CN108817079A - 一种利用伴矿景天-瓜蒌修复重金属镉污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用伴矿景天‑瓜蒌修复重金属镉污染土壤的方法，将镉超富集植物伴矿景天和攀缘型草本植物瓜蒌以套种的形式种植在镉污染土壤中；通过瓜蒌在伴矿景天上方的密集生长，为伴矿景天提供了较好的遮荫环境。本发明套种的瓜蒌不仅提高了伴矿景天在夏天的存活率，同时也带来了一定的经济价值，是一种空间利用率高、修复效果好、农业生产者易接受的技术模式。

Description

一种利用伴矿景天-瓜蒌修复重金属镉污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及一种利用伴矿景天-瓜蒌修复重金属镉污染土壤的方法，属于重金属镉污染土壤植物修复领域。

背景技术

镉是常见的重金属“五毒”元素之一，在自然界中，土壤重金属镉污染具有分解周期长(半衰期超过20a)、移动性大、毒性高、难降解等特点，容易通过食物链在生物体内富集，最终被人体吸收而危害健康，是当今主要环境问题之一。

目前修复土壤重金属污染的主要技术有物理修复技术(主要包括工程修复、热解吸法、土壤淋洗)、化学修复技术(土壤钝化等)以及生物修复技术(主要包括植物修复、动物修复以及农业生态修复)。其中植物修复技术通过吸收、挥发、根滤、降解、稳定等作用，可以从根本上降低土壤镉含量，是社会广泛关注的绿色环保不会造成二次污染的技术。

伴矿景天作为镉的一种超富集植物，具有生物量大以及生长速度快等特点，在修复重金属镉污染土壤方面具有广泛的应用价值。但如何解决伴矿景天安全度夏的问题是目前在工程应用中的难点。传统的加盖遮阳网法虽然能一定程度上缓解伴矿景天安全度夏的问题，但在大规模的工程实施应用过程中，所需成本较高，空间利用率不大，且经济效益不高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种利用伴矿景天-瓜蒌修复重金属镉污染土壤的方法，以解决伴矿景天的安全度夏问题，实现低成本高效除镉，并带来较好的经济价值。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种利用伴矿景天-瓜蒌修复重金属镉污染土壤的方法，包括如下步骤：

S1、将伴矿景天和瓜蒌以套种的形式种植在待修复的镉污染土壤中；

在待修复的镉污染土壤上搭设棚架，备用；

S2、待瓜萎的藤蔓长至20cm以上时，优选为35cm以上，将藤蔓引上棚架；

根据伴矿景天的生长情况，每年对伴矿景天刈割1-3次，优选为1-2次；

直至镉污染土壤中镉含量达到修复目标。

如此，随着瓜萎的生长，瓜萎藤蔓爬上棚架，在伴矿景天上方形成天然的遮阴棚，为伴矿景天提供良好的遮阴环境，提高伴矿景天在夏天的成活率，从而提升修复效果。另外，瓜蒌作为一种多年生攀缘型草本植物，其果实、果皮、果仁(籽)、根茎均为上好的中药材，具有一定的经济价值。申请人研究发现，在生长空间上与伴矿景天之间不存在明显的竞争关系，而种植瓜蒌只需第一年栽植、搭架，未来3-4年只需注意田间管理即可，种植成本相对较低。

进一步地，步骤S1中，伴矿景天的种植时间为2月-4月，优选为3月，进一步优选为3月上旬；瓜萎的种植时间为伴矿景天种植当年的3月-5月，优选为4月，进一步优选为4月上旬。

进一步地，步骤S1中，以扦插的方式种植伴矿景天，优选地，伴矿景天种苗的初始长度为5-8cm。

进一步地，步骤S1中，以分根繁殖的方式种植瓜蒌，优选地，瓜萎种根的初始长度为6-10cm，优选地，瓜萎的种植穴深为8-10cm，大小为25-35×25-35cm，优选为30×30cm。

步骤S1中，伴矿景天和瓜蒌的种植密度分别为20000-26000株/亩和500-700株/亩。

进一步地，步骤S1中，所述棚架的高度为150-350cm，一般为200-300cm，优选为220-280cm，棚架的顶部结构为网状结构。

更进一步地，以高度为150-350cm的水泥柱作支柱，按行间距5-7米架设于镉污染土壤上，支柱上方用铁丝纵横连接成网状，并铺上尼龙网，形成棚架。

进一步地，步骤S1中，分行种植，在某些行种植若干伴矿景天和瓜蒌，构成混种行；在某些行仅种植伴矿景天，构成单作行；相邻混种行之间的行距为90-110cm，优选为95-105cm，相邻混种行之间种植3-6行单作行，优选为4-5行，相邻单作行之间或相邻混种行与单作行之间的间距为18-24cm，优选为20-22cm。

进一步地，同一混种行中，相邻两株瓜蒌之间的株距为90-110cm，优选为95-105cm，相邻两株瓜蒌之间种植3-8株伴矿景天，优选为4-6株，瓜蒌与相邻的伴矿景天之间的株距为16-24cm，优选为18-22cm，相邻两株伴矿景天之间的株距为12-18cm，优选为13-16cm。

如此，在保证伴矿景天存活率以及瓜蒌生物量的同时，可以最大限度的提高其镉修复效率，以及经济价值最大化。

进一步地，同一单作行中，相邻两株伴矿景天之间的株距为12-22cm。

进一步地，利用绳索将瓜萎藤蔓引上棚架。

进一步地，步骤S2中，根据伴矿景天的生长情况，每年2月下旬和7月上旬分别对伴矿景天刈割一次，优选地，留茬高度为2-4cm。

进一步地，在种植瓜蒌的当年10月，收获瓜蒌。

进一步地，在镉污染土壤中每年施复合肥500-700kg/hm²，以保证伴矿景天、瓜萎的正常生长，进一步提升除镉效果。

优选地，伴矿景天和瓜蒌的管理方式为：每年施复合肥550kg/hm²，垄上均覆地膜，膜上适量覆土压实，并保持田间水分充足，梅雨季节保持沟渠疏通。

优选地，镉污染土壤农田垄宽1.2米，高0.15米，垄与垄间距0.4米。每垄行间距20cm，每行采用2株瓜蒌间隔5株伴矿景天方式种植，伴矿景天间株距15cm，行距20cm，瓜蒌与伴矿景天株距 20cm，行距20cm，瓜蒌间株距100cm，行距100cm，垄两边各留宽10cm。

此外，通过瓜蒌的密集生长，对伴矿景天能起到天然的遮阴效果，有效缓解了伴矿景天的安全度夏难题，延长了其生长周期，提高了土壤镉的移除效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明套种的瓜蒌为伴矿景天的生长提供了较好的遮荫环境，提高了伴矿景天在夏天的存活率，是一种空间利用率高、修复效果好的技术模式，土壤降镉率可达14％以上。

(2)本发明套种的瓜蒌是上好的中药材以及化妆品的原材料，能带来较好的经济价值，农业生产者易接受。

(3)瓜萎为多年生植物，一次种植即可满足镉污染土壤修复周期较长的要求，每年均可自然生长形成“天然遮阳网”，无需人工更换或修复遮阳网，有利于降低修复成本。

附图说明

图1为不同种植方式下伴矿景天的亩吸镉量。

图2为伴矿景天-瓜蒌套种模式示意图。

图3为棚架搭建示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本次试验区域设在湖南省醴陵市某休耕区，气候类型为亚热带季风性湿润气候，年平均气温18℃左右。共设置3个试验小区，每个小区面积为2亩。每个小区采集表层土壤(0-20cm土层)样品，采用五点采样法混合成一个土壤样品，每个采样点标记经纬度。前期对休耕区调研，其各项指标的背景值为：

表1为各试验点基本理化性质

种植前15天进行土地整理。翻耕深度18cm以上，晒坯1天，土块能打散不粘，用旋耕机旋耕3 次，并起垄。沟分厢的畦面宽度为1.2m，厢沟宽度为0.4m，厢沟深为0.15m，以无积水为宜。在C 试验小区上搭好棚架，用250cm×8cm×8cm规格的水泥柱作支柱棚架，行间距6米，棚架上方用铁丝纵横连接成网状，并铺上尼龙网(参见图3)。

每垄行间距20cm，每行采用2株瓜蒌间隔5株伴矿景天方式种植，景天间株距15cm，行距20cm，瓜蒌与景天株距20cm，行距20cm，瓜蒌间株距100cm，行距100cm，垄两边各留宽10cm。

3月上旬开始种植，伴矿景天采用扦插繁殖。选择健壮种苗移栽，刈割移栽间隔小于3天，株高 5～10cm，留茬2cm，每穴扦插3株种苗。瓜蒌的种植方式为分根繁殖，种根长6-10cm；种植穴深为8-10cm，大小为30×30cm，时间为4月上旬。当瓜蒌茎蔓长至30厘米以上时，使用绳索将茎蔓引上棚网。

伴矿景天和瓜蒌每年施复合肥550kg/hm²，垄上均覆地膜，膜上覆适量土压实，定期灌溉。

伴矿景天每年7月中上旬和次年2月下旬刈割两次，刈割后，鲜样可用于继续移栽扩大修复面积，也可用垃圾发电厂无害化处理。收获的瓜蒌果实可带来较好的经济收益。

以下结合具体实施方案对本发明作进一步说明。

对比例1：单作伴矿景天-加盖遮阳网

2017年2月下旬对面积大小2亩的田块进行土地整理，垄上覆膜，膜上覆适量土压实。伴矿景天按15cm×20cm进行扦插繁殖，田间管理和收获方式同上，并加盖遮阳网。同时测定植株地上部分以及土壤中的镉含量。

表2为伴矿景天地上部分对镉的富集效果及其生物量。

伴矿景天的种植密度为25000株/亩。相对于种植前，年均镉移除量为21.63g，修复后土壤中镉含量为0.60mg/kg。以耕层土壤质量2250t·hm^-2计算，伴矿景天的年均镉移除率可以达到20.03％，土壤降镉率为16.67％。

对比例2：单作伴矿景天-无遮阳网

2017年2月下旬对面积大小2亩的田块进行土地整理，垄上覆膜，膜上覆适量土压实。伴矿景天按15cm×20cm进行扦插繁殖，田间管理和收获方式同上，不加盖遮阳网。同时测定植株地上部分以及土壤中的镉含量。

表3为伴矿景天地上部分对镉的富集效果及其生物量。

伴矿景天的种植密度为25000株/亩。相对于种植前，年均镉移除量为14.59g，修复后土壤中镉含量为0.69mg/kg。以耕层土壤质量2250t·hm^-2计算，伴矿景天的年均镉移除率可以达到12.80％，土壤降镉率为9.21％。

实施例1：套种伴矿景天-瓜蒌

2017年2月下旬对面积大小2亩的田块进行土地整理，垄上覆膜，膜上覆适量土压实。每垄行间距20cm，每一混种行采用2株瓜蒌间隔5株伴矿景天方式种植，伴矿景天间株距15cm，瓜蒌与景天株距20cm，瓜蒌间株距100cm，行距100cm；相邻混种行之间设置4条单作行，单作行仅种植伴矿景天，以混种行各种植位置为起始点作与单作行垂直的垂线，垂点即为单作行上伴矿景天的种植位置，单作行与相邻混种行之间、相邻单作行之间的行距为20cm，垄两边各留宽10cm(参见图2)。田间管理和收获方式同上。并测定植株地上部分以及土壤的镉含量。

表4为伴矿景天地上部分对镉的富集效果及其生物量

伴矿景天的种植密度为25000株/亩，瓜蒌的种植密度为600株/亩。相对于种植前，年均镉总移除量为21.38g，修复后土壤中镉含量为0.58mg/kg。以耕层土壤质量2250t·hm^-2计算，年均镉移除率可以达到20.96％，土壤降镉率为14.71％。

相对于土壤镉含量背景值，三种处理方式下，土壤镉含量均有显著降低。其中相对于单作景天- 无遮阳网，采用伴矿景天-瓜蒌套种显著提高了伴矿景天的存活率，同时土壤降镉率也达到显著降低。而相对于加盖遮阳网处理，其年均镉移除量以及土壤降镉率降低效果差异不大，且整体降镉效果较好 (接近15％)。此外，瓜蒌果实中的镉含量在风险管控范围以内。

近几年瓜蒌市场货源紧缺，需求量大，且瓜蒌的生物量较高，相较于其他攀缘型草本植物，能带来较好的经济收益。瓜蒌第一年投入一亩地约3000元，而后面几年只需注意田间管理即可，投入成本不大(若人工搭设遮阳棚，则每年修复成本需增加3500元/亩左右)，相比单作伴矿景天-加盖遮阳网的模式，长远看，本发明的修复成本要低的多。套种瓜蒌在提高了伴矿景天存活率的同时也带来了较好的经济价值，是一种较为理想的修复模式。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种利用伴矿景天-瓜蒌修复重金属镉污染土壤的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将伴矿景天和瓜蒌以套种的形式种植在待修复的镉污染土壤中；

在待修复的镉污染土壤上搭设棚架，备用；

S2、待瓜萎的藤蔓长至20cm以上时，优选为35cm以上，将藤蔓引上棚架；

根据伴矿景天的生长情况，每年对伴矿景天刈割1-3次，优选为1-2次；

直至镉污染土壤中镉含量达到修复目标。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，伴矿景天的种植时间为2月-4月，优选为3月，进一步优选为3月上旬；瓜萎的种植时间为伴矿景天种植当年的3月-5月，优选为4月，进一步优选为4月上旬。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，以扦插的方式种植伴矿景天，优选地，伴矿景天种苗的初始长度为5-8cm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，以分根繁殖的方式种植瓜蒌，优选地，瓜萎种根的初始长度为6-10cm，优选地，瓜萎的种植穴深为8-10cm，大小为25-35×25-35cm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，伴矿景天和瓜蒌的种植密度分别为20000-26000株/亩和500-700株/亩。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述棚架的高度为150-350cm，一般为200-300cm，优选为220-280cm，棚架的顶部结构为网状结构。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤S1中，分行种植，在某些行种植若干伴矿景天和瓜蒌，构成混种行；在某些行仅种植伴矿景天，构成单作行；相邻混种行之间的行距为90-110cm，优选为95-105cm，相邻混种行之间种植3-6行单作行，优选为4-5行，相邻单作行之间或相邻混种行与单作行之间的间距为18-24cm，优选为20-22cm。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，同一混种行中，相邻两株瓜蒌之间的株距为90-110cm，优选为95-105cm，相邻两株瓜蒌之间种植3-8株伴矿景天，优选为4-6株，瓜蒌与相邻的伴矿景天之间的株距为16-24cm，优选为18-22cm，相邻两株伴矿景天之间的株距为12-18cm，优选为13-16cm。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，同一单作行中，相邻两株伴矿景天之间的株距为12-22cm。

10.根据权利要求1-6、8、9任一项所述的方法，其特征在于，步骤S2中，根据伴矿景天的生长情况，每年2月下旬和7月上旬分别对伴矿景天刈割一次，优选地，留茬高度为2-4cm。