CN108817048B

CN108817048B - 一种利用草本植物与空心菜间作修复Cd污染土壤的方法

Info

Publication number: CN108817048B
Application number: CN201810366362.0A
Authority: CN
Inventors: 陈莉; 陈世宝; 王萌
Original assignee: Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences; Institute of Agricultural Resources and Regional Planning of CAAS
Current assignee: Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences; Institute of Agricultural Resources and Regional Planning of CAAS
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2018-04-23
Publication date: 2021-01-15
Anticipated expiration: 2038-04-23
Also published as: CN108817048A

Abstract

一种利用草本植物与空心菜间作修复Cd污染土壤的方法。本发明提供一种利用间作农艺措施修复Cd污染土壤的方法，为：在待修复Cd污染土壤间作蔬菜和草本植物，然后进行正常栽培管理，达到减低收获的蔬菜和土壤中Cd含量的目的。所述蔬菜为空心菜，所述草本植物选自下述至少一种：高丹草、苏丹草、狼尾草、黑麦草、苦荬菜、菊苣、籽粒苋、三叶草、紫花苜蓿和紫云英。本发明提供了一种在空心菜蔬菜田通过间作草本植物的农艺措施来修复Cd污染土壤的技术方案，间作的草本植物生物量高、生长快速，能富集Cd等重金属，可有效减低污染土壤中Cd的含量。此方法为Cd污染农田边安全生产、边修复提供依据。本技术发明属于环境友好型生态技术，具有明显的生态效益、经济效益和社会效益。

Description

一种利用草本植物与空心菜间作修复Cd污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及污染土壤修复技术领域，具体涉及一种利用草本植物与空心菜间作修复Cd污染土壤的方法。

背景技术

土壤Cd污染不仅给中国农业生产造成了严重的经济损失,同时给人体健康带来了很大风险,加强农田Cd污染防治研究具有重要的现实意义。目前,国内外针对重金属污染土壤的修复已有大量研究,但纵观现有的修复技术,对于中国大面积的中、轻度污染土壤而言,仍面临经济效益、修复时间等诸多技术瓶颈,因此,以农产品可食部位Cd污染风险管控为主,实行边安全生产、边修复的农艺修复治理方式更适宜中国国情、农情。目前,针对重金属污染农田土壤的农艺修复研究中,通过利用水分管理、施肥、施用石灰调节土壤pH值及低吸收品种的田间应用等已有较多研究与应用,而基于农田生态系统的生态学原理,利用不同植物与作物间作进行Cd污染农田修复研究与应用相对较少。

在农业生产中,间作是指相同土壤中,在同一生长期内,分行或分带相间种植两种或者两种以上作物的种植方式,是现代集约化生态农业的一种高效种植模式,可以促进植物对土壤中养分、水、光、气的利用效率。在农田污染修复研究中,利用重金属高富集或高生物量植物与作物进行间作,增加了植物种类的多样性,而不同间作植物通过根系特性的不同,驱动农田土壤生物的多样性与生态功能的多样性,从而影响作物对重金属的吸收与转运。有研究表明,印度芥菜与苜蓿间作、黑麦草和紫云英与油菜间作可以有效抑制植物体内重金属的累积量。目前,用于间套作修复技术的超富集植物普遍存在生长缓慢、周期长、生物量小,对重金属的富集具有专一性等缺点,影响了间套作修复重金属污染土壤的效率。

目前国内外关于利用间作措施对蔬菜田Cd污染土壤实施生物修复的有效案例还很少，其原因是不同植物与作物间作后,植物的种间作用如何影响作物根系对重金属吸收、转运的机理还不是很清楚。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用间作农艺措施修复Cd污染土壤的方法。

本发明所提供的利用间作农艺措施修复Cd污染土壤的方法，为：在待修复Cd污染土壤间作蔬菜和草本植物，然后进行正常栽培管理，达到减低收获的蔬菜和土壤中Cd含量的目的。

所述蔬菜具体可为空心菜。

所述草本植物可选自下述至少一种：高丹草(Sorghum bicolor L.)、苏丹草(Sorghum sudanense Stapf)、狼尾草(Pennisetum americanum x P)、黑麦草(Loliumperenne L.)、苦荬菜(Sonchus arvensis L.)、菊苣(Cichorium intybus L.)、籽粒苋(Amaranthus hypochondriacus L.)、三叶草(Trifolium repens L.)、紫花苜蓿(Medicagosativa L.)和紫云英(Astragalus sinicus L.)，优选地，所述草本植物为：高丹草、苏丹草和/或狼尾草，更优选地，所述草本植物为：高丹草。

所述蔬菜与草本植物间作种植的比例(即种植带数目比)可为1:1、3:1、4:2，即每1行空心菜间作种植1行草本植物，或每3行空心菜间作种植1行草本植物；或每4行空心菜间作种植2行草本植物。更优选地，所述空心菜与草本植物间作种植的比例为1:1，即每1行空心菜间作种植1行草本植物。

所述蔬菜的种植带与草本植物的种植带之间的间距可为10-30cm，具体可为20cm。

所述草本植物在进行间作种植之前，需先进行育苗处理，所述育苗处理的操作为：将草本植物的种子经H₂O₂溶液消毒后用水冲洗,用去离子水浸种后促芽，最后统一播种。

本发明提供了一种在空心菜蔬菜田通过间作草本植物的农艺措施来修复Cd污染土壤的技术方案，间作的草本植物生物量高、生长快速，能富集Cd等重金属，可有效减低污染土壤中Cd的含量。此方法为Cd污染农田边安全生产、边修复提供依据。本技术发明属于环境友好型生态技术，具有明显的生态效益、经济效益和社会效益。

本发明以适应性强、生物量大、生长迅速的草本植物与空心菜间作,基于空心菜可食部位Cd的消减率与土壤中Cd的移除率为指标,评价不同草本植物间作对Cd污染土壤的修复效果,筛选出高Cd的消减率与土壤中Cd的移除率的空心菜与间作草本植物组合，可为减低土壤或蔬菜中Cd含量提供有效手段，为Cd污染农田边安全生产、边修复提供依据，为保障农产品安全和农田环境安全提供技术支持。

附图说明

图1为不同植物间作处理对空心菜Cd含量影响。

图2为间作处理对空心菜茎叶Cd的消减率影响。

图3为不同间作处理对土壤中Cd移除率的影响。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，结果取平均值。

实施例1、作物和间作植物及催芽

以中叶空心菜(Ipomoea aquatic Forsk)为主栽作物。

间作草本植物包括:高丹草(Sorghum bicolor L.)、苏丹草(Sorghum sudanenseStapf)、狼尾草(Pennisetum americanum x P)、黑麦草(Lolium perenne L.)、苦荬菜(Sonchus arvensis L.)、菊苣(Cichorium intybus L.)、籽粒苋(Amaranthushypochondriacus L.)、三叶草(Trifolium repens L.)、紫花苜蓿(Medicago sativa L.)、紫云英(Astragalus sinicus L.).

种子购自北京合嘉生态科技有限公司与江苏御景圆绿化工程有限公司,经10％H₂O₂溶液消毒10min后用水冲洗几遍,用去离子水浸种8h后转至培养皿中促芽后统一播种。

实施例2、不同草本植物与空心菜间作试验处理

试验共包括11个处理:空心菜单作(CK)、空心菜与高丹草间作(T1)、空心菜与苏丹草间作(T2)、空心菜与狼尾草间作(T3)、空心菜与黑麦草间作(T4)、空心菜与苦荬菜间作(T5)、空心菜与菊苣间作(T6)、空心菜与籽粒苋间作(T7)、空心菜与三叶草间作(T8)、空心菜与紫花苜蓿间作(T9)、空心菜与紫云英间作(T10)，每种处理4个重复.盆栽试验在日光温室中进行,试验用PVC长槽,长、宽、高分别为60、40、30cm,每盆装过2mm筛风干土壤约36kg.

作为对照的单作模式为3行空心菜,间作模式为每1行空心菜间作种植1行草本植物，行距为20cm。根据不同植物个体大小差异,空心菜、高丹草、苏丹草和杂交狼尾草每行定苗4株,其他7种植物每行保留8株。每盆分别添加尿素0.21g/kg、KH₂PO₄0.19g/kg、KCl0.055g/kg作为植物生长所需的底肥.空心菜与间作植物同时下种,生长期间不定期浇水,使土壤含水量经常保持在田间持水量的70％左右,生长期为56d。

另设空心菜与高丹草间作种植的比例为1:1、3:1、4:2的处理，即每1行空心菜间作种植1行草本植物，或每3行空心菜间作种植1行草本植物；或每4行空心菜间作种植2行草本植物。

实施例3、测定指标与方法

收获时,分别取空心菜和各间作植物的地上部分(距离土面约1cm的茎叶)与根的植株样品,用自来水与去离子水冲洗干净,自然晾干后于105℃杀青30min,然后70℃烘干至恒重,测定样品地上部的干重.烘干的植物样品用粉碎机粉碎、混匀,过0.25mm筛孔备用.土壤样品Cd含量采用HNO3-HClO4-HF消化,植物样Cd含量采用HNO₃-HClO₄消化,利用ICP-MS测定土壤与植株消解液中镉的含量。

作物Cd消减率(DRCd,％):与对照(CK)相比,不同间作处理中空心菜茎叶Cd降低的百分数(％),DRCd＝(C对照-C处理/C对照)*100％；其中C对照与C处理分别为单作与不同间作处理空心菜茎叶Cd的含量(mg/kg)；

植物Cd积累量(Cd积累)定义为:植株地上部(茎叶)与根部中Cd的积累量,Cd积累＝C茎叶×W茎叶+C根×W根；C茎叶、C根为草本植物或空心菜茎叶与根中Cd含量(mg/kg),W茎叶、W根为草本植物茎叶与根的干重(g)；

土壤Cd的移除率(RCd，％)定义为：植物Cd积累量与土壤中Cd总量的比值,RCd＝Cd积累/Cd土壤×100％。

实施例4、不同草本植物间作处理对空心菜Cd含量的降低效果

不同间作处理对主栽作物(空心菜)茎叶与根部Cd含量变化见图1.不同间作处理的空心菜茎叶Cd含量为1.176-2.258mg/kg,最大相差1.92倍；根中Cd浓度为1.899-2.631mg/kg,最大相差1.39倍.从图1可看出,空心菜与高丹草、苏丹草、狼尾草、黑麦草以及苦荬菜间作后,空心菜茎叶Cd含量较空心菜单作都显著降低,分别降低了33.9％、35.8％、34.38％、17.3％和29.3％；空心菜与菊苣、美国籽粒苋、三叶草、紫花苜蓿和紫云英间作后,空心菜地上部的Cd含量较单作都有不同程度增加,增加幅度为3.0％-23.3％,其中与菊苣间作后空心菜地上部Cd含量较单作增加了23.3％.

空心菜与高丹草、苏丹草、狼尾草间作可以减低空心菜中Cd的含量，均超过30％可以作为与空心菜的间作植物栽培，可用于修复Cd污染土壤。

实施例5、不同间作处理的空心菜茎叶Cd消减率

作物可食部位Cd的降低程度是评价Cd污染农田修复的主要指标之一。与空心菜单作(CK)相比,不同间作处理后,空心菜茎叶中Cd的吸收变化差异显著。从图2可以看出,与高丹草、苏丹草、狼尾草、黑麦草和苦卖菜间作后,空心菜茎叶中Cd的浓度显著降低,茎叶Cd的消减率分别为34.0％、35.8％、34.3％、17.2％和23.9％；而与菊苣、籽粒苋、三叶草、紫花苜蓿和紫云英间作后,空心菜茎叶中Cd的浓度却有不同程度的增加,茎叶Cd的消减率分别为-23.3％、-3.0％、-14.2％、-14.4％和-13.8％。在T1-T5处理中,其中T1-T3处理的空心菜茎叶Cd消减率均超过34.0％,与其它处理间有显著差异(P<0.05),对降低空心菜茎叶Cd含量具有显著效果,相反,与菊苣间作(T6)后,空心菜茎叶Cd含量增加23.3％。

空心菜与高丹草、苏丹草、狼尾草间作后，空心菜茎叶中Cd的消减率较高，均超过30％可以作为与空心菜的间作植物栽培，可用于修复Cd污染土壤。

实施例6、不同间作处理对土壤中Cd移除率的影响

在以风险管控为主的Cd污染农田修复实践中,在降低作物可食部位Cd含量的同时,降低土壤中Cd的浓度是边安全生产、边修复的核心目标。以每盆植株Cd总积累量占土壤中Cd总量的比作为土壤中Cd移除率(％)对不同间作处理的修复效果进行评价(如图3)。对不同间作处理后植株对土壤中Cd的移除率测定结果表明,不同处理中土壤Cd的移除率为0.35％-1.49％。与空心菜单作(CK)相比,不同草本间作均不同程度增加了土壤中Cd的移除率,增加范围为0.04％-1.14％。10种草本植物间作对土壤Cd移除率顺序为:苏丹草≈高丹草≈狼尾草>苦卖菜>菊苣≈黑麦草>籽粒苋>紫花苜蓿>三叶草≈紫云英。

空心菜与高丹草、苏丹草、狼尾草间作后，空心菜茎叶中Cd的移除率较高，均超过30％可以作为与空心菜的间作植物栽培，可用于修复Cd污染土壤。

Claims

1.一种利用间作农艺措施修复Cd污染土壤的方法，为：在待修复Cd污染土壤间作蔬菜和草本植物，进行正常栽培管理，达到减低收获的蔬菜和土壤中Cd含量的目的；

所述蔬菜为空心菜；

所述草本植物为高丹草、苏丹草和/或狼尾草；

所述蔬菜与草本植物间作种植的比例为1:1、3:1或4:2；

所述蔬菜的种植带与草本植物的种植带之间的间距为10-30cm。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述草本植物在进行间作种植之前，需先进行育苗处理，所述育苗处理的操作为：将草本植物的种子经H₂O₂溶液消毒后用水冲洗,用去离子水浸种后促芽，最后统一播种。