根系层作为整个球场草坪坪床结构的最上层，它不仅直接影响到草坪草的生长，同时还影响坪床排水、坪床稳定及表面使用质量等，尤其对于表面质量要求较高的果岭草坪更是如此。有学者认为，坪床质量对果岭草坪的性能起着最基本和长期的制约作用，而坪床质量则取决与材料的选择与配比。当前高尔夫球场草坪根系层及坪床建造体系已经基本接受了以沙为主的建造模式。但是在实际中，沙质坪床各种性状之间很难达到理想的统一，如快速排水与保水保肥、抵制土壤紧实与增加坪床稳定性、适宜的表面硬度与弹性等，而所有这些问题都与草坪根系土壤的组成有着直接的关系。因此，如何科学合理的设计根系层组成，是决定高尔夫球场草坪质量优劣及成功与否的关键。目前关于草坪根系土壤组成的研究，在国外开展的较多，且多集中在土壤物理性质的研究上，国内在此方面已有展开，但尚缺乏系统性。文章从球场草坪土壤组成特点出发，综述了沙的特性及含量、无机改良剂、有机改良剂、土壤加固材料等组成物质对根系土壤主要物理性质的影响。
1 根系层土壤特点
  1.1人工设计配置
   高尔夫球场草坪土壤通常都是在建设开发阶段被翻动过的土壤，其根系层均为根据需要人工设计配制而成，一般不具备典型土壤的剖面结构。目前高尔夫球场草坪根系层组成物质主要包括沙（或土壤）、有机质（如泥炭）、无机质及根据特殊要求选择的加固材料等。
  1.2较高的导水率
   土壤导水率是最为重要的土壤物理性质之一，它是高尔夫球场草坪排水设计中最为重要的因素。对于排水良好的场地，表面质量稳定均一，在大雨过后能够很快继续使用。而对于排水不畅的场地而言，表面质量容易发生变化，根系层易发生紧实，不仅草坪生长受到影响，而且球场表面质量也会随之下降。高尔夫果岭草坪对排水效率的要求远高于其他运动场草坪，一般运动场草坪的根系层导水率的可接受值为2.5-5cm·h-1，而高尔夫果岭草坪的可接受值为15-30 cm·h-1。这一点也是可以理解的，高尔夫果岭是高尔夫比赛最为关键的地方，选手上果岭后推杆入洞是整场比赛最精彩，也是最关键的时刻，因此对果岭表面有着极高的要求。场地平整度、湿度、高度和硬度等因素都会直接影响到高尔夫球的滚动速度及方向，也就是说会直接影响到比赛的结果，因此美国高尔夫球协会（USGA）对果岭草坪根系层的组成物质及其导水率有着严格的要求。
  1.3稳定的表面
        只有稳定的表面方可提供稳定的表面硬度、滚动性能及弹性等。果岭草坪不仅要求场地排水良好，更重要的是要求场地表面性质及坪床结构要保持稳定均一，这对于高尔夫比赛中最为关键的推杆至关重要，这也是目前国内外高尔夫果岭草坪根系层多以纯沙为主的原因。
  1.4合理的三相比
        所谓三相比，即单位体积原状土壤中，固体矿物质、水分和空气体积的比。由于土壤水分和空气是经常变动的，所以土壤三相比实际上是个依时间而变化的数值。对于草坪植物生长及球场使用来讲，合理而稳定的三相比至关重要，其中尤以水、气的相互变化最为关键。合理的土壤结构更多是取决于大小孔隙的比例。大孔隙影响通气，小孔隙影响保水，水气变化是相互消长的，大孔隙过多，土壤保水性差，小孔隙多，则土壤通气性差。对草坪草生长而言，当草坪践踏较少时，最佳总孔隙度为40%-50%，当草坪践踏较多时最佳总孔隙度为35%-40%。一般持水孔隙和充气孔隙的比例为1.0∶0.5较适宜。
2 根系层组成材料分析
  2.1根系层土壤用沙特性
  2.1.1沙的粒径大小及均一性
        沙是目前高尔夫球场各个功能区草坪土壤及坪床结构中应用最为广泛的组成材料。高尔夫球场草坪的质量，尤其是使用质量，主要取决于所用沙的粒径及均一性。研究表明，根系土壤排水率和孔隙度的平衡主要受沙的粒径影响，而容重、总孔隙度则取决于沙的均一性。沙粒粒径大小对排水速率及孔隙度影响最大，要保证土壤的饱和导水率大于100mm·h-1,沙的粒径范围应不小于。但是，如果粒径过大，又会对土壤孔隙度及表面稳定性产生负面影响。有关沙粒粒径的适宜范围各学者之间尚存在分歧，但分布范围主要在0.1- 2.0 mm之间。
    除了沙粒粒径大小外，粒径分级系数（即均一性）也是一个十分重要的影响因素。目前，有许多种表达粒径分级的方式，有效粒径(D10)是指10%颗粒通过分级曲线的粒径，它是评价根系层渗透率及排水性的重要指标。均一系数(coefficient of uniformity,CU)是指D60/D10，该指标被广泛用于高尔夫球场坪床结构设计中。此外，还有分级指数(GI,D90/D10)、分级系数(D302/D60D10)及分类系数(D75/D25)等。这些都是影响和评价根系层渗透率及稳定性的重要指标，被广泛用于球场坪床结构设计及其他工程实践中，以评估场地的质量及稳定性。在高尔夫球场中，D60/D10(CU)被更多地应用，并已有相关标准出现。
  2.1.2沙粒形状及球状度
       尽管沙粒形状及球状度对于沙质坪床稳定性至关重要，但是由于在研究技术、设备以及将形状和球状度进行数量化评价等方面存在困难，因此，相对于其他影响因素而言，沙粒形状与球状度的影响尚处于初级研究阶段。美国高尔夫球协会（USGA）虽然已经制定出了有关球场用沙的形状及球状度的规格说明，但是此规格在应用中依然需要典型的沙样及专家的判别。
        Wadell定义沙砾的球状度时，采用等状球体的表面与真实颗粒表面的比值表达。研究还指出，某一平面上的固体球状度应为该平面上所有个体颗粒球状度的平均值。因此，球形用于描述形状，球状度用于描述具体的轮廓特征，固体的外形反映应为二者的结合。在随后的研究中，Wadell以微观影像学作为研究手段，用二维方法计算出了石英颗粒的形状及球状度指数。Lees(1963)指出Wadell的二维计算方法对于某些颗粒形状及球状度的反映是不适用的，如那些经过粉碎过的固体颗粒。Ehrlich and Weinberg(1970)为了连接粒体外径点，使用半径的傅立叶(Fourier)系列扩充进行数理化描述粒体的形状及球状度。而傅立叶系列扩充所表达的含义与上面提到的二维数字化图形描述基本一致。随着计算机技术的快速发展，通过数据分析，越来越多的数学模型被用来描述粒体形状及球状度。Klingspon(1979)利用激光干涉计和计算机程序完成对粒体形状及球状度的半自动、三维测量。
       尽管不同的学者对粒体形状及球状度的描述不尽相同，但是有一点他们是共识的，即形状及球状度分别表达出了颗粒体外形及轮廓细节特征，并且二者可以合并为一个因素。在实践中，多运用计算机辅助二维分析或图表推算颗粒的形状及球状度。在USGA推荐的果岭坪床结构建造规格中，多使用图表分析方法划分沙砾的形状及球状度。利用表面积描述粒体形状及球状度的困难在于，传统方法在测量沙砾表面积时不够精确。
        实际上，形状及球状度特征对于反映沙砾三维信息是客观而科学的，对于评估沙床结构的稳定性也是十分关键的。因为，沙床的稳定性是多个沙砾的群体反映，而形状与球状度能够表现大量沙砾的特征。大量的沙粒被堆积挤压，形成一个稳定的表面。用粗糙程度(Ir)评估沙粒的形状及球状度，即Ir＝S/Ssphere，其中S为沙粒的表面积，Ssphere为体积相同的假定球体的表面积。测量沙粒的表面积，目前较为常用的是染色法。将沙粒用染料包裹，而后利用分光光度计测量洗刷掉的染料溶液浓度。根据Lambert -Beer法则，该方法测量的精确度与所用染料的消光系数成正比。
  2.1.3根系层用沙含量
        沙在最初的使用中，是被当作有机物使用的，其在高尔夫果岭根系层中的施用量从最初的30%到50%，一直增加到80%-85%。在二十世纪五十年代研究的基础上，以沙为主的土壤结构于六十年代初由USGA果岭部提出，并在以后的使用中先后经过三次修正，目前有关高尔夫果岭根系土壤组成已形成行业推荐标准。目前，其他类型的运动场草坪系统，如足球场、橄榄球场、棒球场及赛马场等，在设计与建造高水平的球场时，大都采用美国高协推荐的果岭坪床结构建造方式及用沙标准。但是，其沙质根系层有一个明显的缺点是缺乏稳定性。为了保证其稳定性，一些研究学者提出以下建议：①扩大土壤组成材料的粒径范围；②增加一些起稳定作用的物质，如纤维等。
        Swartz and Kardos(1963)研究发现，沙的含量与导水率成显著正相关(R>)。但在随后的果岭坪床结构研究中，Schmidt(1980)发现渗水率的变化与孔隙度的变化不成比例，而孔隙度的变化主要由沙的粒径大小及含量决定。Swartz and Kardos(1963)研究认为根系层中至少含有70%沙才能保证足够大的渗透率,认为入渗率受沙粒特性影响很大。研究还发现，由均一的粗沙混合泥炭组成的根系层(含沙量,w/w)，其渗透率经过9年使用后依然可达4cm·h-1；而使用不均一的细沙,含沙量分别为和，渗透率分别为·h-1和2.5 cm·h-1。当沙的含量低于50%时，且土壤水分含量较高时(75%-100%FC,FC为田间持水量)，紧实易导致根系层土壤导水率显著下降(<2.5 cm·h-1)。当沙含量高于70%时，根系层可以保持理想的导水率，最大可达43.7 cm·h-1，但是土壤可利用水含量下降。此外，在进行沙土混配时，一定要分析原有沙土的颗粒组成，因为自然界中的砂土中一般都含有一定比例的粘粒和粉粒(<)，否则会影响最终的结论。
        虽然加入细颗粒的土壤会增加沙质坪床的稳定性，研究发现含有5%-7%的壤土对于草坪表面保持稳定的承载能力及表面硬度具有一定的作用。但同时也会产生负面影响，如易导致表层土壤紧实、渗水率下降、根区缺氧等。Goss等人研究认为，沙土配比中土壤的比例不应大于10%(w/w)，以保证表层适宜的导水率。Humbert and Grau对不同质量的高尔夫果岭草坪进行了研究调查，他们认为根系层中至少应含有50%-60%(w/w)的沙、少于15%(w/w)的粘土以及15%-20%(v/v)的有机质。Kunze研究了从0-9-1到9-0-1不同沙/土/泥炭配比，结果表明8.5-0.5-1和8-1-1组合草坪生长效果最佳，地上生物量最大，研究中沙的粒径为。
        而对于室内测得的各种土壤物理性质与田间实际情况是否相符，各学者也就此展开了研究。Waddington et al.(1974)比较了室内测定得土样饱和导水率与室外经过压实处理的土壤入渗率的相关性，在四年研究当中，相关性变化范围为，通气孔隙度与入渗率的相关性较高，为。Taylor and Blake (1979)研究发现室内测定土样的容重及导水率与室外草坪建植后的表现相关性较高(>)，但是土样经压实后，室内测定的各项指标与室外的相关性不显著，认为土样中含沙量较低()可能是主要原因，并在随后的进一步试验中验证了这一点。而且，用室内测定的数据去指导室外草坪建造已用于生产实际当中。
  2.2无机改良剂
        煅烧材料是无机改良剂中使用较为广泛的类型，如煅烧土、蛭石、珍珠岩、硅藻土、膨胀页岩及炉渣等。
        煅烧土是由泥土材料（如蒙脱石）在870℃煅烧而成。研究表明，沙与煅烧土的混合根系层可以有效地降低土壤紧实，同时与泥炭/沙混合物或纯沙介质相比，其具有更高的水分入渗率。Paul et al(1970) 也得出了相似的研究结论。McCoy and Stehouwer(1998)研究了三种不同混合基质上匍匐翦股颖（A. stolonifera L.）对水分胁迫的反应，结果表明混有煅烧土或煅烧硅藻土及泥炭的基质可以延长匍匐翦股颖的萎蔫点，同时一些煅烧土还具有更高的离子交换量及可交换性K＋。
        Garman(1952)研究发现，1∶1∶1蛭石—土—沙混合介质与1∶1∶1泥炭－土－沙混合介质相比入渗率更高。研究还认为，当介质中使用蛭石时，粘土含量应少于9％。Hagan and Stockton(1952)研究也发现，蛭石比其他无机改良剂更能保持水分。然而，Paul et al.(1970)却发现蛭石由于在践踏胁迫下容易形变，会降低介质的饱和导水率。
        珍珠岩是由硅质火山岩煅烧而成的多孔无机质,它与沙一样缺少稳定性。Paul et al.研究还发现，珍珠岩与不同类型的沙混合后并不能增加介质的导水率，甚至还会有所降低。
        自然沸石是新时代火山岩沉积物及碎屑物的组成成分，由于它们具有良好的吸水脱水能力、较高的离子交换能力及多孔特性，使得它们成为一种十分重要的天然土壤改良剂。与纯沙或沙/泥炭混合基质相比，沙与沸石的混合基质具有更好的持水性和离子交换量。Huang and Petrovic(1995)研究了沸石颗粒大小的影响，发现随着颗粒逐渐减小，饱和导水率减小，可利用水分含量增加。研究还发现，根系土壤中混入沸石，可以有效防止氮素淋溶。
  2.3有机改良剂
        有机质对于根系层土壤理化性质的改良作用是勿庸置疑的。早期的研究主要集中于几种不同有机质的特性比较上，如泥炭、可可豆壳、腐质土及木炭等，泥炭及其他有机质常常与沙混合使用，以改变根系层土壤的物理特性。进入上世纪九十年代后，泥炭逐渐成为高尔夫球场使用的主要有机改良剂，它在降低土壤容重、增加保水性等方面有着不可替代的作用。然而关于泥炭对入渗率的影响则随泥炭的类型和沙粒径的不同，出现了较大的差异。较细的泥炭，如莎草（Cyperaceae）泥炭和腐殖质泥炭，会降低沙质坪床的入渗率，而那些纤维含量较高的粗质泥炭，如泥炭藓，则会导致入渗率增加。Blake et al.(1981)实践中发现，即使很少量的莎草泥炭加入到沙中，也会导致水分入渗率明显下降。Waddington et al.(1974)研究发现，莎草泥炭加入到土壤中，则入渗率会增加。对于细沙而言，当泥炭藓的量未增加到20%时，可以增加水分入渗率。
       在过去的二十年中，一些非泥炭有机质同时被广泛研究，如稻壳、可可皮、锯末、木屑、树皮堆肥、污泥、家畜粪便、生活垃圾、废纸及海藻等。研究内容包括营养释放、病虫害感染率、微生物数量、pH值变化及土壤物理性质的改变。研究并没有得出不同有机质的适宜含量以及对容重等指标影响的差异。对于一些重要的指标，如纤维含量等，没有有效的测定方法。而且，缺乏有关堆肥的标准也为有机质的评价增添了困难。
        有机质对于提高根系土壤的保水保肥能力以及改善土壤理化性质具有不可替代的作用，但是用量不能过多，否则会对球场的硬度及草坪生长产生负面影响。但由于研究所采用的评价指标及试验材料的不同，目前就有机质含量的范围，不同学者之间尚存在不小的分歧。但多数学者认为根区混合物中有机质含量以不超过5%(w/w)或40%(v/v)为宜。
  2.4土壤加固材料
       土壤中加入加固材料对于增加土壤强度，减少土壤变型，提高草坪表面的耐践踏能力效果明显。常用的加固材料有聚丙烯纤维、金属或塑料网格、尼龙线等。Baker(1997)回顾了草坪根系土壤加固研究，将其分为两种类型1)以任意方式混入，材料主要为纤维碎片、丝带及尼龙线等；(2)水平有序地铺设，材料主要为网状物。
        Mercer et al.(1984)研究认为，要使土壤强度达到较为理想的状态，所使用加固材料的形状及大小要考虑到所在层土壤颗粒的大小。为了不降低土壤的强度，所施用的网状物质不能明显降低土壤容重。研究还发现，当网状物质施量达到·kg-1时，沙质土壤的容重与纯沙相同或高于纯沙。Baker(1997)研究发现，网状物的加入对于草坪盖度、球滚动性能及表面硬度均没有产生显著影响。Beard and Sifers(1993) 研究发现，随着网状物的增加，坪床土壤的含水量及表面硬度有所增加。Canaway(1994) 采用了与Beard and Sifersing不同的研究方法，得出了相似的结论。Richards(1994)在室内利用圆筒(Φ10cm)进行了沙与网状物混合研究，发现随着网状物的增加，土壤容重降低、孔隙度增加。其所研究结论与Mercer et al.所得结论不符。
        纤维碎片是另一种应用较多的加固物质，是尼龙毯经粉碎后的剩余物，其长度范围多在20-610mm。尽管有关纤维碎片在草坪系统中的研究尚未广泛开展，但是一些工程研究发现，当纤维长度增加到1m时，其在提高坪床表面的稳定性方面，显著好于短碎片。Leflaive(1982)认为，短片纤维提高土壤强度的效果，取决于纤维与土壤颗粒之间的摩擦力，而长纤维碎片则可以通过缠绕其周围的土壤颗粒而达到稳定效果。此外，长纤维碎片还可以通过相互缠绕及交叉，以增加土壤抗拉强度及承载能力。胡叔良、赖明洲等研究发现，用量（w/w）聚丙烯纤维的草坪耐践踏能力是对照的1.6倍，用量（w/w）聚丙烯纤维的草坪耐践踏能力是对照的1.8倍。Baker and Richards(1995)研究了直、曲两种聚丙烯纤维(36mm长,Φ113μm)在沙土中的表现。结果表明，当施量为·kg-1时，其表面硬度为2(11分制,11＝硬度最大)，而当施量增加到7.5 g·kg-1，其表面硬度即已达到8，说明加固材料对于表面硬度影响明显。当试验将近结束时，较为干燥的坪床表面硬度值已远远超过草坪可以接受的范围。McNitt and Landschoot (2001)将纤维碎片混入模块草坪系统的根系层，发现其对降低草皮削起及表面硬度有一定的作用。
3 根系层物理性质标准
        大多数学者将根系土壤的饱和导水率、总孔隙度及持水性作为影响及评价根系土壤质量的主要因素。但是，目前有关这些土壤性质的适宜范围各学者之间尚存在一定的分歧。有关根系土壤适宜物理性质的研究，最初多来自USGA果岭部，并于1960发表了关于高尔夫果岭根系土壤物理性质标准，随后这项标准在1973、1993和2004年进行了修正。
       从表2可以看出，大多数学者认为50mm·h-1是高尔夫球场草坪饱和导水率可接受的最小值，通气孔隙度变化值较大。土壤中的孔隙度对于土壤水分的传导及植物水分吸收影响较大，10%的通气孔隙度被多数学者认为是所接受的最小值。也有一些学者认为小于25%的通气孔隙度可作为通气孔隙度的上限。通气孔隙度和饱和导水率是极相关的，二者均依赖于大孔隙，这些大孔隙的直径大于。一些学者认为饱和导水率是最为重要的影响因子，只要饱和导水率达到标准，通气孔隙度不再作严格要求。
4 结束语
        通过对高尔夫球场根系层及坪床结构的研究进展总结发现，目前世界上运用最为广泛的果岭建造标准是美国高尔夫球协会推荐标准，因为该标准结构合理，具有良好的渗水、保水能力。但是由于美国高尔夫球协会推荐的果岭建造标准非常严格，如果对建造材料的挑选、建造程序的把握等方面达不到标准，极有可能导致果岭建造失败。为了更加科学、经济、简单地进行果岭建造和更加便于果岭草坪的维护，以此满足世界各地不同经济、地理、气候等方面的情况，有必要对美国高尔夫球协会推荐的果岭标准作进一步的研究，使其具有更加广泛的适应性：果岭建造材料应更加经济、科学，在当地容易获得；果岭建造程序更为简化、合理；果岭的击球面更加理想；果岭草坪的维护更加容易等。
        目前，我国关于果岭建造及其相关研究做得很少，而国外进行得较多，为了适应我国迅速发展的高尔夫运动，因此建立我国自己的高尔夫球场果岭建造标准显得十分必要。一方面，我们要学习国外这方面研究工作的先进经验，加强国际间的学术交流。另一方面，我们必须在学习国外先进经验的基础上，根据我国不同地区的土壤、气候、经济等方面的条件进行研究。研究工作应该由国家相关部门牵头进行立项，制定相关研究的准则，通过企业投资的方法，由相关科研单位进行具体的研究实施。
        相信通过各方面的努力，在不久的将来我国一定会拥有具有中国特色的高尔夫果岭建造标准。随着经济、社会和科技的发展，人们对高尔夫运动的理解也会越来越深入，参加这项运动的人也会越来越多。伴随着高尔夫运动的蓬勃发展，对高尔夫球场果岭建造标准的要求也会提高，对果岭建造标准继续研究是必然趋势。
作者简介：
宋桂龙，北京林业大学草坪研究所博士
韩烈保，北京林业大学高尔夫教育与研究中心主任