加固材料对运动场移动式草坪质量及坪床性能的影响_陈佳宝.pdf
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1、DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0207陈佳宝,贾辰雁,李富翠,宋桂龙,范志浩,唐斌,窦伟豪,张亚楠,韩烈保,陈雨峰.加固材料对运动场移动式草坪质量及坪床性能的影响.草业科学,2023,40(1):58-70.CHENJB,JIACY,LIFC,SONGGL,FANZH,TANGB,DOUWH,ZHANGYN,HANLB,CHENYF.Effectsofreinforcementmaterialsonthequalityandturf-bedperformanceofturfinamobilesportsfield.PrataculturalScience
2、,2023,40(1):58-70.加固材料对运动场移动式草坪质量及坪床性能的影响陈佳宝1,贾辰雁2,李富翠1,宋桂龙1,范志浩1,唐斌1,窦伟豪1,张亚楠1,韩烈保1,陈雨峰3(1.北京林业大学草坪研究所,北京100083;2.内蒙古蒙草生态环境(集团)股份有限公司,内蒙古呼和浩特010010;3.中国林业科学研究院生态保护与修复研究所,北京100091)摘要:本研究以高羊茅(Festuca arundinacea)品种钛极 2LS为试验材料,以无加固材料运动场移动式草坪为对照(CK),使用践踏器模拟中等强度践踏,分析加固剂和植物纤维对移动式运动场草坪坪观质量、坪床性能及运动质量的影响。结果
3、表明:在践踏两周内,以 0.4%纤维网片为加固材料的处理对草坪的色泽、归一化植被指数(NDVI)及坪观质量评价分析表明有显著提升效果(P 0.05)。以 1%聚氨酯加固剂为加固材料的处理(WOH)可以有效维持土壤紧实度,以纤维与加固剂复合材料(0.4%椰丝+0.1%聚丙烯酰胺)为加固剂的处理(YP)显著提升草坪表面硬度与扭动摩擦,但 YP 处理会显著增加球员头部损伤风险(P 0.05)。在践踏 4 周后,坪床结构受到践踏扰动,各加固材料处理的加固性能显著下降(P 0.05)。综上所述,在中等践踏强度下,移动式运动场坪床的加固材料使用土壤加固剂 1%聚氨酯可以有效保证坪床的稳定结构,降低球员受伤
4、风险,且能满足高质量运动场的质量要求。关键词:移动式草坪;草坪质量;坪床性能;运动质量;植物纤维;加固剂;头部损伤指数文献标志码:A文章编号:1001-0629(2023)01-0058-13Effects of reinforcement materials on the quality and turf-bedperformance of turf in a mobile sports fieldCHENJiabao1,JIAChenyan2,LIFucui1,SONGGuilong1,FANZhihao1,TANGBin1,DOUWeihao1,ZHANGYanan1,HANLiebao
5、1,CHENYufeng3(1.TurfgrassResearchInstitute,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China;2.InnerMongoliaM-GrassEcologyAndEnvironment(Group)Co.,Ltd.,Hohhot010010,InnerMongolia,China;3.InstituteofEcologicalProtectionandRestoration,ChineseAcademyofForestry,Beijing100091,China)Abstract:TheTitanium2LSvar
6、ietyofFestuca arundinaceawasusedasthetestmaterial,andthemobilesportsfieldturfwithout reinforcement material was used as control(CK).The performance of turf-bed and quality of movement wasinvestigatedbysimulatingmediumintensitytramplingwithatrampersoastostudytheeffectsofcuringagentsandplantfibers on
7、the quality of mobile sports turf.The results showed that 2 weeks before trampling,0.4%fiber mesh(XW)收稿日期:2022-03-22接受日期:2022-05-17基金项目:国家自然基金面上项目(31971770)第一作者:陈佳宝(1998-),男,陕西定边人,在读硕士生,主要从事草坪科学与管理研究。E-mail:通信作者:韩烈保(1965-),男,湖北钟祥人,教授,博士,主要从事草坪科学与管理研究。E-mail:共同通信作者:陈雨峰(1989-),男,辽宁丹东人,助理研究员,博士,主要从事草坪科
8、学与管理研究。E-mail:58-70草业科学第40卷第1期1/2023PRATACULTURALSCIENCEVol.40,No.1http:/treatmentsignificantlyimprovedthecolor,normalizedvegetationindex,andturfqualityevaluationparameters(P 0.05).1%polyurethane(WOH)treatmentcouldeffectivelymaintainsoilcompaction,(0.4%coconutsilk+0.1%polyacrylamide)YPsignificantlyi
9、mprovedsurfacehardnessandtorsionalfrictionofturf,whereasYPtreatmentsignificantlyincreasedtheriskofheadinjuryinplayers(P 0.05).After4weeksoftrampling,thestructureoftheturf-bedwasdisturbedbytrampling,andthereinforcementperformanceofeachreinforcementmaterialtreatmentdecreasedsignificantly(P 0.05).Tosum
10、marize,undermoderatetramplingintensity,theuseofWOHinthereinforcementmaterialintheturf-bedofthemobilestadiumcaneffectivelyensurethestablestructureoftheturf-bedtoreducetheriskofplayerinjuryandmeetthequalityrequirementsofhigh-qualitystadiums.Keywords:mobileturf;turfquality;turf-bedperformance;sportsqua
11、lity;plantfibers;curingagents;headinjurycriterionCorresponding author:HANLiebaoE-mail:CHENYufengE-mail:高质量运动场草坪是确保高水平草坪竞技比赛(如足球、橄榄球等)顺利进行与运动员竞技水平充分发挥的重要因素1-2。随着草坪竞技运动的发展和对竞技公平及观赛体验的追求,专业体育场建筑结构不断封闭,导致场内形成遮阴严重、风速低、温度及湿度聚集等特殊的内环境,严重阻碍草坪草正常生长3。相较于运动场固定式的草坪建植方式,移动式草坪是将完整的草坪分成若干块,分别建植在独立可移动模块上,模块可以拼接组合成一
12、个完整的运动场草坪。移动式草坪可以精准控制每个模块上草坪的生长情况,可根据需求移出场馆进行养护,更便于草坪养护及损伤草坪的更换,解决了运动场高频率和多类型的功能需要,避免专业运动场内特殊环境对草坪草生长产生的不利影响4-5。2008 年北京奥运会及 2006 年德国世界杯等高规格赛事都使用过移动式草坪进行运动场的建植。但由于高质量运动场草坪是以沙为基础建植,而沙具有非常强的流动性,因此在模块建植、运输、使用和拼装移动时,根系层常出现漏沙、稳定性差及易松散等问题,导致草坪的平整度下降,草坪质量降低等问题。采用草坪坪床加固材料可以有效改善移动模块不稳定、漏沙的问题。然而,不同加固材料对草坪草生长、
13、坪床性能和运动质量产生影响,选择何种加固材料、如何配置加固材料是成功建植移动式草坪的关键。加固剂和植物纤维是提高沙基土壤稳定性及土壤强度最常见的加固方式之一6。一方面,植物纤维和加固剂有助于土壤团聚体的形成,对土体的抗拉强度、抗剪强度及抗压强度具有显著提升效果,土体的稳定性及强度显著增强7-9。另一方面,加固剂及植物纤维可以有效促进植物生长,加固剂有利于提升土壤保水能力,有助于提升植物的水分利用效率,植物纤维会提高土体的透水能力,有效改善植物根系生长环境10-11。在对沙中添加双聚物加固剂和椰丝纤维的研究中发现,添加双聚物加固剂和椰丝纤维显著提高了土壤颗粒之间的粘聚力,无侧限抗压强度得到提升,
14、而加固剂与植物纤维同时添加增加了纤维与土壤颗粒之间的摩擦力与接触机会,增强了椰丝纤维与土壤颗粒之间的约束力12。在聚丙烯酰胺对小麦(Triticumaestivum)生长的研究中发现,聚丙烯酰胺的添加会减少土壤水分的蒸发,进而提升土壤表层的保水能力,促进小麦的分糵与根系生长,提高小麦总体产量13。目前,针对加固剂及纤维材料对运动场草坪的加固,多集中在以传统方式建植的运动场,如,关于加固剂对于草坪生长影响的研究14,以及纤维随机加固对草坪盖度及根系影响的研究15。而对于加固剂和纤维材料对移动式草坪质量影响的研究较少,以及在践踏模拟下,草坪质量的变化情况,尚无相关报道。本试验以高羊茅(Festuc
15、a arundinacea)为试验材料,在模拟足球运动践踏的条件下,以无加固材料处理的移动式运动场草坪为对照,探究在不同加固剂和植物纤维材料加固下,对草坪坪观质量、坪床性能及运动质量进行研究,为移动式运动场草坪加固材料的选择及应用提供理论依据。第1期陈佳宝等:加固材料对运动场移动式草坪质量及坪床性能的影响59http:/ 1 材料与方法 1.1 试验材料移动式草坪模块为自主设计的托盘式移动草坪模块,模块大小为 2m2m,根系层厚度为 18cm,托盘式移动草坪模块结构(图 1)。移动式草坪模块在建植时使用铁质钢板作为围挡固定,建植养护3 个月后将围挡去除。根系层基质为沙,粒径分析使用筛分法测定(
16、表 1)。试验所种植的草种为高羊茅品种钛极 2LS,播种量为 40gm2,高羊茅具有适应性广、建坪速度快及耐践踏等特点,是我国北方地区建植运动场常用的草种之一。托盘Tray坪床Turf-bed草坪Turf图 1 移动草坪结构Figure 1 Diagrammatic representation of a mobile turf表 1 粒径分析表Table 1 Analysis of particle size of reinforcement materials类型Type粒径Particlesize/mm含量Content/%细砾石Finegravel2.03.40.84特粗沙Veryco
17、arsesand1.02.01.33粗沙Coarsesand0.51.00.67中沙Mediumsand0.250.564.55细沙Finesand0.100.2531.27特细沙+粉粒+黏粒Very+silt+clay0.101.34 1.2 试验设计试验地位于北京市昌平区北京林业大学草坪试验基地。本试验选用 5 种不同的加固材料,在建植时将加固剂或植物纤维均匀混入根系层,分别为纤维加固材料:0.4%椰丝(YS)和 0.4%纤维网片(XW);加固剂:0.1%聚丙烯酰胺(PAM)和1%聚氨酯(WOH);纤维与加固剂复合材料:0.4%椰丝+0.1%聚丙烯酰胺(YP),百分数为质量比(W/W),共
18、 5 个处理组,每个处理重复 4 次,对照组(CK)为根系层不添加任何加固材料。建植时施入复混肥料(硫酸钾型)作为基肥,氮磷钾=151515,施用量为 45gm2。试验于 2019 年 10 月 20 日播种,11 月 3 日发芽,在草坪建植成坪后,随后草坪进行成坪养护,喷灌采用预埋的自动喷灌系统,每日 12 次,每次12h,喷灌遵循“见干见湿”的原则,修剪高度为2.53.5cm。种植期间施用复混肥料(硫酸钾型),氮磷钾=18518,每月施用一次,施用量为 30gm2。试验期间手工拔除杂草以及交替使用绘绿和扮绿两种广谱性杀菌剂防治草坪病害等。本试验所使用的模拟践踏器根据 Kowalewski等
19、16研发的模拟践踏器改造制成。模拟践踏依照专业足球运动员在实际比赛中跑动时产生的压强和平均鞋钉数,依据相关模拟践踏器的文献进行设计,与国外的相似模拟践踏器效果相同。模拟践踏从 2020 年 10 月 16 日开始,本试验按照中度践踏强度模拟践踏,既使用践踏器模拟每周进行两场足球比赛的践踏强度,通过连续 4 周的践踏模拟,对坪观质量、坪床性能和运动质量进行测定。1.3 测定指标与方法1.3.1 坪观质量在每周践踏模拟结束后,对草坪色泽、盖度、归一化植被指数(normalizeddifferencevegetationindex,NDVI)和坪观质量评价分析进行测定,每个小区重复测定 3 次。草坪
20、色泽与 NDVI 采用 TCM500 草坪色彩分析仪进行测定。草坪坪观质量评价分析采用九分制打分法,对草坪进行综合评价。草坪盖度采用网格法进行测定。1.3.2 坪床特性坪床特性测定分别于践踏 1、2、3、4 周测定,每个重复小区重复测定 3 次。草坪地上坪床土壤紧实度使用坪床土壤紧实度仪 TJSD-750进行测定,单位为 kPa,测定深度为 5 和 10cm。表面硬度使用CIST/883 型 Clegg 土壤冲击仪测定,测锤为圆柱形,质量为 2.25kg,直径 50mm,在 60cm 高的导管中下落,记录草坪硬度计所示数值,单位为 Gm。1.3.3 运动质量在每周践踏后,对草坪运动质量进行测定
21、,每个小区重复测定 3 次。运动质量测定包括反弹率、扭 动 摩 擦 及 头 部 损 伤 指 数(headinjurycriterion,HIC)的测定。其中反弹率的测定采用足球反弹法,将足球从 2m 的高度处自由释放,使足球落下,测定足球的初次反弹高度,其中所使用足球需为国际60草业科学第40卷http:/足联认证比赛专用球,气压为 0.61.1 个大气压(在海平面)。反弹率计算公式如下:反弹率=反弹高度/下落高度100%。扭动摩擦采用扭动摩擦测定仪,由北京天仁科技发展有限公司生产,参照国际足联(InternationalFederationofAssociationFootball,FIFA
22、)标准规范测定。头部损伤指数(headinjurycriter,HIC)采用HS2005冲击强度测试仪测定。1.4 数据分析数据使用 Excel2010 进行整理,使用 SPSS18.0 进行单因素方差分析,One-WayANOVA 方法对数据进行分析,并利用最小显著差异法(LSD)检验不同数据组间的差异显著性,使用 Origin2019b 进行作图。2 结果与分析 2.1 不同加固材料对移动式运动场草坪坪观质量的影响2.1.1 盖度随着践踏时间的增加,各处理草坪盖度均呈现下降趋势(图 2)。在践踏 4 周后,CK、YS、WOH、XW、PAM 和 YP 处理盖度相较于第 1 周践踏后分别 降
23、低 了 22.61%、10.22%、10.61%、8.64%、5.38%和 4.35%,CK 下降幅度显著高于其他各处理(P0.05),而在践踏第 3 周时,YS、WOH 及XW 处理盖度显著高于 CK(P0.05)。践踏第 4 周,CK 盖度显著低于YS、WOH、XW 和YP 处理(P0.05),YS、WOH、XW、PAM 和 YP 处理盖度相比于 CK 分别提升了 21.80%、23.14%、23.67%、8.01%和 20.86%。2.1.2 草坪色泽随着践踏时间的增加,草坪色泽均呈现下降的趋势(图 3)。在践踏 4 周后,CK、YS、WOH、XW、PAM 及 YP 处理相较于第 1 周
24、践踏后草坪色泽显著降低(P0.05)。践踏第 2 周,YS、WOH、XW、PAM、YP 草坪颜色相较于第 1 周践踏后显著下降(P0.05)。践踏第 3 周,各处理和 CK 草坪颜色相较于第 2 周践踏后均显著下降(P0.05),aABabABabBbBaAaAbAbAaAaAbAbAaAabABbAbAaBaBaABaABaABaABaABaA第 1 周The first week第 2 周The second week第 3 周The third week第 4 周The fourth week020406080100盖度 Coveage/%践踏时间 Trampling timeCKYSW
25、OHXWPAMYP图 2 不同加固材料和践踏时间对移动式运动场草坪盖度的影响Figure 2 Effect of different reinforcement materials and trampling time on turf coverage in a mobile sports field不同大写字母表示相同践踏时间不同加固材料处理间差异显著(P0.05),不同小写字母表示相同加固材料不同践踏时间差异显著(P0.05);CK:对照;YS:0.4%椰丝;WOH:1%聚氨酯;XW:0.4%纤维网片;PAM:0.1%聚丙烯酰胺;YP:0.4%椰丝+0.1%聚丙烯酰胺;下同。Differe
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