《Agriculture》：Evaluation of the Durability and Viability of Selected Forage Grass Species on Degraded Soil Under Silicon Application
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摘要翻译：土壤退化主要由人类活动引起，其严重程度可能因不利天气条件而加剧。所选草种能够形成持久、致密的地表覆盖，从而改善土壤物理性质并限制退化进程。本研究涉及四种单播饲草：鸭茅（Dactylis glomerata）、苇状羊茅（Festuca arundina
摘要翻译：土壤退化主要由人类活动引起，其严重程度可能因不利天气条件而加剧。所选草种能够形成持久、致密的地表覆盖，从而改善土壤物理性质并限制退化进程。本研究涉及四种单播饲草：鸭茅（Dactylis glomerata）、苇状羊茅（Festuca arundinacea）、黑麦草×羊茅杂交种（Festulolium braunii）和多年生黑麦草（Lolium perenne）。研究人员以两种水平叶面喷施含硅纳米颗粒的植物生长促进剂：不施硅和施硅。研究人员于2018年至2023年间测定了土壤水分特性、植物覆盖度、叶绿素含量、叶面积指数（LAI）、透光率（T）、地上部生物量及杂草侵染程度，以评估植物的活力与持久性。研究表明，经六年的刈割利用后，鸭茅和苇状羊茅因植物覆盖具有较高的持久性且在草群中占比稳定，比黑麦草×羊茅杂交种和多年生黑麦草更适宜在退化土壤上栽培。硅提高了草种产量、植物-土壤覆盖度、叶绿素含量和LAI，同时降低了T值。施硅对苇状羊茅和鸭茅单播的影响最为显著，尤其体现在干物质（DM）产量（分别提高17.5%和19.1%）和LAI（分别提高24.4%和19.8%）方面。鉴于硅在植物施肥中的益处，建议进一步开展研究，特别是针对用于修复重度扰动和退化土壤的草种。
论文解读：一、研究背景与问题
退化土壤（包括酸化、干旱、有机质缺乏、水分关系紊乱及采后土壤）对草地管理的可持续性构成了严峻挑战。在如此恶劣的生境中，牧草物种的根系深度、对干旱和酸化的耐受性、对周期性淹水的耐受性以及遭受环境胁迫后的再生能力等生物学特性显得尤为重要。然而，目前在退化土壤上长期维持草地生产力与植被覆盖度的适宜草种选择仍缺乏系统比较。同时，随着气候变化加剧与极端天气频发，草地利用的持久性日益受到关注。硅（Si）虽未被列为必需营养元素，但已被证明是一种有益元素，可通过调控生理、生化和农艺过程增强植物免疫力。因此，研究人员旨在探究叶面施硅对四种重要饲草在退化土壤上六年利用期内持久性与活力的影响。
二、研究设计、材料与方法
田间试验于2018—2023年在中欧华沙生命科学大学作物植物试验站（52°09′40.0″ N 21°03′12.7″ E）进行，供试土壤为城市区域中的轻质农业土壤，pHKCl=7.4，总有机碳（TOC）为14.61 g/kg，碳氮比（C/N）为15.38，有效磷含量较低（51.6 mg/kg），钾含量中等（135.3 mg/kg），镁含量很高（111.5 mg/kg）。试验采用随机区组设计，三次重复，供试草种为鸭茅（cv. Bepro）、苇状羊茅（cv. Odys）、黑麦草×羊茅杂交种（cv. Sulino）和多年生黑麦草（cv. Gagat），于2017年秋单播。第二个因子为叶面施硅，使用含20.0% [m/m] SiO2水合纳米颗粒（约15 nm）的NanoFYT Si制剂，设不施硅（No Si）和施硅（Si）两个水平。研究测定了土壤容重（BD）、毛管水容量（CWC）、田间持水量（FC，pF=2.4）、永久萎蔫点（PWP，pF=4.2）和有效水容量（AWC），并评估了植物覆盖度（PC）、地上部干物质（DM）、草群中播种物种和杂草比例、相对叶绿素含量（SPAD值）、叶面积指数（LAI）和透光率（T）。数据采用多元方差分析、Tukey HSD检验、主成分分析（PCA）和Pearson相关分析（PCC）进行统计处理。
三、主要结果
（一）土壤水分性质
2018年的土壤CWC、FC和PWP值高于2023年，且施硅提高了这些指标。草种单播对土壤水分性质产生影响：黑麦草×羊茅杂交种和鸭茅对CWC和FC有正效应，同时也提高了PWP；苇状羊茅栽培下土壤的FC和PWP显著低于其他草种。
（二）播种物种与杂草比例
六年内各单播草群中播种物种比例发生明显变化。2018—2019年，每个草种的单播均以播种物种为主，其中鸭茅和苇状羊茅的单播几乎保持100%的播种物种比例。2020年苇状羊茅单播杂草比例最低（约1%），但黑麦草×羊茅杂交种在不施硅条件下第三茬杂草达到77%。2022年苇状羊茅各茬中播种物种比例均很高，而黑麦草×羊茅杂交种的杂草比例随茬次递增（施硅条件下从21%升至78%）。2023年苇状羊茅和鸭茅的播种物种比例显著高于多年生黑麦草和黑麦草×羊茅杂交种；黑麦草×羊茅杂交种的播种物种比例最低，不施硅时仅为2%，施硅时为4%。前三年单播区杂草以单子叶植物为主（如 Elymus repens、Poa annua 和 Festuca rubra），后两年双子叶杂草（如 Erigeron annuus、Cirsium arvense 等）比例增加，并在黑麦草×羊茅杂交种和多年生黑麦草单播中出现鸭茅侵入。
（三）草群参数
在六年间，PC最高值出现在2020年，施硅使PC显著提高4.9%。黑麦草×羊茅杂交种在不施硅条件下始终表现出最低的PC值。DM在2022和2023年最高，苇状羊茅产量最高，多年生黑麦草最低；施硅显著提高了鸭茅、黑麦草×羊茅杂交种和多年生黑麦草的年产量。SPAD值在2018和2023年最高，鸭茅和苇状羊茅显著高于其他草种，施硅使SPAD提高4.9%。T值在第二、三和最后一年最高，多年生黑麦草和黑麦草×羊茅杂交种的T值较高，不施硅条件下T值比施硅高44%。LAI在2023和2018年最高，鸭茅和苇状羊茅高于其他草种，施硅使LAI平均提高约42%。春季（第一茬）PC、DM和LAI最高，秋季（第三茬）T最高。
（四）参数间关系
PCA显示，在2018年，第一主成分解释45.2%的变异性，AWC与多年生黑麦草不施硅处理关联最强，CWC与SPAD正相关，DM与T负相关。在2023年，第一主成分解释50.4%的变异性，施硅对DM和LAI影响最显著，苇状羊茅和鸭茅单播在施硅条件下DM分别提高17.5%和19.1%，LAI分别提高24.4%和19.8%。CWC与FC正相关，而T与AWC、DM和LAI均呈负相关。高T值与黑麦草×羊茅杂交种和多年生黑麦草不施硅处理相关联，而多年生黑麦草施硅处理则伴随较高的CWC和FC。
四、讨论与结论
研究人员在讨论部分指出，深根系草种（如苇状羊茅）通过维持大孔隙网络增强水分入渗，而浅根系密集草种（如多年生黑麦草）则能有效限制地表径流并改善表层土壤持水性。施硅可能通过促进根系发育改善土壤水分容量。草种持久性方面，苇状羊茅和鸭茅在整个试验期间保持高而稳定的草群比例，这与它们深根系和干旱后快速再生能力有关；黑麦草×羊茅杂交种和多年生黑麦草则因耐旱性较弱而逐年衰退。施硅对叶绿素合成和叶片持绿性有积极作用，从而提高光合作用和生物量积累。PCA进一步表明，在退化土壤上，施硅特别有利于苇状羊茅和鸭茅的DM和LAI提升，而黑麦草×羊茅杂交种和多年生黑麦草不施硅处理则因杂草侵入导致草群密度下降。结论部分指出：六年利用后，苇状羊茅和鸭茅比其余两种更适宜覆盖退化土壤，它们具有最大的稳定草群占比（分别为92.2%和85.5%）、较低的杂草侵染率（7.8%和14.5%）、较高的生物量（分别为7.01和6.89 Mg/ha）和良好的地表覆盖度（61.4%和58.9%）。而黑麦草×羊茅杂交种和多年生黑麦草的草群占比分别仅为22.5%和41.7%，杂草严重、生物量较低（分别为6.10和5.88 Mg/ha）、覆盖度降低（分别为50.6%和57.2%），因此其覆盖土壤的实用性受限。叶面施硅使草种产量提高21%、植物覆盖度提高4.9%、相对叶绿素含量提高4.9%、LAI提高41.8%，并降低透光率44%。施硅对苇状羊茅和鸭茅单播效应最强，但对草种单播下土壤水分性质的变化影响有限。鉴于硅在植物施肥中的益处，未来应继续深入研究，特别是针对用于修复重度扰动和退化土壤的草种。该研究为退化土壤的生态修复和草地持久管理提供了重要的草种选择依据和硅肥应用策略。
