CN108856265A - 一种利用油菜间作豆科植物修复镉污染土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用油菜间作豆科植物修复镉污染土壤的方法，该方法包括以下步骤：以间作的方式将油菜与豆科植物种植在镉污染土壤中进行培养，完成对镉污染土壤的修复。本发明利用油菜间作豆科植物修复镉污染土壤的方法，以间作的方式将油菜与豆科植物种植在镉污染土壤进行培养，能够实现对镉污染土壤的有效修复，具有修复效果好、收益高等优点，还具有投资少、维护成本低、工程量小、管理技术要求低、操作方便、能够保持甚至改良土壤的理化性质等优点，同时能够兼顾镉污染土壤边修复边生产，有着良好的环境效益、社会效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明属于重金属污染土壤防治技术领域，涉及一种修复镉污染土壤的方法，具体涉及一种利用油菜间作豆科植物修复镉污染土壤的方法。
背景技术
受采矿及其他污染途径的综合作用，土壤中重金属污染越来越严重，其中重金属镉污染问题最为突出。根据《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)显示，酸性土壤中镉含量大于0.3mg/kg即存在污染风险。因而，土壤中重金属镉污染成为限制农作物产量和品质的关键，此外，重金属镉还可通过食物链的富集对人体健康带来潜在的危害。因此，亟需对重金属污染土壤进行修复，特别是对镉污染土壤进行修复显得尤为迫切。
目前，植物修复技术是一种具有经济、绿色、环境友好和可原位修复等优势的以植物为基础的修复技术，利用植物对重金属污染土壤进行修复时通过植物根系从土壤中吸收重金属离子，并转运到植物体的各个部位，从而将土壤中的重金属转移至植物体内，实现对重金属污染土壤的修复，已被广泛用于修复重金属污染土壤。对于镉污染土壤而言，植物根系对镉离子的吸收效果主要受限于镉在土壤中的存在形态，如能被植物吸收积累的镉主要以可交换态形式存在，然而可交换态镉的含量相对较少，即土壤中有效态镉的含量较低，导致植物根系无法有效吸收更多的镉离子，使得植物对镉污染土壤的修复效果难以提高。一方面，现有活化镉污染土壤的方法中，所用植物虽然能够分泌有机酸，但是分泌的有机酸种类较少，且分泌的有机酸含量较低，难以快速、有效地活化镉污染土壤，其结果是活化效果较差，甚至可能会破坏土壤的理化性质，使土壤失去再利用价值。另一方面，现有修复镉污染土壤的方法中，所用植物(如玉米等)的种植季节与经济作物(如水稻、小麦等)冲突，导致不能合理的利用土地资源，无法获得较好的修复效果和经济效益，且所利用的植物产量低、技术成本大、植物富集系数小、对镉的提取效果不佳。实际上，由于镉具有毒性，会抑制植物的生长发育，使植物无法正常生长，不利于提高植物对镉污染土壤的修复效果，且还会降低植物的产量，导致经济效益降低，甚至由于植物籽实会富集大量的镉，导致籽实因镉含量超标而不能食用，大大降低植物修复的使用价值和经济效益，不利于降低植物修复的成本。另外，现有修复镉污染土壤的方法还存在投资成本高、维护成本高、工程量大、管理技术要求高、操作复杂等问题，严重限制了植物修复技术的应用价值和应用范围。可见，现有镉污染土壤的修复技术中仍然存在投资成本高、维护成本高、工程量大、管理技术要求高、操作复杂、修复效果差、收益差等问题。因此，如何全面改善上述问题，获得一种修复效果好、收益高的修复镉污染土壤的方法，对于提高植物修复技术在镉污染土壤修复领域的应用范围具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种修复效果好、收益高的利用油菜间作豆科植物修复镉污染土壤的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种利用油菜间作豆科植物修复镉污染土壤的方法，所述方法包括以下步骤：以间作的方式将油菜与豆科植物种植在镉污染土壤中进行培养，完成对镉污染土壤的修复。
上述的方法，进一步改进的，所述油菜与豆科植物之间的行距为20cm～40cm。
上述的方法，进一步改进的，所述油菜是以条播方式将油菜种子播种在镉污染土壤中；所述油菜种子的播种株距为10cm～15cm。
上述的方法，进一步改进的，所述油菜的播种量为0.8kg/亩～1kg/亩；所述油菜为甘蓝型油菜。
上述的方法，进一步改进的，所述豆科植物为毛苕子、蚕豆、豌豆、紫云英、白车轴草、白羽扇豆中的至少一种。
上述的方法，进一步改进的，所述豆科植物为蚕豆、豌豆时，以点播方式将豆科植物种子播种在镉污染土壤中；所述豆科植物种子的播种株距为10cm～20cm；所述蚕豆的播种量为5.5kg/亩～7kg/亩；所述豌豆的播种量为5.5kg/亩～8kg/亩。
上述的方法，进一步改进的，所述豆科植物为毛苕子、紫云英、白车轴草、白羽扇豆时，以条播方式将豆科植物种子播种在镉污染土壤中；所述豆科植物种子的播种株距为10cm～20cm；所述毛苕子的播种量为3kg/亩～4kg/亩；所述紫云英的播种量为1kg/亩～2kg/亩；所述白车轴草的播种量为0.5kg/亩～1kg/亩；所述白羽扇豆的播种量为3kg/亩～4kg/亩。
上述的方法，进一步改进的，所述镉污染土壤中镉的初始浓度为0.3mg/kg～5.0mg/kg。
上述的方法，进一步改进的，所述豆科植物在秋季或冬季种植；所述培养按照植物自然生长方式进行；所述培养过程中保持镉污染土壤含水量为最大持水量的65％～75％；所述培养过程中还包括往镉污染土壤中施加复合肥和有机肥。
上述的方法，进一步改进的，所述复合肥的施加量为25kg/亩～35kg/亩；所述复合肥中N、P2O5、K2O的重量比为15∶10∶10；所述有机肥的施加量为450kg/亩～500kg/亩。
本发明中，所用甘蓝型油菜(Brassica napus L.)为一年生或越年生作物，油菜株体较大，发育中等，生育期较长，直立性强，主根发育中等，支细根较发达。与一般植物不同，甘蓝型油菜是一种镉超积累植物，对土壤中的镉有很强的忍耐、吸收和积累能力。田间条件下，地上部干重可达262.7kg/亩，富集镉含量范围在247-381mg/kg。在土壤镉含量较低的情况下，油菜体内也能富集大量的镉，因此它可以修复轻度和中度污染的土壤。
本发明中，所用毛苕子(Vicia villosa Roth)是豆科野豌豆属一年生或越年生草本植物，根系发达，主根明显。毛苕子是春性和冬性的过渡类型，但偏向冬性。毛苕子营养价值很高。
本发明中，所用蚕豆(Vicia faba L.)，又称罗汉豆、胡豆、兰花豆等，是豆科野豌豆属一年生草本植物。蚕豆耐-4℃低温畏暑，主根短粗，多须根，根瘤粉红色，密集。蚕豆为粮食、蔬菜和饲料、绿肥兼用作物。
本发明中，所用豌豆(Pisum sativum Linn)是豆科野豌豆属一年生攀援草本。豌豆半耐寒性作物，喜温和湿润的气候，不耐燥热单调。
本发明中，所用紫云英(Astragalus sinicus L.)，又名红花草，是豆科黄芪属二年生草本植物。紫云英主根较肥大，侧根入土较浅，主根、侧根及地表的细根上都能着生根瘤，以侧根上居多数，多在秋季套播于晚稻田中，作早稻的基肥，是我国稻田最主要的冬季绿肥作物。紫云英营养价值颇高，除用作绿肥外，还能直接或青贮紫云英作饲料。
本发明中，所用白车轴草(Trifolium repens L.)又名白三叶、白花三叶草等，是豆科车轴草属多年生草本。白车轴草适应性广，抗热抗寒性强，可在酸性土壤中旺盛生长，也可在砂质土中生长，有一定的观赏价值，是世界各国主要栽培牧草之一。
本发明中，所用白羽扇豆(Lupinus albus)是豆科羽扇豆属一年生草本。白羽扇豆较耐寒(-5℃以上)，喜气候凉爽，根系发达，耐旱，最适宜砂性土壤。白羽扇豆可用作饲料与绿肥，又可作观赏植物。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提供了一种利用油菜间作豆科植物修复镉污染土壤的方法，以间作的方式将油菜与豆科植物种植在镉污染土壤进行培养，实现对镉污染土壤的有效修复。本发明中，豆科植物(如毛苕子、蚕豆、豌豆、紫云英、白车轴草、白羽扇豆等)能够在镉污染土壤中正常生长，且产量保持正常水平，同时这些豆科植物的根系能够大量分泌多种分泌物(如有机酸，包括柠檬酸、苹果酸、乳酸)，且分泌物的含量非常高，一方面通过豆科植物根际分泌物改良镉污染土壤的理化性质，有利于油菜和豆科植物的生长，另一方面通过豆科植物根际分泌的有机酸活化镉污染土壤，从而改变土壤中镉的形态或生物毒性，提高土壤中镉的有效态含量，达到提高土壤中有效态镉含量的目的。在此基础上，本发明中将油菜与豆科植物以间作的方式种植在镉污染土壤中，油菜能够更加有效的吸收土壤中的有效态镉，进而更好的提高对镉污染土壤的修复效果，实现对镉污染土壤的有效修复。另外，在油菜与豆科植物培养过程中，结合不同的农艺调控措施(如，调控植物种植方式(行距、株距和播种量)、水分管理、施肥管理、虫害管理等)，一方面利用油菜对镉的优先吸收提取，并转移至地上部部分通过对地上部收获物进行异地集中处理，降低土壤有效态重金属含量，另一方面通过油菜与豆科植物间的互作效应，在镉污染土壤中豆科植物根际分泌有机酸能够活化土壤中的镉，促进油菜对土壤中镉的吸收，同时降低与油菜互作的豆科植物对镉的吸收和累积，从而降低豆科植物中镉的含量，在不破坏农田生态环境和现有种植功能前提下，实现对镉污染土壤的原位修复，保障农产品安全的目的，同时不影响正常的农业生产，能够使油菜的产量保持正常水平，并维持油菜和豆科植物的产量。本发明中，以间作的方式将油菜与豆科植物种植在镉污染土壤中，利用豆科植物对镉污染土壤中镉的活化作用，提高豆科植物根际土壤中有效态镉的含量，达到活化土壤镉的效应，同时利用油菜对土壤中的有效态镉进行吸收，不仅能提高油菜对土壤中有效态镉的吸收量，提高修复效果，而且通过油菜吸收更多土壤中的有效态镉还能降低有效态镉对豆科植物生长发育的影响，从而在保证油菜和豆科植物正常生长的前提下，维持油菜和豆科植物的产量。本发明中，油菜与豆科植物均为秋冬季作物，二者间作，还能够提高土地利用率，改善土壤营养结构，获得更好的修复效果。本发明利用油菜间作豆科植物修复镉污染土壤的方法，以间作的方式将油菜与豆科植物种植在镉污染土壤进行培养，能够实现对镉污染土壤的有效修复，具有修复效果好、收益高等优点，还具有投资少、维护成本低、工程量小、管理技术要求低、操作方便、能够保持甚至改良土壤的理化性质等优点，同时能够兼顾镉污染土壤边修复边生产，有着良好的环境效益、社会效益和经济效益。
(2)本发明方法中，以油菜为富集植物，属于秋冬季作物。本发明以油菜作为主栽植物，利用秋冬闲田、闲地种植油菜，不会影响水稻作物的正常生产，既能够维持水稻作物的正常产量，且还能够提高土地利用率，改善土壤营养结构，同时油菜吸收富集的镉主要存在于茎、叶中，而籽实中含量较低，此外收获的籽实可用于工业炼油等，能够产生一定的经济价值，由此可以降低修复成本。相比其他类型的油菜，本发明以甘蓝型油菜作为油菜的优选品种，其具有籽实产量高，工业炼油产油量大等优点，能够获得更好的经济价值。
(3)本发明方法中，以毛苕子、蚕豆、豌豆、紫云英、白车轴草和白羽扇豆中的至少一种为豆科植物，它们属于秋冬季作物，其中毛苕子、蚕豆、紫云英、白车轴草、白羽扇豆这5种豆科植物与油菜间作修复镉污染土壤后，它们产量均高于豌豆。另外，毛苕子除了根瘤的固氮作用外，其自身独特的根系分泌物对土壤速效养分的提高效果较好；紫云英对镉的富集系数较大，且将紫云英与油菜间作有利于提高油菜籽实产量。
(4)本发明方法中，油菜与豆科植物均能正常生长，油菜的产量也正常，达到180kg/亩～220kg/亩，能够产生经济效益，降低修复成本。同时，豆科植物产量处于正常水平，毛苕子的产量为1000kg/亩～2500kg/亩，蚕豆的产量为150kg/亩～280kg/亩，豌豆的产量为150kg/亩～200kg/亩，紫云英的产量为6000kg/亩～7500kg/亩，白车轴草的产量为2500kg/亩～3000kg/亩，白羽扇豆的产量为250kg/亩～300kg/亩，也能够产生较好的经济效益，进一步降低修复成本。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。本发明的实施例中，若无特别说明，以下所得数据均是三次以上试验的平均值。
实施例1：
一种修复镉污染土壤的组合植物修复方法，具体为利用油菜和毛苕子的组合修复镉污染土壤，其中试验地点位于湖南省长沙市浏阳市，土壤镉浓度分别为0.5mg/kg和1.0mg/kg，其中镉浓度为0.5mg/kg的污染土壤中有机酸含量为113.14mg/kg，土壤CaCl2-Cd含量为0.08mg/kg，土壤DTPA-Cd含量为0.21mg/kg；镉浓度为1.0mg/kg的污染土壤中有机酸含量为121.20mg/kg，土壤CaCl2-Cd含量为0.45mg/kg，土壤DTPA-Cd含量为0.39mg/kg，以间作的方式将油菜与毛苕子在这两种镉污染土壤中进行培养，包括以下步骤：
(1)前一年10月份(秋季)，对镉污染土壤进行整地，并施用促进油菜和毛苕子的根系生长的氮磷钾复合肥(市售)和有机肥(市售)，其中氮磷钾复合肥的施加量为28kg/亩，且氮磷钾复合肥中N、P2O5、K2O的重量比为15∶10∶10，有机肥的施加量为450kg/亩。
(2)以间作的方式将湘杂油6号(甘蓝型油菜)和毛苕子种植在步骤(1)中施加肥料的镉污染土壤中，油菜和毛苕子之间的行距为30cm，其中油菜以条播方式进行播种，株距为15cm，播种量为1kg/亩；毛苕子以条播方式进行播种，株距为15cm，播种量为3.5kg/亩。按照自然生长方式周期生长，定期进行田间水分管理，保持土壤含水量在最大持水量的70％，直至油菜和毛苕子成熟，完成对镉污染土壤的修复。
植物收获时期与收获方法：经过一个修复周期于次年5月份分别收获油菜籽实、油菜秸秆和毛苕子地上部。称量得油菜-毛苕子处理下油菜的地上部干物质量为218kg/亩(0.5mg/kg镉污染土壤)和192kg/亩(1.0mg/kg镉污染土壤)；收获的油菜地上部分(籽实、秸秆)和毛苕子地上部分(荚果、秸秆)，并测定地上部总镉含量，如表1-1所示；分别采集油菜根际土和毛苕子根际土，测定根际土总镉含量，如表1-2所示。
表1-1油菜间作毛苕子以及单作方式地上部总镉含量
表1-2油菜间作毛苕子以及单作方式根际有机酸含量以及根际土总镉含量
从表1-1可以看出，油菜-毛苕子间作模式下，油菜地上部总镉含量高于单作油菜，毛苕子地上部总镉含量则低于单作毛苕子。从表1-2可以看出，油菜-毛苕子间作模式下，根际土总镉含量显著降低，且均低于单作油菜和单作毛苕子，而根际有机酸含量均高于单作油菜和单作毛苕子。综合表1-1和表1-2可知，本发明以间作的方式将油菜与毛苕子种植在镉污染土壤中，利用毛苕子对镉污染土壤中镉的活化作用，提高毛苕子根际土壤中有效态镉的含量，达到活化土壤镉的效应，同时利用油菜对土壤中的有效态镉进行吸收，不仅能提高油菜对土壤中有效态镉的吸收量，提高修复效果，而且通过油菜吸收更多土壤中的有效态镉还能降低有效态镉对毛苕子生长发育的影响，从而在保证油菜和毛苕子正常生长的前提下，维持油菜和毛苕子的产量，具有修复效果好、收益高等优点，有着良好的环境效益、社会效益和经济效益，这验证了油菜-蚕豆间作模式对土壤镉的活化能力强和提取能力强，同时表明油菜-毛苕子间作模式对修复镉污染土壤的潜力巨大。
实施例2：
一种修复镉污染土壤的组合植物修复方法，具体为利用油菜和蚕豆的组合修复镉污染土壤，其中试验地点位于湖南省长沙市浏阳市，土壤镉浓度分别为1.0mg/kg和3.0mg/kg，其中镉浓度为1.0mg/kg的污染土壤中有机酸含量为121.20mg/kg，土壤CaCl2-Cd含量为0.45mg/kg，土壤DTPA-Cd含量为0.39mg/kg；镉浓度为3.0mg/kg的污染土壤中有机酸含量为110.03mg/kg，土壤CaCl2-Cd含量为1.57mg/kg，土壤DTPA-Cd含量为1.58mg/kg，以间作的方式将油菜与蚕豆在这两种镉污染土壤中进行培养，包括以下步骤：
(1)前一年10月份(秋季)，对镉污染土壤进行整地，并施用促进油菜和蚕豆的根系生长的氮磷钾复合肥和有机肥，其中氮磷钾复合肥的施加量为35kg/亩，且氮磷钾复合肥中N、P2O5、K2O的重量比为15∶10∶10，有机肥的施加量为450kg/亩。
(2)以间作的方式将湘杂油6号(甘蓝型油菜)和蚕豆种植在步骤(1)中施加肥料的镉污染土壤中，油菜和蚕豆之间的行距为35cm，其中油菜以条播方式进行播种，株距为15cm，播种量为0.8kg/亩；蚕豆以点播方式进行播种，株距为18cm，播种量为6kg/亩。按照自然生长方式周期生长，定期进行田间水分管理，保持土壤含水量在最大持水量的75％，直至油菜和蚕豆成熟，完成对镉污染土壤的修复。
植物收获时期与收获方法：经过一个修复周期于次年5月份分别收获油菜籽实、油菜秸秆和蚕豆植株地上部。称量得油菜-蚕豆处理下油菜的地上部干物质量为209kg/亩(1.0mg/kg镉污染土壤)和185kg/亩(3.0mg/kg镉污染土壤)，收获油菜的地上部分(籽实、秸秆)和蚕豆的地上部分(荚果、秸秆)，并测定地上部分总镉含量，如表2-1所示；分别采集油菜根际土和蚕豆根际土，测定根际土总镉含量，如表2-2所示。
表2-1油菜间作蚕豆以及单作方式地上部总镉含量
表2-2油菜间作蚕豆以及单作方式根际有机酸含量以及根际土总镉含量
从表2-1可以看出，油菜-蚕豆间作模式下，油菜地上部总镉含量高于单作油菜，蚕豆地上部总镉含量则低于单作蚕豆。从表2-2可以看出，油菜-蚕豆间作模式下，根际土总镉含量显著降低，且均低于单作油菜和单作蚕豆，而根际有机酸含量均高于单作油菜和单作蚕豆。综合表2-1和表2-2可知，本发明以间作的方式将油菜与蚕豆在镉污染土壤中，利用蚕豆对镉污染土壤中镉的活化作用，提高蚕豆根际土壤中有效态镉的含量，达到活化土壤镉的效应，同时利用油菜对土壤中的有效态镉进行吸收，不仅能提高油菜对土壤中有效态镉的吸收量，提高修复效果，而且通过油菜吸收更多土壤中的有效态镉还能降低有效态镉对蚕豆生长发育的影响，从而在保证油菜和蚕豆正常生长的前提下，维持油菜和蚕豆的产量，具有修复效果好、收益高等优点，有着良好的环境效益、社会效益和经济效益，这验证了油菜-蚕豆间作模式对土壤镉的活化能力强和提取能力强，同时表明油菜-蚕豆间作模式对修复镉污染土壤的潜力巨大。
实施例3：
一种修复镉污染土壤的组合植物修复方法，具体为利用油菜和豌豆的组合修复镉污染土壤，其中试验地点位于湖南省长沙市浏阳市，土壤镉浓度分别为0.3mg/kg和3.5mg/kg，其中镉浓度为0.3mg/kg的污染土壤中有机酸含量为97.79mg/kg，土壤CaCl2-Cd含量为0.05mg/kg，土壤DTPA-Cd含量为0.17mg/kg；镉浓度为3.5mg/kg的污染土壤中有机酸含量为89.97mg/kg，土壤CaCl2-Cd含量为1.77mg/kg，土壤DTPA-Cd含量为1.85mg/kg，以间作的方式将油菜与豌豆在这两种镉污染土壤中进行培养，包括以下步骤：
(1)前一年10月份(秋季)，对镉污染土壤进行整地，并施用促进油菜和豌豆的根系生长的氮磷钾复合肥和有机肥，其中氮磷钾复合肥的施加量为32kg/亩，且氮磷钾复合肥中N、P2O5、K2O的重量比为15∶10∶10，有机肥的施加量为480kg/亩。
(2)以间作的方式将湘杂油6号(甘蓝型油菜)和豌豆种植在步骤(1)中施加肥料的镉污染土壤中，油菜和豌豆之间的行距为25cm，其中油菜以条播方式进行播种，株距为12cm，播种量为0.8kg/亩；豌豆以点播方式进行播种，株距为12cm，播种量为7kg/亩。按照自然生长方式周期生长，定期进行田间水分管理，保持土壤含水量在最大持水量的75％，直至油菜和豌豆成熟，完成对镉污染土壤的修复。
植物收获时期与收获方法：经过一个修复周期于次年5月份分别收获油菜籽实、油菜秸秆和豆科植株地上部。称量得油菜-豌豆处理下油菜地上部干物质量为201kg/亩(0.3mg/kg镉污染土壤)和190kg/亩(3.5mg/kg镉污染土壤)；收获油菜的地上部分(籽实、秸秆)和豌豆的地上部分(荚果、秸秆)，并测定地上部分总镉含量，如表3-1所示；分别采集油菜根际土和豌豆根际土，测定根际土总镉含量，如表3-2所示。
表3-1油菜及间作豌豆以及单作方式地上部总镉含量
表3-2油菜间作豌豆以及单作方式根际有机酸含量以及根际土总镉含量
从表3-1可以看出，油菜-豌豆间作模式下，油菜地上部总镉含量高于单作油菜，豌豆地上部总镉含量则低于单作豌豆；从表3-2可以看出，油菜-豌豆间作模式下，根际土总镉含量显著降低，且均低于单作油菜和单作豌豆，而根际有机酸含量均高于单作油菜和单作豌豆。综合表3-1和表3-2可知，本发明以间作的方式将油菜与豌豆种植在镉污染土壤中，利用豌豆对镉污染土壤中镉的活化作用，提高豌豆根际土壤中有效态镉的含量，达到活化土壤镉的效应，同时利用油菜对土壤中的有效态镉进行吸收，不仅能提高油菜对土壤中有效态镉的吸收量，提高修复效果，而且通过油菜吸收更多土壤中的有效态镉还能降低有效态镉对豌豆生长发育的影响，从而在保证油菜和豌豆正常生长的前提下，维持油菜和豌豆的产量，具有修复效果好、收益高等优点，有着良好的环境效益、社会效益和经济效益，这验证了油菜-豌豆间作模式对土壤镉的活化能力强和提取能力强，同时表明油菜-豌豆间作模式对修复镉污染土壤的潜力巨大。
实施例4：
一种修复镉污染土壤的组合植物修复方法，具体为利用油菜和紫云英的组合修复镉污染土壤，其中试验地点位于湖南省长沙市浏阳市，土壤镉浓度分别为1.2mg/kg和3.6mg/kg，镉浓度为1.2mg/kg的污染土壤中有机酸含量为108.1mg/kg，土壤CaCl2-Cd含量为0.31mg/kg，土壤DTPA-Cd含量为0.46mg/kg；镉浓度为3.6mg/kg的污染土壤中有机酸含量为107.05mg/kg，土壤CaCl2-Cd含量为1.85mg/kg，土壤DTPA-Cd含量为1.82mg/kg，以间作的方式将油菜与紫云英在这两种镉污染土壤中进行培养，包括以下步骤：
(1)前一年10月份(秋季)，对镉污染土壤进行整地，并施用促进油菜和紫云英的根系生长的氮磷钾复合肥和有机肥，其中氮磷钾复合肥的施加量为25kg/亩，且氮磷钾复合肥中N、P2O5、K2O的重量比为15∶10∶10，有机肥(市售)的施加量为450kg/亩。
(2)以间作的方式将湘杂油6号(甘蓝型油菜)和紫云英种植在步骤(1)中施加肥料的镉污染土壤中，油菜和紫云英之间的行距为20cm，其中油菜以条播方式进行播种，株距为10cm，播种量为1kg/亩；紫云英以条播方式进行播种，株距为10cm，播种量为1.5kg/亩。按照自然生长方式周期生长，定期进行田间水分管理，保持土壤含水量在最大持水量的65％，直至油菜和紫云英成熟，完成对镉污染土壤的修复。
植物收获时期与收获方法：经过一个修复周期于次年5月份分别收获油菜籽实、油菜秸秆和紫云英地上部。称量油菜-紫云英处理下油菜地上部干物质量为218kg/亩(1.2mg/kg镉污染土壤)和197kg/亩(3.6mg/kg镉污染土壤)；收获油菜的地上部分(籽实、秸秆)和紫云英的地上部分(秸秆)，并测定地上部分总镉含量，如表4-1所示；分别采集油菜根际土和紫云英根际土，测定根际土总镉含量，如表4-2所示。
表4-1油菜间作紫云英以及单作方式地上部总镉含量
表4-2油菜间作紫云英以及单作方式根际有机酸含量以及根际土总镉含量
从表4-1可以看出，油菜-紫云英间作模式下，油菜地上部总镉含量高于单作油菜，紫云英地上部总镉含量则低于单作紫云英；从表4-2可以看出，油菜-紫云英间作模式下，根际土总镉含量显著降低，且均低于单作油菜和单作紫云英，而根际有机酸含量均高于单作油菜和单作紫云英。综合表4-1和表4-2可知，本发明以间作的方式将油菜与紫云英种植在镉污染土壤中，利用紫云英对镉污染土壤中镉的活化作用，提高紫云英根际土壤中有效态镉的含量，达到活化土壤镉的效应，同时利用油菜对土壤中的有效态镉进行吸收，不仅能提高油菜对土壤中有效态镉的吸收量，提高修复效果，而且通过油菜吸收更多土壤中的有效态镉还能降低有效态镉对紫云英生长发育的影响，从而在保证油菜和紫云英正常生长的前提下，维持油菜和紫云英的产量，具有修复效果好、收益高等优点，有着良好的环境效益、社会效益和经济效益，这验证了油菜-紫云英间作模式对土壤镉的活化能力强和提取能力强，表明油菜-紫云英间作模式对修复镉污染土壤的潜力巨大。
实施例5：
一种修复镉污染土壤的组合植物修复方法，具体为利用油菜和白车轴草的组合修复镉污染土壤，其中试验地点位于湖南省长沙市浏阳市，土壤镉浓度分别为0.3mg/kg和2.5mg/kg，镉浓度为0.3mg/kg的污染土壤中有机酸含量为97.79mg/kg，土壤CaCl2-Cd含量为0.05mg/kg，土壤DTPA-Cd含量为0.17mg/kg；镉浓度为2.5mg/kg的污染土壤中有机酸含量为122.73mg/kg，土壤CaCl2-Cd含量为1.32mg/kg，土壤DTPA-Cd含量为1.61mg/kg，以间作的方式将油菜与白车轴草在这两种镉污染土壤中进行培养，包括以下步骤：
(1)前一年10月份(秋季)，对镉污染土壤进行整地，并施用促进油菜和白车轴草的根系生长的氮磷钾复合肥和有机肥，其中氮磷钾复合肥的施加量为28kg/亩，且氮磷钾复合肥中N、P2O5、K2O的重量比为15∶10∶10，有机肥的施加量为480kg/亩。
(2)以间作的方式将湘杂油6号(甘蓝型油菜)和白车轴草种植在步骤(1)中施加肥料的镉污染土壤中，油菜和白车轴草之间的行距为20cm，其中油菜以条播方式进行播种，株距为10cm，播种量为0.8kg/亩；白车轴草以条播方式进行播种，株距为10cm，播种量为1kg/亩。按照自然生长方式周期生长，定期进行田间水分管理，保持土壤含水量在最大持水量的65％，直至油菜和白车轴草成熟，完成对镉污染土壤的修复。
植物收获时期与收获方法：经过一个修复周期于次年5月份分别收获油菜籽实、油菜秸秆和白车轴草地上部。称量油菜-白车轴草处理下油菜地上部干物质量为211kg/亩(0.3mg/kg镉污染土壤)和189kg/亩(2.5mg/kg镉污染土壤)；收获油菜的地上部分(籽实、秸秆)和白车轴草的地上部分(秸秆)，并测定地上部分总镉含量，如表5-1所示；分别采集油菜根际土和白车轴草根际土，测定根际土总镉含量，如表5-2所示。
表5-1油菜间作白车轴草以及单作方式地上部总镉含量
表5-2油菜间作白车轴草以及单作方式根际有机酸含量以及根际土总镉含量
从表5-1可以看出，油菜-白车轴草间作模式下，油菜地上部总镉含量高于单作油菜，白车轴草地上部总镉含量则低于单作白车轴草；从表5-2可以看出，油菜-白车轴草间作模式下，根际土总镉含量显著降低，且均低于单作油菜和单作白车轴草，而根际有机酸含量均高于单作油菜和单作白车轴草。综合表5-1和表5-2可知，本发明以间作的方式将油菜与白车轴草种植在镉污染土壤中，利用白车轴草对镉污染土壤中镉的活化作用，提高白车轴草根际土壤中有效态镉的含量，达到活化土壤镉的效应，同时利用油菜对土壤中的有效态镉进行吸收，不仅能提高油菜对土壤中有效态镉的吸收量，提高修复效果，而且通过油菜吸收更多土壤中的有效态镉还能降低有效态镉对白车轴草生长发育的影响，从而在保证油菜和白车轴草正常生长的前提下，维持油菜和白车轴草的产量，具有修复效果好、收益高等优点，有着良好的环境效益、社会效益和经济效益，这验证了油菜-白车轴草间作模式对土壤镉的活化能力强和提取能力强，同时表明油菜-白车轴草间作模式对修复镉污染土壤的潜力巨大。
实施例6：
一种修复镉污染土壤的组合植物修复方法，具体为利用油菜和白羽扇豆的组合修复镉污染土壤，其中试验地点位于湖南省长沙市浏阳市，土壤镉浓度分别为0.5mg/kg和5.0mg/kg，镉浓度为0.5mg/kg的污染土壤中有机酸含量为113.14mg/kg，土壤CaCl2-Cd含量为0.08mg/kg，土壤DTPA-Cd含量为0.21mg/kg；镉浓度为5.0mg/kg的污染土壤中有机酸含量为106.92mg/kg，土壤CaCl2-Cd含量为2.28mg/kg，土壤DTPA-Cd含量为2.51mg/kg，以间作的方式将油菜与白羽扇豆在这两种镉污染土壤中进行培养，包括以下步骤：
(1)前一年10月份(秋季)，对镉污染土壤进行整地，并施用促进油菜和白羽扇豆的根系生长的氮磷钾复合肥和有机肥，其中氮磷钾复合肥的施加量为32kg/亩，且氮磷钾复合肥中N、P2O5、K2O的重量比为15∶10∶10，有机肥的施加量为500kg/亩。
(2)以间作的方式将湘杂油6号(甘蓝型油菜)和白羽扇豆种植在步骤(1)中施加肥料的镉污染土壤中，油菜和白羽扇豆之间的行距为30cm，其中油菜以条播方式进行播种，株距为15cm，播种量为0.8kg/亩；白羽扇豆以条播方式进行播种，株距为15cm，播种量为4kg/亩。按照自然生长方式周期生长，定期进行田间水分管理，保持土壤含水量在最大持水量的70％，直至油菜和白羽扇豆成熟，完成对镉污染土壤的修复。
植物收获时期与收获方法：经过一个修复周期于次年5月份分别收获油菜籽实、油菜秸秆和白羽扇豆植株地上部。称量油菜-白羽扇豆处理下油菜地上部干物质量为215kg/亩(低0.5mg/kg镉污染土壤)和200kg/亩(5.0mg/kg镉污染土壤)；收获油菜的地上部分(籽实、秸秆)和白羽扇豆的地上部分(荚果、秸秆)，并测定地上部分总镉含量，如表6-1所示；分别采集油菜根际土和白羽扇豆根际土，测定两种根际土总镉含量，如表6-2所示。
表6-1油菜间作白羽扇豆以及单作方式地上部总镉含量
表6-2油菜间作白羽扇豆以及单作方式根际有机酸含量以及根际土总镉含量
从表6-1可以看出，在油菜-白羽扇豆间作模式下，油菜地上部总镉含量高于单作油菜，白羽扇豆地上部总镉含量则低于单作白羽扇豆；从表6-2可以看出，在油菜-白羽扇豆间作模式下，根际土总镉含量显著降低，且均低于单作油菜和单作白羽扇豆，而根际有机酸含量均高于单作油菜和单作白羽扇豆。综合表6-1和表6-2可知，本发明以间作的方式将油菜与白羽扇豆种植在镉污染土壤中，利用白羽扇豆对镉污染土壤中镉的活化作用，提高白羽扇豆根际土壤中有效态镉的含量，达到活化土壤镉的效应，同时利用油菜对土壤中的有效态镉进行吸收，不仅能提高油菜对土壤中有效态镉的吸收量，提高修复效果，而且通过油菜吸收更多土壤中的有效态镉还能降低有效态镉对白羽扇豆生长发育的影响，从而在保证油菜和白羽扇豆正常生长的前提下，维持油菜和白羽扇豆的产量，具有修复效果好、收益高等优点，有着良好的环境效益、社会效益和经济效益，这验证了油菜-白羽扇豆间作模式对土壤镉的活化能力强和提取能力强，同时表明油菜-白羽扇豆间作模式对修复镉污染土壤的潜力巨大。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用油菜间作豆科植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：以间作的方式将油菜与豆科植物种植在镉污染土壤中进行培养，完成对镉污染土壤的修复。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述油菜与豆科植物之间的行距为20cm～40cm。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述油菜是以条播方式将油菜种子播种在镉污染土壤中；所述油菜种子的播种株距为10cm～15cm。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述油菜的播种量为0.8kg/亩～1kg/亩；所述油菜为甘蓝型油菜。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述豆科植物为毛苕子、蚕豆、豌豆、紫云英、白车轴草、白羽扇豆中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述豆科植物为蚕豆、豌豆时，以点播方式将豆科植物种子播种在镉污染土壤中；所述豆科植物种子的播种株距为10cm～20cm；所述蚕豆的播种量为5.5kg/亩～7kg/亩；所述豌豆的播种量为5.5kg/亩～8kg/亩。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述豆科植物为毛苕子、紫云英、白车轴草、白羽扇豆时，以条播方式将豆科植物种子播种在镉污染土壤中；所述豆科植物种子的播种株距为10cm～20cm；所述毛苕子的播种量为3kg/亩～4kg/亩；所述紫云英的播种量为1kg/亩～2kg/亩；所述白车轴草的播种量为0.5kg/亩～1kg/亩；所述白羽扇豆的播种量为3kg/亩～4kg/亩。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的方法，其特征在于，所述镉污染土壤中镉的初始浓度为0.3mg/kg～5.0mg/kg。
9.根据权利要求1～7中任一项所述的方法，其特征在于，所述豆科植物在秋季或冬季种植；所述培养按照植物自然生长方式进行；所述培养过程中保持镉污染土壤含水量为最大持水量的65％～75％；所述培养过程中还包括往镉污染土壤中施加复合肥和有机肥。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述复合肥的施加量为25kg/亩～35kg/亩；所述复合肥中N、P2O5、K2O的重量比为15∶10∶10；所述有机肥的施加量为450kg/亩～500kg/亩。
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