cm×2 cm的植絲密度，植入18 cm深的聚乙烯人造草絲纖維，探究植絲對草坪草生長及坪床土壤碳封存的影響。結(jié)果表明：植絲密度1 cm×1 cm在提升草坪坪觀質(zhì)量、增加草坪草地下生物量和土壤碳含量方面表現(xiàn)最佳，其中，高羊茅和草地早熟禾的地下生物量與未植絲相比，分別增加了39.4%和32.8%。在0～9.0 cm土層中土壤碳增量最大，植絲密度1 cm×1 cm與未植絲相比，高羊茅和草地早熟禾土壤有機(jī)碳（Soil organic carbon，SOC）分別增加了50.1%和41.1%；土壤微生物碳（Microbial biomass carbon，MBC）分別增加了26.6%和39.2%；土壤總碳（Total carbon，TC）分別增加了35.6%和30.5%。此外，高羊茅和草地早熟禾的土壤固碳速率最大達(dá)到0.69 t·hm-2·a-1和0.53 t·hm-2·a-1。綜上，植絲能促進(jìn)草坪根系生長，顯著增加土壤碳含量，有利于土壤碳封存。

關(guān)鍵詞：植絲式混合草坪；草坪坪觀質(zhì)量；土壤碳固定；土壤微生物碳

中圖分類號：S688.4""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A""""" 文章編號：1007-0435（2024）12-3941-10

收稿日期：2024-03-13；修回日期：2024-04-23

基金項目：國家重點研發(fā)計劃課題—秸稈基料化綜合利用技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)研究項目（2018YFF0213502）資助

作者簡介：

#劉明生（1999-），女，漢族，湖南常德人，碩士研究生，主要從事運(yùn)動場草坪研究，E-mail：708951797@qq.com；#劉洋（1988-），男，漢族，河北邢臺人，碩士研究生，主要從事草地碳匯研究，E-mail：hlliuyang@ncst.edu.cn；*通信作者Author for correspondence，E-mail：changzh@bjfu.edu.cn

Effects of Fiber Implantation on Turf Grass Growth and Soil Carbon Sequestration

LIU Ming-Sheng#， LIU Yang#， WANG Zi-yue， CHANG Zhi-hui*

（Beijing Forestry University， Beijing 100083， China）

Abstract：Turf fiber implantation can enhance the trample resistance of turf and improve the utilization efficiency of sports turf. However，the effect of fiber implantation on soil carbon sequestration of turf is not clear. In this study，tall fescue （Festuca arundinacea Schreb.） and kentucky bluegrass （Poa pratensis L.） were used as experimental grass species，polyethylene rayon fibers with a depth of 18 cm were implanted at the density of 1 cm×1 cm and 2 cm×2 cm，and the effects of fiber implantation on turf grass growth and soil carbon sequestration were explored. The results showed that the density of 1 cm×1 cm was the best in improving the turf quality and increasing the underground biomass of turf grass and soil carbon content. The underground biomass of tall fescue and kentucky bluegrass increased by 39.4% and 32.8%，respectively，compared with that without fiber implantation. The results showed that the soil carbon increment was the best in the 0-9.0 cm soil layer with the planting density of 1 cm×1 cm，compared with that without planting，the soil organic carbon of tall fescue and kentucky bluegrass increased by 50.1% and 41.1%，respectively;Soil microbial carbon increased by 26.6% and 39.2%，respectively;Total soil carbon increased by 35.6% and 30.5%，respectively. In addition，the maximum soil carbon sequestration rates of tall fescue and kentucky bluegrass were 0.69 t·hm-2·a-1and 0.53 t·hm-2·a-1，respectively. In conclusion，fiber implantation could promote the growth of lawn roots，significantly increase soil carbon content，and be conducive to soil carbon sequestration.

Key words：Fiber implanted hybrid turf；Turf quality;Soil carbon sequestration;Soil microbial biomass carbon

由于天然運(yùn)動場草坪無法承受高強(qiáng)度的踐踏，因此其使用頻率受到了限制［1］。近年來，為了提高運(yùn)動場使用頻率，草坪植絲技術(shù)得到了廣泛運(yùn)用。這種技術(shù)有效地提高了草坪的耐磨性和恢復(fù)能力，從而使草坪能夠承受高頻率的使用［2］。植絲式混合草坪是采用專業(yè)機(jī)械將人造草絲纖維，按照一定的間距和深度（18 cm）垂直植入草坪坪床，形成一種結(jié)合天然草坪和人造草坪優(yōu)點的混合草坪［3］。由于植絲后草坪根系和人造草絲纖維相互纏繞，提升了草坪坪床的穩(wěn)定性和安全性［4］，因此該技術(shù)已經(jīng)在多項國際重要足球競賽中被采納，并成為世界各地職業(yè)足球俱樂部比賽及訓(xùn)練場地建設(shè)草坪的首選方案［2］。

草坪碳匯是指草坪草通過光合作用吸收二氧化碳，并通過草坪草根系生長和分解過程，將碳以有機(jī)質(zhì)的形式固定在土壤中［5］，這對于緩解溫室效應(yīng)和改善全球氣候變暖等問題具有重要意義［6］。國內(nèi)草坪土壤碳的研究主要關(guān)注不同土地利用方式和氣候變化對土壤碳的影響［7-10］；而國外則側(cè)重于城市草坪土壤固碳量的估算以及草坪管理實踐對土壤碳封存的影響［11-13］。

植絲可以促進(jìn)草坪的生長，尤其促進(jìn)根系生長［14］。國外研究主要關(guān)注草坪植絲后對坪床排水性能以及坪床狀況和質(zhì)量評價的影響［15-17］，國內(nèi)對植絲式混合草坪的研究較少，現(xiàn)有的研究著重探討不同植絲深度和密度對草坪生長和坪觀質(zhì)量、踐踏以及土壤緊實度的影響［18-20］。盡管有研究表明植物根系碳輸入是土壤碳的主要來源，其有利于增加土壤有機(jī)碳的含量并改善土壤的質(zhì)量等［21-22］，但關(guān)于草坪植絲后草坪草根系的生長，以及植絲是否影響草坪土壤有機(jī)碳積累和土壤碳封存潛力的研究鮮見報道。因此，本文以高羊茅（Festuca arundinacea Schreb.）和草地早熟禾（Poa pratensis L.）為試驗草種，探討植絲對草坪坪床土壤碳封存的影響，以期為植絲技術(shù)的應(yīng)用以及低碳草坪建植養(yǎng)護(hù)提供理論基礎(chǔ)。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料

草種購自北京合嘉生態(tài)科技有限公司，品種為‘交戰(zhàn)IV’高羊茅（Festuca arundinacea‘crossfire IV’）和‘午夜’草地早熟禾（Poa pratensis‘Midnight’）。植絲纖維選用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的聚乙烯材質(zhì)，規(guī)格為4股人造草絲，厚度為0.5 mm，草絲分特值為 8000分特克斯（dtex）。

1.2" 試驗設(shè)計

試驗采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，以2個草種和2個水平植絲密度（植絲株間距×行間距）為處理（TI高羊茅未植絲，TⅡ高羊茅植絲密度2 cm×2 cm，TⅢ高羊茅植絲密度1 cm×1 cm；KI草地早熟禾未植絲，KⅡ草地早熟禾植絲密度2 cm×2 cm，KⅢ草地早熟禾植絲密度1 cm×1 cm），每個處理設(shè)置3次重復(fù)。植絲時間為2022年5月，采用“人工手持式植絲”工具完成，人造草絲的植絲深度是20 cm，其中地下部分為18 cm，地上部分為2 cm。植絲后播種（高羊茅播種量為35 g·m-2，草地早熟禾為15 g·m-2）建植混合草坪。

1.3" 草坪種植

試驗采用直徑以及高度均為30 cm的塑料花盆進(jìn)行，盆栽試驗的花盆放置于北京林業(yè)大學(xué)苗圃內(nèi)（116°35′E，40°01′N）。該地溫帶濕潤季風(fēng)氣候，春季暖濕適中，夏季高溫炎熱，秋季秋高氣爽，冬季寒冷干燥。試驗從2022年5月開始至2023年10月結(jié)束，期間年平均溫度為14℃（圖1）。

草坪土壤按沙和草炭9∶1比例進(jìn)行混合，其理化性質(zhì)見表1，全部裝填后壓實。成坪后按照足球場草坪養(yǎng)護(hù)水平進(jìn)行管理。草坪成坪（蓋度大于80%）后按照草坪修剪1/3原則進(jìn)行修剪，修剪高度均為25 mm，并收集草屑。

采樣時間從2023年2月26日開始，采樣頻率按2月1次，土樣采用三點取樣法，在成坪的草坪上用直徑2.0 cm，長度為35.0 cm的土鉆垂直鉆入土壤中，取出0～9.0 cm，9.0～18.0 cm土層，每盆栽取3點混合成一個樣品。過篩后裝袋保存在 4℃冰箱冷藏用于測定土壤碳組分。

1.4" 測定指標(biāo)和方法

地上草坪蓋度通過目測計算，即估算草坪草在小區(qū)中所覆蓋面積比例，以百分比形式表示。草坪密度用樣方法測定［23］，生物量采用直接收獲法，草坪質(zhì)量采用9分制評價法［24］。地下土壤有機(jī)碳（Soil organic carbon，SOC）、土壤無機(jī)碳（Soil inorganic carbon，SIC）、總碳（Total carbon，TC）采用總有機(jī)碳分析儀法［25］，土壤C/N、土壤微生物碳（Microbial biomass carbon，MBC）采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法測定［26］。土壤固碳速率采用蔡岸冬等的計算方法［27］。

1.5" 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2021整理原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行簡單的初步計算。采用SPSS 21.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，該軟件可對植絲對草坪坪床土壤碳含量及碳封存的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，測定不同植絲處理對土壤有機(jī)碳、土壤無機(jī)碳、土壤微生物碳以及土壤固碳速率、土壤碳氮比等處理組之間是否存在差異（顯著性水平設(shè)定為α=0.05）。用LSD檢驗不同數(shù)據(jù)組間的顯著性差異。用Origin 2021進(jìn)行相關(guān)圖表的繪制。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 植絲對草坪草生長的影響

2.1.1" 坪觀質(zhì)量" 植絲顯著提高草坪的坪觀質(zhì)量（Plt;0.05）。高羊茅不同月份的草坪密度TIII顯著高于TI（Plt;0.05），分別增加了11.3%，10.4%，18.0%，23.3%，16.1%（表2）；TⅡ與TIII相比均有差異但不顯著。6月的草坪蓋度TIII顯著高于TI（Plt;0.05），增加了7.5%。8月的草坪蓋度均達(dá)到了95%以上。所有處理組的草坪色澤均有差異但不顯著。4至10月的草坪質(zhì)量TIII顯著高于TI（Plt;0.05）。

草地早熟禾的草坪密度隨采樣月份的增加均逐漸增加（表3），除了4月外，KIII顯著高于KI（Plt;0.05），分別增加了8.6%，18.8%，21.9%，16.3%；KⅡ與KIII相比均有差異但差異不顯著。6至10月的草坪蓋度KIII顯著高于KI（Plt;0.05），分別增加了12.8%，14.4%，15.3%。8月的草坪蓋度均達(dá)到了80%以上。所有處理組的草坪色澤有差異但差異不顯著。4至8月的草坪質(zhì)量KIII顯著高于KI（Plt;0.05）。

2.1.2" 根系生長狀況" 高羊茅的地下生物量TIII顯著高于TI和TⅡ（圖2），分別增加了39.4%，20.9%（Plt;0.05）?？傮w來看（表4），高羊茅地下根系碳密度0～9.0 cmgt;9.0～18.0 cm；其中0～9.0 cm土層的TIII顯著高于TI和TⅡ，分別增加了81.6%，57.7%（Plt;0.05）；9.0～18.0 cm土層的TIII顯著高于TI和TⅡ，分別增加65.7%和42.7%（Plt;0.05）。

植絲顯著增加了不同草種根系的生長（Plt;0.05）。由圖3和圖4可見，草坪草根系與人造草絲植入間距越小該范圍的根系碳密度更為豐富。且隨著植入深度的加深，草坪草地下生物量也相應(yīng)增加，根系向更深土層生長。TⅠ根系長度為23 cm，TⅡ根系長度為31 cm，TⅢ根系長度為38 cm；KⅠ根系長度14 cm，KⅡ根系長度為20 cm，KⅢ根系長度為24 cm。

草地早熟禾的地下生物量KⅢ顯著高于KⅠ，增加了32.8%（Plt;0.05）；KⅢ與KⅡ相比，增加了15.5%。由表4可知，草地早熟禾地下根系碳密度在0～9.0 cm的土層中高于9.0～18.0 cm的土層；其中0～9.0 cm土層的KⅢ顯著高于KI和KⅡ，分別增加了68.9%，59.1%（Plt;0.05）；9.0～18.0 cm土層的KⅢ顯著高于KⅠ和KⅡ，分別增加了57.1%，30.4%（Plt;0.05）。

2.2" 植絲對草坪坪床土壤碳封存的影響

2.2.1" 土壤有機(jī)碳量" 植絲顯著增加草坪SOC量（Plt;0.05）。在不同處理條件下（表5），高羊茅0～9.0 cm土層的SOC量TⅢ顯著高于TⅠ，最高增加了50.1%（Plt;0.05）；9.0～18.0 cm土層的SOC量TIII顯著高于TI，最高增加了35.8%（Plt;0.05）；TⅡ和TⅢ處理組間2月和4月SOC量差異顯著（Plt;0.05），其他月份無差異。

草地早熟禾0～9.0 cm土層的SOC量KⅢ顯著高于KⅠ和KⅡ，最高增加了41.1%（Plt;0.05）；9.0～18.0 cm土層的SOC量KⅢ顯著高于KⅠ和KⅡ，最高增加了24.6%（Plt;0.05）

2.2.2" 土壤無機(jī)碳量" 植絲對SIC量的影響較?。ū?），兩種草種植絲與未植絲處理組間無差異。高羊茅0～9.0 cm土層的SIC平均含量在6.6～7.8 g·kg-1之間，9.0～18.0 cm土層在4.5～6.3 g·kg-1之間。草地早熟禾草種0～9.0 cm土層的SIC平均含量在6.2～7.3 g·kg-1之間，9.0～18.0 cm土層在4.5～6.6 g·kg-1之間。

2.2.3" 土壤微生物碳量" 植絲顯著增加草坪MBC量（Plt;0.05）。高羊茅0～9.0 cm土層的MBC量TIII顯著高于TI（表7），最高增加了26.6%（Plt;0.05）；在6月至10月期間，9.0～18.0 cm土層的MBC量TIII顯著高于TI和TⅡ（Plt;0.05），最高增加了15.9%（Plt;0.05）。

草地早熟禾0～9.0 cm土層的MBC量KIII顯著高于KI，最高增加了39.2%（Plt;0.05），KIII與KⅡ處理組間無差異；在4月至10月期間，9.0～18.0 cm土層的MBC量KIII顯著高于KI和KⅡ，最高增加了31.7%（Plt;0.05）；KI和KⅡ處理組間無差異。

2.2.4" 土壤總碳量" 植絲顯著增加草坪TC量（Plt;0.05）。高羊茅0～9.0 cm土層的TC量TIII顯著高于TI（表8），最高增加了35.6%（Plt;0.05）；TIII顯著高于TⅡ，最高增加了26.1%（Plt;0.05），9.0～18.0 cm土層的TC量TIII顯著高于TI和TⅡ，最高增加了32.5%（Plt;0.05）。

草地早熟禾0～9.0 cm土層的TC量KIII顯著高于KI，最高增加了30.5%（Plt;0.05）；KIII顯著高于KⅡ，最高增加了12.3%（Plt;0.05）；9.0～18.0 cm土層的TC量KIII顯著高于KI和KⅡ，最高增加了26.3%（Plt;0.05）。

2.2.5" 土壤固碳速率與碳氮比" 植絲顯著增加草坪土壤的固碳速率（表9）。高羊茅0～9.0 cm土層的土壤固碳速率TIII顯著高于TI，且TIII土壤固碳速率最大達(dá)到0.69 t ·hm-2·a-1（Plt;0.05）；9.0～18.0 cm土層的土壤固碳速率TIII和TI相比無顯著差異。植絲密度越大土壤碳氮比越多，TIII土壤碳氮比大于TI（Plt;0.05）。

草地早熟禾0～9.0 cm土層的土壤的固碳速率KIII顯著高于KI，且KIII土壤固碳速率最大達(dá)到0.53 t·hm-2·a-1（Plt;0.05）；9.0～18.0 cm土層的土壤固碳速率KIII和KI相比無差異。植絲密度越大土壤碳氮比越多，KIII土壤碳氮比大于KI（Plt;0.05）。

3" 討論

3.1" 植絲能促進(jìn)草坪草根系的生長

草坪的坪觀質(zhì)量是衡量草坪生長健康和狀況的直接指標(biāo)［28］。本研究結(jié)果表明，植絲后顯著提升了不同草種的坪觀質(zhì)量，其中對草坪密度的影響最為明顯，而對色澤和蓋度的影響則相對較小，這與吳冠侖［14］和唐斌等人［29］的結(jié)論相同。這可能是由于草坪早期發(fā)展階段中草坪的根系不夠成熟，而植絲為草坪提供了支撐，有助于草坪草生長。隨著草坪成熟根系發(fā)展，植絲對蓋度和色澤的作用減弱。這表明植絲對草坪的早期建植階段最為有效，對增強(qiáng)成熟草坪的坪觀質(zhì)量貢獻(xiàn)較小。

生物量是反映草坪生態(tài)系統(tǒng)生長狀況和生產(chǎn)力的關(guān)鍵指標(biāo)［30］。結(jié)果表明，草坪植絲后促進(jìn)了草坪草根系的生長，且顯著增加了草坪草根系碳密度。這與Hamido等人［31］研究的結(jié)果一致，表明植物根系碳輸入的增加驅(qū)動總SOC含量的積累。與未植絲處理相比，植絲密度為1 cm×1 cm的根系生物量增加效果最佳。這跟蘇暢［19］和周麗甜［20］的研究結(jié)論一致，適當(dāng)?shù)闹步z密度能有效改善草坪的坪觀質(zhì)量和生長狀況。植絲后草坪地下生物量的增加，有利于根系與土壤更緊密接觸從而促進(jìn)土壤中有機(jī)質(zhì)的積累，能進(jìn)一步表明植絲可以增加土壤長期儲存碳的可能，這與王國成等人［22］的研究結(jié)論相同，強(qiáng)調(diào)了地下生物量在草坪土壤碳循環(huán)中的重要角色，并指出對增強(qiáng)草坪土壤碳封存能力的貢獻(xiàn)。

3.2" 植絲能增強(qiáng)草坪土壤的碳封存能力

土壤作為全球碳循環(huán)的重要組成部分，其碳封存能力是評估其對氣候變化調(diào)節(jié)能力的重要指標(biāo)［3］。本研究結(jié)果表明，不同草種SOC含量隨時間的推移呈增加趨勢。整體來看，植絲與未植絲處理的SOC變化趨勢為植絲密度1 cm×1 cmgt;植絲密度2 cm×2 cmgt;未植絲，且植絲密度1 cm×1 cm在10月份達(dá)到最大值。這表明植絲密度越大越有利于SOC的積累，與武鑫［32］所發(fā)現(xiàn)的結(jié)論相似，植絲作業(yè)中植絲密度越大，越有利于生物量的增加和土壤有機(jī)質(zhì)的累積。草坪植絲后SOC深度變化趨勢為0～9.0 cmgt;9.0～18.0 cm，與Huyler等人［33-35］的研究結(jié)論相同，草坪土壤中SOC通常隨著土壤深度的增加而降低，并且在土壤表層以最快速度積累封存。這可能是由于土壤表層受到光照和環(huán)境溫度變化的影響較大，這些條件影響微生物活動和有機(jī)物質(zhì)的分解速率，從而間接影響SOC的積累。

植絲對SIC含量的影響較小，與Zamanian等人［36］的研究結(jié)果一致，表明SIC含量的周轉(zhuǎn)率較低時間穩(wěn)定性較高，本試驗周期還未達(dá)到可影響SIC含量的時間長度。本研究結(jié)果與Gaur等人［37］研究的干旱地區(qū)SIC含量大于SOC含量的結(jié)果不同。這可能是由于干旱地區(qū)的土壤常呈堿性，而該地區(qū)較低的植物生產(chǎn)力和快速分解的有機(jī)質(zhì)不利于SOC積累，有利于SIC碳酸鹽礦物質(zhì)的形成和積累。

本研究與Frey等人［38］的研究結(jié)果一致，植絲顯著增加了MBC含量，這強(qiáng)調(diào)了植物根系和其他有機(jī)質(zhì)在土壤中形成的微聚集體或聚合體的作用。這些微聚體降低了微生物對有機(jī)質(zhì)的分解能力，從而有利于SOC積累，說明了植絲在促進(jìn)土壤碳封存和微生物作用方面的重要性。研究表明，植絲后高羊茅和草地早熟禾TC總含量分別增加了13.2%和16.0%，與SOC整體變化趨勢相似，這與Smith等人［39］的研究結(jié)論相同，TC的變化趨勢主要受SOC的影響。植絲后地下土壤碳含量比氮含量多，結(jié)果與唐斌等人［29］研究的草坪草能夠吸收更多的氮素養(yǎng)分的結(jié)論相同。土壤中氮相對較少，分解這些高碳氮比的有機(jī)物質(zhì)需要更長的時間，因此有機(jī)物質(zhì)在土壤中可能長時間存留，而不被迅速分解。

禾本科的許多多年生草種被用作混合運(yùn)動草坪，不同草坪草品種的碳封存率可能不同。本研究得出，草坪植絲后顯著增加了草坪坪床土壤的固碳速率，且高羊茅相比草地早熟禾的固碳效果更好。這與Law等人［40］的研究結(jié)果一致，草坪建植后的3年內(nèi)，高羊茅比草地早熟禾積累更多的土壤碳。這可能是因為高羊茅通常具有更深、更密集的根系。這種深根系草種在較深的土層中擾動較小，有機(jī)質(zhì)分解速率較低；且高羊茅可能具有更長的生命周期和更好的耐寒耐旱性，使其在不同生長的環(huán)境下能保持活力和健康生長，因此高羊茅相比于草地早熟禾更有助于草坪坪床土壤碳封存。

草坪系統(tǒng)的主要碳排放包括運(yùn)營和維護(hù)過程中產(chǎn)生的隱藏碳成本［41］（Hidden carbon costs，HCC）。根據(jù)Braun等人［42］報道，與低投入管理（不施氮肥和低灌溉管理）相比，高投入管理（尿素施肥和中等灌溉管理）產(chǎn)生更高的HCC，并且不會增加土壤碳封存。因此，高投入管理并不能保證草坪系統(tǒng)的碳增益，反而會導(dǎo)致嚴(yán)重的HCC。本試驗采用了低投入管理，為植絲技術(shù)的應(yīng)用及低碳草坪建植養(yǎng)護(hù)提供理論基礎(chǔ)。但由于試驗場地的限制，本試驗中并沒有開展大田實驗的混合草坪建植和評估每種管理實踐對草坪坪床土壤碳封存的影響，這是下一步繼續(xù)研究的方向。

4" 結(jié)論

草坪植絲后提升了草坪的坪觀質(zhì)量、促進(jìn)了草坪草根系生長，且植絲密度為1 cm×1 cm的效果最佳。該植絲密度顯著增加了SOC，TC，MBC總量，且有利于增加土壤碳氮比；顯著增加了草坪坪床土壤的固碳速率，且與高羊茅相比草地早熟禾的固碳效果好。因此，植絲式混合草坪與天然草坪相比，提升了草坪生態(tài)系統(tǒng)增匯能力，為低碳草坪建植養(yǎng)護(hù)提供理論基礎(chǔ)。

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（責(zé)任編輯" 閔芝智）