加拿大东部本土柳树替代宫部柳在氮污染渗滤液植物过滤系统中的潜力与优势研究

本研究深入探讨了三种加拿大本土柳树（桃叶柳、比氏柳与黑柳）相较于引进品种宫部柳（Salix miyabeana 'SX64'）在处理垃圾填埋场氮污染渗滤液中的表现。通过模拟填埋场高氮负荷与淹水环境，研究发现黑柳（S. nigra）展现出卓越的耐逆性与脱氮效能，其叶片氮储量显著高于其他物种，且在间歇性渗滤液灌溉（cyclic treatment）模式下表现最佳。该研究为构建兼具高效污染物去除（phytofiltration）与生态可持续性的植被过滤系统（vegetative filters）提供了关键数据支持，推动本土物种在生态工程（ecological landscaping）中的应用。

　　

引言

垃圾填埋场有机废物分解产生富含氮（N）的渗滤液，直接排放对环境构成严重威胁。柳树等植物具备通过植物过滤（phytofiltration）净化污染水体的潜力，但需耐受高浓度污染物与淹水环境。当前中试规模填埋场渗滤液处理多采用外来物种，而本土物种的应用潜力尚未充分探索。本研究以加拿大东部三种本土柳树（桃叶柳 Salix amygdaloides、比氏柳 Salix bebbiana 与黑柳 Salix nigra）为对象，与广泛应用的宫部柳（Salix miyabeana 'SX64'）品种对比，评估其在氮过载与淹水条件下的适应性及脱氮效能。

材料与方法

实验在蒙特利尔植物园生长设施中进行。四种柳树的休眠插条种植于混合基质中，35天后移植至12升盆栽土壤中。实验设置五种处理：（1）对照（充足水肥）；（2）氮过载（等效800 kg N·ha^-1·season^?1，以硫酸铵形式）；（3）淹水；（4）淹水+氮过载；（5）间歇处理（周期性淹水与排空）。实验采用完全随机区组设计，持续6周。监测指标包括植株高度、生物量、叶片营养含量、根系形态适应性（不定根、上翻根与皮孔）及碳稳定潜力（茶包指数法Tea Bag Index）。氮去除潜力通过叶片干重与氮含量乘积估算，并换算为公顷级规模（16,000株/公顷）。

结果

植物生长与生物量生产因物种与氮处理方式而异。氮过载促进所有物种生长，宫部柳高度达2米（p < 0.001）。淹水条件下，宫部柳、桃叶柳与黑柳生长未显著受抑制，而比氏柳高度降低50%（p < 0.05）。生物量生产显示，黑柳在除对照外所有处理中表现最优，比氏柳最差。间歇处理下，所有物种生长均优于其他淹水条件。

氮过滤条件显著改变柳树形态与生理响应。根冠比在氮过载下普遍降低，间歇处理略微缓解这一趋势。黑柳在淹水与氮过载复合处理下叶片面积保持高位，而比氏柳叶片含水量降至44%。叶片营养分析表明，钾、镁含量稳定，而磷、钙在比氏柳与宫部柳中显著降低，尤其在淹水+氮过载处理下。黑柳与桃叶柳营养状态更稳定。

根系适应性特征（不定根、上翻根与皮孔）在淹水条件下普遍出现。比氏柳适应性特征最少，皮孔在宫部柳中广泛存在。黑柳与宫部柳在间歇处理下发展出不定根。

过滤潜力评估显示，碳稳定因子在淹水处理下最高，间歇处理居中。叶片氮浓度在氮过载下普遍超过3%（对照<2%）。黑柳氮去除潜力在所有含氮处理中均高于75 kg·ha^-1，且在不同处理间保持一致。宫部柳在间歇处理下氮去除潜力较高，而桃叶柳与比氏柳在淹水条件下未显示提升。

讨论

本研究证实本土柳树（尤其黑柳）在渗滤液处理中具显著优势。黑柳的等水行为（isohydric behavior）、高生物量生产与形态适应性（如不定根与皮孔）支持其在淹水与高氮环境下的生存。间歇性渗滤液灌溉策略不仅优化植物生长，还为实际操作提供灵活性。本土物种的引入可增强植被过滤系统的生物多样性与生态韧性，减少对外来物种的依赖。

长期中试试验需进一步验证这些发现，但当前数据已表明黑柳与间歇处理组合在工程生态景观（engineered ecological landscaping）中的巨大潜力。

结论

宫部柳与加拿大本土柳树（黑柳与桃叶柳）均能耐受氮过载与淹水条件，同时从渗滤液中去除氮，且生物量与生长未受抑制。黑柳在复合处理下生物量增加，并表现出淹水适应性特征（不定根、上翻根与皮孔），其叶片氮储量显著高于其他物种。间歇性渗滤液应用比传统灌溉更促进生长，且氮去除效能无显著差异，为未来生态工程应用提供新方向。