沙层覆盖深度与石膏/湿润剂施用策略对Tifway bermudagrass坪面疏水性和心土钠质化的调控效应

《Agronomy Journal》：Management of surface hydrophobicity and subsoil sodicity in sand-capped turf systems

　　

高尔夫球场和运动场沙层覆盖（sand-capping）正成为一种常见实践，尤其在高降雨地区或灌溉水含钠升高并随时间导致原生土壤退化的地区。虽然沙层覆盖可改善比赛条件，但这些系统随时间可能产生独特的管理问题，包括由Na引起的底土渗透性丧失、表层有机质积累和/或表层疏水性（surface hydrophobicity）发展。本研究目的是评估石膏和湿润剂施用方案对沙层覆盖Tifway bermudagrass（Cynodon dactylon × C. transvalensis Burt. Davy）系统中表层疏水性和底土钠质化（subsoil sodicity）缓解的单独及联合效应。研究在深度为5至20 cm的沙层覆盖小区上开展2年。结果表明，覆盖深度对整体草坪质量、绿色覆盖百分比、土壤水分关系及表层疏水性发展起关键作用，较浅覆盖深度（5和10 cm）在几乎所有参数上优于较深覆盖深度（20 cm）。湿润剂施用有助于提高表层土壤水分，但仅对较深覆盖深度有益，因为较浅覆盖深度几乎未观察到疏水性。结果还表明，在高Na灌溉水条件下，每年一次高用量（490 g m^?2）石膏施用比10次每月低用量（49 g m^?2）施用在降低底土钠吸附比（sodium adsorption ratio, SAR）方面更有效。

研究背景：沙层覆盖（sand-capping，即在原生土壤上铺设一定厚度沙层）起源于20世纪90年代美国西北部，用于应对高年降雨造成的压实、通气差、排水慢和土壤饱和等高尔夫球场比赛条件问题；由于初始建设或改造费用高，许多球场采用低于推荐厚度的沙层。近年来，沙层覆盖也被用于缓解劣质灌溉水影响，但高盐、钠和碳酸氢盐灌溉水可导致原生土壤退化；沙层覆盖虽可改善排水、入渗、根系深度、耐践踏性、比赛条件、压实、盐分淋洗和土壤结构，但随时间可能出现有机质积累、表层疏水性（surface hydrophobicity，土壤表层拒水现象）和底土渗透性问题。钠质土因Na吸附导致土壤颗粒分散、结构变差、入渗和排水受限；石膏（gypsum, G，钙基改良剂，常用CaSO₄）可置换土壤颗粒上的Na。湿润剂（wetting agent, WA，改善水分入渗和持留的表面活性剂类物质）常用于缓解斥水性土壤并促进水分入渗和持留；但湿润剂是否能促进石膏向土壤剖面深处移动尚缺乏研究，而沙层覆盖系统下伏底土往往比沙层本身更易因Na丧失渗透性。美国高尔夫球协会已制定沙基根区规格，但尚无高尔夫球场球道、长草区和发球台沙层覆盖推荐；因此需要基于研究的方法应对沙层覆盖草坪系统的长期管理挑战。研究人员评估石膏和湿润剂施用方案对不同深度沙层覆盖Tifway bermudagrass（Cynodon dactylon × C. transvalensis Burt. Davy）球道系统中表层疏水性和底土钠质化缓解的单独及联合效应。研究结论表明，覆盖深度对草坪质量与覆盖、表层土壤水分及疏水条件发展起关键作用，较浅覆盖深度在多数参数上优于最深覆盖；20 cm覆盖更干且因疏水条件质量较差；湿润剂可提高土壤水分，但可能仅在较深覆盖中需要以应对更常见的疏水性；每年一次高量石膏在降低钠吸附比（sodium adsorption ratio, SAR）方面最有效。该研究为沙层覆盖草坪系统的长期水分和钠管理提供了依据。

关键技术方法：研究样地位于Texas A&M University Turfgrass Field Laboratory（College Station，TX），2018年4月至2019年11月开展。采用裂区设计，3次重复；主区为沙层覆盖深度（表土追沙topdressed, TD 5、5、10和20 cm），裂区为湿润剂0与20 L ha^?1 month^?1，裂裂区为石膏0、49 g m^?2 month^?1（合计490 g m^?2）和490 g m^?2年施一次。灌溉按0.6 × ET₀（参考蒸散量reference evapotranspiration），水源为C1–S4、pH 8.4、Na 234 mg kg^?1、HCO₃^? 509 mg kg^?1、调整SAR 33.7、EC 0.9 dS m^?1。测定草坪质量、绿色覆盖、体积含水量（volumetric water content, VWC）、入渗率、沙层和底土SAR及水滴穿透时间（water droplet penetration time, WDPT），采用重复测量方差分析（ANOVA）和Fisher's LSD（p ≤ 0.05）。

研究结果：
3.1 站点环境条件（Site environmental conditions）：通过现场Texas ET Network气象站记录，2018年降水超过1278 mm，高于历史平均1016 mm，8月降水最低5.1 mm且ET₀最高平均6.4 mm day^?1，8月最高温34.7°C；2019年降水857 mm低于平均，7月最低12.4 mm且ET₀平均6.1 mm day^?1，8月最高温35.2°C。结论是两年环境条件差异明显。
3.2 草坪质量（Turfgrass quality）：通过视觉1–9评分，2018年覆盖深度×日期交互显著，TD 5和5 cm覆盖质量最高，20 cm覆盖在3个评定日低于可接受值6.0；2019年覆盖深度×湿润剂×日期交互显著，20 cm覆盖施湿润剂在最后5个评定日中的4个显著提高质量，施湿润剂低于6.0为3/10日而不施为8/10日；覆盖深度×湿润剂×石膏交互显著，20 cm下无石膏但施湿润剂者质量高于无石膏无湿润剂者，二者均无石膏无湿润剂时低于6.0。结论是浅覆盖质量较好，深覆盖需湿润剂改善。
3.3 绿色覆盖百分比（Percent green cover）：通过Lightbox图像和Turf Analyzer数字图像分析，覆盖深度×湿润剂×日期交互在两年显著；TD 5 cm在21个评定日中的20日湿润剂无差异，14/21日高于75%；5 cm在13/21日高于75%且不受湿润剂影响；10 cm在15/21日高于75%；20 cm仅4/21日因湿润剂显著差异，其中3/4日不施湿润剂反而更高。结论是绿色覆盖主要受覆盖深度影响，湿润剂效应有限。
3.4 体积含水量（Volumetric water content）：通过Dynamax TH2O便携式土壤水分仪于灌溉前测0–5 cm，2018和2019年覆盖深度×湿润剂交互显著；2018年TD 5和5 cm无处理差异，10 cm不施湿润剂高于施湿润剂，20 cm施湿润剂高3%；2019年TD 5、5和10 cm无显著差异，20 cm施湿润剂高3%。覆盖深度×日期交互显著，TD 5 cm的VWC最高（20%–35%），5和10 cm约15%–25%，20 cm最低（10%–20%）。2019年湿润剂×石膏交互显著，在施湿润剂下月度石膏VWC为23%，略高于年一次21%；不施湿润剂均21%。结论是浅覆盖保水较好，湿润剂主要提高20 cm覆盖VWC。
3.5 入渗率（Infiltration rates）：通过双环入渗仪测定累积入渗时间并以U表征，覆盖深度×湿润剂交互显著；20 cm覆盖入渗率显著高于10 cm；20 cm施湿润剂入渗率（2.7 mm s^?0.70）低于不施（3.4 mm s^?0.70），10 cm各处理均约2.3 mm s^?0.70。覆盖深度×日期交互显著，6个日期中3个20 cm显著高于10 cm，且每年晚季入渗率呈下降趋势。结论是20 cm入渗更高，但湿润剂降低20 cm入渗率。
3.6 沙层钠吸附比（Sand-cap SAR）：通过沙层混合样每两月测SAR，石膏主效应显著；年一次490 g m^?2石膏的沙层SAR显著低于不施石膏，未处理为4.0，月度施石膏为3.4，年一次为3.1。覆盖深度×湿润剂交互显著，20 cm施湿润剂沙层SAR为4，高于不施的3；10 cm无差异，均约3.5。结论是年一次高量石膏降低沙层SAR，20 cm施湿润剂提高沙层SAR。
3.7 底土钠吸附比（Subsoil SAR）：通过底土上部2.5 cm样品测SAR，覆盖深度×湿润剂交互显著，20 cm施湿润剂底土SAR为8.5，高于不施的6.7；10 cm无差异。覆盖深度×石膏交互显著，10 cm下年一次石膏底土SAR为6.6，显著低于月度8.8和未处理9.9；20 cm下两种石膏处理相对未处理呈下降趋势但不显著。结论是10 cm年一次石膏降低底土SAR，20 cm施湿润剂提高底土SAR。
3.8 水滴穿透时间（Water droplet penetration time）：通过1.3 cm深度WDPT测表层疏水性，覆盖深度×湿润剂×石膏交互显著；20 cm不施湿润剂时，年一次石膏WDPT显著低于月度和未处理；不施湿润剂且不施石膏为60 s，月度石膏为45 s，湿润剂+年一次石膏为20 s，均属轻微斥水；施湿润剂时无论石膏用量几乎无疏水性、属可湿润。覆盖深度×湿润剂×日期交互显著，TD 5、5和10 cm全程无疏水性（WDPT ≤ 5 s）；20 cm不施湿润剂在4个日期WDPT显著高于施湿润剂，最高近135 s，而施湿润剂平均0–2 s。结论是疏水性主要出现在20 cm覆盖，湿润剂显著缓解。

讨论总结：讨论部分指出，研究人员未发现既往研究考察湿润剂效应随沙层覆盖深度的变化；本研究中湿润剂提高草坪质量、VWC并降低表层疏水性，其益处主要见于20 cm覆盖深度，提示浅覆盖可能无需湿润剂。研究人员将深覆盖更易疏水归因于灌溉间表层土壤/枯草层干燥程度更大，而浅覆盖近表层水分更高更稳定；土壤干燥可使溶解有机质亲水基团朝向矿物表面、疏水基团朝向孔隙，从而增加斥水性。研究人员原假设湿润剂可助石膏下移，但结果显示湿润剂提高沙层和底土SAR，可能因石膏溶解度低，湿润剂更多影响高钠灌溉水渗透；因此建议在自然降水充足时秋季和春季与石膏配合继续使用湿润剂。所有处理SAR均低于报道的问题钠质土阈值13；年一次石膏使20 cm和10 cm小区SAR较未处理降低11%和23%，益处可能不抵成本和时间；标签用量表现说明可能需要更高用量。20 cm覆盖底土SAR在施湿润剂时显著更高，可能湿润剂促进钠水更深下渗，但未发现入渗率显著效应支持；20 cm底土SAR低于10 cm，可能湿润剂助石膏下移。覆盖深度对草坪健康关键，浅覆盖在质量、VWC、绿色覆盖和WDPT优于20 cm；20 cm更干、质量差因疏水；保水是浅覆盖关键；20 cm入渗更高、冲洗钠更有效（沙层和底土SAR低于10 cm），但两深度SAR<13，覆盖深度对SAR管理可能不关键；长期有机质增加可能改变表现。Mancino和Kopec曾报道年一次低量2240 kg ha^?1 year^?1（约225 g m^?2 year^?1）与更高用量同样有效降低 effluent 灌溉草坪土壤Na。

研究结论翻译：随着高尔夫球场灌溉水质持续下降，高尔夫球场球道沙层覆盖正在增加。沙层覆盖具有许多农艺益处，包括改善排水和增加入渗、增大根系深度、改善耐践踏性和比赛条件、缓解压实、增强淋洗盐分能力和改善土壤结构。然而，随时间可能产生独特管理挑战，包括有机质积累、表层疏水性和底土渗透性问题，尤其当灌溉水含钠升高时。研究结果表明，覆盖深度对草坪质量和覆盖、表层土壤水分及疏水条件发展起关键作用，因为本研究中较浅覆盖深度在多数参数上优于最深覆盖深度。20 cm覆盖深度更干且因形成的疏水条件而质量较差。虽然湿润剂施用有助于增加土壤水分，但研究结果表明，湿润剂可能仅在较深而非较浅覆盖深度中需要，以应对在较深沙层覆盖系统中更常见的疏水性。研究结果还表明，与月度低量施用相比，每年一次高量石膏在降低SAR方面最有效。虽然沙层覆盖起源于年降雨量高的地区，但其在灌溉水质较差的较干气候中日益增加的使用，需要继续研究以更好理解其优化使用、性能和管理动态。