許惠玉，程自豪，米美霞，王沖寧

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，山西 太谷 030801）

0 引 言

城市建筑廢棄物（即建筑垃圾）指建設(shè)、拆遷、修繕及裝飾房屋過(guò)程中所產(chǎn)生的余渣、余泥、泥漿及其他廢棄物。由于快速城市化和大規(guī)模的城市更新，中國(guó)每年產(chǎn)生超過(guò)23億t 的建筑廢棄物，約占固體廢物總量的40%[1]，90%左右的建筑廢棄物通過(guò)簡(jiǎn)易堆置或填埋方式進(jìn)行處置[2]。這些未經(jīng)處理的建筑廢棄物對(duì)環(huán)境產(chǎn)生重大影響，造成土地退化、城市景觀惡化，最終導(dǎo)致大量的空氣、水和土壤污染[3]。

建筑廢棄物的數(shù)量和成分因結(jié)構(gòu)類型和拆建活動(dòng)的規(guī)模而異，但主要以混凝土、磚塊、瓦礫、砂石、礫石等惰性成分為主[4]。這些高度擾動(dòng)的材料由于施工、填埋、混合和運(yùn)輸?shù)热藶榛顒?dòng)進(jìn)入土壤[5]，改變了土壤的結(jié)構(gòu)組成和土壤水分運(yùn)動(dòng)過(guò)程，增加重金屬污染，改變微生物群落特征。研究表明，工礦廢棄碎石混入土壤后，其土石混合物初始入滲速率、穩(wěn)定入滲速率隨碎石含量的增加呈現(xiàn)增加趨勢(shì)[6]。10～20 mm 礫石粒徑夾層下，礫石對(duì)水分入滲的阻礙作用同樣隨礫石含量的增加而增大[7]。石灰?guī)r棄渣對(duì)土壤水分蒸發(fā)的抑制作用效果最佳尺寸為直徑2～4 cm 和厚度5 cm[8]，含300 g/kg 煤矸石土壤的飽和導(dǎo)水率能達(dá)到均質(zhì)土壤的1.21 倍[9]。方政等[10]對(duì)土壤中磚塊和混凝土碎塊的入滲模擬發(fā)現(xiàn)，含量為20%時(shí)，混凝土碎塊對(duì)城市綠地土壤水分下滲的抑制作用比磚塊更為明顯。Yu 等[11]發(fā)現(xiàn)建筑垃圾中的紅磚、瓷磚和瀝青樣品中的鋅濃度超過(guò)廣東省背景值，Chen 等[12]對(duì)高速公路建筑垃圾中的混凝土、磚塊、瓷樣重金屬測(cè)定也發(fā)現(xiàn)，其Cd 含量超過(guò)了國(guó)家三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（1 mg/kg）。此外，建筑垃圾滲濾液中的硫酸根離子通過(guò)專性厭氧菌生成硫化物污染土壤[13]。

城市土壤中粗骨物質(zhì)的存在使得土壤水分呈“優(yōu)勢(shì)流”方式運(yùn)動(dòng)[14]，干擾植物生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)吸收[15]。劉航江[16]研究得出，生長(zhǎng)在建渣土中的葎草葉生物量和總生物量顯著高于其他基質(zhì)（粗沙土、紫色土、基巖初風(fēng)化物）。Yun 等[15]的研究表明，隨著建筑廢棄物細(xì)料混合比例的增加，側(cè)柏根干重有降低的趨勢(shì)，且對(duì)狼尾花根干重有負(fù)影響。周旺旺[17]的研究顯示，使用建筑廢棄物再生料不利于植物生長(zhǎng)，將秸稈配合建筑廢棄物再生料使用后，桔梗株高、莖葉和根重量隨建筑廢棄物再生料的增加呈先增后降趨勢(shì)。

綜上所述，已有研究針對(duì)建筑廢棄物對(duì)土壤性質(zhì)和植物生長(zhǎng)生理特征的影響已取得一定進(jìn)展，但不同建筑廢棄物特征（含量、類型、尺寸）對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響尚需作系統(tǒng)研究，而涉及土壤-建筑廢棄物混合介質(zhì)中植物-水分利用關(guān)系方面的研究匱乏。本研究以典型園林綠化植物冬青衛(wèi)矛（Euonymus japonicus Thunb.）為對(duì)象，通過(guò)盆栽試驗(yàn)，在抑制土壤蒸發(fā)的條件下，分析建筑廢棄物類型和含量對(duì)植物耗水特征和植物水分利用效率的影響，探討植物能否從建筑廢棄物吸收利用水分及利用程度，揭示土壤-建筑廢棄物混合介質(zhì)中植物-水分利用關(guān)系。研究結(jié)果可為建筑廢棄物的資源化管理，城市土壤水分高效利用及綠化植物科學(xué)管理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 土壤和建筑廢棄物取樣

土壤取自山西省晉中市太谷區(qū)農(nóng)田表層0～20 cm 土壤，土樣采回后，均勻混合，自然風(fēng)干并剔除植物殘?bào)w。過(guò)2 mm 篩備用。試驗(yàn)土壤類型為石灰性褐土，黏粒含量為9.0%，粉粒含量為47.3%，砂粒含量為44.7%，質(zhì)地為粉壤土（國(guó)際制）。土壤呈堿性。試驗(yàn)前測(cè)定了土壤養(yǎng)分含量：有機(jī)質(zhì)24.4 g/kg，銨態(tài)氮22.2 mg/kg，硝態(tài)氮26.0 mg/kg，速效磷5.2 mg/kg，全氮1.1 g/kg，全磷1.0 g/kg。當(dāng)?shù)赝寥捞镩g持水量26.9%[18]。

選取磚塊、混凝土碎塊和卵石3種常見(jiàn)的建筑廢棄物為研究對(duì)象，3種建筑廢棄物均取自山西省晉中市太谷區(qū)建筑工地和自建房工地地表。為避免建筑廢棄物尺寸對(duì)研究結(jié)果的影響，控制每種建筑廢棄物粒徑范圍30～50 mm。各建筑廢棄物基本物理性質(zhì)如表1所示。

表1 試驗(yàn)建筑廢棄物樣品物理性質(zhì)Tab.1 Physical properties of test construction waste samples

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與過(guò)程

本研究通過(guò)盆栽試驗(yàn)結(jié)合室內(nèi)分析進(jìn)行。盆栽試驗(yàn)于2021年6-10月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)太谷校區(qū)有機(jī)旱作基地內(nèi)進(jìn)行。太谷區(qū)屬暖溫帶大陸性氣侯，四季分明。年均日照時(shí)間為2 500～2 600 h，年平均氣溫10.92 ℃，年平均降水量482 mm，主要集中在7-9月，占全年總降水量63.3%。全年日照時(shí)數(shù)平均為2 530.8 h，輻射總量為545～581 kJ/cm2，年平均相對(duì)濕度54.6%，年平均地面風(fēng)速2.0 m/s，年平均無(wú)霜期151 d。

建筑廢棄物與土壤混合來(lái)模擬城市中含建筑廢棄物土壤，供試植物為典型綠化植物冬青衛(wèi)矛（Euonymus japonicus Thunb.）。試驗(yàn)用塑料花盆口徑為23 cm，高為21 cm。共設(shè)計(jì)7 個(gè)處理，分別為無(wú)建筑廢棄物土壤（CK）、土壤+20%磚塊（SB1）、土壤+40%磚塊（SB2）、土壤+20%混凝土碎塊（SC1）、土壤+40%混凝土碎塊（SC2）、土壤+20%卵石（SP1）、土壤+40%卵石（SP2），建筑廢棄物含量均為體積含量。設(shè)計(jì)5 次取樣，每次取樣每個(gè)處理破壞取樣3個(gè)重復(fù)，因此每個(gè)處理設(shè)置15次重復(fù)，共填裝花盆105個(gè)。

土壤和建筑廢棄物填裝過(guò)程如下：首先，每個(gè)花盆底部鋪墊一層透水砂布，紗布上方填裝3 cm 厚無(wú)廢棄物土壤；其次，將土壤和建筑廢棄物按照相應(yīng)比例（結(jié)合容重將體積百分比換算為質(zhì)量百分比）混合均勻，每8 cm 為一層裝填，土壤和建筑廢棄物填裝總高度為19 cm。填裝時(shí)控制土壤容重為1.4 g/cm3，填裝完成后將所有塑料盆搬至透明遮雨棚下，自然沉降一周后移栽植物。植物幼苗購(gòu)于苗木公司，選擇生長(zhǎng)健壯，株高約30 cm 的植株進(jìn)行移栽，每盆一株，移栽完成后立即灌水至飽和。之后每周澆灌一次，灌水量為田間持水量的40%，保證植物健康生長(zhǎng)。

植物生長(zhǎng)3個(gè)月后，對(duì)所有盆栽進(jìn)行澆灌至飽和后，在土表面覆蓋2 cm 厚蛭石，并用保鮮膜覆蓋至蛭石表面，以充分抑制土壤蒸發(fā)，之后不再澆灌。以澆灌飽和當(dāng)日為0 天（9月15日），計(jì)劃在飽和后第2、6、12、18、28天分別進(jìn)行破壞取樣。但在計(jì)劃時(shí)間段內(nèi)發(fā)生降雨，故調(diào)整取樣時(shí)間，實(shí)際進(jìn)行取樣的時(shí)間為飽和后第2、6、13、17和28天。

每次取樣分別取每個(gè)處理3個(gè)花盆進(jìn)行破壞取樣，分別取距花盆頂部3～7、7～11、11～15、15～18、18～21 cm 5 個(gè)層次土壤和建筑廢棄物，建筑廢棄物樣品為完全嵌入該取樣層的樣品，且優(yōu)先取花盆中心的建筑廢棄物。立即帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)烘干法（105 ℃）測(cè)定土壤和建筑廢棄物的質(zhì)量含水量，土壤烘干時(shí)間為8 h，建筑廢棄物烘干時(shí)間為48 h。含水量結(jié)合建筑廢棄物和土壤所占比例計(jì)算出混合介質(zhì)5個(gè)層次的含水量，取5個(gè)層次的平均值為該混合介質(zhì)含水量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

（1）含水量。每次破壞取樣后，將土壤和建筑廢棄物帶回室內(nèi)后，快速用塑料刷清除建筑廢棄物表面附著的土壤。通過(guò)烘干稱重法分別測(cè)定土壤和建筑廢棄物含水量，并根據(jù)式（1）計(jì)算得到混合介質(zhì)含水量。

式中：θmT代表混合介質(zhì)質(zhì)量含水量，%；Rm代表建筑廢棄物質(zhì)量含量，%；θmcw代表建筑廢棄物質(zhì)量含水量，%；θms代表土壤質(zhì)量含水量，%。

（2）植物耗水量。盆栽飽和澆灌后第1～28 天，共稱重12次，通過(guò)重量差減法獲取植物總耗水量，獲取11 個(gè)時(shí)間段耗水量。土表覆蓋蛭石抑制土壤蒸發(fā)，故忽略土壤蒸發(fā)，兩次稱重后重量差值即為植物耗水量。計(jì)算植物耗水量時(shí)未考慮植物鮮重的增加，因?yàn)樵? d 的時(shí)間內(nèi)，植物鮮重的增加相對(duì)于土壤耗水量的變化非常小。Wu 等[19]的研究中也同樣忽略了植物在短期內(nèi)的質(zhì)量變化。試驗(yàn)過(guò)程遇連續(xù)降雨天氣時(shí)，因植物蒸騰少且穩(wěn)定，降雨前后稱重，降雨期間不稱重?；旌辖橘|(zhì)中水分在土壤和建筑廢棄物中的分配比例由土壤和建筑廢棄物分別的水量與混合介質(zhì)總水量的比值得到。

（3）有效水含量。土壤有效水含量是指土壤中能被作物吸收利用的水量，最大有效水含量即田間持水量與萎蔫系數(shù)之間的土壤含水量，土壤中實(shí)際有效水含量為土壤含水量與萎蔫系數(shù)之間的含水量[20]。

在本研究中，通過(guò)建立平衡條件下建筑廢棄物-土壤混合介質(zhì)中土壤和建筑廢棄物的含水量關(guān)系，根據(jù)已有土壤田間持水量和萎蔫系數(shù)，由式（2）和式（3）[21]計(jì)算得到建筑廢棄物的田間持水量（Wcf）和萎蔫系數(shù)（Wcw）。

式中：Wcf代表建筑廢棄物田間持水量，%；Wsf代表土壤田間持水量，%，參考取樣地土壤為26.9%；Wcw代表建筑廢棄物萎蔫系數(shù)，%；Wsw代表土壤萎蔫系數(shù)，參考取樣地土壤為5.4%；a和b是經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，a和b值通過(guò)在平衡條件下實(shí)測(cè)土壤和建筑廢棄物含水量關(guān)系得到，見(jiàn)表2。

表2 建筑廢棄物與土壤含水量關(guān)系擬合結(jié)果Tab.2 Fitting results of the relationship between construction waste and soil water content

由表2中得到的建筑廢棄物田間持水量和萎蔫系數(shù)，代入式（4）和式（5）計(jì)算得到建筑廢棄物最大有效水含量（WCA）和實(shí)際有效水含量（Wca）。

式中：WCA代表建筑廢棄物最大有效水含量，%；Wca代表建筑廢棄物實(shí)際有效水含量，%；Wc代表建筑廢棄物含水量，%。

結(jié)合土壤田間持水量和萎蔫系數(shù)，通過(guò)式（1）計(jì)算得到建筑廢棄物-土壤混合介質(zhì)田間持水量和萎蔫系數(shù)，結(jié)果如表3 所示。通過(guò)式（6）和式（7）計(jì)算得到建筑廢棄物-土壤混合介質(zhì)最大有效水含量（WA）和實(shí)際有效水含量（Wa）。

表3 建筑廢棄物-土壤混合介質(zhì)田間持水量、萎蔫系數(shù)和最大有效水含量Tab.3 Field water capacity, wilting coefficient and maximum available water content of construction waste-soil mixed media

式中：WA代表混合介質(zhì)最大有效水含量，%；Wmf代表混合介質(zhì)田間持水量，%；Wmw代表混合介質(zhì)萎蔫系數(shù)，%；Wa代表混合介質(zhì)實(shí)際有效水含量，%；Wm代表混合介質(zhì)含水量，%。

（4）生物量。取樣后用剪刀分離植株根、莖、葉，用百分之一天平稱量植株各部分鮮重后置于烘箱中于105 ℃下殺青1 h，之后于75 ℃下烘干至恒重，稱取植株各部分干重。植株總生物量為各部分生物量之和。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和處理，SPSS 24.0 軟件對(duì)統(tǒng)計(jì)分析和方差分析。數(shù)據(jù)分析時(shí)，首先將所有建筑廢棄物-土壤混合介質(zhì)各指標(biāo)與對(duì)照處理（即無(wú)建筑廢棄物混入土壤）進(jìn)行比較，分析建筑廢棄物的混入對(duì)各指標(biāo)的影響；其次以建筑廢棄物類型（3 個(gè)）和含量（2 個(gè)）為固定因子，土壤、建筑廢棄物和混合介質(zhì)含水量、水分利用效率等指標(biāo)為因變量，進(jìn)行雙因素方差分析（一般線性模型），分別分析其主效應(yīng)和交互作用。Origin 2018軟件進(jìn)行圖表繪制。氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http://www.nmic.cn/），本研究采用FAO（聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織）推薦的Penman-montith 公式[22]計(jì)算參考作物蒸散量。

2 結(jié)果分析

2.1 植物耗水量及其動(dòng)態(tài)變化

參考作物蒸散量?jī)H與當(dāng)?shù)貧夂驐l件有關(guān)，與植物種類、土壤類型等條件無(wú)關(guān)，其動(dòng)態(tài)變化為各氣象因子變化的綜合體現(xiàn)。參考作物蒸散量與植物日均耗水量動(dòng)態(tài)變化繪于圖1中，試驗(yàn)前17 天，各處理日均耗水量與參考作物蒸散量變化趨勢(shì)一致，此階段土壤中水分較為充足，植物耗水主要受氣象條件影響。第17～28天，參考作物蒸散量具有上升趨勢(shì)，但各處理植物耗水量較低，且波動(dòng)較小。此階段植物持續(xù)吸水且無(wú)外來(lái)水分補(bǔ)給，土壤供水能力減弱，因此氣象條件對(duì)植物耗水的影響減弱。

圖1 參考作物蒸散量和日耗水量動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of reference crop evapotranspiration and daily water consumption

與無(wú)建筑廢棄物混入土壤相比，各建筑廢棄物-土壤混合介質(zhì)中植物日均耗水量和總耗水量均顯著減少（表4），SB1、SB2、SC1、SC2、SP1和SP2處理植物總耗水量分別減少25.8%、28.8%、23.0%、34.4%、21.8%和37.7%。雙因素方差分析結(jié)果表明，建筑廢棄物含量對(duì)植物耗水量具有極顯著影響（總耗水量：F=61.07，p=0.00；日均耗水量：F=85.30，p=0.00，F(xiàn)：通過(guò)F統(tǒng)計(jì)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)；P：F統(tǒng)計(jì)得到的概率值），建筑廢棄物類型和含量對(duì)植物耗水量的影響具有極顯著的交互作用（總耗水量：F=8.70，p=0.00；日均耗水量：F=7.87，p=0.00）。可見(jiàn)，建筑廢棄物含量對(duì)植物耗水量的影響隨其類型變化。磚塊兩個(gè)含量處理的植物耗水量無(wú)顯著差異，在混凝土碎塊和卵石處理中，高含量處理植物總耗水量則比低含量處理分別減少14.9%和20.4%（表4）。

表4 不同建筑廢棄物類型和含量日均耗水量和總耗水量比較結(jié)果Tab.4 Comparison results of daily average water consumption and total water consumption of different types and contents of construction waste

2.2 植物耗水過(guò)程中土壤、建筑廢棄物及混合介質(zhì)含水量變化

植物耗水過(guò)程中土壤、建筑廢棄物和混合介質(zhì)含水量隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化如圖2所示。各處理土壤含水量均隨時(shí)間持續(xù)下降[見(jiàn)圖2（a）]，植物持續(xù)從土壤中吸收水分。

圖2 含水量動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamic change of water content

試驗(yàn)前13 天建筑廢棄物類型對(duì)土壤含水量無(wú)顯著影響，第17 天卵石-土壤混合介質(zhì)（SP）和混凝土碎塊-土壤混合介質(zhì)（SC）處理土壤含水量低于對(duì)照（CK），磚塊-土壤混合介質(zhì)（SB）中土壤含水量則與對(duì)照相當(dāng)[圖2（a）和表5]。第17～28 天，SC、SB、SP 處理土壤含水量降幅（2.6%、1.2%、2.2%）小于對(duì)照（4.6%），飽和后第28 天SB 和SC 處理土壤含水量顯著高于對(duì)照，SP 處理則與對(duì)照相當(dāng)。第17～28 天土壤水分變化出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，SB 和SC 處理中土壤含水量減小的速率小于對(duì)照，SP減小速率仍與對(duì)照相當(dāng)。

表5 建筑廢棄物類型和含量對(duì)含水量的影響Tab.5 Influence of type and content of construction waste on water content

3種建筑廢棄物含水量由高到低依次為磚塊、混凝土碎塊和卵石[表5 和圖2（b）]。試驗(yàn)前6 天磚塊含水量基本穩(wěn)定在19.8%左右，混凝土含水量基本穩(wěn)定8.7%左右，卵石含水量基本穩(wěn)定在0.5%左右，接近田間持水量。試驗(yàn)中期（第13～17 天），磚塊含水量呈緩慢下降，試驗(yàn)后期（第17～28 天）磚塊含水量則迅速下降，說(shuō)明在試驗(yàn)后期植物可從磚塊中吸收利用水分。混凝土碎塊含水量則在中后期均緩慢下降，說(shuō)明在試驗(yàn)中后期，植物開(kāi)始從混凝土碎塊中吸收利用水分。卵石含水量在整個(gè)試驗(yàn)期幾乎無(wú)下降趨勢(shì)。

整個(gè)耗水階段，建筑廢棄物類型對(duì)混合介質(zhì)含水量均具有顯著影響，建筑廢棄物含量?jī)H在前期（第1～13 天）對(duì)混合介質(zhì)含水量具有顯著影響（表5）。混合介質(zhì)含水量動(dòng)態(tài)變化具有階段性[圖2（c）]：前13 天，各處理含水量均迅速下降，含水量由高到低依次為對(duì)照、SB、SC、SP 處理，且高含量處理含水量低于低含量處理。第13～17天，對(duì)照含水量仍迅速下降，建筑廢棄物-土壤混合介質(zhì)含水量下降幅度則減小，SB處理含水量與對(duì)照相當(dāng)，SC 處理和SP 處理含水量小于對(duì)照，且這兩種處理含水量仍為高含量處理低于低含量處理。第28 天SB 處理含水量超過(guò)對(duì)照，低含量和高含量處理分別比對(duì)照高1.7%和2.3%，SC處理含水量則與對(duì)照相當(dāng)，SP處理含水量仍低于對(duì)照。

2.3 植物耗水過(guò)程中水分在土壤和建筑廢棄物間的分配比例

分別計(jì)算土壤和建筑廢棄物含水量與建筑廢棄物-土壤混合介質(zhì)總含水量的比值，得到植物耗水過(guò)程中水分在土壤和建筑廢棄物間的分配比例，結(jié)果繪于圖3。磚塊、混凝土碎塊和卵石中水量比例占總水量比例分別為30.0%、20.8%、和2.4%，試驗(yàn)前17 d，隨時(shí)間的推移，所有處理的土壤含水量比例持續(xù)減小，建筑廢棄物含水量比例持續(xù)增加。第17～28 天，磚塊、混凝土碎塊處理的土壤含水量比例呈增加趨勢(shì)，SB1、SB2、SC1和SC2處理分別增加9.5%、6.4%、0.8%和0.6%。卵石處理土壤含水量比例則持續(xù)減小，但減小的幅度微小。SB1、SB2、SC1和SC2處理的建筑廢棄物含水量比例分別減小9.5%、6.4%、0.8%和0.6%。至第28 天，水分在建筑廢棄物中的分配比例由高到低依次為磚塊（28.5%）＞混凝土碎塊（24.7%）＞卵石（3.6%）。

圖3 水分分配比例動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes in water distribution ratio

由于水分在土壤和建筑廢棄物中的分配比例是此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，因此建筑廢棄物的類型和含量對(duì)土壤和建筑廢棄物產(chǎn)生影響的顯著性是一致的，即雙因素方差分析結(jié)果一致（表6）。整個(gè)耗水過(guò)程中，建筑廢棄物類型和含量均對(duì)土壤、建筑廢棄物含水量占總含水量的比例具有極顯著影響，且二者具有極顯著的交互作用。土壤含水量比例由大到小為SP 處理＞SC 處理＞SB 處理，SB 和SC 處理土壤中水分比例在前17 天降幅分別為11.4%和8.8%，顯著高于SP 處理（1.7%）。土壤中水分比例隨建筑廢棄物含量增加呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，SB2較SB1減小20.2%，SC2較SC1減小13.8%，SP2較SP1減小1.2%。

表6 建筑廢棄物類型和含量對(duì)水分分配比例的影響Tab.6 Impact of construction waste type and content on water distribution ratio

2.4 植物耗水過(guò)程中有效水含量的動(dòng)態(tài)變化

本研究中3 種建筑廢棄物最大有效水含量為磚塊＞混凝土碎塊＞卵石。3 種混合介質(zhì)最大有效水含量為磚塊-土壤＞混凝土碎塊-土壤＞卵石-土壤混合介質(zhì)。低含量建筑廢棄物處理最大有效水含量大于高含量建筑廢棄物處理。植物耗水過(guò)程中土壤、建筑廢棄物和混合介質(zhì)有效水含量隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化如圖4 所示。試驗(yàn)第17～28 天，建筑廢棄物類型對(duì)土壤有效水含量具有顯著影響（表7），SC、SP、SB 處理的土壤有效水含量降幅（2.5%、2.2%、1.0%）顯著小于CK（5.1%）。土壤有效水分含量變化出現(xiàn)轉(zhuǎn)折[圖4（a）]，SB 和SC 處理的土壤有效水含量減小的速率均小于對(duì)照，SP 處理減小速率則與對(duì)照相當(dāng)。至第28 天SB 和SC 處理土壤有效水含量（5.5%和4.6%）顯著高于對(duì)照（3.3%），SP處理與對(duì)照相當(dāng)，說(shuō)明磚塊和混凝土碎塊的混入對(duì)土壤有效水含量的影響大于卵石。

圖4 實(shí)際有效水含量動(dòng)態(tài)變化Fig.4 Dynamic change of actual available water content

表7 建筑廢棄物類型和含量對(duì)有效水含量的影響Tab.7 Impact of type and content of construction waste on available water content

3種建筑廢棄物有效水含量由高到低依次為磚塊、混凝土碎塊和卵石。試驗(yàn)前6 天磚塊有效水含量基本穩(wěn)定在13.7%左右，混凝土有效水含量基本穩(wěn)定在4.7%左右，卵石有效水含量基本穩(wěn)定在0.4%左右，接近最大有效水含量（表2）。試驗(yàn)后期磚塊有效水含量迅速下降，混凝土碎塊有效水含量緩慢下降，卵石有效水含量幾乎無(wú)下降趨勢(shì)。

整個(gè)耗水階段，建筑廢棄物類型對(duì)混合介質(zhì)有效水含量均具有顯著影響（表7）。前13 d，各處理有效水含量由高到低依次為對(duì)照、SB、SC 和SP 處理，且高含量處理有效水含量低于低含量處理。至第28 天，SB 處理有效水含量超過(guò)對(duì)照，SC 處理有效水含量與對(duì)照相當(dāng)，SP 處理有效水含量則仍低于對(duì)照。

2.5 植物生物量和水分利用效率

單因素方差分析表明，各建筑廢棄物處理植物生物量均與對(duì)照無(wú)顯著差異[圖5（a）]。雙因素方差分析表明，建筑廢棄物類型和含量交互作用對(duì)植物生物量具有顯著影響（F=6.094，p=0.015），磚塊高含量處理植物生物量高于低含量處理20.5%。卵石則相反，低含量處理生物量比低含量處理高23.9%?；炷了閴K兩個(gè)含量處理生物量無(wú)顯著差異。單因素方差分析表明，高含量磚塊處理植物水分利用效率顯著高于對(duì)照[圖5（b）]，高出32.8%。雙因素方差分析中建筑廢棄物類型、含量及二者交互作用對(duì)水分利用效率均無(wú)顯著影響，說(shuō)明不同建筑廢棄物類型、含量處理間水分利用效率基本相當(dāng)。

圖5 不同建筑廢棄物類型和含量處理植物生物量和水分利用效率Fig.5 Plant biomass and water use efficiency of different types and contents of construction waste

3 討 論

3.1 土壤中建筑廢棄物對(duì)植物耗水量的影響

蒸騰耗水是植物利用水分的重要過(guò)程之一，與土壤水分條件密切相關(guān)[23]。本研究中建筑廢棄物-土壤混合介質(zhì)中植物日均耗水量和總耗水量均低于土壤中，說(shuō)明建筑廢棄物的混入具有抑制植物耗水的作用。研究表明，土壤含水量影響葉片含水量和氣孔蒸騰速度，植物耗水量也隨土壤含水量降低而下降[24]。李新宇等[25]研究冬青衛(wèi)矛耗水特性與土壤水分間的關(guān)系也證明，冬青衛(wèi)矛耗水量隨土壤水分下降而顯著減小。本研究建筑廢棄物-土壤混合介質(zhì)中土壤含水量均小于無(wú)廢棄物土壤中，是其植物耗水量低于均質(zhì)土壤的原因之一。此外，植物根系吸水時(shí)，在建筑廢棄物-土壤混合介質(zhì)中水分交換界面與不含建筑廢棄物土壤中不同。在混合介質(zhì)中，增加了根-石界面和土-石界面。建筑廢棄物占據(jù)了原有土壤的孔隙、減少了水分運(yùn)移通道[26]，降低土壤導(dǎo)水和供水性能，因此，具有抑制植物蒸騰耗水的作用。

建筑廢棄物含量對(duì)植物耗水量的影響隨其類型變化?；炷了閴K和卵石含量對(duì)植物耗水量具有顯著影響，高含量處理植物耗水量顯著低于低含量處理，磚塊兩個(gè)含量處理間植物耗水量則無(wú)顯著差異。Ma 等[27]研究認(rèn)為土石混合介質(zhì)中的碎石含量相同時(shí)，其孔隙度越低對(duì)土壤水力參數(shù)的影響越大，飽和導(dǎo)水率越小，持水性能越差。本研究中的建筑廢棄物-土壤混合介質(zhì)即為人為土石混合介質(zhì)，磚塊飽和含水量為19.3%，混凝土碎塊和卵石的飽和含水量分別為10.4%和0.6%（表1），可見(jiàn)，混凝土碎塊和卵石的孔隙度小于磚塊，對(duì)土壤水分移動(dòng)的抑制作用更強(qiáng)。KORBOULEWSKY 等[28]研究發(fā)現(xiàn)，植物耗水量隨著碎石含量的增加顯著減小。與本研究結(jié)果不同。在他們的研究中，石灰?guī)r和硅質(zhì)卵石的最大有效水含量分別約為7.6%和1%，與本研究中的混凝土碎塊和卵石相近，但遠(yuǎn)小于磚塊，因此磚塊對(duì)植物耗水量的影響與其存在差異。此外，他們所研究的歐美楊是高蒸騰低水分利用效率類型植物[29]，土壤類型為石質(zhì)土，均與本研究具有差異。

3.2 建筑廢棄物對(duì)植物耗水過(guò)程中土壤水分變化及其分配比例的影響

植物耗水過(guò)程中，建筑廢棄物-土壤混合介質(zhì)和對(duì)照含水量均持續(xù)減小。試驗(yàn)前期混合介質(zhì)含水量低于對(duì)照，至試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，磚塊-土壤混合介質(zhì)與混凝土碎塊-土壤混合介質(zhì)所有處理含水量顯著高于對(duì)照，卵石-土壤混合介質(zhì)含水量與對(duì)照相當(dāng)。建筑廢棄物-土壤混合介質(zhì)中土壤含水量與建筑廢棄物含水量開(kāi)始減小的時(shí)間不同，建筑廢棄物含水量開(kāi)始減小的時(shí)間滯后于土壤。在抑制土壤蒸發(fā)的條件下，土壤含水量變化主要取決于植物根系吸水。本研究結(jié)果說(shuō)明在建筑廢棄物-土壤混合介質(zhì)中植物優(yōu)先吸收土壤中的水分，當(dāng)土壤含水量下降到一定程度，開(kāi)始從建筑廢棄物中吸水。本研究結(jié)果與已有研究的結(jié)果一致，GONG 和SUSANNE 等[30,31]認(rèn)為具吸水性的碎石可作為植物水庫(kù)，植物在干旱時(shí)可以利用其中的水分。KORBOULEWSKY 和TETEGAN 等[28,32]的研究同樣表明，當(dāng)土壤含水量下降到約25.3%，碎石的含水量才開(kāi)始降低，此時(shí)植物表現(xiàn)出水分脅迫跡象（葉片氣孔導(dǎo)度降低）。

研究期間，建筑廢棄物-土壤混合介質(zhì)由飽和至干燥的過(guò)程中，磚塊、混凝土碎塊和卵石中水量百分比均呈先增加后減小的趨勢(shì)，3 種建筑廢棄物中水量占總水量比例分別為30.0%、20.8%、和2.4%?；旌辖橘|(zhì)中建筑廢棄物所占水量比例變化可說(shuō)明：①在建筑廢棄物-土壤混合介質(zhì)中，盡管大多數(shù)水分仍集中于土壤中，但建筑廢棄物中水分不可忽略，尤其持水容量較大的建筑廢棄物；②在干旱階段，建筑廢棄物含水量及占總水量的百分比均減小，說(shuō)明此階段中建筑廢棄物中水分對(duì)植物吸水具有重要貢獻(xiàn)。

3.3 建筑廢棄物對(duì)水分利用效率的影響

植物的水分利用效率能反映植物的耗水性和對(duì)干旱的適應(yīng)性，高水分利用效率是協(xié)調(diào)植物生長(zhǎng)與耗水矛盾的重要途徑[33,34]。本研究中高含量（40%）磚塊和混凝土碎塊處理中植物水分利用效率分別提高32.8%和24.3%。水分利用效率是植物消耗單位水量生產(chǎn)出的干物質(zhì)量。水分利用效率是總生物量與總耗水量的比值，高含量磚塊處理中植物生物量顯著增加，高含量混凝土碎塊處理中植物耗水量顯著減小，因此這兩個(gè)處理的水分利用效率顯著提高?？梢?jiàn)，土壤中建筑廢棄物的存在具有提高植物水分利用效率的作用，這對(duì)建筑廢棄物在城市綠化植物和土壤水分方面的管理及應(yīng)用具有指導(dǎo)意義，為建筑廢棄物資源化利用開(kāi)拓了新途徑。

4 結(jié) 論

（1）建筑廢棄物與土壤混合后抑制植物耗水，建筑廢棄物-土壤混合介質(zhì)中植物日均耗水量和總耗水量均低于土壤中。與無(wú)廢棄物土壤中植物總耗水量相比，低含量磚塊、混凝土碎塊和卵石處理分別減少25.8%、23.0%和21.8%，高含量磚塊、混凝土碎塊和卵石處理分別減少28.8%、34.4%和37.7%。

（2）植物耗水過(guò)程中，建筑廢棄物含水量開(kāi)始減小的時(shí)間滯后于土壤。建筑廢棄物-土壤混合介質(zhì)中植物優(yōu)先吸收土壤中的水分，當(dāng)土壤含水量下降到一定程度，開(kāi)始從建筑廢棄物中吸水。研究期間磚塊、混凝土碎塊和卵石中水量百分比均呈先增加后減小的趨勢(shì)，說(shuō)明建筑廢棄物具有緩解干旱的作用，且磚塊優(yōu)于混凝土碎塊和卵石。

（3）3 種建筑廢棄物對(duì)植物生物量的影響具有差異，磚塊高含量處理高于低含量處理，卵石高含量處理低于低含量處理，混凝土碎塊兩個(gè)含量處理無(wú)顯著差異。植物水分利用效率因耗水量受到建筑廢棄物的抑制呈現(xiàn)提升趨勢(shì)，磚塊和混凝土碎塊高含量處理植物水分利用效率比對(duì)照高32.8%和24.3%。