植物对绿地土壤吸附性能的改良

王晨光，王旭东

（西北农林科技大学资源环境学院，陕西 杨陵 712100）

由于城市化的进程导致城市水体污染愈发严重，为应对严峻的城市水生态问题，中国提出了海绵城市建设［1］。城市绿地具有削减道路径流、涵养水源、吸附雨水中污染物的作用［2］，是城市建设中重要的天然海绵体。但由于人为活动的影响，绿地质量遭到严重破坏，不能满足海绵城市建设的需求。目前对绿地土壤的改良已展开了较多研究，主要方式是通过使用改良材料对城市绿地土壤进行改良，提高土壤对污染物的吸附性能。王鑫等［1］将沸石、蛭石、陶粒和煤渣作为海绵城市下垫面基质，表明沸石+蛭石+陶粒分层渗滤柱对污染物的去除效果最好。孙丹焱等［3］将中粗砂和沸石应用于土壤改良，发现改良后的介质对COD（化学需氧量）、TN（总氮）、TP（总磷）等污染物都有较高的吸附率。尤星源等［4］将煤质活性炭、钢渣、中粗砂等应用于土壤改良，发现改良后的土壤可以满足截污要求。对于绿地土壤改良目前已经取得了较多的研究成果［5-7］，但是这些研究主要集中在改良材料对绿地土壤的改良，而针对植物对绿地土壤改良的研究目前较少。绿地是一个由植物和土壤相复合的多功能的生态系统，植物对绿地土壤性质的影响较大。

因此，本试验将土壤改良中常用的腐熟秸秆、生物质炭、椰糠、PAM 等材料［8-11］配制成 4 种性质不同的绿地土壤，并选择绿地植物中常见的单子叶植物萱草（Hemerocallis fulvaL.）、鸢尾（Iris tectorumMaxim.）以及双子叶植物八仙花［Hydrangea macrophylla（Thunb.）Ser.］、酢浆草（Oxalis corniculataL.）作为研究对象，探究不同植物对绿地土壤污染物去除能力的影响，以期为海绵城市建设中绿地的改良提供一定的理论和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

供试土壤采自西咸新区城市土壤（过2 mm 筛），河砂过3 mm 土筛，PAM 为阴离子型，相对分子质量为500 万，腐熟秸秆为小麦秸秆经堆肥腐熟后的产物，生物质炭为小麦秸秆生物质炭；椰糠购于斯里兰卡。试验材料部分理化性质见表1。

表1 不同物料基本性质

1.2 设计与方法

1.2.1 室内培养 所选植物材料为八仙花、酢浆草、萱草、鸢尾，各植株生长健壮，长势一致。八仙花品种“无尽夏”为二年生扦插苗，栽培于陕西省杨凌绿香安果蔬专业合作社温室；酢浆草、萱草、鸢尾均取自西北农林科技大学南校区校园内，同种植物取自同一栽培地点。试验所选花盆高11 cm，底面直径13 cm，按容重1.4 g/cm3填装花盆高度于9 cm 处，将供试植物种植于上述4 种绿地土壤中（表2），每种绿地土壤设5 个处理，即绿地土壤+萱草、绿地土壤+鸢尾、绿地土壤+八仙花、绿地土壤+酢浆草，以不加植物的绿地土壤为对照，每处理3 盆重复，置于温室同一条件下培养，期间正常管理。培养140 d 后，取土过筛备用。

表2 绿地土壤配比

1.2.2 静态吸附 准确称取2.5 g绿地土壤（过2 mm筛）于50 mL 离心管中，添加25 mL 人工配制的污水（表3），滴加几滴甲苯，在25 ℃恒温、180 r/min 频率下振荡 16 h 后，以 3 000 r/min 离心 10 min，采用定量滤纸过滤，测定滤液中COD、氮、磷含量。

表3 人工配制污水的浓度及所用试剂

1.2.3 测定方法 COD 采用消解比色法测定［12］，氮含量采用过硫酸钾消解紫外分光光度法测定［13］，磷含量采用过硫酸钾消解法测定［14］。

1.3 数据处理

数据采用SPSS 20.0 软件进行分析，作图用Origin 软件。

2 结果与分析

2.1 不同植物对绿地土壤氮吸附性能的影响

由表4 可知，除土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤外，其余绿地土壤经植物改良后，绿地土壤对氮的吸附固持能力均显著提高。与绿地土壤不加植物的处理相比，在土∶砂∶腐熟秸秆（4∶4∶2）+1%PAM绿地土壤中，绿地土壤+植物的氮吸附能力显著提高了38.21%～42.86%；在土∶砂∶生物质炭（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤中，绿地土壤+植物的氮吸附能力显著提高了19.20%～25.78%；在土∶砂∶腐熟秸秆∶生物质炭（4∶4∶1∶1）+1%PAM 绿地土壤中，绿地土壤+植物的氮吸附能力显著提高了27.47%～29.66%。而在土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤中，绿地土壤+植物的氮吸附能力较绿地土壤不加植物的处理呈下降趋势，降低了3.23%～4.38%，但差异不显著。

不同绿地土壤性质对氮的吸附能力也有较大影响，在栽培植物相同时，不同绿地土壤之间的吸附能力也存在差异。从表4 可以看出，在不加植物以及栽培植物八仙花、酢浆草的处理中，当不加植物以及栽培植物相同时，经静态吸附后残留在滤液中的氮浓度从高到低依次均为土∶砂∶腐熟秸秆（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶腐熟秸秆∶生物质炭（4∶4∶1∶1）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶生物质炭（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤；在栽培植物萱草、鸢尾的处理中，当栽培植物相同时，经静态吸附后残留在滤液中的氮浓度从高到低依次为土∶砂∶腐熟秸秆（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶腐熟秸秆∶生物质炭（4∶4∶1∶1）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶生物质炭（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤。可以看出，在栽培植物相同时，土∶砂∶腐熟秸秆（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤和土∶砂∶腐熟秸秆∶生物质炭（4∶4∶1∶1）+1%PAM 绿地土壤与土∶砂∶生物质炭（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤和土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤相比，经静态吸附后，残留在滤液中的氮浓度相对较高。土∶砂∶生物质炭（4∶4∶2）+1%PAM +萱草处理经静态吸附后，残留在滤液中的氮浓度相对最低。

表4 不同植物对同种绿地土壤氮吸附的影响

植物、绿地土壤以及两者的交互作用对氮吸附能力均有显著影响，其因子贡献率分别为33.12%、28.67%、20.01%（表5）。

表5 基于方差分析的各因子对氮吸附影响显著性及贡献率分析

2.2 不同植物对绿地土壤磷吸附性能的影响

由表6 可知，不同绿地土壤对磷的吸附能力经植物改良后都呈升高的趋势。与绿地土壤不加植物的处理相比，在土∶砂∶腐熟秸秆（4∶4∶2）+1%PAM绿地土壤中，绿地土壤+植物的磷吸附能力较绿地土壤不加植物的处理提高了3.79%～25.17%；在土∶砂∶生物质炭（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤中，绿地土壤+植物的磷吸附能力提高了12.57%～35.33%；在土∶砂∶腐熟秸秆∶生物质炭（4∶4∶1∶1）+1%PAM 绿地土壤中，绿地土壤+植物的磷吸附能力显著提高了21.83%～43.66%。在土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM绿地土壤中，绿地土壤+植物的磷吸附能力提高了9.20%～71.78%。

不同绿地土壤性质对磷的吸附能力也有较大影响，在栽培植物相同时，不同绿地土壤之间的吸附能力也存在显著差异。从表6 可以看出，在不加植物以及在栽培萱草、八仙花、酢浆草的处理中，当不加植物以及栽培植物相同时，经静态吸附后残留在滤液中的磷浓度从高到低依次均为土∶砂∶腐熟秸秆（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶腐熟秸秆∶生物质炭（4∶4∶1∶1）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶生物质炭（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤；在栽培植物鸢尾时，经静态吸附后残留在滤液中的磷浓度从高到低依次为土∶砂∶腐熟秸秆（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶腐熟秸秆∶生物质炭（4∶4∶1∶1）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶生物质炭（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤。在栽培植物相同时，土∶砂∶腐熟秸秆（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤和土∶砂∶腐熟秸秆∶生物质炭（4∶4∶1∶1）+1%PAM 绿地土壤与土∶砂∶生物质炭（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤和土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤相比，经静态吸附后，残留在滤液中的磷浓度相对较高。土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤+八仙花配比经静态吸附后，残留在滤液中的磷浓度相对最低，显著低于其他绿地土壤+八仙花处理。

表6 不同植物对同种绿地土壤磷吸附的影响

植物、绿地土壤以及两者的交互作用对磷吸附能力均有显著影响，其因子贡献率分别为10.45%、70.14%、10.29%（表7）。

表7 基于方差分析的各因子对磷吸附影响显著性及贡献率分析

2.3 不同植物对绿地土壤COD 吸附性能的影响

由表8 可知，除土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤外，不同绿地土壤对COD 的吸附能力经植物改良后都呈升高的趋势。与绿地土壤不加植物的处理相比，在土∶砂∶腐熟秸秆（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤中，绿地土壤+植物的COD 吸附能力显著提高了15.65%～21.72%。在土∶砂∶生物质炭（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤中，绿地土壤+植物的COD 吸附能力提高了4.36%～8.11%，但差异不显著。在土∶砂∶腐熟秸秆∶生物质炭（4∶4∶1∶1）+1%PAM 绿地土壤中，绿地土壤+植物的COD 吸附能力提高了0.30%～13.78%，但差异不显著。在土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤中，绿地土壤经萱草、鸢尾、八仙花改良后，其对COD 的吸附能力呈下降趋势，吸附能力较绿地土壤不加植物的处理降低了0.03%～5.07%，但是土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤经酢浆草改良后，其对COD 吸附能力表现出升高的趋势，COD 吸附能力较绿地土壤不加植物的处理提高了2.29%。

不同绿地土壤性质对COD 的吸附能力也有较大影响，从表8 可以看出，在不加植物时经静态吸附后残留在滤液中的COD 浓度从高到低依次为土∶砂∶腐熟秸秆（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶腐熟秸秆∶生物质炭（4∶4∶1∶1）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶生物质炭（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤；在栽培植物萱草时，经静态吸附后残留在滤液中的COD 浓度从高到低依次为土∶砂∶腐熟秸秆（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶生物质炭（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶腐熟秸秆∶生物质炭（4∶4∶1∶1）+1%PAM 绿地土壤；在栽培植物鸢尾时，经静态吸附后残留在滤液中的COD浓度从高到低依次为土∶砂∶腐熟秸秆∶生物质炭（4∶4∶1∶1）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶生物质炭（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶腐熟秸秆（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤；在栽培植物八仙花时，经静态吸附后残留在滤液中的COD 浓度从高到低依次为土∶砂∶腐熟秸秆∶生物质炭（4∶4∶1∶1）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶生物质炭（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶腐熟秸秆（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤；在栽培植物酢浆草时，经静态吸附后残留在滤液中的COD 浓度从高到低依次为土∶砂∶腐熟秸秆（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶生物质炭（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶腐熟秸秆∶生物质炭（4∶4∶1∶1）+1%PAM 绿地土壤、土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤。可以看出，在不栽培植物以及栽培植物萱草、酢浆草时，当栽培植物相同时，土∶砂∶腐熟秸秆（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤与其余绿地土壤相比，经静态吸附后，残留在滤液中的COD 浓度相对较高。在栽培植物鸢尾和八仙花时，当栽培植物相同时，土∶砂∶腐熟秸秆∶生物质炭（4∶4∶1∶1）+1%PAM 绿地土壤与其余绿地土壤相比，经静态吸附后，残留在滤液中的COD 浓度相对较高。土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM绿地土壤+酢浆草配比经静态吸附后，残留在滤液中的COD 浓度相对最低。

表8 不同植物对同种绿地土壤COD 吸附性能的影响

植物、绿地土壤以及两者的交互作用对COD 吸附能力均有显著影响，其因子贡献率分别为17.63%、6.95%、27.23%（表9）。

表9 基于方差分析的各因子对COD 吸附影响显著性及贡献率分析

3 讨论

在未栽培植物以及栽培植物种类相同时，土∶砂∶腐熟秸秆（4∶4∶2）+1%PAM 和土∶砂∶腐熟秸秆∶生物质炭（4∶4∶1∶1）+1%PAM 2 种绿地土壤对氮、磷、COD 的吸附能力较其余2 种绿地土壤相对较弱。这一方面可能是因为土∶砂∶腐熟秸秆（4∶4∶2）+1%PAM 和土∶砂∶腐熟秸秆∶生物质炭（4∶4∶1∶1）+1%PAM 绿地土壤中均含有腐熟秸秆，腐熟秸秆密度较大，养分含量较高，同体积换填时带入这2 种绿地土壤的有机质、氮、磷较多［15］，致使这 2 种绿地土壤的本底值较高，因此对污染物吸附能力较差［16］。另一方面可能是因为土∶砂∶生物质炭（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤中的添加材料主要是生物质炭，土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM 绿地土壤中添加的主要材料是椰糠，这2 种材料的比表面积相对较高，因此这2 种绿地土壤对污染物的吸附能力较土∶砂∶腐熟秸秆（4∶4∶2）+1%PAM 和 土∶砂∶腐熟秸秆∶生物质炭（4∶4∶1∶1）+1%PAM 绿地土壤强［17-20］。

植物可以明显提高绿地土壤对污染物的吸附能力，且植物与绿地土壤对污染物质的吸附存在明显的交互作用。可能是因为根系可以改善土壤结构。植物根系的穿插缠绕有利于土壤中团聚体的形成，并可通过呼吸、吸收等生理作用与土壤中的离子进行交换，提高土壤中的阳离子交换量［21，22］，进而提高土壤对水分和养分的吸附能力［23-24］。对绿地土壤起最大改良作用的植物会随着绿地土壤和污染物种类的不同而不同，这可能与植物和绿地土壤本身的性质有关。

4 小结

1）植物可以提高绿地土壤对污染物的吸附能力，植物对绿地土壤氮、磷、COD 吸附能力的因子贡献率分别为33.12%、10.45%、17.63%。且植物与绿地土壤对污染物质的吸附存在明显的交互作用，交互作用对氮、磷、COD 吸附能力的因子贡献率分别为20.01%、10.29%、27.23%。

2）在未栽培植物以及栽培植物种类相同时，含腐熟秸秆材料的土∶砂∶腐熟秸秆（4∶4∶2）+1%PAM和土∶砂∶腐熟秸秆∶生物质炭（4∶4∶1∶1）+1%PAM 2 种绿地土壤对氮、磷、COD 的吸附能力与其余2 种绿地土壤相比，吸附能力相对较弱。在本试验中，对氮、磷、COD 吸附能力相对较好的处理分别是土∶砂∶生物质炭（4∶4∶2）+1% PAM+萱草、土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1% PAM+八仙花、土∶砂∶椰糠（4∶4∶2）+1%PAM+酢浆草。