Improvement of sewage sludge and enhanced measure on soil of rare earth mine wasteland
-
摘要:目的
探究添加城市污泥对稀土矿废弃地土壤的改良作用，以及在添加污泥基础上添加蔗渣和土壤调理剂的强化效果，以期为稀土矿区土壤改良提供理论依据，也为城市污泥资源化利用提供新思路。
方法以稀土矿区土壤为研究对象，设置3个处理：添加污泥(T1)、添加污泥+蔗渣(T2)、添加污泥+蔗渣+土壤调理剂(T3)，矿区土壤作为对照(CK)，以剑豆Canavalia gladiata为种植材料，通过盆栽试验验证土壤改良效果；测定土壤理化性质和剑豆生长指标，运用主成分分析和模糊隶属函数分析方法综合分析不同处理的土壤改良效果。
结果与对照相比，3种处理均极大地改善了矿区土壤的理化性质，促进了剑豆生长和氮、磷、钾养分元素吸收。其中，T1处理使土壤容重降低27.64%，总孔隙度提高23.91%，毛管持水量提高42.41%，有机质含量提高11.01倍，全磷、碱解氮、速效磷、速效钾含量大幅增加；T2处理的土壤物理性质优于T1，有机质含量提高25.9%，pH提高0.32；T3处理的土壤pH(7.22)最高，较T2提高49.17%，速效磷、速效钾含量分别提高0.46%和11.05%。T2和T3处理植株的总生物量显著高于T1和CK，且T2和T3处理之间无显著差异；单株氮、磷、钾的积累量均在T2处理达到最大值，分别为934.43、172.07、931.35 mg，且与其他处理差异显著。CK、T1、T2、T3的隶属函数平均值分别为0.06、0.56、0.83、0.90，土壤改良效果排序为T3>T2>T1。
结论添加污泥显著改良矿区土壤，在添加污泥基础上加入蔗渣和土壤调理剂的改良效果显著增强。
Abstract:ObjectiveTo study the improvement effect of urban sewage sludge addition on soil of rare earth mine wasteland, and the strengthening effects of adding bagasse and soil conditioner on the basis of sewage sludge, and provide a theoretical guidance for soil improvement of rare earth mining areas and utilization of urban sewage sludge resources.
MethodThe soil of rare earth mine wasteland was selected as research object. Three treatments including adding sewage sludge (T1), adding sewage sludge and bagasse (T2), adding sewage sludge, bagasse and soil conditioner (T3) were set. The soil of rare earth mine wasteland was used as control (CK). Canavalia gladiata was chosen as test material to verify soil improvement effect through pot experiment. The physicochemical properties of testing soil and C. gladiata growth indexes were determined, and the soil improvement effects of different treatments were comprehensively analyzed by principal component analysis and fuzzy membership function analysis.
ResultCompared with the control, three treatments greatly improved the physicochemical properties of soil in mining area, promoted the growth of C. gladiata and the absorption of N, P and K nutrient elements. T1 reduced soil bulk density by 27.64%, increased total porosity by 23.91%, increased capillary water holding capacity by 42.41%, increased the content of organic matter by 11.01 times, and meanwhile greatly increased the contents of total P, alkaline hydrolytic N, available P and available K. The soil physical properties of T2 were better than those of T1, with organic matter content increased by 25.9% and pH increased by 0.32. The soil pH (7.22) of T3 was the highest, which was 49.17% higher than T2, and the contents of available P and available K increased by 0.46% and 11.05% respectively. The total plant biomasses of T2 and T3 were significantly higher than those of T1 and CK, and there was no significant difference between T2 and T3. The accumulations of N, P and K per plant reached the maximums in T2, which were 934.43, 172.07 and 931.35 mg respectively, and significantly different from other treatments. The average subordinate function values of CK, T1, T2 and T3 were 0.06, 0.56, 0.83, 0.90 respectively, and the soil improvement effects were ranked as T3>T2>T1.
ConclusionThe addition of urban sewage sludge significantly improves the soil of mining area, and the improvement effect is significantly enhanced by adding bagasse and soil conditioner on the basis of adding sewage sludge.
-
Keywords:
- Canavalia gladiata /
- rare earth soil /
- sewage sludge /
- bagasse /
- soil conditioner
-
植物病原菌与特定植物通过长期协同进化产生可亲和性，形成特有的寄主范围，即植物病原菌寄生专化性[1]。由于非寄主植物的免疫抗性作用，植物病原菌较少跨越宿主侵染非寄主[2]，但特定条件下，病原菌也会出现宿主跳跃侵染非自然宿主的现象[3]，此为病原菌进化的策略之一。但近年研究发现，镰刀菌、炭疽菌等多种重要的植物病原真菌，出现跨界侵染人体的现象[4-5]。
尖孢镰刀菌Fusarium oxvsporum属于半知菌类Xmperfeetifungi镰刀菌属Fusarium[6]，可引起瓜类、香蕉、棉花以及花卉等农作物、经济作物的枯萎病和腐烂病，给农业生产带来巨大威胁，造成严重经济损失。目前，防治枯萎病的方法主要是使用化学药剂以及利用农业措施等[7]，但由于该病为土传病害，防治效果均不太理想，因而，通过深入探究病原与宿主间相互作用的分子机制，筛选抗病基因、培育抗病品种是防治该病害的重要思路。
天然免疫是动、植物识别和响应外来病原物攻击的重要防御措施，其进化地位古老且保守。动、植物的天然免疫在异物识别与抗微生物的分子组成等方面呈现高度相似性[8-9]。植物借助细胞膜表面的模式分子识别受体(Pattern recognition receptors，PRRs)、胞质内R蛋白识别病原相关分子模式(Pathogenassociated molecular patterns ，PAMPs )和病原效应因子启动天然免疫程序，植物的PRRs与动物Toll-like 受体相似，R蛋白的结构和功能均与动物CLR(Nod)蛋白相似[10]。动、植物免疫程序的启动均表现为丝裂原活化蛋白激酶级联(MAPK)信号的激活，转录因子的激活，一氧化氮、活性氧以及抗菌物质的表达等一系列响应过程[8]。这充分体现了天然免疫在动、植物进化起源中的一致性。由于缺乏特定的免疫组织、细胞、外周循环系统，相对于高等动物，秀丽隐杆线虫Caenorhabditis elegans的免疫组成和响应方式与植物的更为接近。因而，利用秀丽隐杆线虫深入探索植物病原菌与宿主间相互作用的分子机制，筛选针对病原菌的抗性基因，是研究植物抗病性、寻找植物抗病基因的另一视角。
本文利用秀丽隐杆线虫与尖孢镰刀菌共培养的方式，探索尖孢镰刀菌对线虫基本生物学特性的影响，并就其影响机理进行分析，以期为深入研究尖孢镰刀菌与宿主间相互作用的分子机制以及植物对其抗病性及抗病基因奠定基础。
1. 材料与方法
1.1 菌株培养及孢子悬浮液的制备
方法参照文献[11]。尖孢镰刀菌菌株从患根腐病的天麻上分离纯化获得，于PDA固体培养基28 ℃恒温培养4 d，再取新鲜菌饼接种于150 mL PDA液体培养基中，25 ℃、 180 r/min培养10 d[12]，以无菌纱布过滤除去菌丝获得孢子菌悬液，M9缓冲液将孢子含量稀释至106 mL−1备用。
1.2 线虫的培养和同步化
试验选用野生型N2线虫株，以NGM固体培养基进行培养，以大肠埃希菌Escherichia coli OP50菌株作为线虫食物，25 ℃条件下恒温培养，待线虫长至产卵期时进行同步化，方法参照文献[13]，获得L1期幼虫备用。
1.3 试验平板制备
6 cm NGM平板表面均匀涂布200 μL相应含量的尖孢镰刀菌孢子菌悬液，待吹干后，平板中央滴加50 μL离心浓缩的OP50菌液。分别以尖孢镰刀菌灭活孢子和无孢子作为2个对照组，灭活孢子组在NGM平板表面均匀涂布经高温灭活的尖孢镰刀菌孢子液200 μL，待风干后滴加50 μL浓缩OP50菌液；无孢子组则在NGM板上均匀涂布200 μL液体PDA，风干后平板中央加入50 μL浓缩OP50菌液，以上各培养板于28 ℃恒温箱培养24 h，备用。
粗毒素板及其对照组：参考台莲梅等[14]的方法获得尖孢镰刀菌粗毒素。尖孢镰刀菌于PDA液体培养基中，25 ℃、180 r/min培养10 d，无菌纱布过滤除去菌丝收集菌液，菌液再通过0.45 μm过滤器除去分生孢子，获得含毒素菌液。试验组为NGM板上涂布200 μL含毒素菌液，对照组加同等体积液体PDA培养基，风干后加50 μL浓缩的OP50菌液，备用。
1.4 尖孢镰刀菌对线虫寿命、体长、繁殖力、咽运动速率及运动能力的影响
将同步化后L1期幼虫分别接种至活性孢子(Active spores，AS)、灭活孢子(Inactive spores，IS)及无孢子(No spore，NS)对照，的NGM培养板上，每板约50~70条虫，25 ℃条件下培养，每24 h统计线虫存活率，线虫长至成虫产卵时，须将原成虫转移至新的相应培养板上继续统计，每组至少3个重复。
将L1期幼虫接种于试验板和对照板，培养至12、24、36、48以及60 h时，各组随机挑取15条线虫，福尔马林固定，测量虫体大小，方法参照文献[15]。
将L1期幼虫分别接种于试验板和对照板，25 ℃培养至L4期，从各板中分别随机挑取一条线虫置于新培养板上，25 ℃条件下培养48 h后，统计该板内幼虫数量，每组至少3个重复。
L1期线虫接种至试验板和对照板，分别在接种后48、60 h测定线虫的咽泵运动速率，每组随机选取15条虫进行测量，方法参照文献[16]。
L1期线虫接于各平板上，25 ℃条件下培养48 h之后，测定1 min内线虫头部摆动和身体弯曲频次，即线虫运动能力，参考Yang等[17]的方法，每组测定15条。
1.5 生物信息学分析
为了进一步探讨尖孢镰刀菌对秀丽隐杆线虫生物学特性影响的分子机制，收集与活性孢子、灭活孢子共培养60 h的线虫并提取mRNA，以无孢子为空白对照组，进行转录组学测序，并对差异表达基因进行GO和KEGG分析。每个处理重复3次。
1.6 数据处理
运用GraphPad Prism 5进行数据处理，结果用平均值 ± 标准差表示；t检验分析2组数据的差异显著性。
2. 结果与分析
2.1 镰刀菌孢子在NGM板上的生长情况
分别在NGM板上铺满活性孢子、灭活孢子及液体PDA，吹干后加入浓缩的OP50菌液。如图1所示，培养24 h后铺有活性孢子的NGM板上有菌丝产生，说明该菌分生孢子可在NGM板上萌发并生长产生菌丝体。
2.2 尖孢镰刀菌对秀丽隐杆线虫寿命的影响
秀丽隐杆线虫与尖孢镰刀菌孢子共培养结果(图2)显示，共培养的前5 d中，活性孢子组(AS)、灭活孢子组(IS)以及无孢子对照组(NS)的线虫存活率无显著差异(图2a)；从第6天开始，3组线虫的存活率表现出差异，导致线虫最终寿命呈现显著性差异(P<0.05)(图2a)；AS组线虫的平均寿命为16 d，IS组线虫平均寿命为19 d；而NS组线虫平均寿命为18 d。此外，与有活性孢子共培养的死亡线虫可在显微镜下观察到虫体周围布满菌丝的现象(图2b、2c)，而活虫虫体上则无该现象。
![]()
图 2 尖孢镰刀菌对线虫存活率的影响“*”“**”“***”分别表示相同时间处理与对照(NS)在0.05、0.01和0.001水平差异显著(t检验)Figure 2. Effect of Fusarium oxysporum on Caenorhabditis elegans survival rate“*” “**” and “***” indicate that there are significant differences between treatment groups and the control group (NS) at 0.05, 0.01 and 0.001 levels at the same time, respectively (t test)2.3 尖孢镰刀菌孢子对线虫体长的影响
线虫与尖孢镰刀菌孢子共培养自36 h开始，试验组与对照组线虫体长呈现显著差异，AS组的线虫体长显著小于IS组和NS组的(P<0.05)，而IS组和NS组的线虫，体长无明显差异(图3、4)。AS组线虫在36 h时体长为712.79 μm，IS组线虫体长为786.53 μm，而NS组体长为816.43 μm；在共培养60 h后，AS组线虫体长为1257.84 μm，IS组线虫1547.65 μm，NS组线虫为1495.10 μm。这些结果表明尖孢镰刀菌影响秀丽隐杆线虫的发育，且只有在尖孢镰刀菌孢子具有活性时才会产生影响效应。
![]()
图 3 尖孢镰刀菌对线虫体长的影响“**”和“***”分别表示相同时间内不同处理组间在0.01和0.001水平差异显著(t检验)Figure 3. Effect of Fusarium oxysporum on nematode body length“**” and “***” indicate that there are significant differences among different treatment groups at 0.01 and 0.001 levels at the same time, respectively (t test)![]()
图 4 线虫分别在无孢子(NS)、灭活孢子(IS)及活性孢子(AS)组共培养不同时间的体长Figure 4. Body length of nematodes in NS, IS and AS groups at different time of cocultrue2.4 尖孢镰刀菌对线虫繁殖力、咽泵运动速率及运动能力的影响
如图5所示，尖孢镰刀菌具有活性的分生孢子加入培养体系后，在相同观测时间下，1条成虫所繁殖的幼虫数量为99条，与IS组(128条)和无孢子对照组(132条)相比，AS组的线虫繁殖能力显著下降(P<0.05)，而IS组与NS组间则无明显差异，表明尖孢镰刀菌对线虫的繁殖能力具有明显的抑制作用，而孢子被灭活后，该抑制作用即被消除。
![]()
图 5 尖孢镰刀菌对线虫繁殖的影响“*”和“**”分别表示相同时间内不同处理组间在0.05和0.01水平差异显著(t检验)Figure 5. Effects of Fusarium oxysporum on fecundity in Caenorhabditis elegans“*” and “**” indicate that there are significant differences among different treatment groups at 0.05 and 0.01 levels at the same time, respectively (t test)线虫咽泵运动速率可反映其进食情况，将同步化后的L1期线虫分别于AS板、IS板及NS板上培养48和72 h后，随机挑取各板线虫15条，并统计其咽泵运动速率。如图6所示，线虫在AS板、IS板及NS板内培养后，其咽泵运动速率无显著性差异。
![]()
图 6 尖孢镰刀菌对线虫咽泵运动速率的影响Figure 6. Effect of Fusarium oxysporum on pharyngeal pumping rate of nematodes如图7所示，在与尖孢镰刀菌孢子共培养后，活性孢子组(AS)线虫的身体弯曲和头部摆动频率分别为94和97次/min，这与灭活孢子组(IS)和无孢子组(NS)线虫的身体弯曲及头部摆动频率无显著差异，表明该菌分生孢子并未对线虫的运动能力产生显著影响。
![]()
图 7 尖孢镰刀菌对线虫运动能力的影响Figure 7. Effects of Fusarium oxysporum on locomotor ability of nematodes2.5 尖孢镰刀菌次生代谢物对秀丽隐杆线虫表型特征的影响
如图8所示，在NGM板中加入200 μL尖孢镰刀菌次生代谢物，试验组线虫的平均寿命为20 d，对照组的线虫平均寿命为19 d(图8a)；试验组在60 h时的体长为1071.80 μm，对照组线虫的体长为1078.63 μm(图8c)；与无毒素对照组相比(132条)，试验组的线虫(125条)繁殖能力并未呈现显著差异(图8b)；此外，尖孢镰刀菌次生代谢物的添加也并未改变线虫运动能力（图8d）和咽泵运动速率(图8e)。
![]()
图 8 尖孢镰刀菌毒素对秀丽隐杆线虫生理特征的影响Figure 8. Effects of Fusarium oxysporum toxin on the physiological characteristics of Caenorhabditis elegans2.6 转录组质量控制分析
每个样本的原始检测数据为47185902~48933528条，过滤后序列为44038824~45110062条。Q20(Phred值大于20的碱基占总碱基的百分比)均大于97%，Q30(Phred值大于30的碱基占总碱基的百分比)均大于91%，说明测序质量较高，能满足后续的生物信息学分析要求。
2.7 线虫转录组测序分析
经表达差异分析，以P<0.05和log2(Foldchange)>0作为筛选条件，结果(图9)显示，相比于NS组，AS组线虫出现差异表达的基因共有1119个，其中表达上调的基因有703个，表达下调的基因为416个(图9a)；IS组与NS组相比，表达差异基因共有663个，其中357个基因表达上调，306个基因表达下调(图9b)。AS组与IS组共同差异表达的基因有173个(图9c)。结果表明尖孢镰刀菌可从基因表达水平对秀丽隐杆线虫的生命活动造成显著影响。
![]()
图 9 差异基因散点图(a、b)和韦恩图(c)Figure 9. Differential gene scatter plot (a, b) and Venn diagram (c)对差异表达基因进行GO分析，使用R软件中的phyper函数进行富集分析，计算P 值，然后对P值进行FDR校正得到Q，通常Q≤ 0.05的功能视为显著富集。分别从分子功能(Molecular function，MF)、生物学途径(Biological process，BP)和细胞组成(Cellular component，CC)3个部分AS组和IS组线虫的差异表达基因进行GO注释。在AS组线虫的差异基因一共注释到1120条GO术语，有显著性差异的有33条，主要富集的生物过程共注释到13条(图10a)，其中先天免疫反应(Innate immune response)富集到的基因最多；分子功能注释到14条(图10b)，氧化还原酶活性(Oxidoreductase activity)富集到的基因最多；细胞组成注释到6条(图10c)，细胞外区域(Extracellular region)富集到的基因最多。而IS组线虫，差异表达基因一共注释到1245条GO术语，具有显著性差异的为78条，其中生物过程注释到33条(图11a)，先天免疫反应(Innate immune response)富集到的基因最多；分子功能注释到36条(图11b)，氧化还原酶活性(Oxidoreductase activity)富集到的基因最多；细胞组成注释到9条(图11c)，线粒体(Mitochondrion)富集到的基因最多。表明秀丽隐杆线虫通过调控相关免疫基因响应尖孢镰刀菌对其产生的影响。
![]()
图 10 活性孢子 (Active spores, AS)组和无孢子 (No spore, NS)组差异基因的GO功能注释Figure 10. GO function annotation of differential genes in AS and NS groups![]()
图 11 灭活孢子(Inactive spores, IS)组和无孢子(No spore, NS)组差异基因的GO功能注释Figure 11. GO function annotation of differential genes in IS and NS groups对差异基因进行KEGG分析，与NS组相比，AS组线虫的差异表达基因主要富集在以下几个调节通路(图12a)：药物代谢−细胞色素P450通路(Drug metabolism - cytochrome P450)、代谢外源性物质的细胞色素P450通路(Metabolism of xenobiotics by cytochrome P450)、脂肪酸代谢通路(Fatty acid metabolism)、类固醇激素合成通路(Steroid hormone biosynthesis)；IA与NS组间(图12b)的差异表达基因主要富集在脂肪酸代谢通路(Fatty acid metabolism)、过氧化物酶体通路(Peroxisome)、脂肪酸降解通路(Fatty acid degradation)、不饱和脂肪酸通路的合成(Biosynthesis of unsaturated fatty acids)。
![]()
图 12 活性孢子(Active spores, AS)组、无孢子(No spore, NS)组和灭活孢子(Inactive spores, IS)组差异基因KEGG通路富集柱状图Figure 12. KEGG pathway enrichment histogram of differential genes of AS, NS and IS groups3. 结论与讨论
研究结果表明，尖孢镰刀菌具有活性的分生孢子加入线虫培养基后，显著影响了秀丽隐杆线虫的寿命、体长和繁殖能力，这与白色念珠菌Monilia albican[18]、胶孢炭疽菌Colletotrichum[19]侵染线虫的趋势一致；且尖孢镰刀菌的孢子被灭活后，其影响效应也随之消失；但对线虫的运动能力以及咽泵运动速率无明显影响。由此可见，尖孢镰刀菌对线虫的损伤主要集中在线虫的生长发育和繁殖两方面，且活菌是产生该损伤的必要条件。在共培养的前5 d，线虫的存活率并未受到孢子的影响，而在共培养第6天开始，活性孢子组线虫的死亡率相较于灭活孢子组及无孢子组明显升高，这可能与线虫的防御机制相关，线虫的衰老导致其抵抗力下降，更易于被尖孢镰刀菌损伤。对活性孢子组中死亡线虫的显微观察发现，该虫体周围布满菌丝，这与圆锥掘氏梅里霉[20] Drechmeria coniospora、马尔尼菲青霉菌[21]Penicillium marneffei和烟曲霉[22]Aspergillus fumigatus感染线虫的现象一致。因而，尖孢镰刀菌菌丝是否能够穿透虫体体壁组织从而对虫体造成机械伤害还有待后续试验验证。作为最常见的植物病原真菌，尖孢镰刀菌常存在于谷物中，其代谢产生的毒素对人及牲畜造成严重威胁，如导致人体急性淋巴细胞性白血病[23]。黑曲霉及链格孢菌的发酵液对线虫的寿命、头部摆动以及体长均具有显著的影响作用[24]，而本试验中，尖孢镰刀菌的代谢粗提物并未对线虫产生明显损伤，这可能是因为试验中尖孢镰刀菌代谢物由于菌丝体的去除而不能长时间积累，浓度过低。因而，本试验体系中，尖孢镰刀菌对线虫的损伤究竟是因为菌丝的机械伤害，亦或是菌丝在生长过程中产生的次生代谢物所致，还有待更深入地探讨和研究。
本研究转录组测序结果发现AS vs NS组差异表达基因的数量显著高于IS vs NS组，说明试验中AS组通过调节线虫更多的基因来响应有活性尖孢镰刀菌对其造成的伤害；GO分析结果表明共培养体系中尖孢镰刀菌的加入主要影响了线虫体内的先天免疫反应和氧化酶活性的生物功能，而KEGG富集对差异表达基因代谢通路分析显示，药物代谢−细胞色素P450通路、代谢外源性物质的细胞色素P450通路和脂肪酸代谢通路是线虫响应尖孢镰刀菌的主要信号通路。
作为重要的植物病原真菌，尖孢镰刀菌可对线虫的寿命、繁殖能力、体长等生物学特征产生显著影响，且转录组数据分析表明线虫通过调节免疫相关基因以及细胞色素P450信号等信号通路响应尖孢镰刀菌对其产生的影响。由此可见，该菌−虫共培养模型可能成为探索动、植物间天然免疫相似性以及进化关系的重要工具，进而为寻找存在于植物中的广谱抗病基因奠定基础。
-
![]()
图 1 不同处理对植株养分元素积累量的影响
相同元素柱子上方的不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05，Duncan’s法)
Figure 1. Effects of different treatments on nutrient element accumulations in plant
Different lowercase letters on the columns of the same element indicated significant differences among different treatments(P<0.05, Duncan’s test)
![]()
图 2 土壤改良效果综合评价的主成分分析
图b中，1：pH，2：容重，3：总孔隙度，4：毛管持水量，5：有机质含量，6：全氮含量，7：全磷含量，8：全钾含量，9：碱解氮含量，10：速效磷含量，11：速效钾含量，12：植株高度，13：单株总生物量，14：单株氮积累量，15：单株磷积累量，16：单株钾积累量
Figure 2. Principal component analysis of comprehensive evaluation on soil improvement effect
In figure b, 1: pH, 2: Bulk density, 3: Total porosity, 4: Capillary moisture, 5: Organic matter content, 6: Total N content, 7: Total P content, 8: Total K content, 9: Alkaline hydrolytic N content, 10: Available P content, 11: Available K content, 12: Plant height, 13: Total biomass per plant, 14: Accumulation of N per plant, 15: Accumulation of P per plant, 16: Accumulation of K per plant
表 1 供试原土、污泥、土壤调理剂的理化性质及土地改良用泥国标
Table 1 Physicochemical properties of raw soil, sewage sludge, soil conditioner and national standard of sewage sludge for land improvement
供试材料
Test materialw/(g·kg−1) w/(mg·kg−1) 有机质
Organic matter全氮
Total N全磷
Total P全钾
Total K碱解氮
Alkaline hydrolytic N速效磷
Available P速效钾
Available K矿区土 Mine soil 7.93 1.71 0.01 42.85 17.38 2.85 105.49 污泥 Sewage sludge 220.20 21.04 23.63 13.83 1 658.67 1 750.53 2 229.47 土壤调理剂 Soil conditioner 8.31 0.08 0.30 18.39 5.83 8.50 405.61 供试材料
Test materialpH w/(mg·kg−1) Cu Zn Pb Cd Ni 矿区土 Mine soil 4.36 5.08 49.74 76.04 0.25 1.76 污泥 Sewage sludge 5.01 423.66 863.49 48.51 4.55 47.96 土壤调理剂 Soil conditioner 12.14 16.02 89.75 66.61 0.99 8.85 土地改良用泥国标[19] ＜6.5 ＜800 ＜2 000 ＜300 ＜5 ＜100 National standard of sewage sludge for land improvement ≥6.5 ≤1 500 ≤4 000 ≤1 000 ≤20 ≤200 
下载: 导出CSV
表 2 不同处理对土壤物理性质的影响
Table 2 Effects of different treatments on soil physical properties
处理1)
Treatment容重 Bulk density 总孔隙度 Total porosity 毛管持水量 Capillary moisture 容重2)/(g·cm−3)
Bulk density变化率3)/%
Change rate总孔隙度2)/%
Total porosity变化率3)/%
Change rate毛管持水量2)/(g·kg−1)
Capillary moisture变化率3)/%
Change rateCK 1.23±0.02a 53.66±0.82c 345.44±19.86c T1 0.89±0.01b −27.64 66.49±0.47b 23.91 491.94±13.54b 42.41 T2 0.77±0.01c −37.40 70.17±0.46a 30.77 600.34±14.23a 73.89 T3 0.76±0.02c −38.21 70.78±0.69a 31.90 614.34±45.14a 77.84 1)CK：矿区土壤，T1：添加污泥，T2：添加污泥、蔗渣，T3：添加污泥、蔗渣、土壤调理剂；2)表中数据为平均值±标准误(n=5)，同列数据后的不同小写字母表示差异显著(P<0.05，Duncan’s法)；3)各处理的变化率均为与对照比较
1)CK: Mine soil, T1: Adding sewage sludge, T2: Adding sewage sludge and bagasse, T3: Adding sewage sludge, bagasse and soil conditioner; 2)Data were means ± standard errors (n=5), and different letters in the same column indicated significant differences(P<0.05, Duncan’s test); 3)The change rates of different treatments were compared with control
下载: 导出CSV
表 3 不同处理对土壤化学性质的影响1)
Table 3 Effects of different treatments on soil chemical properties
处理
TreatmentpH w/(g·kg−1) w/(mg·kg−1) 有机质
Organic matter全氮
Total N全磷
Total P全钾
Total K碱解氮
Alkaline hydrolytic N速效磷
Available P速效钾
Available KCK 4.36±0.12c 7.93±1.10c 1.71±0.55b 0.02±0.01c 42.85±1.59a 17.38±0.17b 2.85±0.26b 105.49±12.97d T1 4.52±0.02c 95.25±5.60b 5.97±0.24ab 8.44±1.48b 35.19±1.94b 757.22±53.20a 675.27±4.24a 866.26±20.51c T2 4.84±0.02b 119.92±9.34a 8.14±1.22a 10.07±0.40a 30.76±0.61b 849.43±77.01a 692.16±7.45a 1 014.74±51.03b T3 7.22±0.02a 120.46±3.54a 9.64±1.28a 11.42±0.31a 31.23±0.80b 739.68±29.22a 695.35±6.51a 1 126.88±14.44a 1)CK：矿区土壤，T1：添加污泥，T2：添加污泥、蔗渣，T3：添加污泥、蔗渣、土壤调理剂；表中数据为平均值±标准误(n=5)，同列数据后的不同小写字母表示差异显著(P<0.05，Duncan’s法)
1)CK: Mine soil, T1: Adding sewage sludge, T2: Adding sewage sludge and bagasse, T3: Adding sewage sludge, bagasse and soil conditioner; Data were means ± standard errors (n=5), and different letters in the same column indicated significant differences(P<0.05, Duncan’s test)
下载: 导出CSV
表 4 不同处理对植株生长的影响1)
Table 4 Effects of different treatments on the growth of plants
处理
Treatment植株高度/cm
Plant height单株生物量/g Biomass per plant 地上部
Aboveground of plant地下部
Underground of plant全株
Total plantCK 221.97±57.98a 5.90±1.57c 1.18±0.21a 7.08±1.73c T1 224.83±20.03a 13.48±0.34b 0.48±0.09b 13.96±0.43b T2 288.70±35.95a 23.41±1.55a 0.75±0.17ab 24.16±1.70a T3 318.17±43.50a 19.82±2.45a 0.52±0.04b 20.34±2.41a 1)CK：矿区土壤，T1：添加污泥，T2：添加污泥、蔗渣，T3：添加污泥、蔗渣、土壤调理剂；表中数据为平均值±标准误(n=5)，同列数据后的不同小写字母表示差异显著(P<0.05，Duncan’s法)
1)CK: Mine soil, T1: Adding sewage sludge, T2: Adding sewage sludge and bagasse, T3: Adding sewage sludge, bagasse and soil conditioner; Data were means ±standard errors (n=5), and different letters in the same column indicated significant differences(P<0.05, Duncan’s test)
下载: 导出CSV
表 5 土壤理化性质和植物生长状况的隶属函数值
Table 5 Subordinate function values of soil physicochemical properties and plant growth status
指标1) Index CK T1 T2 T3 pHa 0 0.12 0.17 1.00 容重b Bulk density 0 0.72 0.98 1.00 总孔隙度a Total porosity 0 0.75 0.96 1.00 毛管持水量a Capillary moisture 0 0.54 0.95 1.00 有机质含量a Organic matter content 0 0.78 1.00 1.00 全氮含量a Total N content 0 0.54 0.81 1.00 全磷含量a Total P content 0 0.74 0.88 1.00 全钾含量a Total K content 1.00 0.37 0 0.04 碱解氮含量aAlkaline hydrolytic N content 0 0.89 1.00 0.87 速效磷含量aAvailable P content 0 0.97 1.00 1.00 速效钾含量aAvailable K content 0 0.74 0.89 1.00 植株高度a Plant height 0 0.03 0.69 1.00 总生物量a Total biomass 0 0.40 1.00 0.78 单株氮积累量aN accumulation of plant 0 0.41 1.00 0.93 单株磷积累量aP accumulation of plant 0 0.51 1.00 0.96 单株钾积累量aK accumulation of plant 0 0.50 1.00 0.86 平均值 Mean 0.06 0.56 0.83 0.90 综合排序 Synthetic ordering 4 3 2 1 1) “a”表示该指标与土壤改良效果呈正相关，“b”表示呈负相关
1)“a” indicated the index was positively correlated with soil improvement effect, and “b” indicated the negative correlation
下载: 导出CSV
-
[1] 罗才贵, 罗仙平, 苏佳, 等. 离子型稀土矿山环境问题及其治理方法[J]. 金属矿山, 2014(6): 91-96. [2] 钟志刚, 周贺鹏, 胡洁, 等. 南方离子型稀土矿绿色提取技术研究进展[J]. 金属矿山, 2017(12): 76-81. doi: 10.3969/j.issn.1001-1250.2017.12.016 [3] 郭伟, 付瑞英, 赵仁鑫, 等. 稀土开发导致的环境问题及土壤稀土污染治理措施初探[J]. 安全与环境学报, 2014, 14(5): 245-251. [4] 曾敏, 彭红霞, 刘凤梅, 等. 安远新龙稀土矿山地质环境综合治理研究[J]. 金属矿山, 2011(3): 136-139. [5] 闫美, 王璐, 郝存忠, 等. 煤矿废弃地生态修复的土壤有机碳效应[J]. 生态学报, 2019, 39(5): 1838-1845. [6] 白中科, 周伟, 王金满, 等. 再论矿区生态系统恢复重建[J]. 中国土地科学, 2018, 32(11): 1-9. [7] 李小飞, 陈志彪, 陈志强. 南方稀土采矿恢复地土壤稀土元素含量及植物吸收特征[J]. 生态学杂志, 2013, 32(8): 2126-2132. [8] ROBINSON B, GREEN S, MILLS T M, et al. Phytoremediation: Using plants as biopumps to improve degraded environments[J]. Soil Res, 2003, 41(3): 599-611. doi: 10.1071/SR02131
[9] 陈莺燕, 刘文深, 丁铿博, 等. 有机改良剂及生物炭对离子型稀土矿尾砂地生态修复的改良探究[J]. 环境科学学报, 2018, 38(12): 4769-4778. [10] 何士龙, 钱奎梅, 王丽萍, 等. 污泥在矿区废弃地复垦中的应用实验[J]. 环境科技, 2009, 22(4): 15-21. doi: 10.3969/j.issn.1674-4829.2009.04.005 [11] 赖发英, 王国锋, 孙永明, 等. 城市污泥对矿区土壤性状的影响[J]. 核农学报, 2010, 24(2): 349-354. doi: 10.11869/hnxb.2010.02.0349 [12] 徐雪云, 朱航, 邹华. 混合污泥堆肥在无锡茶园的应用研究[J]. 华南农业大学学报, 2013, 34(2): 277-280. doi: 10.7671/j.issn.1001-411X.2013.02.029 [13] 何飞飞, 曾建兵, 吴爱平, 等. 改良剂修复利用镉污染菜地土壤的田间效应研究[J]. 中国农学通报, 2012, 28(31): 247-251. doi: 10.3969/j.issn.1000-6850.2012.31.047 [14] 孙文博, 莫创荣, 安鸿雪, 等. 施用蔗渣对土壤镉赋存形态和生物有效性的影响研究[J]. 农业环境科学学报, 2013, 32(9): 1793-1799. doi: 10.11654/jaes.2013.09.013 [15] 黄庆, 林小明, 柯玉诗, 等. 多元酸性土壤调理剂在辣椒上的施用效果研究[J]. 广东农业科学, 2007, 34(1): 42-44. doi: 10.3969/j.issn.1004-874X.2007.01.019 [16] 中国科学院《中国植物志》编委会. 中国植物志: 第41卷[M]. 北京: 科学出版社, 1995: 208. [17] DE MELO RANGEL W, DE OLIVEIRA LONGATTI S M, FERREIRA P A A, et al. Leguminosae native nodulating bacteria from a gold mine As-contaminated soil: Multi-resistance to trace elements, and possible role in plant growth and mineral nutrition[J]. Int J Phytorem, 2017, 19(10): 925-936. doi: 10.1080/15226514.2017.1303812
[18] 董坚. 一种钼尾矿酸性土壤调理剂及其生产工艺: CN102826926A[P]. 2012-12-19. [19] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质: GB/T24600—2009[S]. 北京: 中国标准出版社, 2009. [20] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京: 中国农业出版社, 2000. [21] 王婧, 莫其锋, 储双双, 等. 污泥堆肥对园林植物合果芋(Syngonium podophyllum)生长及重金属吸收累积的影响[J]. 生态学杂志, 2018, 37(6): 1752-1758. [22] 梁丹妮, 郭兴燕, 兰剑. 6份沿阶草种质对干旱胁迫的生理响应[J]. 草业科学, 2016, 33(2): 184-191. doi: 10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0346 [23] 万俐, 赵君凤, 付永胜, 等. 不同絮凝剂对活性污泥特性及除污效能的影响研究[J]. 环境工程, 2017, 35(2): 49-52. [24] 黄殿男, 谭杰, 傅金祥, 等. 城市污水处理厂污泥对沙漠化土壤的改良效果[J]. 水土保持学报, 2017, 31(1): 326-330. [25] 丘锦荣, 卫泽斌, 吴长安, 等. 不同干燥处理对城市污泥物理性质和农业利用的影响[J]. 生态环境学报, 2009, 18(1): 106-110. doi: 10.3969/j.issn.1674-5906.2009.01.021 [26] 孙永明, 郭衡焕, 孙辉明, 等. 城市污泥在矿区废弃地复垦中应用的可行性研究[J]. 环境科学与技术, 2008, 31(6): 28-31. [27] 张硕, 余宏军, 蒋卫杰. 发酵玉米芯或甘蔗渣基质的黄瓜育苗效果[J]. 农业工程学报, 2015, 31(11): 244-250. [28] 陈婵婵, 肖斌, 余有本, 等. 陕南茶园土壤有机质和pH值空间变异及其与速效养分的相关性[J]. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2009, 37(1): 182-188. [29] 王洋, 刘景双, 王金达, 等. 土壤pH值对冻融黑土重金属Cd赋存形态的影响[J]. 农业环境科学学报, 2008, 27(2): 574-578. doi: 10.3321/j.issn:1672-2043.2008.02.032 [30] 吴敏, 韦家少, 孙海东, 等. 植物物料及其生物炭对酸性土壤的改良[J]. 热带作物学报, 2016, 37(12): 2276-2282. doi: 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.12.006 [31] 付克强, 王殿武, 李贵宝, 等. 城市污泥与湖泊底泥土地利用对土壤−植物系统中养分及重金属Cd, Pb的影响[J]. 水土保持学报, 2006, 20(4): 62-66. doi: 10.3321/j.issn:1009-2242.2006.04.015 [32] 张林丰, 任乐辉, 何月田, 等. 利用制糖副产物土壤化赤泥的效果[J]. 环境工程学报, 2018, 12(4): 1228-1236. doi: 10.12030/j.cjee.201710120 [33] 储双双, 赖灿, WEI X H, 等. 污泥堆肥混合基质对香彩雀生长开花的影响及植物适应性评价[J]. 生态学杂志, 2014, 33(4): 966-972. [34] 刘强, 陈玲, 邱家洲, 等. 污泥堆肥对园林植物生长及重金属积累的影响[J]. 同济大学学报(自然科学版), 2010, 38(6): 870-875. doi: 10.3969/j.issn.0253-374x.2010.06.016 [35] 安志装, 王校常, 施卫明, 等. 重金属与营养元素交互作用的植物生理效应[J]. 土壤与环境, 2002, 11(4): 392-396. [36] 杨旭初, 叶会财, 李大明, 等. 基于模糊数学和主成分分析的长期施肥红壤旱地土壤肥力评价[J]. 中国土壤与肥料, 2018(3): 79-84. doi: 10.11838/sfsc.20180313 [37] 吴海燕, 金荣德, 范作伟, 等. 基于主成分和聚类分析的黑土肥力质量评价[J]. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(2): 325-334. doi: 10.11674/zwyf.17225 [38] 刘梦娇, 夏少攀, 王峻, 等. 城市污泥农用对植物−土壤系统的影响[J]. 应用生态学报, 2017, 28(12): 4134-4142. [39] 杨帅, 高照良, 白皓, 等. 矿山废弃地植物种植模式对土壤改良效果[J]. 水土保持学报, 2017, 31(3): 134-140. -
期刊类型引用(17)
1. 贺梓晴，余庆宙，胡雪花，赵倩. 碳中和背景下南方大径材林培育问题与对策分析. 广西林业科学. 2024(01): 116-123 . 
百度学术
2. 周柏屹，孙麟均，吴鹏飞，李明，马祥庆. 杉木大径材培育研究进展. 世界林业研究. 2024(01): 54-58 . 百度学术
3. 任雲雲，李雪，崔自杰，刘嘉欣，何茜，曾曙才，刘效东. 中国大径材人工林培育研究进展. 世界林业研究. 2024(03): 86-93 . 百度学术
4. 李晓燕，段爱国，张建国. 杉木大径材成材机理研究. 林业科学研究. 2024(06): 1-11 . 百度学术
5. 伍观娣，胡德活，郑会全，王润辉，韦如萍，晏姝，黄荣，邱智雄. 间伐追肥对杉木中龄林材种变化的早期效应. 林业与环境科学. 2024(06): 10-17 . 百度学术
6. 宋晓琛，娄永峰，黄金金，冷春晖，陈兴彬，江斌，肖复明. 江西杉木大径材培育立地选择与密度控制技术研究. 江西农业大学学报. 2024(06): 1498-1508 . 百度学术
7. 张利利，谭新建，司芳芳，张华聪，李翱翔，潘文婷. 不同林龄杉木人工林树冠形态因子与生长形质通径分析. 江西农业大学学报. 2023(04): 894-904 . 百度学术
8. 章进峰. 不同地位指数杉木大径材林分材种结构与冠层结构间关系. 甘肃林业科技. 2023(03): 14-18+31 . 百度学术
9. 黄华艳，常明山，赵程劼，廖旺姣，吴耀军. 广西杉木主要有害生物种类与分布调查. 广西林业科学. 2022(01): 119-121 . 百度学术
10. 宋重升，王有良，张利荣，崔朝伟，彭丽鸿，林开敏，游云飞，范福金. 间伐强度对杉木人工林材种结构的影响. 福建农林大学学报(自然科学版). 2022(02): 195-203 . 百度学术
11. 赵铭臻，王利艳，刘静，邹显花，郑宏，范福金，马祥庆，林开敏，李明. 间伐和施肥对杉木成熟林生长和材种结构的影响. 浙江农林大学学报. 2022(02): 338-346 . 百度学术
12. 宋重升，王有良，张利荣，郑鸣鸣，任正标，何宗明，范少辉，林开敏. 基于大径材培育下杉木人工林间伐初始期的确定. 北京林业大学学报. 2022(03): 45-54 . 百度学术
13. 吴镜辉. 间伐保留密度及坡位对杉木成熟林生长的影响. 防护林科技. 2022(02): 6-8+83 . 百度学术
14. 张丽霞，曹光球，林开敏，马祥庆，帅鹏. 5种杉木幼林不同龄期生长特性比较. 福建农业学报. 2022(07): 904-911 . 百度学术
15. 章进峰. 营林措施对林地土壤理化性质及酶活性的影响. 福建林业科技. 2022(04): 44-48+80 . 百度学术
16. 朱中华，谢柯香，王二喜. 杉木大径材培育技术. 现代农业科技. 2021(15): 139-140 . 百度学术
17. 王星星. 柳杉过熟人工林生长量多年度测定分析. 耕作与栽培. 2021(06): 62-65 . 百度学术
其他类型引用(3)
计量
- 文章访问数: 1534
- HTML全文浏览量: 4
- PDF下载量: 2250
- 被引次数: 20
