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添加城市排水污泥对竹柳和欧美107杨嫩枝扦插苗生长及养分积累的影响

唐胶 彭祚登 贾清棋 熊建军 刘春和 冯天爽 王海东

唐胶, 彭祚登, 贾清棋, 熊建军, 刘春和, 冯天爽, 王海东. 添加城市排水污泥对竹柳和欧美107杨嫩枝扦插苗生长及养分积累的影响[J]. 北京林业大学学报. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200093
引用本文: 唐胶, 彭祚登, 贾清棋, 熊建军, 刘春和, 冯天爽, 王海东. 添加城市排水污泥对竹柳和欧美107杨嫩枝扦插苗生长及养分积累的影响[J]. 北京林业大学学报. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200093
Tang Jiao, Peng Zuodeng, Jia Qingqi, Xiong Jianjun, Liu Chunhe, Feng Tianshuang, Wang Haidong. Effects of urban sewage sludge additive on growth and nutrient accumulation in Salix americana and Populus × euramericana cv. ‘74/76’ softwood cuttings[J]. Journal of Beijing Forestry University. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200093
Citation: Tang Jiao, Peng Zuodeng, Jia Qingqi, Xiong Jianjun, Liu Chunhe, Feng Tianshuang, Wang Haidong. Effects of urban sewage sludge additive on growth and nutrient accumulation in Salix americana and Populus × euramericana cv. ‘74/76’ softwood cuttings[J]. Journal of Beijing Forestry University. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200093

添加城市排水污泥对竹柳和欧美107杨嫩枝扦插苗生长及养分积累的影响

doi: 10.12171/j.1000-1522.20200093
基金项目: 国家发改委环境污染第三方治理“北京市污泥资源化苗圃种植项目”;北京排水集团污泥资源化苗圃种植项目(2017HXFWLXY023)
详细信息
    作者简介:

    唐胶。主要研究方向:森林培育。Email:1186998651@qq.com 地址:100083 北京市海淀区清华东路35号北京林业大学林学院

    通讯作者:

    彭祚登,副教授。主要研究方向:森林培育。E-mail:zuodeng@sina.com 地址:同上

Effects of urban sewage sludge additive on growth and nutrient accumulation in Salix americana and Populus × euramericana cv. ‘74/76’ softwood cuttings

  • 摘要:   目的  为明确城市排水污泥作为有机土壤改良剂在苗圃扦插育苗过程中的应用潜力,研究不同污泥施用量对竹柳和欧美107杨嫩枝扦插苗生长及养分积累的影响。  方法  在平原沙地苗圃中,以竹柳和欧美107杨当年生半木质化嫩枝条为试验对象,采用完全随机区组试验设计,设置3 kg/m2(T1)、6 kg/m2(T2)和9 kg/m2(T3)3个污泥施用量梯度,以不施污泥为对照(CK),在扦插前测定各处理土壤密度和孔隙度,在扦插后35 d统计各处理扦插苗成活株数,在扦插后35、50、65、80 d观测各处理扦插苗新梢长度和新梢基径的变化,并在生长末期进行取样,测定各处理扦插苗生物量参数、根系各形态参数以及叶片养分含量。  结果  不同污泥施用量均能够降低土壤密度、增大土壤孔隙度。对于竹柳而言,随着污泥施用量的增加,不同测试时间其扦插苗新梢长度均呈现先上升后下降再上升的变化趋势,T1处理对其新梢生长的促进作用最明显,显著高于CK;T1处理下竹柳扦插苗生物量参数、根系各形态参数、叶片全碳(C)含量和碳氮比(C/N)均高于CK,并达到显著水平;不同处理间竹柳扦插苗成活率没有明显差异。对于欧美107杨而言,T3处理能够显著提高其扦插苗成活率以及根系生物量参数;随着污泥施用量的增加,其扦插苗的新梢长度、根表面积、根体积、平均根系直径均呈现先增加后减小的变化趋势,且均在T2处理达到最大值;其扦插苗叶片C、全氮(N)含量和C/N在施用污泥后均有所增加,以T3处理效果最佳。生物量参数和根系形态参数关系密切,总生物量与地上、根系生物量均呈极显著正相关关系,这三者与总根长、根表面积、根体积、平均根系直径亦分别表现为极显著正相关关系。  结论  城市排水污泥的适量施用,有利于两树种嫩枝扦插苗的生长及其叶片对部分养分元素的吸收,其中3 kg/m2污泥施用量对竹柳扦插苗的促进效果最好,欧美107杨扦插苗能够适应较高污泥添加量的土壤环境,在污泥施用量为6—9 kg/m2时效果更佳。
  • 图  1  不同处理竹柳和欧美107杨扦插苗新梢长度的变化

    图中不同小写字母代表处理间差异达到显著水平,P < 0.05。下同。Different letters in the figure show significant differences at P < 0.05 level. The same below.

    Figure  1.  Changes in the new shoot length of Salix americana and Populus × euramericana cv. ‘74/76’ cuttings under different treatments

    图  2  不同处理竹柳和欧美107杨扦插苗新梢基径的变化

    Figure  2.  Changes in the new shoot diameter of S. americana and P. × euramericana cv. ‘74/76’ cuttings under different treatments

    图  3  不同处理竹柳和欧美107杨扦插苗生物量的变化

    Figure  3.  Changes in biomass of S. americana and P. × euramericana cv. ‘74/76’ cuttings under different treatments

    表  1  试验地土壤基本理化性质

    Table  1.   Basic physical and chemical propertiesof soil in the test site

    参数
    Parameter
    试验地土壤中含量
    Content in soil of the test site
    全镉 Total Cd (Cd)/(mg·kg−1) 0.30 ± 0.03
    全铬 Total Cr (Cr)/(mg·kg−1) 67.67 ± 7.64
    全铅 Total Pb (Pb)/(mg·kg−1) 17.63 ± 0.15
    全汞 Total Hg (Hg)/(mg·kg−1) 0.14 ± 0.02
    全铜 Total Cu (Cu)/(mg·kg−1) 15.67 ± 0.58
    全砷 Total As (As)/(mg·kg−1) 15.58 ± 0.88
    全锌 Total Zn (Zn)/(mg·kg−1) 89.77 ± 27.27
    全镍 Total Ni (Ni)/(mg·kg−1) 25.33 ± 4.04
    碱解氮 Alkaline N/(mg·kg−1) 22.00 ± 16.52
    速效钾 Available K/(mg·kg−1) 230.67 ± 69.95
    有机质 Organic matter/(g·kg−1) 13.72 ± 1.25
    pH 8.59 ± 0.11
    电导率 EC/(mS·m−1) 15.96 ± 3.00
    阳离子交换量 CEC/(cmol·kg−1) 6.36 ± 0.64
    土壤密度 Soil bulk density/(g·cm−3) 1.41 ± 0.03
    孔隙度 Porosity/% 46.96 ± 1.22
    最大持水量
    Maximum water capacity/(g·kg−1)
    286.47 ± 3.14
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    表  2  城市排水污泥基本理化性质

    Table  2.   Basic physical and chemical propertiesof urban sewage sludge

    参数
    Parameter
    城市排水污泥中含量
    Content in urban sewage sludge
    Cd/(mg·kg−1) 0.79
    Cr/(mg·kg−1) 72.65
    Pb/(mg·kg−1) 15.55
    Hg/(mg·kg−1) 5.57
    Cu/(mg·kg−1) 208.50
    As/(mg·kg−1) 12.25
    Zn/(mg·kg−1) 535.00
    Ni/(mg·kg−1) 34.75
    全氮 Total N(N)/% 3.16
    磷 P2O5/% 5.42
    钾 K2O /% 0.71
    有机质 Organic matter/% 43.30
    含水率 Water content/% 58.40
    土壤密度 Soil bulk density/(g·cm−3) 0.62
    pH 7.50
    粪大肠菌值 Fecal coliform value > 0.11
    蛔虫卵死亡率
    Roundworm egg mortality/%
    未检出蛔虫卵 Not detected roundworm egg
    EC/(mS·m−1) 204.50
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    表  3  不同处理土壤密度、孔隙度和扦插苗成活率

    Table  3.   Soil bulk density, porosity and survival rate of cuttings under different treatments

    处理 Treatment 土壤密度 Soil bulk density/(g·cm−3) 孔隙度 Porosity/% 成活率 Survival rate/%
    竹柳 Salix americana 欧美107杨 Populus × euramericana cv. ‘74/76’
    CK 1.41 ± 0.03a 46.96 ± 1.22a 64.72 ± 4.91a 48.33 ± 4.59b
    T1 1.30 ± 0.03b 50.91 ± 0.99b 58.61 ± 3.61a 46.94 ± 5.74b
    T2 1.31 ± 0.06b 50.67 ± 2.21b 70.00 ± 8.75a 45.83 ± 1.44b
    T3 1.38 ± 0.04ab 47.94 ± 1.43ab 68.06 ± 6.20a 63.06 ± 0.28a
    注:同列不同小写字母代表差异达到显著水平,P < 0.05。下同。Notes: different letters in the same column show significant differences at P < 0.05 level. The same below.
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    表  4  不同处理竹柳和欧美107杨扦插苗各器官生物量

    Table  4.   Biomass of different organs of S. americana and P. × euramericana cv. ‘74/76’ cuttings under different treatments

    树种 Tree species 处理 Treatment 生物量 Biomass/g
    根系 Root 茎秆 Stem 叶片 Leaf
    竹柳
    S. americana
    CK 0.67 ± 0.09b 4.36 ± 0.54b 1.65 ± 0.29b
    T1 2.89 ± 0.36a 10.61 ± 1.04a 4.85 ± 0.43a
    T2 0.70 ± 0.06b 4.54 ± 0.48b 1.84 ± 0.23b
    T3 0.97 ± 0.17b 5.85 ± 0.98b 1.90 ± 0.31b
    欧美107杨
    P. × euramericana cv. ‘74/76’
    CK 0.81 ± 0.14b 4.29 ± 0.35a 1.38 ± 0.22a
    T1 1.57 ± 0.22a 5.11 ± 0.78a 2.37 ± 0.45a
    T2 1.59 ± 0.16a 5.51 ± 0.57a 2.34 ± 0.26a
    T3 1.81 ± 0.31a 5.89 ± 1.03a 2.19 ± 0.36a
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    表  5  不同处理竹柳和欧美107杨扦插苗物质分配规律

    Table  5.   Material distribution of S. americana and P. × euramericana cv. ‘74/76’ cuttings under different treatments

    树种
    Tree species
    处理
    Treatment
    根系贡献率
    Root contribution rate/%
    茎秆贡献率
    Stem contribution rate/%
    叶片贡献率
    Leaf contribution rate/%
    竹柳
    S. americana
    CK 10.12 ± 0.68b 66.05 ± 1.99a 23.83 ± 1.74a
    T1 16.12 ± 1.61a 57.57 ± 1.66b 26.31 ± 0.61a
    T2 10.44 ± 1.19b 63.71 ± 2.11a 25.85 ± 1.85a
    T3 11.49 ± 1.63b 66.75 ± 2.04a 21.76 ± 1.52a
    欧美107杨
    P. × euramericana cv. ‘74/76’
    CK 12.51 ± 1.65b 67.07 ± 2.78a 20.42 ± 1.75b
    T1 17.83 ± 1.37a 56.09 ± 1.42b 26.08 ± 1.59a
    T2 17.13 ± 1.20a 58.18 ± 1.85b 24.70 ± 1.28ab
    T3 18.03 ± 1.66a 60.03 ± 2.16b 21.93 ± 0.88ab
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    表  6  不同处理竹柳和欧美107杨扦插苗根系形态参数

    Table  6.   Root morphological parameters of S. americana and P. × euramericana cv. ‘74/76’ cuttings under different treatments

    树种
    Tree species
    处理
    Treatment
    总根长
    Total root length/cm
    根表面积
    Surface area/cm2
    根体积
    Root volume/cm3
    平均根系直径
    Average root diameter/mm
    竹柳
    S. americana
    CK 926.00 ± 115.04b 113.88 ± 13.15b 1.13 ± 0.13b 0.40 ± 0.02b
    T1 1 559.19 ± 137.52a 272.48 ± 24.88a 3.19 ± 0.49a 0.61 ± 0.06a
    T2 1 006.23 ± 116.83b 138.71 ± 15.34b 1.53 ± 0.17b 0.44 ± 0.01b
    T3 1 130.44 ± 91.79b 153.40 ± 14.57b 1.69 ± 0.21b 0.43 ± 0.02b
    欧美107杨
    P. × euramericana cv. ‘74/76’
    CK 598.78 ± 94.56a 76.78 ± 11.61b 0.82 ± 0.15b 0.41 ± 0.03b
    T1 703.32 ± 98.53a 113.73 ± 15.92ab 1.48 ± 0.22a 0.51 ± 0.02a
    T2 797.70 ± 81.77a 130.58 ± 13.43a 1.71 ± 0.19a 0.52 ± 0.02a
    T3 763.98 ± 107.46a 112.43 ± 16.77ab 1.35 ± 0.23ab 0.47 ± 0.03ab
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    表  7  根系形态和生物量的相关性分析

    Table  7.   Correlation analysis of root morphology and biomass

    参数
    Parameter
    根生物量
    Root
    biomass
    地上生物量
    Aboveground
    biomass
    总生物量
    Total
    biomass
    总根长
    Total root
    length
    根表面积
    Root surface
    area
    根体积
    Root
    volume
    平均根系直径
    Average root
    diameter
    根生物量 Root biomass 1
    地上生物量 Aboveground biomass 0.729** 1
    总生物量 Total biomass 0.812** 0.991** 1
    总根长 Total root length 0.455** 0.565** 0.568** 1
    根表面积 Root surface area 0.679** 0.717** 0.740** 0.927** 1
    根体积 Root volume 0.784** 0.750** 0.789** 0.779** 0.955** 1
    平均根系直径 Average root diameter 0.667** 0.564** 0.608** 0.284* 0.595** 0.776** 1
    注:**表示在P < 0.01水平上差异极显著,*表示在P < 0.05水平上差异显著。Notes: ** indicates significant difference at P < 0.01 level, * indicates significant difference at P < 0.05 level.
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    表  8  不同处理竹柳和欧美107杨扦插苗叶片养分含量以及碳氮比

    Table  8.   Nutrient content and C/N of S. americana and P. × euramericana cv. ‘74/76’ cuttings’ leaves under different treatments

    树种 Tree species 处理 Treatment 全碳 C/(g·kg−1) 全氮 N/(g·kg−1) 全磷 P/(g·kg−1) 全钾 K/(g·kg−1) 碳氮比 C/N
    竹柳
    S. americana
    CK 421.79 ± 5.39bc 24.48 ± 0.24a 6.15 ± 0.09bc 14.88 ± 0.74a 17.24 ± 0.39b
    T1 465.91 ± 16.19a 21.32 ± 0.84b 5.97 ± 0.11c 17.84 ± 0.75a 21.95 ± 1.41a
    T2 453.66 ± 17.81ab 24.14 ± 0.18a 6.39 ± 0.05ab 17.23 ± 2.10a 18.80 ± 0.77b
    T3 380.77 ± 6.28c 23.27 ± 0.42a 6.55 ± 0.09a 14.09 ± 0.11a 16.38 ± 0.53b
    欧美107杨
    P. × euramericana cv. ‘74/76’
    CK 390.25 ± 6.71c 20.10 ± 0.07b 4.82 ± 0.04a 10.34 ± 0.35a 19.42 ± 0.27b
    T1 493.73 ± 24.67ab 21.61 ± 0.17a 5.17 ± 0.28a 11.01 ± 0.12a 22.84 ± 1.03a
    T2 449.81 ± 11.54b 20.22 ± 0.10b 4.99 ± 0.11a 10.10 ± 0.32a 22.25 ± 0.50a
    T3 515.96 ± 9.54a 22.11 ± 0.38a 5.22 ± 0.22a 10.64 ± 0.03a 23.36 ± 0.63a
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-04-01
  • 修回日期:  2020-06-15
  • 网络出版日期:  2020-10-15

添加城市排水污泥对竹柳和欧美107杨嫩枝扦插苗生长及养分积累的影响

doi: 10.12171/j.1000-1522.20200093
    基金项目:  国家发改委环境污染第三方治理“北京市污泥资源化苗圃种植项目”;北京排水集团污泥资源化苗圃种植项目(2017HXFWLXY023)
    作者简介:

    唐胶。主要研究方向:森林培育。Email:1186998651@qq.com 地址:100083 北京市海淀区清华东路35号北京林业大学林学院

    通讯作者: 彭祚登,副教授。主要研究方向:森林培育。E-mail:zuodeng@sina.com 地址:同上

摘要:   目的  为明确城市排水污泥作为有机土壤改良剂在苗圃扦插育苗过程中的应用潜力,研究不同污泥施用量对竹柳和欧美107杨嫩枝扦插苗生长及养分积累的影响。  方法  在平原沙地苗圃中,以竹柳和欧美107杨当年生半木质化嫩枝条为试验对象,采用完全随机区组试验设计,设置3 kg/m2(T1)、6 kg/m2(T2)和9 kg/m2(T3)3个污泥施用量梯度,以不施污泥为对照(CK),在扦插前测定各处理土壤密度和孔隙度,在扦插后35 d统计各处理扦插苗成活株数,在扦插后35、50、65、80 d观测各处理扦插苗新梢长度和新梢基径的变化,并在生长末期进行取样,测定各处理扦插苗生物量参数、根系各形态参数以及叶片养分含量。  结果  不同污泥施用量均能够降低土壤密度、增大土壤孔隙度。对于竹柳而言,随着污泥施用量的增加,不同测试时间其扦插苗新梢长度均呈现先上升后下降再上升的变化趋势,T1处理对其新梢生长的促进作用最明显,显著高于CK;T1处理下竹柳扦插苗生物量参数、根系各形态参数、叶片全碳(C)含量和碳氮比(C/N)均高于CK,并达到显著水平;不同处理间竹柳扦插苗成活率没有明显差异。对于欧美107杨而言,T3处理能够显著提高其扦插苗成活率以及根系生物量参数;随着污泥施用量的增加,其扦插苗的新梢长度、根表面积、根体积、平均根系直径均呈现先增加后减小的变化趋势,且均在T2处理达到最大值;其扦插苗叶片C、全氮(N)含量和C/N在施用污泥后均有所增加,以T3处理效果最佳。生物量参数和根系形态参数关系密切,总生物量与地上、根系生物量均呈极显著正相关关系,这三者与总根长、根表面积、根体积、平均根系直径亦分别表现为极显著正相关关系。  结论  城市排水污泥的适量施用,有利于两树种嫩枝扦插苗的生长及其叶片对部分养分元素的吸收,其中3 kg/m2污泥施用量对竹柳扦插苗的促进效果最好,欧美107杨扦插苗能够适应较高污泥添加量的土壤环境,在污泥施用量为6—9 kg/m2时效果更佳。

English Abstract

唐胶, 彭祚登, 贾清棋, 熊建军, 刘春和, 冯天爽, 王海东. 添加城市排水污泥对竹柳和欧美107杨嫩枝扦插苗生长及养分积累的影响[J]. 北京林业大学学报. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200093
引用本文: 唐胶, 彭祚登, 贾清棋, 熊建军, 刘春和, 冯天爽, 王海东. 添加城市排水污泥对竹柳和欧美107杨嫩枝扦插苗生长及养分积累的影响[J]. 北京林业大学学报. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200093
Tang Jiao, Peng Zuodeng, Jia Qingqi, Xiong Jianjun, Liu Chunhe, Feng Tianshuang, Wang Haidong. Effects of urban sewage sludge additive on growth and nutrient accumulation in Salix americana and Populus × euramericana cv. ‘74/76’ softwood cuttings[J]. Journal of Beijing Forestry University. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200093
Citation: Tang Jiao, Peng Zuodeng, Jia Qingqi, Xiong Jianjun, Liu Chunhe, Feng Tianshuang, Wang Haidong. Effects of urban sewage sludge additive on growth and nutrient accumulation in Salix americana and Populus × euramericana cv. ‘74/76’ softwood cuttings[J]. Journal of Beijing Forestry University. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200093
  • 城市污水处理厂污泥是城市污水处理过程中产生的固态、半固态的污泥废弃物[1]。现阶段,随着我国工业的迅速发展和城市人口的急剧增长,污泥的产量也与日俱增,如何对这些污泥进行安全有效的处理已经成为环境方面亟待解决的问题。城市污泥中富含多种矿物质和有机质等营养成分,进行土地利用是一种较为理想的污泥处置方式,但同时,污泥中也不可避免地存在一些病原微生物、寄生虫卵和重金属等有害物质。将污泥进行堆肥化处理,能够增加养分元素的可利用形态,降低重金属的生物有效性,有效杀灭病原菌和寄生虫卵,但并不能去除污泥中的重金属,施用后可能会造成重金属在土壤和植物体内的富集,从而成为其土地推广利用最主要的限制因素。相对于污泥农用而言,将污泥用于林业绿化具有远离人类食物链,可消纳污泥量大等优势,同时还可利用超富集植物对某些重金属的高富集特性,实现土壤重金属污染的绿色修复,提高污泥处理处置的安全性[2]

    目前,国内外诸多学者已经开展了有关污泥施用效果的研究,取得了一些重要结果。如,Selivanovskaya等[3]进行了污泥的苗圃施用试验,结果表明施用污泥能够提高樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)幼苗的成活率,且幼苗高度、生物量及根长与污泥施用量正相关;Kimberley等[4]将污泥施用于辐射松(Pinus radiata)林地后发现,不同量污泥的施用均能够显著提高辐射松的枝干粗度,对其树高的增长也起到了小范围的促进作用;刘丽娟等[5]研究得出,在污泥含量为20%和40%的栽培基质中,臭椿(Ailanthus altissima)幼苗干重相比对照提高了54.57%以上,但污泥含量高于40%则会产生明显的抑制作用,需避免过量应用;此外还有储双双等[6]通过盆栽试验指出,50%、75%污泥添加量,能够显著增大黄梁木(Neolamarckia cadamba)的株高、地径及促进苗木对N、P、K的吸收。从这些研究中可以看出,合理施用城市污泥,能够对一些植物的生长发育产生积极的促进作用。

    柳树(Salix)和杨树(Populus spp.)具有速生、富集重金属和再生能力强等特点,且不与人类食物链相连[7],在污泥资源化土地利用上具有良好的应用前景。前人关于城市污泥对林木生长影响的研究多集中于大乔木、盆栽幼苗等,对于其在苗圃营养繁殖育苗上的应用效果报道较少。因此,本研究以城市排水污泥为试验材料,选取竹柳(Salix americana)和欧美107杨(Populus × euramericana cv. ‘74/76’)为试验对象,通过平原沙地苗圃扦插试验,研究不同污泥施用量对竹柳和欧美107杨嫩枝扦插苗生长发育的影响,在此基础上探讨城市排水污泥在苗圃扦插育苗中进行资源化利用的可行性,以期为其今后在林业方面的应用提供理论依据和实践基础。

    • 试验地点设于北京市大兴区黄垡苗圃,地理坐标位于116°20′ E、39°34′ N,属暖温带半湿润大陆性季风气候,年平均降雨量约556 mm,主要集中在7—9月份,平均气温约11.6 ℃,极端最高气温40.6 ℃,极端最低气温−27.4 ℃。试验区地势平坦,土壤为冲击性砂质壤土,土质疏松,通气透水性好,保肥蓄水能力弱[8]。试验地土壤基本理化性质本底值见表1

      表 1  试验地土壤基本理化性质

      Table 1.  Basic physical and chemical propertiesof soil in the test site

      参数
      Parameter
      试验地土壤中含量
      Content in soil of the test site
      全镉 Total Cd (Cd)/(mg·kg−1) 0.30 ± 0.03
      全铬 Total Cr (Cr)/(mg·kg−1) 67.67 ± 7.64
      全铅 Total Pb (Pb)/(mg·kg−1) 17.63 ± 0.15
      全汞 Total Hg (Hg)/(mg·kg−1) 0.14 ± 0.02
      全铜 Total Cu (Cu)/(mg·kg−1) 15.67 ± 0.58
      全砷 Total As (As)/(mg·kg−1) 15.58 ± 0.88
      全锌 Total Zn (Zn)/(mg·kg−1) 89.77 ± 27.27
      全镍 Total Ni (Ni)/(mg·kg−1) 25.33 ± 4.04
      碱解氮 Alkaline N/(mg·kg−1) 22.00 ± 16.52
      速效钾 Available K/(mg·kg−1) 230.67 ± 69.95
      有机质 Organic matter/(g·kg−1) 13.72 ± 1.25
      pH 8.59 ± 0.11
      电导率 EC/(mS·m−1) 15.96 ± 3.00
      阳离子交换量 CEC/(cmol·kg−1) 6.36 ± 0.64
      土壤密度 Soil bulk density/(g·cm−3) 1.41 ± 0.03
      孔隙度 Porosity/% 46.96 ± 1.22
      最大持水量
      Maximum water capacity/(g·kg−1)
      286.47 ± 3.14
    • 插穗来源于北京市大兴区黄垡苗圃培育的8年生竹柳和欧美107杨大苗,苗木长势良好,管护情况较为一致。

      供试城市排水污泥来源于北京市排水集团高碑店再生水厂,为城市污泥经过高温热水解预处理后再经厌氧消化处理制得的污泥产品,相比将污泥直接进行堆肥的传统处理方式,具有污泥脱水性更好、稳定性增强和异味减弱的优势[9]。供试城市排水污泥为灰褐色细小颗粒,其相关理化性质本底值见表2,参照GB/T 24600—2009《城镇污水处理厂污泥处置 土地改良用泥质》[10],其各项指标均符合污泥土壤改良用限值。

      表 2  城市排水污泥基本理化性质

      Table 2.  Basic physical and chemical propertiesof urban sewage sludge

      参数
      Parameter
      城市排水污泥中含量
      Content in urban sewage sludge
      Cd/(mg·kg−1) 0.79
      Cr/(mg·kg−1) 72.65
      Pb/(mg·kg−1) 15.55
      Hg/(mg·kg−1) 5.57
      Cu/(mg·kg−1) 208.50
      As/(mg·kg−1) 12.25
      Zn/(mg·kg−1) 535.00
      Ni/(mg·kg−1) 34.75
      全氮 Total N(N)/% 3.16
      磷 P2O5/% 5.42
      钾 K2O /% 0.71
      有机质 Organic matter/% 43.30
      含水率 Water content/% 58.40
      土壤密度 Soil bulk density/(g·cm−3) 0.62
      pH 7.50
      粪大肠菌值 Fecal coliform value > 0.11
      蛔虫卵死亡率
      Roundworm egg mortality/%
      未检出蛔虫卵 Not detected roundworm egg
      EC/(mS·m−1) 204.50
    • 采用完全随机区组试验设计,参照GB/T 24600—2009《城镇污水处理厂污泥处置 土地改良用泥质》中的相关规定[10],将城市排水污泥施用量设为3个水平,分别为3 kg/m2(T1),6 kg/m2(T2)和9 kg/m2(T3),同时设置不施污泥为对照(CK),共4个处理,3次重复。试验苗床为低床,每个树种在试验苗床中设置12个试验小区,各试验小区面积为5 m2,南北方向扦插4行,每行30株。两树种共需试验地净育苗面积120 m2,城市排水污泥约540 kg。

      试验于2019年3月底进行整地及污泥施用作业,按照不同的施用量,将污泥均匀撒施在各试验小区的地表,然后翻耕入土。2019年7月25日清晨,分别选取各树种生长健壮、无病虫害和机械损伤的当年生半木质化嫩枝,剪取粗度约1 cm,长度约15 cm的插穗,每根插穗保留2—3个芽和1—2片叶,上端剪口离顶芽上方1 cm处平切,下端剪口于底芽下方2 cm处斜切,尽量保证切口平整,无撕裂或破碎。剪好的插穗用流水冲洗后浸于0.1%高锰酸钾溶液中消毒30 min,再将基部在浓度为0.012 5%的ABT-6号生根粉溶液中浸泡20 min后扦插[11-12]。为防止夏季高温插穗失水降低成活率,扦插工作完成后随即进行多次喷水,并在距离插床1 m高处搭盖遮阳网,日后微喷浇水次数为每日3—4次,至8月下旬撤掉遮阳网并适当减少喷水次数。扦插完成后不再进行其他施肥作业,随时观察并及时清除苗床内落叶和杂草,同时根据气温和苗木健康状况,通过多菌灵等药剂进行喷洒杀菌。

    • 各处理土壤密度、孔隙度于7月中旬采用环刀法进行测定;在扦插后35 d,统计各处理扦插苗木成活株数;在各试验小区选取生长相对一致的标准苗木3株,分别于扦插后35、50、65和80 d,用卷尺测量新梢长度,游标卡尺测量新梢基径;扦插苗木的生物量和根系形态指标于10月底进行测定,将各试验小区中的3株标准苗木整株取出后迅速带回实验室,用枝剪将苗木根、茎、叶分离开,流水缓慢冲洗干净后晾干。将苗木根系按照单根分开,避免交叉重叠,摆放于专用根盘中,利用EPSON PERFECTION V750 PRO根系扫描仪扫描根系,再用WinRHIZO软件进行分析,计算出总根长、根表面积、根体积和平均根系直径。测定完毕后将苗木各器官分别装入信封,进行编号放入烘箱中,于105 ℃下杀青20 min,再在80 ℃下烘干48 h至恒质量,称量其干质量[13]

      扦插苗木叶片的全碳(C)、全氮(N)、全磷(P)、全钾(K)含量于10月底进行测定,在各试验小区选取生长相对一致的标准苗木3株,采集20 g左右健康无损伤叶片,带回实验室用流水缓慢冲洗干净,再用去离子水冲洗3次后晾干。将洗净的叶片装入信封,编号后放入烘箱中于105 ℃下杀青20 min,再于80 ℃烘干48 h至恒质量,用不锈钢粉碎机粉碎后过40目筛,密封于自封袋中待测。采用H2SO4-H2O2消解法制得待测液,植物N、P含量用SmartChem 450型全自动间断化学分析仪测定;K含量采用火焰分光光度计测定;C含量采用K2Cr2O7-H2SO4氧化法(湿烧法)进行测定[14-15]

      扦插苗成活率(S)计算公式为:

      $$ S = \frac{a}{{120}} \times 100\% $$ (1)

      式中:a为扦插苗成活株数。

      总生物量(M)计算公式为:

      $$ M_{\text{总}}=M_{\text{根}}+M_{\text{茎}}+M_{\text{叶}} $$ (2)

      式中:M为根系生物量,M为茎秆生物量,M为叶片生物量。下同。

      地上生物量(M地上)计算公式为:

      $$ M_{\text{地上}}=M_{\text{茎}}+M_{\text{叶}} $$ (3)

      根系贡献率(W)计算公式为:

      $$ {W_{\text{根}}} = \frac{{{M_{\text{根}}}}}{{{M_{\text{总}}}}} \times 100\% $$ (4)

      茎秆贡献率(W)计算公式为:

      $$ {W_{\text{茎}}} = \frac{{{M_{\text{茎}}}}}{{{M_{\text{总}}}}} \times 100\% $$ (5)

      叶片贡献率(W)计算公式为[16]

      $$ {W_{\text{叶}}} = \frac{{{M_{\text{叶}}}}}{{{M_{\text{总}}}}} \times 100\% $$ (6)
    • 试验数据表示为平均值 ± 标准误,用Microsoft Excel 2010和SigmaPlot 12.5进行数据计算和绘图,并用SPSS 25.0进行单因素方差分析、相关性分析和0.05水平的Duncan多重比较[17]

    • 表3可知,施入污泥后土壤密度较CK均有所降低,T1、T2处理土壤密度显著小于CK(P < 0.05),其中T1处理土壤密度最小,较CK降低了7.80%;土壤孔隙度的变化规律与土壤密度相反,T1、T2、T3处理孔隙度均高于CK,其中T1、T2处理与CK差异显著(P < 0.05),较CK分别高出了8.41%和7.90%。不同处理之间竹柳扦插苗成活率不存在明显差异;T1、T2处理欧美107杨扦插苗成活率与CK相比差别不大,T3处理扦插苗成活率达到最高水平,且与CK差异显著(P < 0.05),较CK高出了30.48%。

      表 3  不同处理土壤密度、孔隙度和扦插苗成活率

      Table 3.  Soil bulk density, porosity and survival rate of cuttings under different treatments

      处理 Treatment 土壤密度 Soil bulk density/(g·cm−3) 孔隙度 Porosity/% 成活率 Survival rate/%
      竹柳 Salix americana 欧美107杨 Populus × euramericana cv. ‘74/76’
      CK 1.41 ± 0.03a 46.96 ± 1.22a 64.72 ± 4.91a 48.33 ± 4.59b
      T1 1.30 ± 0.03b 50.91 ± 0.99b 58.61 ± 3.61a 46.94 ± 5.74b
      T2 1.31 ± 0.06b 50.67 ± 2.21b 70.00 ± 8.75a 45.83 ± 1.44b
      T3 1.38 ± 0.04ab 47.94 ± 1.43ab 68.06 ± 6.20a 63.06 ± 0.28a
      注:同列不同小写字母代表差异达到显著水平,P < 0.05。下同。Notes: different letters in the same column show significant differences at P < 0.05 level. The same below.
    • 图1a 所示,随着污泥施用量的增加,竹柳扦插苗新梢长度的总体变化趋势为先上升后下降再上升,在扦插后35、50、65、80 d的测试中,T1、T2、T3处理新梢长度均高于CK,其中T1处理始终显著高于CK(P < 0.05),较CK分别高出了77.54%、76.84%、71.02%和74.10%;增施污泥,欧美107杨扦插苗的新梢长度总体表现为先上升后下降的变化趋势,不同测试时间测得的T1、T2、T3处理新梢长度均高于CK,其中T2处理始终处于最高水平,且与CK存在显著差异(P < 0.05),新梢长度较CK增幅分别为76.66%、119.19%、118.68%和112.67%(图1b)。

      图  1  不同处理竹柳和欧美107杨扦插苗新梢长度的变化

      Figure 1.  Changes in the new shoot length of Salix americana and Populus × euramericana cv. ‘74/76’ cuttings under different treatments

    • 图2a可见,随着污泥施用量的增加,竹柳扦插苗新梢基径在整个测试阶段均表现出先增大后减小的变化趋势,T1处理始终处于最高水平,且与CK、T2、T3处理均差异显著(P < 0.05),新梢基径相比CK分别提高了94.05%、96.29%、87.86%和104.64%,T2、T3处理与CK相比差异不明显;各测试时间,不同处理条件下的欧美107杨扦插苗新梢基径不存在显著差异(图2b)。

      图  2  不同处理竹柳和欧美107杨扦插苗新梢基径的变化

      Figure 2.  Changes in the new shoot diameter of S. americana and P. × euramericana cv. ‘74/76’ cuttings under different treatments

    • 图3a可以看出,随着污泥施用量的增加,竹柳扦插苗总生物量、地上生物量均表现为先增大后减小的变化趋势,T1处理总生物量、地上生物量均显著高于CK、T2、T3处理(P < 0.05),相比CK分别增加了175%和157.42%,其他污泥施用量处理与CK相比差异不明显;施用污泥后,欧美107杨扦插苗总的生物量、地上生物量与CK相比均无明显差异(图3b)。

      图  3  不同处理竹柳和欧美107杨扦插苗生物量的变化

      Figure 3.  Changes in biomass of S. americana and P. × euramericana cv. ‘74/76’ cuttings under different treatments

    • 不同处理竹柳和欧美107杨扦插苗各器官生物量见表4。T1处理下竹柳扦插苗的根系生物量、茎秆生物量、叶片生物量均显著高于CK、T2和T3处理(P < 0.05),较CK增幅分别为331.34%、143.35%和193.94%,T2和T3处理各器官生物量与CK相比没有明显差异;不同污泥施用量下欧美107杨扦插苗根系生物量与CK相比均差异显著(P < 0.05),T1、T2、T3处理根系生物量较CK分别提高了93.83%、96.30%和123.46%,而其扦插苗的茎秆生物量和叶片生物量在各处理之间差异不明显。

      表 4  不同处理竹柳和欧美107杨扦插苗各器官生物量

      Table 4.  Biomass of different organs of S. americana and P. × euramericana cv. ‘74/76’ cuttings under different treatments

      树种 Tree species 处理 Treatment 生物量 Biomass/g
      根系 Root 茎秆 Stem 叶片 Leaf
      竹柳
      S. americana
      CK 0.67 ± 0.09b 4.36 ± 0.54b 1.65 ± 0.29b
      T1 2.89 ± 0.36a 10.61 ± 1.04a 4.85 ± 0.43a
      T2 0.70 ± 0.06b 4.54 ± 0.48b 1.84 ± 0.23b
      T3 0.97 ± 0.17b 5.85 ± 0.98b 1.90 ± 0.31b
      欧美107杨
      P. × euramericana cv. ‘74/76’
      CK 0.81 ± 0.14b 4.29 ± 0.35a 1.38 ± 0.22a
      T1 1.57 ± 0.22a 5.11 ± 0.78a 2.37 ± 0.45a
      T2 1.59 ± 0.16a 5.51 ± 0.57a 2.34 ± 0.26a
      T3 1.81 ± 0.31a 5.89 ± 1.03a 2.19 ± 0.36a
    • 表5可知,竹柳扦插苗的根系贡献率最大值出现在T1处理,显著高于CK、T2和T3处理(P < 0.05),较CK增幅为59.29%;茎秆贡献率最小值出现在T1处理,显著低于CK、T2和T3处理(P < 0.05),低于CK 12.84%;不同处理之间叶片贡献率不存在明显差异。欧美107杨扦插苗根系贡献率随污泥施用量的增加总体呈上升趋势,T1、T2、T3处理下的根系贡献率均显著高于CK(P < 0.05),其中T3处理达到最大值,为18.03%,较CK提高了44.12%;茎秆贡献率的总体变化趋势呈现为先降低后增加,T1处理茎秆贡献率最低,且与CK差异显著,较CK降低了16.37%(P < 0.05);叶片贡献率在T1处理达到最大值,且与CK差异显著(P < 0.05),高出CK 27.72%,T2、T3处理与CK相比差异不明显。

      表 5  不同处理竹柳和欧美107杨扦插苗物质分配规律

      Table 5.  Material distribution of S. americana and P. × euramericana cv. ‘74/76’ cuttings under different treatments

      树种
      Tree species
      处理
      Treatment
      根系贡献率
      Root contribution rate/%
      茎秆贡献率
      Stem contribution rate/%
      叶片贡献率
      Leaf contribution rate/%
      竹柳
      S. americana
      CK 10.12 ± 0.68b 66.05 ± 1.99a 23.83 ± 1.74a
      T1 16.12 ± 1.61a 57.57 ± 1.66b 26.31 ± 0.61a
      T2 10.44 ± 1.19b 63.71 ± 2.11a 25.85 ± 1.85a
      T3 11.49 ± 1.63b 66.75 ± 2.04a 21.76 ± 1.52a
      欧美107杨
      P. × euramericana cv. ‘74/76’
      CK 12.51 ± 1.65b 67.07 ± 2.78a 20.42 ± 1.75b
      T1 17.83 ± 1.37a 56.09 ± 1.42b 26.08 ± 1.59a
      T2 17.13 ± 1.20a 58.18 ± 1.85b 24.70 ± 1.28ab
      T3 18.03 ± 1.66a 60.03 ± 2.16b 21.93 ± 0.88ab
    • 不同处理竹柳和欧美107杨扦插苗根系形态参数见表6。不同处理下竹柳扦插苗的总根长、根表面积和根体积具有相同的变化规律:T1 > T3 > T2 > CK,总根长的最大值为1 559.19 cm,是CK的1.68倍;根表面积的最大值为272.48 cm2,比CK上升了139.27%;根体积的最大值为3.19 cm3,是CK的2.82倍;平均根系直径随污泥施用量的增加呈现先升高后降低的趋势,同样在T1处理达到最大值,为0.61 mm,较CK增幅为52.50%;T1处理竹柳扦插苗总根长、根表面积、根体积和平均根系直径与CK相比均差异显著(P < 0.05)。不同处理下欧美107杨扦插苗根系各形态参数均在T2处理达到最大值,总根长最大值为797.70 cm,但与CK相比并无明显差异;T2处理根表面积、根体积及平均根系直径均显著高于CK(P < 0.05),最大值依次为130.58 cm2、1.71 cm3、0.52 mm,分别是CK的1.70、2.09、1.27倍。

      表 6  不同处理竹柳和欧美107杨扦插苗根系形态参数

      Table 6.  Root morphological parameters of S. americana and P. × euramericana cv. ‘74/76’ cuttings under different treatments

      树种
      Tree species
      处理
      Treatment
      总根长
      Total root length/cm
      根表面积
      Surface area/cm2
      根体积
      Root volume/cm3
      平均根系直径
      Average root diameter/mm
      竹柳
      S. americana
      CK 926.00 ± 115.04b 113.88 ± 13.15b 1.13 ± 0.13b 0.40 ± 0.02b
      T1 1 559.19 ± 137.52a 272.48 ± 24.88a 3.19 ± 0.49a 0.61 ± 0.06a
      T2 1 006.23 ± 116.83b 138.71 ± 15.34b 1.53 ± 0.17b 0.44 ± 0.01b
      T3 1 130.44 ± 91.79b 153.40 ± 14.57b 1.69 ± 0.21b 0.43 ± 0.02b
      欧美107杨
      P. × euramericana cv. ‘74/76’
      CK 598.78 ± 94.56a 76.78 ± 11.61b 0.82 ± 0.15b 0.41 ± 0.03b
      T1 703.32 ± 98.53a 113.73 ± 15.92ab 1.48 ± 0.22a 0.51 ± 0.02a
      T2 797.70 ± 81.77a 130.58 ± 13.43a 1.71 ± 0.19a 0.52 ± 0.02a
      T3 763.98 ± 107.46a 112.43 ± 16.77ab 1.35 ± 0.23ab 0.47 ± 0.03ab
    • 对竹柳和欧美107杨扦插苗根系形态参数和生物量参数进行相关性分析(表7),根生物量、地上生物量和总生物量之间均呈极显著正相关关系(P < 0.01),同时这三者与总根长、根表面积、根体积、平均根系直径皆表现为极显著正相关,表明竹柳和欧美107杨扦插苗根系形态参数的增大促进了其生物量的增加。

      表 7  根系形态和生物量的相关性分析

      Table 7.  Correlation analysis of root morphology and biomass

      参数
      Parameter
      根生物量
      Root
      biomass
      地上生物量
      Aboveground
      biomass
      总生物量
      Total
      biomass
      总根长
      Total root
      length
      根表面积
      Root surface
      area
      根体积
      Root
      volume
      平均根系直径
      Average root
      diameter
      根生物量 Root biomass 1
      地上生物量 Aboveground biomass 0.729** 1
      总生物量 Total biomass 0.812** 0.991** 1
      总根长 Total root length 0.455** 0.565** 0.568** 1
      根表面积 Root surface area 0.679** 0.717** 0.740** 0.927** 1
      根体积 Root volume 0.784** 0.750** 0.789** 0.779** 0.955** 1
      平均根系直径 Average root diameter 0.667** 0.564** 0.608** 0.284* 0.595** 0.776** 1
      注:**表示在P < 0.01水平上差异极显著,*表示在P < 0.05水平上差异显著。Notes: ** indicates significant difference at P < 0.01 level, * indicates significant difference at P < 0.05 level.
    • 不同处理竹柳和欧美107杨扦插苗叶片C、N、P、K含量和C/N见表8。随着污泥施用量的增加,竹柳扦插苗叶片C含量呈现先增大后减小的变化趋势,在T1处理达到最大值,为465.91 g/kg,显著高于CK、T3处理(P < 0.05),是CK的1.10倍;施用污泥后,叶片N含量均有所下降,T1处理N含量仅为21.32 g/kg,显著低于CK(P < 0.05);T3处理叶片P含量最高,为6.55 g/kg,较CK增加了6.50%,与CK、T1处理均存在显著差异(P < 0.05);叶片K含量在T1处理达到最高水平,但与CK相比差异不大;叶片C/N随污泥施用量的增加呈现先增大后减小的趋势,T1处理显著高于CK、T2、T3处理(P < 0.05),C/N为21.95,高出CK 27.32%。对于欧美107杨来说,与CK相比,不同污泥施用量均显著提高了其扦插苗叶片C含量(P < 0.05),其中T3处理C含量最高,为515.96 g/kg,是CK的1.32倍;T1、T2、T3处理叶片N含量较CK均有所增加,其中T1、T3处理显著高于CK(P < 0.05),T3处理N含量最高,为22.11 g/kg,高出CK 10%;不同处理下扦插苗叶片P、K含量并不存在明显差异;施用污泥后扦插苗叶片的C/N均有所增加,且均显著高于CK(P < 0.05),其中T3处理C/N最高,达到23.36,是CK的1.20倍。

      表 8  不同处理竹柳和欧美107杨扦插苗叶片养分含量以及碳氮比

      Table 8.  Nutrient content and C/N of S. americana and P. × euramericana cv. ‘74/76’ cuttings’ leaves under different treatments

      树种 Tree species 处理 Treatment 全碳 C/(g·kg−1) 全氮 N/(g·kg−1) 全磷 P/(g·kg−1) 全钾 K/(g·kg−1) 碳氮比 C/N
      竹柳
      S. americana
      CK 421.79 ± 5.39bc 24.48 ± 0.24a 6.15 ± 0.09bc 14.88 ± 0.74a 17.24 ± 0.39b
      T1 465.91 ± 16.19a 21.32 ± 0.84b 5.97 ± 0.11c 17.84 ± 0.75a 21.95 ± 1.41a
      T2 453.66 ± 17.81ab 24.14 ± 0.18a 6.39 ± 0.05ab 17.23 ± 2.10a 18.80 ± 0.77b
      T3 380.77 ± 6.28c 23.27 ± 0.42a 6.55 ± 0.09a 14.09 ± 0.11a 16.38 ± 0.53b
      欧美107杨
      P. × euramericana cv. ‘74/76’
      CK 390.25 ± 6.71c 20.10 ± 0.07b 4.82 ± 0.04a 10.34 ± 0.35a 19.42 ± 0.27b
      T1 493.73 ± 24.67ab 21.61 ± 0.17a 5.17 ± 0.28a 11.01 ± 0.12a 22.84 ± 1.03a
      T2 449.81 ± 11.54b 20.22 ± 0.10b 4.99 ± 0.11a 10.10 ± 0.32a 22.25 ± 0.50a
      T3 515.96 ± 9.54a 22.11 ± 0.38a 5.22 ± 0.22a 10.64 ± 0.03a 23.36 ± 0.63a
    • 土壤密度和孔隙度关系到土壤通气状况、水分储量以及紧实程度,是影响扦插苗成活的重要因素。Cheng等[18]、宋小英等[19]、华正伟[20]研究表明,城市污泥在改善土壤物理性质方面表现显著,施用后能够使土壤密度减小、孔隙度增大,与本研究结果一致。欧美107杨扦插苗成活率在污泥施用量为3 kg/m2和6 kg/m2时较对照没有明显变化,但在9 kg/m2时却有明显增大,成活率的最大值并未出现在使土壤密度最小、孔隙度最大的污泥施用量下,这说明土壤密度与其扦插苗成活率并不成反比,凌娜等[21]的研究中指出,土壤密度过大或过小,均会对植物的生根造成影响,只有在一定的土壤密度下才能够保证较好的植物稳固性,维持氧气充沛、透水性较好的土壤环境,利于植物的生根。竹柳扦插苗成活率虽然在6 kg/m2和9 kg/m2污泥施用量下较对照略有提高,但不同处理间并没有明显的差异,可能与插穗自身内部营养物质含量有关,或是大田试验条件下外界环境因子的影响。

      观测扦插苗的新梢长度、基径变化,能够较为直观地掌握苗木的生长状况。本研究发现,污泥施用量为3 kg/m2时,整个测试阶段竹柳扦插苗的新梢长度和新梢基径较对照均有显著提高,这是因为城市污泥中含有大量的有机质和养分元素,对于保肥能力弱的砂质壤土而言,能够起到补充肥力的作用,同时污泥还能够提高土壤酶活性,促进土壤中有机质的分解和腐殖质的矿化[22],从而改善土壤环境,间接促进苗木的生长;增施污泥到6 kg/m2和9 kg/m2时,竹柳扦插苗的新梢长度表现出降低后回升的现象,在孙昱等[9]的试验中,随着污泥施用量的增加,油松(Pinus tabulaeformis)的树高、冠幅呈现出相似的变化规律,可能是中高污泥施用量下土壤中高营养成分和重金属等有毒物质的共同作用所致。随着污泥施用量的增加,欧美107杨扦插苗的新梢长度在不同测试时间的变化规律均为先增大后减小,在6 kg/m2的污泥施用量下达到最大,此时最有利于其新梢的伸长,类似于与王艮梅等[23]、白莉萍等[24]对南林-95无性系杨树(Populus deltoiodes ‘Lus’ × P. euramericana I-45/51)和小叶黄杨(Buxus microphylla)的污泥施用研究。

      生物量积累是植物生长最重要的参数之一,也是衡量植物生长发育的一个重要指标[25]。本研究中,竹柳扦插苗的总生物量、地上生物量及各器官生物量,均在污泥施用量为3 kg/m2时较对照有明显提高,但其各项生物量指标在6 kg/m2和9 kg/m2污泥施用量下却出现大幅减小,降至对照组水平附近;而对于欧美107杨来说,其扦插苗的总生物量、地上生物量和各器官生物量均随污泥施用量的增加呈逐渐上升趋势,3 kg/m2污泥施用量下生物量增加的幅度最大,之后继续施加污泥则生物量增幅减小。城市污泥含有较为丰富的营养物质,能够通过改良土壤促进植物生长,但其中含有的重金属也是不可忽略的。储双双等[6]、黄丽荣等[26]的研究表明,增施城市污泥,土壤中的重金属含量随之增加,对植物生长产生的胁迫作用增强,与本研究结果一致。杨树和柳树对土壤重金属均具有很强的富集能力和修复潜能[27],本研究发现,对于重金属的胁迫作用,竹柳表现为生物量骤降,而欧美107杨则表现为生物量增幅减小,可以看出,欧美107杨相对于竹柳来说,对污泥中的重金属的耐性更强。在欧美107杨扦插苗各器官生物量中,仅根系在不同污泥施用量下较对照有明显提高。吴雁华[28]研究得出,杨树各器官均能积累较多重金属元素,但根系与其他部位相比,重金属含量明显减少,可能是与两个过程有关,一是根系具有输送重金属元素的作用,二是根部机械组织较为发达,不易积累重金属,较其他器官生长压力小;另外在取样过程中观察到,欧美107杨根毛量十分丰富,这对养分元素的获取颇为有利。生物量分配被认为是植物适应环境的重要策略之一[16]。本研究中,不同的污泥施用量,均能提高竹柳和欧美107杨扦插苗生物量的根系贡献率,两树种叶片贡献率随着污泥施用量的增加呈先增加后减小的变化趋势,且均在3 kg/m2施用量下达到最高,但此条件下的茎秆贡献率却均处于最低水平。这说明添加少量的污泥,能够促进根系将获取的相对多的资源向叶片分配,提高叶片光合作用能力,以形成更多的同化产物[29],但高添加量下受重金属的影响,叶片光合功能减弱,影响干物质的积累。

      植物根系对土壤环境的变化反应敏感,研究不同污泥处理条件下根的形态学特征具有重要意义[30]。本研究发现,随着污泥施用量的增加,竹柳和欧美107杨扦插苗根系各形态指标值相比对照均有所增加,总体表现为先增大后减小的变化趋势,其中竹柳扦插苗的总根长、根表面积、根体积、平均根系直径均在3 kg/m2污泥施用量下达到最大水平,欧美107杨扦插苗根系各形态指标最大值则出现在6 kg/m2污泥施用量下。经相关性分析发现,两树种生物量参数和根系形态参数极显著正相关。适量污泥施入后土壤环境的改良,能够直接加强根系对营养物质的吸收,促进地下、地上部分的生长;但污泥施用量过高时,重金属的胁迫作用增强,植株生物量的降低,最主要的就是根系的生长受到抑制[26]。同时,如上文所述,欧美107杨较竹柳对重金属具有更强的耐性,所以在6 kg/m2污泥施用条件下更具优势,而竹柳根系则在3 kg/m2污泥施用量下表现最好。

      植物叶片养分含量的高低一定程度上能够反映植株的营养特性[31]。本研究中,竹柳扦插苗叶片中C、K含量随污泥施用量的增加呈现先增后减的趋势,在污泥施用量为3 kg/m2时达到一个较高水平,而当施用量增加到6 kg/m2和9 kg/m2时又有所下降,这说明在过大的污泥施用量下,重金属的存在对其叶片C、K元素的积累具有抑制作用;施入污泥后竹柳扦插苗叶片中的N含量均减少,在3 kg/m2污泥施用量下N含量显著小于对照,此时P含量也有所降低,但在此污泥施用量下,叶片的生物量和生物量分配率均达到最高,叶片中的N、P元素可能更多地投入到叶片的生长中,消耗量大从而含量减小。对于欧美107杨来说,不同量污泥施入后其扦插苗叶片的C、N、P、K含量均高于对照,9 kg/m2污泥施用量下C、N含量较对照均有显著提高,说明污泥的施用对欧美107杨扦插苗叶片C、N、P、K营养元素的积累有利,与Intosh等[32]对美洲五针松(Pinus strobus L.)和杂交杨(Populus deltoides spp.)进行污泥施用试验后取得的结果相似。碳氮代谢是植物体内生长发育最主要的代谢反应,C/N是反映碳氮代谢状况及其协调程度的诊断指标[33]。在本研究中,竹柳扦插苗叶片在高污泥施用量(9 kg/m2)下,C/N最低,在低污泥施用量(3 kg/m2)下,C/N最高,表明施用较低量污泥后,叶片的碳代谢相对于氮代谢有明显加强,更有利于光合产物的积累,类似于刘奇峰等[34]对84K杨(Populus alba × P. glandulosa)幼苗的研究;欧美107杨扦插苗叶片C/N在各污泥施用量下均显著高于对照,说明施用污泥能够加强其扦插苗叶片对碳素的代谢能力,对苗木生长发育具有一定程度的促进作用。

      评价城市排水污泥在苗圃育苗中的应用效果是一项综合技术,本研究重点关注施用城市排水污泥后,竹柳和欧美107杨嫩枝扦插苗生长方面的响应,涉及的还不全面,如污泥施用后苗木体内重金属富集状况、苗圃土壤状况、土壤水环境状况等,均需要后续试验的深入研究。此外,本试验是将城市排水污泥在进行扦插作业前一次性施入,而扦插苗在成活期和生长期对土壤环境的适应能力可能存在差异,后续试验开展还应根据扦插苗的不同生长阶段,分类研究城市排水污泥的施用效果。

    • (1)施用城市排水污泥能够降低土壤密度,不同污泥施用量对竹柳扦插苗成活率没有明显影响;欧美107杨扦插苗成活率仅在9 kg/m2污泥施用量下有较大幅度提高。

      (2)3 kg/m2城市排水污泥施用量,对竹柳扦插苗的新梢生长、生物量积累和根系的生长发育具有明显的促进作用,继续增施污泥,则促进作用会减弱;污泥的施用对欧美107杨扦插苗新梢、根系的生长具有积极影响,其中新梢长度、根表面积、根体积均在6 kg/m2污泥施用量下达到最高水平,根系生物量最大值则出现在9 kg/m2污泥施用量下。

      (3)城市排水污泥施用量为3 kg/m2时,能够明显促进竹柳扦插苗叶片对C、K元素的积累,增大叶片C/N,有利于叶片的碳代谢;施用城市排水污泥对欧美107杨扦插苗叶片养分的吸收具有正效应,9 kg/m2污泥施用量显著提高了叶片C、N含量和C/N。

参考文献 (34)

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