《Plant and Soil》：Using recovered road sweepings in manufactured soils: a Betula pendula growth trial
编辑推荐：
摘要
背景与目的
可持续土壤管理实践对于逆转土壤退化并维持或创造“健康土壤”至关重要。经回收与处理的街道清洁残留物（street cleansing residues，SCRs）产量巨大且常被填埋处置，其有望作为原生土壤的适宜“循环经济”替代方案。
方法
研究
摘要
背景与目的
可持续土壤管理实践对于逆转土壤退化并维持或创造“健康土壤”至关重要。经回收与处理的街道清洁残留物（street cleansing residues，SCRs）产量巨大且常被填埋处置，其有望作为原生土壤的适宜“循环经济”替代方案。
方法
研究人员以速生且常见的街道树种——垂枝桦（Betula pendula；N=60）为对象，在来源于SCRs的多种人工土壤（N=4）中测试其生长响应，并与多种市售对照土壤（N=4）进行比较，以评估人工土壤的适宜性，并识别废弃物衍生土壤中潜在的有害元素，以便在工艺中去除或在后续土壤改良中加以缓解。在12个月期间，研究人员监测了关键土壤参数（包括pH、有机质、碳和氮含量）及树木健康参数（采用非破坏性技术，如树木生长、叶绿素估算/提取和叶片氮含量）。
结果
所测土壤记录了不同的理化性质，废弃物衍生（混合）土壤表现出较高的pH、升高的C:N比和有机质含量，其在支持树木生长方面与商业土壤表现相当，但树木生长也存在显著差异。基于智能手机的技术，如接触式图像叶绿素估算方法，显示出监测“整体树木健康”的适用性，而提取的叶绿素和叶片氮含量则表明B. pendula生长健康。
结论
本研究首次证明，回收的道路清扫物能够生长健康的树木，因此可成功用作城市种植方案中的土壤。若该方案可规模化且待监管批准及更广泛的测试（即更多树种、更长生长周期）后，使用道路清扫物衍生土壤将对城市区域的循环经济产生显著效益，为原本废弃的物料提供有价值的用途，支持城市绿化议程，并减少对天然土壤的需求。
论文解读
一、研究背景与问题
城市植被，包括树木，为人类提供诸多环境、经济和社会效益，如心理健康改善、洪水缓解和城市热岛缓冲等。然而，城市树木的生长受到多种因素制约，包括污染加剧、土壤退化、非本地物种竞争和生境破碎化等。城市土壤常受人为强烈影响，导致其组成和功能发生改变。具体而言，城市树木种植坑（tree pits）常面临植物可利用养分缺乏、养分循环受阻、有机质含量低、pH偏高以及除冰盐使用等不利条件，这些因素显著抑制了城市树木的寿命和生长。在英国，11%的土地被归类为城市用地，而土壤退化每年造成约12亿英镑的经济损失，英国政府设定了到2030年逆转土壤退化的目标，亟需可持续的土壤利用与管理实践。
道路清扫作业是城市管理的常规操作，旨在在污染物进入水体前将其从路面清除。收集的清扫物含有多种物料，包括垃圾、砂砾、落叶、玻璃、纸张和塑料等，可能含有潜在有害元素（potentially harmful elements，PHEs）如金属（类）和有机污染物（如总石油烃，total petroleum hydrocarbons，TPHs）。然而，道路清扫物同时也含有对植物生长有益的宏量和微量营养元素。目前，道路清扫废物须送往填埋场或焚烧设施处置。经洗涤和分离处理后，可回收砾石和沙子，而较细物料（即黏土和粉砂）目前缺乏商业出路，通常被送往填埋场，造成显著成本和自然资源浪费。这类物料若能在人工土壤中提供支持植物生长的关键性质，将有助于循环经济，减少对“原生物料”的需求。
在此背景下，英国已出台专门规范（PAS115:2021），为道路清扫和沟渠废物（非危险）衍生用于土壤或土壤改良剂的物料制定了规范。然而，此类产品的商业化和广泛使用仍需符合《废物框架指令》（2008/98/EC）下的“废物终结标准”（End-of-Waste Criteria，EoW），以确保经回收或再生处理的物料在重新分类为产品而非废物之前满足特定质量和安全标准。此外，使用再生土壤而非挖掘的“天然”土壤还有利于减少土壤有机碳（soil organic carbon，SOC）的再分布及其相关的温室气体排放。近年来，“技术土壤”（technosols）——即由回收材料组装或制造以满足特定质量需求的土壤——受到越来越多的关注，多项研究表明矿物结构组分（如拆除 rubble、回收混凝土或分选砖和砂浆）、结构土壤和开挖底土可改善城市树木的生境条件。
二、研究内容与结论
本研究首次对回收道路清扫废物及模拟混合土（含回收废物材料）中垂枝桦（B. pendula）进行了为期12个月的时序性能监测，并与多种市售（认证）树木土壤（如BS 3882表土、BS 8601底土、阿姆斯特丹树木砂和增强型树木砂）进行比较。研究采用侵入性和非侵入性树木健康监测技术（如叶绿素提取和叶片接触图像）进行全年生长周期评估，以评价回收道路清扫废物作为潜在（循环）替代生长介质的可行性。
三、主要技术方法
研究人员从大曼彻斯特城市群周边约50英里半径范围内收集街道清洁残留物，经物理化学处理厂分离为不同粒径的骨料（>4 mm）、砂（0.075–4 mm）和细残留物（含粉砂和黏土，即“滤饼”，称为废弃物衍生材料，waste-derived material，WDM）。试验设置包括：100% WDM（C0）、模拟“斯德哥尔摩混合土”（含100%骨料、7.5% WDM和7.5% PAS100堆肥，C1）、模拟“城市树木砂”（50% WDM和50%回收砂，C2；或40% WDM、40%水洗砂、15% PAS100和5%生物炭，C3），以及四种市售对照土壤。共60株垂枝桦树苗分别种植于模拟城市树坑的中型散装容器（IBCs）、30 L生长袋（部署于城市苗圃和大学温室）中。研究监测了土壤理化参数（pH、电导率、容重、持水量、元素和养分浓度）和树木健康参数（树高、树干直径、根系体积/面积、叶绿素估算/提取、叶片碳氮含量）。叶绿素估算采用智能手机接触式成像技术，基于暗绿色指数（dark green colour index，DGCI）和RGB值计算；叶绿素提取采用80%丙酮萃取后UV-VIS分光光度法测定；叶片氮含量采用元素分析仪测定。
四、研究结果
（一）土壤理化特性
废弃物衍生（混合）土壤表现出增强的特性，即较高的有机质（OM%）和C:N比，这些特性可能在整个试验期间对植物生长具有重要意义。不同土壤记录了不同的理化性质，废弃物衍生（混合）土壤表现出较高的pH、升高的C:N比和有机质含量。
（二）树木生长响应
废弃物衍生（混合）土壤在支持树木生长方面与商业土壤表现相当，但树木生长也存在显著差异。研究人员比较了不同土壤中垂枝桦的生长参数，包括树高增长和树干直径变化，以评估各土壤支持树木生长的能力。
（三）叶绿素与叶片氮含量
基于智能手机的接触式图像叶绿素估算方法显示出监测“整体树木健康”的适用性。提取的叶绿素和叶片氮含量均表明垂枝桦在测试土壤中生长健康。叶片氮含量（N wt%）与叶绿素含量存在相关性，被用作评估树木健康的指标。
五、讨论与结论
本研究首次证明，回收的道路清扫物能够生长健康的树木，因此可成功用作城市种植方案中的土壤。废弃物衍生土壤在支持树木生长方面与商业土壤表现相当，表明其作为循环经济替代方案的可行性。智能手机接触式成像技术为树木健康监测提供了低成本、高吞吐量的非破坏性方法。若该方案可规模化且待监管批准及更广泛的测试（即更多树种、更长生长周期）后，使用道路清扫物衍生土壤将对城市区域的循环经济产生显著效益，为原本废弃的物料提供有价值的用途，支持城市绿化议程，并减少对天然土壤的需求。然而，研究人员也指出，需要更长期（即超过3年）的生长试验，使用垂枝桦及其他常见街道树种（如椴树Tilia sp.、悬铃木Platanus x hispanica和欧亚槭Acer pseudoplatanus等），以更详细地评估回收材料（混合土）的植物生长支持能力。
