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植物修复是目前一种治理土壤重金属污染的有效技术。超富集植物育苗是植物修复技术工程应用的首要环节,而质优价廉的育苗基质又是育苗的基础。本文以砷超富集植物蜈蚣草和镉富集植物八宝景天为研究对象,根据二者的繁殖特点,以城市污泥堆肥为主要原料,辅以泥炭和蛭石进行调配,设计适合用于蜈蚣草孢子繁殖和八宝景天扦插繁殖的育苗基质配方;采用植物生长调节剂和施肥措施对蜈蚣草和八宝景天进行促生研究,为超富集植物的工厂化快速育苗提供理论依据和技术参考,主要取得以下结果: 1.盐分过高是限制堆肥用作基质的关键因素,本研究基于污泥堆肥中盐分具有向细粒部分聚集的趋势,并结合传统的降盐方法——掺混和淋洗,提出了一种新的集成降盐法,该方法包括三个环节,依次是筛分、掺混和浸泡,其中筛分和掺混为必备环节,浸泡为选配环节,可根据实际情况灵活调整。相比于单一的掺混法,集成法可将堆肥的用量由10%提高至50%(以体积计);相比于单一的淋洗法,集成法消耗的水量和产生的淋洗液可分别减少57%和80%。该方法可显著提高堆肥的用量,避免消耗过多的清洁水,操作简便,是一种更加高效可行的降盐方法。此外,该方法还有助于缩小不同批次堆肥的异质性,改善堆肥的孔隙度和疏水性等。 2.根据蜈蚣草孢子萌发阶段对基质供水要求高、抗逆性弱的特点,研发出适合蜈蚣草萌发的萌发基质配方,用于从播种到分苗前(株高3cm~5cm),包括配子体期和幼孢子体期;萌发基质以泥炭和蛭石为基质原料,按照体积比配制,蛭石的体积含量分别为0%、20%、40%、60%、80%、100%,并以国际上普遍使用的经典配方(泥炭∶蛭石=2∶1,体积比)为对照,进行蜈蚣草孢子萌发实验,发现基质中蛭石含量为60%~80%时,萌发和出苗效果最好,原叶体数量最多且体积大,孢子体数量多且出苗快。蜈蚣草萌发期基质关键理化性质的适宜范围为:容重0.25g/cm3~0.5g/cm3,pH5.0~7.0和电导率(EC)0.3~1.5mS/cm。 3.针对蜈蚣草生长阶段对养分需求旺盛的特点,研发出适合蜈蚣草生长的生长基质配方,用于从分苗后(株高3~5cm)长至商品苗(株高约20cm)期间;生长基质以城市污泥堆肥、泥炭和蛭石为原料,按照体积比配制,城市污泥堆肥的体积含量分别为100%、70%、50%、30%和0%,泥炭和蛭石按照体积比1∶1混合后作为堆肥性质调节剂使用,相应地,调节剂(泥炭∶蛭石=1∶1)的用量为0、30%、50%、70%和100%,同时以泥炭∶蛭石体积比2∶1和某商品基质为对照,进行蜈蚣草生长试验,观测移栽成活率、株高、生物量(鲜重和干重)、叶绿素含量和根坨特性。结果表明,堆肥含量为30%和50%的基质处理,蜈蚣草生长效果最好,株高长势快,生物量高、根系成坨性好。蜈蚣草生长期基质关键理化性质的适宜范围为EC在1.5mS/cm~3.5mS/cm,通气孔隙度在15%~20%。 4.针对八宝景天具有耐盐性、扦插易生根和可顶部供水的特点,研发出了以城市污泥堆肥直接作为主要基质组分的扦插基质配方。基质配方试验处理设置同蜈蚣草生长基质配方,进行八宝景天茎段扦插试验,观测发芽和生根情况,并测定八宝景天的生物量(鲜重和干重),对根系进行根系扫描,分析总根体积、总根表面积、总根根长和根平均直径等指标。结果表明,堆肥含量为30%和50%的处理,八宝景天的生根效果最好,根部和地上部生物量高。八宝景天扦插基质关键理化性质的适宜范围为容重0.3g/cm3~0.5g/cm3,EC在3mS/cm~6mS/cm(饱和浸提法)。 5.为缩短蜈蚣草育苗周期和促进八宝景天生根,研究了施用植物生长调节剂和肥料的促生效果。结果表明,对于蜈蚣草,孢子播种前,采用5~10mg/L的赤霉素(GA3)溶液浸泡30分钟,对于提高孢子的萌发率和萌发速度有一定的促进作用;幼孢子体期(从长出第一片真叶到3~5cm高),施用1/8~1/4倍霍格兰氏营养液,可加快孢子体的生长;对于八宝景天,茎段扦插前,使用50~100mg/L的萘乙酸溶液浸泡30秒,可促进八宝景天的生根。 6.通过成本分析发现,相比于以往的泥炭∶蛭石=2∶1型或商品型基质,使用堆肥型基质,基质使用成本可分别降低约14.5%和60.2%,从经济成本的角度来看,堆肥型基质具有极高的开发应用潜力。 本研究结果可为超富集植物工厂化、低成本、高品质育苗提供理论基础和参考;同时将植物修复与废弃物资源化利用巧妙地结合起来,利用城市污泥堆肥作为超富集植物的主要基质原料,既降低了育苗基质成本,又实现污泥堆肥的资源化利用。