建筑废弃物基质对琉璃苣早期发育的影响及其对城市绿地可持续管理的启示

《Urban Ecosystems》：Impact of construction-derived substrates on seed germination and early development of Borago officinalis: insight for sustainable management of urban green spaces

本研究针对城市绿地建设中天然表土过度开采和建筑废弃物处置难题，创新性地评估了沥青(AS)、标准砂(SS)和再生砂(RS)等典型建筑衍生基质对琉璃苣(Borago officinalis)种子萌发和幼苗早期发育的影响。通过生存分析、生物量测定和光合生理参数检测，发现沥青基质会显著延迟发育进程并导致60%死亡率，而再生砂表现出替代潜力。研究成果为构建基于废弃物的Technosols提供了实验依据，对推动城市生态的循环经济发展具有重要实践价值。

　　

随着全球城市化进程的加速，城市植被正面临着日益严峻的环境挑战。高楼林立的城市环境中，自然土壤被混凝土和沥青所取代，形成了独特的"城市土壤"。这些土壤不仅结构紧密、养分匮乏，还常常含有建筑废弃物等人工材料。更令人担忧的是，为了建设城市绿地，我们不得不从遥远的乡村和森林地区大量运输天然表土，这种不可持续的做法不仅成本高昂，还加剧了自然资源的枯竭。与此同时，城市每年产生大量建筑废弃物，它们的处理和填埋给城市管理带来了沉重负担。在这一背景下，科学家们开始思考：能否将这些"城市废物"转化为"城市财富"，用于支持城市绿地的建设？

正是在这样的思考下，来自意大利那不勒斯费德里科二世大学的研究团队开展了一项创新性研究，他们将目光投向了常见的建筑废弃物——沥青和建筑用砂，探讨这些材料能否作为植物生长的替代基质。研究团队选择琉璃苣这种对土壤条件敏感且在城市农业中广泛应用的植物作为研究对象，希望通过科学实验为城市绿地的可持续管理提供新思路。这项发表在《Urban Ecosystems》上的研究，不仅关乎植物的生长，更关乎我们如何以更智慧的方式建设未来的绿色城市。

研究团队采用了系统的实验设计和方法来评估不同基质对植物生长的影响。他们在开放式温室中模拟城市环境条件，使用四种基质：沥青(AS)、标准砂(SS)、再生砂(RS)和作为对照的盆栽土(SO)。通过每日观察记录种子萌发和幼苗发育情况，运用生存分析(Kaplan-Meier曲线和AFT模型)统计发育时序差异。在20天和43天两个时间点，测量生物量积累、叶面积等生长指标，使用LI-600便携式光合仪测定气体交换参数和叶绿素荧光，并通过高分辨率显微镜观察气孔密度等解剖特征。

生长发育时序差异显著

通过生存分析发现，不同基质对琉璃苣的发育进程产生了显著影响。盆栽土中的种子萌发速度最快，比沥青基质提前61%。在子叶展开和真叶出现阶段，沥青基质分别延迟了6倍和3倍时间，而两种砂质基质的延迟程度相对较轻。最为明显的是死亡率差异：沥青基质中幼苗死亡率高达60%，且死亡进程显著加快，而盆栽土中的幼苗存活率最高。

(%): the curve tracks the proportion alive(event correspond to mortal-ity). Lines show the mean across four replicates; shaded ribbons are 95% confidence intervals. Measurements were taken from sowing(Day 0) up to Day 43. Substrate treatments include Soil(blue line),Recycled Sand(orange line), Standard Sand(green line), and Asphalt(purple line). Time is expressed as days after sowing(DAS); all series start at 100% at t=0. These visual patterns align with Weibull AFT model results

生物量积累呈现梯度变化

生物量测量结果显示，盆栽土中生长的植株在根和茎的鲜重、干重方面均显著高于其他处理。在43天时，盆栽土植株的生物量积累最为显著，而沥青基质中的植株几乎看不到明显的生长。特别值得注意的是根冠比的变化：再生砂中的植株表现出最高的根冠比，这表明在养分受限条件下，植物会调整资源分配策略，优先发展根系以增强养分吸收能力。

(lighter colour). Substrate treatments include Soil(blue), Recycled Sand(orange), Standard Sand(green), and Asphalt(purple). Letters indicate statistically significant differences at P<0.05 based on post-hoc comparisons

生理特性发生适应性改变

气体交换参数显示，在子叶阶段，砂质和沥青基质中的植株气孔导度(gs)和蒸腾速率(E)均高于盆栽土，这可能是一种应激反应。然而到了真叶阶段，情况发生逆转：盆栽土植株表现出更优的气体交换能力，同时叶片温度更低，表明其具有更有效的蒸腾冷却机制。光合效率参数中，沥青基质植株的量子产额(QY)显著降低，说明其光合系统受到了不利影响。

解剖结构展现环境适应性

形态解剖特征分析揭示了植物对基质的适应性响应。盆栽土植株的叶面积最大，而沥青基质中的叶面积仅为对照的17.5%。气孔密度分析显示，非土壤基质中的植株气孔密度普遍较高，这可能是对水分胁迫的一种适应策略。叶片质量面积(LMA)在标准砂中最高，表明植物在不利条件下会投资构建更坚实的叶片结构。

这项研究通过多角度的实验证据表明，建筑废弃物作为植物生长基质具有明显的局限性，但也展现出一定的应用潜力。沥青基质由于压实度高、透水性差且可能含有污染物，完全不适用于植物早期发育。而再生砂和标准砂虽然性能不及天然土壤，但通过适当的改良和优化，有望成为构建人工Technosols的可行组分。

研究的深层意义在于为城市绿地建设提供了循环经济视角的解决方案。通过将本地易得的建筑废弃物转化为植物生长基质，不仅可以减轻填埋场压力，还能减少对天然表土的依赖，实现废物的资源化利用。这种"变废为宝"的思路符合联合国可持续发展目标的多重要求，包括可持续城市和社区、负责任消费和生产等目标。

特别值得关注的是，琉璃苣对基质条件的敏感性使其成为评估城市土壤质量的良好指示物种。其在各种基质中表现出的形态和生理可塑性，为监测城市环境变化提供了有价值的生物指标。未来研究可以进一步探索有机改良剂与建筑废弃物的优化配比，以及不同植物物种的响应差异，从而为特定城市绿地类型定制最适宜的基质配方。

这项研究不仅增进了我们对植物-基质相互作用的理解，更重要的是为城市规划者和景观设计师提供了科学依据，帮助他们在生态效益和资源约束之间找到平衡点。随着越来越多城市向可持续发展转型，这种基于循环经济原则的绿地建设模式，必将为创建更宜居、更 resilient 的城市环境贡献重要力量。