城市污泥是指城市生活污水、工业废水处理过程中产生的固体废弃物。近些年，随着城市化迅速发展和人口的急剧增加，每年排放的污泥量在不断增加（马娜等，2004）。如何合理、安全有效地处置数量巨大的污泥已成为紧迫的任务。

城市污泥的资源化利用是减少二次污染、实现资源可持续利用的有效方法之一，而污泥的园林或林地利用不失为一种最经济、最普遍的处理方法。目前，研究大多集中在污泥的农田施用（林代炎等，2007；张学洪等，2000；李海英等，2006），但污泥含有的重金属及有毒有害物质可能会随食物链进入人体，对人类健康构成威胁，已成为污泥农用的一个严重弊端。将污泥利用于园林绿化树种，可避免有害物质带来的食物链风险，并能改善土壤环境(Gavalda et al., 2005；Mosquera-Losada et al., 2001)，促进绿化树种的生长（王连祥等，2007；闫传胜等，2008；Adegbidi et al., 2003a；2003b; Labrecque et al., 1998），关于园林或森林的污泥应用, 国内外主要集中于研究植物生长或环境效应(王新等，2005；Felix et al., 2008；Moffat et al., 2001)，对污泥用于树木后的生理生态适应机制研究缺乏，特别是杨树光合生理特性对污泥的响应研究甚少。本研究选择1年生欧美杨108杨（Populus×euramericana‘Guariento’）为试验树种，以不同用量的污泥对其进行施肥，旨在考察不同用量污泥对杨树幼苗光合生理特性的影响，为污泥林地消纳提供一定的理论依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料

试验在中国林业科学研究院自动化温室进行，温室玻璃透光率在70%左右。供试土壤类型为褐土, 质地为轻壤土。污泥来自北京高碑店、卢沟桥及吴家村污水处理厂（主要是生活污水）的混合污泥（不进行浓缩、脱水处理），并在北京城市排水集团大兴污泥转运站进行条垛式堆肥的预处理，温度50~60 ℃，进行自然脱水，大约25~30天成为腐熟的干污泥。然后风干、碾碎、过筛（60~80目），备用。供试土壤及污泥的理化特性及金属含量采用常规测定方法（鲍士旦，2000），并在国家林业局森林生态环境重点实验室进行（表 1）。

试验树种为欧美杨108杨，于4月26日将叶片数、株高及健康程度一致的扦插育苗移栽入花盆（口径30 cm，底径20 cm，高24 cm）。每盆装土约6 kg，按常规盆栽方法，将无机复合肥或污泥与土壤充分混合后装盆。

1.2 试验方法

试验设6个处理，每个处理12个重复（表 2）。于2009年6月初开始进行测试，选取每株苗上部第3或4片完全展开的健康叶片，采用Li-6400型便携式光合测定仪测定光合生理等相关指标，主要包括：叶片净光合速率（P_n）、蒸腾速率(Tr)、气孔导度（G_s）、胞间CO₂浓度（C_i），并计算气孔限制值(L_s)=1-C_i/C_a(Ca为大气CO₂浓度)。测定时使用内置的红蓝光光源(LED light source)，光量子通量密度（PPFD）均设为800 μmol·m^-2s^-1，温度控制在（25±1）℃，参比室CO₂浓度为（390±10）μmol·mol^-1，相对湿度控制为（60±10）%。每个处理至少3~6个重复，且每个重复的功能叶片测定时连续取10~15个较为稳定的数据，取平均值。叶绿素的测定参照有关文献（陈建勋等，2006）将植株中上端叶位一致的新鲜叶片磨碎，利用80%的丙酮溶液提取，提取液利用TU-1221型紫外可见分光光度计，在663和645 nm下测定消光值，计算叶片中叶绿素总量。叶片含氮量则用凯氏定氮法测定叶片氮素含量(占干质量百分数)。

1.3 数据处理方法

数据处理采用Micrsoft office的Excel软件和SPSS 11.5版统计分析软件。采用单因素方差分析(one-way ANOVA)和Duncan多范围检验法（α= 0.05）比较不同数据组间的差异。

2 结果与分析 2.1 不同用量污泥对叶片净光合速率的影响

植物叶片净光合速率（P_n）的大小是衡量植物光合能力的重要标志，光合能力的强弱可以反映植物对有机营养物质的积累能力。如图 1A所示：杨树各处理的P_n以无机复合肥处理（F）表现最高，较对照（CK）提高了22.59%，与污泥处理相比达到显著水平（P < 0.05）。随污泥施用量的增加，叶片P_n呈现递减的趋势，且LS，MS，HS及SS处理均低于CK和F处理，与CK相比叶片P_n下降了13.10%~37.03%，与F处理相比叶片P_n下降了29.11%~48.63%。

2.2 不同用量污泥对叶片蒸腾速率的影响

蒸腾速率（Tr）的大小可以调节植物的水分代谢，在一定程度上反映植物调节水分、适应环境及养分吸收的能力（陈安强，2008）。由图 1B所示：杨树幼苗叶片Tr以F处理最高，较CK处理提高了3.57%，但与CK处理无显著差异（P＜0.05）。LS，MS，HS及SS处理之间Tr也无显著差异（P＜0.05），且叶片Tr均低于CK和F处理。MS，SS处理的Tr略高于LS，HS处理。与CK和F处理相比，LS，MS，HS及SS处理的叶片Tr分别下降了14.31%~31.38%和17.27%~33.74%。

2.3 不同用量污泥对气孔导度的影响

气孔导度（G_s）表示的是气孔张开的程度，其变化会影响H₂O和CO₂的供应，进而影响植物的蒸腾与呼吸。如图 1C所示：不同用量的污泥施用对杨树幼苗叶片G_s的影响没有呈现明显的规律。在各处理之间，MS处理的G_s表现为最大，而LS则表现为最小，MS与LS之间差异达到显著水平（P＜0.05），而CK，F，MS，HS及SS处理之间差异不显著（P＜0.05）。

2.4 不同用量污泥对胞间CO₂浓度的影响

如图 1D所示：胞间CO₂浓度（C_i）最高值为SS处理。除MS外，SS与其他处理的差异显著（P＜0.05），且C_i较CK和F处理分别提高41.68%和112.92%。除LS处理外，MS，HS，SS的C_i均高于CK和F处理，且与CK和F处理的差异均达到显著水平（P＜0.05），但MS，HS及SS处理之间则没有呈现显著性的差异（P＜0.05）。随污泥量的增加，胞间CO₂浓度（C_i）基本呈现上升的趋势。

2.5 不同用量污泥对气孔限制值的影响

如图 2A显示：LS处理的气孔限制值（L_s）为最高。除F处理外，LS与其他处理的差异显著（P＜0.05），L_s分别较CK和F处理增加了30.95%和6.78%。MS，HS及SS处理的L_s均低于CK和F处理，且与CK和F处理相比差异显著（P＜0.05）。杨树叶片的气孔限制值与胞间CO₂浓度变化趋势基本相反，即随污泥量的增加，气孔限制值（L_s）基本表现为下降的趋势。

2.6 不同用量污泥对叶片含氮量的影响

氮是植物生命必须的元素，是构成蛋白质的主要成分，对植物体内叶绿素、可溶性蛋白、光合酶类的合成有重要的影响（赵平等，1998）。如图 2B所示：随污泥量的增加，叶片含氮量以HS，SS处理增加最为明显，HS和SS处理的叶片含氮量与其他处理达到显著水平(P＜0.05)，分别较CK提高19.36%和18.94%。但HS与SS间差异不显著（P＜0.05）。随污泥施用量的增加，叶片含氮量呈上升趋势。

2.7 不同用量污泥对叶片叶绿素含量的影响

光合作用是植物生长的重要能量来源和物质基础，而叶绿素是光合作用的主要色素，是衡量叶片衰老的重要标志，其含量的多少对植物的光合作用有着重要的影响（商侃侃等，2007）。如表 3所示：随着污泥施用量的增加，叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量及叶绿素a/b均呈现上升的趋势。不同处理对叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量（a+b）的影响排序均为SS＞HS＞LS＞F＞CK＞MS。HS，SS处理相对于其他处理达到显著水平(P＜0.05)，其中SS处理的叶片叶绿素a、叶绿素b及叶绿素总量较CK分别提高92.36%，58.98%及81.98%，较F处理分别提高了84.48%，68.95%及79.96%。随污泥量的增加，叶绿素总量的变化基本呈现增加的趋势。

3 结论与讨论

目前，有机污泥应用于速生林地可显著提高林地生产力，并有明显的经济效益(Ramlal et al., 2009)。已有研究表明：污泥施用于杨树后，叶片中含有Cd重金属含量，因量小不足以影响杨树的生长（张东为等，2008）。本研究表明：不同用量污泥应用后，杨树幼苗叶片的光合速率、蒸腾速率均随污泥施入量的增加表现下降的趋势。原因可能是污泥中除富含营养物质之外，也含有相当量的重金属（李艳霞等，2003；周东兴等，2009；陈同斌等，2003）。重金属对植物会产生生理抑制作用（谷绪环等，2008；朱宇林等，2006）。植物受到重金属毒害后，叶片细胞中碳酸酐酶等酶系统不能正常工作，使胞间的CO₂不能及时合成有机物质，CO₂在细胞内积累，造成叶片C_i的升高和叶片L_s的下降（刘全吉等，2009）。判断叶片光合速率降低主要原因是气孔因素还是非气孔因素的可靠判据是胞间CO₂浓度（C_i）和气孔限制值（L_s）的变化方向，即C_i降低和L_s升高表明气孔导度降低是主要原因；而C_i增高和L_s降低则表明主要原因是非气孔因素（Farquhar et al., 1982；许大全，1997）。本研究表明：随着污泥施用量的增加，C_i呈现上升趋势，L_s则呈现下降趋势，由此推断城市污泥引起光合速率降低的主要原因可能是非气孔因素。这可能是由叶肉细胞光合活性的降低而引起，重金属结合酶导致酶催化功能的减弱，使光合的酶系统受到损害（刘全吉等，2009），具体表现为PSⅡ反应中心失活或捕光色素-蛋白质复合体解体，使光能的吸收、传递以及激发能力减弱，限制光合代谢的电子供应和传递，从而抑制光合作用（Yang et al., 1989；Faller et al., 2005）。

叶绿素含量影响着光合速率的强弱，叶绿素a与叶绿素b之间的比值也是衡量光合作用的一个重要指标（王泽港等，2004；张露洁等，2006）。本研究表明：随着污泥量的增加，除MS处理外，叶绿素a和叶绿素b的含量较对照和无机复合肥处理都有所增加，且叶绿素a的含量比叶绿素b的含量增加的快，所以叶绿素a/b值表现出上升的趋势。污泥中所富含的营养物质多为有机形态，可促进团粒结构形成，提高土壤孔隙度，改善土壤结构，提高土壤的持水能力（李艳霞等，2003），从而使土壤保持一定的肥力。所以污泥中稳定的营养供应促使杨树幼苗叶片叶绿素总量的增加。叶绿素增加的另一个原因可能是作为抵御环境胁迫的一种有效保护机制（朱喜锋等，2009），在外界重金属的影响下，靠自身叶绿素的增加来保持机体的正常代谢。叶片含氮量也基本呈现随污泥量的增加而增加的趋势，说明污泥的营养物质利于叶片N素的吸收。

综上所述，污泥施用于杨树幼苗后，表现出污泥中有害物质抑制光合，但叶片的叶绿素含量、叶片含氮量却有所提高。许多研究表明，植物的光合能力和叶片中叶绿素，含氮量有一定的正相关，本研究却出现相反的结果，原因可能是污泥是一次性施入土壤，土壤中各种重金属及营养成分的含量处于高量，使杨树幼苗需要更长的时间来适应环境。另外，城市污泥成分复杂，既有丰富的有机营养物质，也含有一定的重金属，施用于杨树幼苗后反应复杂，所表现的是促进和抑制协同作用的结果。污泥应用于杨树后，不仅存在一个施用量的问题，而且需考虑分期追肥方式，即在不同生长时期将污泥分批施入。这样可能更加利于苗木对营养的吸收。污泥对杨树幼苗的施用方式及污泥中重金属毒害与营养元素协同作用机制均需要深入研究。