CN109482629A - 一种利用镉富集植物与果树间作修复镉污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本方法提供了一种利用八宝景天与柑橘间作修复镉污染土壤的方法，包括在镉污染土壤上筛选出镉富集型八宝景天和镉低累积型经济作物柑橘进行间作，通过八宝景天根系大量吸收土壤中的镉并转移至地上部分；八宝景天株高达40‑50cm时将八宝景天地上部分从镉污染土壤上移走，即可清除污染土壤中的镉；筛选出的低累积型经济作物柑橘收获部位镉含量低于相关标准，可实现边生产边修复的目的；收获后八宝景天可继续生长并吸收土壤中的镉，待其长至40‑50cm时可进行二次刈割，可持续修复污染土壤；柑橘为多年生作物，收获后可继续生长并再次收获。本发明设计合理、操作简单、费用低廉，可应用于镉污染土壤修复；具有良好的环境、经济和社会效益。

Description

一种利用镉富集植物与果树间作修复镉污染土壤的方法

技术领域

本发明属于环境污染治理技术领域，涉及一种土壤中重金属污染的植物修复技术，特别是一种利用景天科植物八宝景天与经济作物柑橘间作修复镉污染农田的方法。

背景技术

土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源，土壤环境健康事关农产品质量和人体健康。近年来，土壤重金属污染已成为全球面临的严重的环境问题。目前，我国农田土壤受重金属污染严重。根据全国首次土壤污染状况调查结果显示，我国耕地土壤点位超标率为19.4％，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7％、2.8％、1.8％和1.1％；而从污染物超标情况来看，重金属镉点位超标率为7.0％。现在我国受重金属污染的农田土壤约2500万公顷，每年被重金属污染的粮食多达1200万吨，造成的直接经济损失超过100亿元。

镉污染土壤的传统治理方式主要有工程治理措施和物理化学修复方法，物理修复技术主要通过改土法、玻璃化法、电动法和热解吸法等来修复土壤；化学修复技术主要包括化学固化法、化学淋洗法等，然而其往往有成本高昂、对环境扰动大和可能造成二次污染等弊端。近年来，利用植物修复技术原位治理土壤重金属污染领域已逐渐成为主流，植物修复技术具有修复成本较低、对环境扰动小、无二次污染和可持续性等优势，同时兼有美化环境的作用，这些优势是工程治理措施和物理化学修复方法所不具备的。

然而植物修复技术往往修复周期较长，修复过程中不产生经济效益，限制了其修复效率和推广价值，成为植物修复技术中亟待突破的瓶颈。合理利用超富集植物与经济作物进行间作来修复污染土壤可以充分利用不同植物的生理特性来提高土地利用效率和光合利用率，在修复污染土壤的同时产生经济效益，实现边生产边修复，是实现可持续修复的有效途径。然而植物间作不合理则可能会引起植物之间的阳光、水分和养分的竞争。因此，寻求合适的镉富集植物与低累积经济作物，探索合理的间作技术，实现边生产边修复是本领域的研究重点。

发明内容

本发明旨在提出一种利用景天科植物八宝景天与经济作物柑橘间作进行修复镉污染农田土壤的方法，利用八宝景天清除污染土壤中的镉，同时种植柑橘果实中镉含量符合相关标准，在修复污染土壤的同时取得相应经济效益。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明提出的利用八宝景天和柑橘间作修复镉污染农田的方法，包括：

S1：在镉污染土壤中筛选出镉富集能力强的八宝景天生态型和镉低累积型经济作物柑橘；

S2：将筛选出的八宝景天和柑橘在镉污染土壤上进行间作，所述八宝景天和柑橘均为多年生植物；

S3：八宝景天正常生长，通过根系将污染土壤中的镉大量吸收并转移至地上部，在地上部植株高度达40～50cm时进行刈割，刈割后剩余地上部植株高度小于5cm；柑橘正常生长，利用其低累积特性，使其收获部位镉含量符合相关标准，成熟时进行收获；

S4：八宝景天刈割后，剩余地上部植株继续生长，地上部植株再次生长至高度达40～50cm时可进行二次刈割；柑橘继续生长，再次成熟后可继续进行收获；

S5：将上述步骤S3、S4刈割的八宝景天地上部植株运输至专属场所集中做无害化处理。

优选的，上述八宝景天生态型为镉富集能力较强的LN生态型。

优选的，上述柑橘品种包括爱媛38号和大雅柑两个品种。

优选的，所述八宝景天与柑橘按7-9行八宝景天与1行柑橘间作的田间布局；

更优选的，八宝景天行距为30cm，株距为15cm，柑橘行距为3m，株距为3m，八宝景天与柑橘行距为0.3m。

优选的，所述八宝景天收获物无害化处理包括焚烧或压缩后做无害化填埋。

优选的，所述筛选镉富集能力强的八宝景天生态型是通过以下步骤筛选的：

以中度和轻度镉污染土壤为生长介质，记录并分析多种八宝景天生态型地上部生物量和镉浓度；

综合考虑不同地区的多种八宝景天生长状况、生物量、镉含量及其对应土壤的镉含量，筛选出LN生态型八宝景天的镉富集能力较强。

优选的，所述镉低累积柑橘品种是通过以下步骤筛选的：

以中度和轻度镉污染土壤为生长介质，记录并分析多种柑橘品种果实中镉浓度，综合考虑柑橘生长状况、果实中镉含量等因素，筛选出爱媛38号、大雅柑等品种为镉低累积型柑橘品种。

有益效果

本发明技术方案中所选取的八宝景天具有耐寒、耐旱、耐瘠薄、适应能力强、生长迅速、生物量大等特性，且对土壤中镉具有较强的富集能力，且为宿根植物，投入成本低、管理粗放、冬季可防止土壤裸露。

本发明所选取的经济作物为农业种植中常见的柑橘，本发明筛选的柑橘品种对土壤重金属镉具有低累积特性，且具有较高的营养价值、经济价值。

本发明所提出的利用八宝景天和柑橘间作的修复技术，是对不同植物在空间上的合理搭配，可提高土壤利用率和光合利用率，同时八宝景天对土壤中镉的高积累特性，在间作时镉更倾向于积累在高富集植物体内，从而减少土壤中有效态镉的含量，进一步减少镉向柑橘体内的迁移，最终达到果品安全食用的目的。

本发明提出的间作作物及品种的经济价值较高，收益远高于同类型间作经济作物，本方法能产生较好的环境效益和经济效益，因此在中度和轻度镉污染土壤上具有广阔的应用前景。

附图说明

图1示出根据本发明实施例利用八宝景天和柑橘间作治理镉污染农田土壤修复方法的流程图；

图2示出镉污染土壤上不同生态型八宝景天地上部镉浓度；

图3示出镉污染土壤上不同柑橘品种果实中镉浓度；

图4示出八宝景天与柑橘间作条件下八宝景天地上部镉浓度；

图5示出八宝景天与柑橘间作条件下柑橘果实中镉浓度；

具体实施方法

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明确，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

首先介绍本发明实施例中涉及的八宝景天：

八宝景天为景天科、八宝属多年生肉质草本植物，地下茎肥厚，地上茎簇生，粗壮而直立，全株成灰绿色，株高40-50cm，叶轮生或对生，倒卵形，肉质，具波状齿。伞房花序密集如平头状，花序径10～13cm，花为淡粉色，也有白色、紫红色、玫红色品种，为景天科中花色最为艳丽的种类。八宝景天性喜强光、干燥、通风良好的环境，亦耐轻度蔽阴，能耐-20℃的低温；不择土壤，要求排水良好，耐贫瘠和干旱，忌雨涝积水。植株强健，管理粗放。性耐寒，华东及华北露地均可越冬，地上部分冬季枯萎。八宝景天对重金属镉具有较高的耐性和富集能力，在pH 7.7，镉含量2.2mg/kg土壤上，八宝景天地上部镉富集浓度可达20mg/kg以上，富集系数达10以上。

其次介绍本发明实施例中涉及的柑橘：

柑橘是芸香科柑橘属多年生小乔木，果实营养丰富，色香味兼优，既可鲜食，又可加工成以果汁为主的各种加工制品。中国是柑橘种植重要原产地之一，柑橘资源丰富，优良品种繁多，有4000多年的柑橘栽培历史。柑橘长寿、丰产稳定、经济效益高，是我国南方果树最主要的果品。

爱媛38号为日本杂交柑桔新品种：树势旺，果形圆，深橙色，油胞稀，光滑，外形美观，平均果重200克，易剥皮；含糖15°，含酸0.5°以下，无核，口感细嫩化渣，清香爽口，风味极佳；耐贮藏，抗寒性强，丰产极好，结果成串，是一个非常有潜力的早熟杂柑品种。

大雅柑是中国农业科学院柑橘研究所科研人员1998年以青见桔橙为母本，新生系3号椪柑为父本杂交，经过10多年选育而成。平均单果重190克，果实横径7.6厘米，纵径7.4厘米。成熟果实果面黄色，光滑，富光泽，油胞细密，果皮较薄，厚2.2-4.0毫米，极易剥皮，无核。可溶性固形物达16％，总酸0.35g/100mL果汁，Vc含量32mg/100mL果汁，果肉脆嫩化渣，风味浓郁，口感好，有香气，品质优，供应期长。

综上所述，本发明所述八宝景天对环境适应能力强、镉富集能力较高，爱媛38号和大雅柑是市场价值和经济效益较好的两个柑橘品种，因此，选用八宝景天与上述两个柑橘品种间作，实行“边生产边修复”，既修复了污染土壤，又不中断农田生产，可取得一定的经济效益，是一种可推广利用的间作修复技术。

图1示出本发明提出的植物间作治理镉污染土壤的方法流程图包括以下步骤：

步骤S1：在中度和轻度镉污染土壤中，筛选出镉富集能力强的八宝景天生态型和镉低累积型经济作物柑橘；

步骤S2：将筛选出的八宝景天和柑橘在镉污染土壤上进行间作：八宝景天和柑橘按7-9行八宝景天与1行柑橘间作的田间布局，八宝景天行距为30cm，株距为15cm，柑橘行距为3m，株距为3m，八宝景天与柑橘行距为0.3m；所述八宝景天和柑橘均为多年生植物；

步骤S3：八宝景天正常生长，通过根系将污染土壤中的镉大量吸收并转移至地上部，在地上部植株高度达40～50cm时进行刈割，刈割后剩余地上部植株高度小于5cm；柑橘正常生长，利用其低累积特性，使其果实中镉含量符合相关标准，成熟时进行收获，获得经济效益；

步骤S4：八宝景天刈割后，剩余地上部继续生长，地上部植株再次生长至高度达40～50cm时可进行二次刈割；柑橘继续生长，再次成熟后继续进行收获；

步骤S5：将上述步骤S3、S4刈割的八宝景天地上部植株运输至专属场所集中做无害化处理。

以下结合实施例对本发明做进一步说明。

首先设置田间试验，选取作为供试土壤，选取7个不同八宝景天生态型(分别为：LN、SD、SX、TJ、HB1、HB2、JS)作为供试植物，移栽在湖南某县典型镉污染农田土壤中(pH6.2，Cd含量0.38mg/kg)，在田间实际条件下种植3个月，然后收获八宝景天地上部，测定其Cd含量结果如图2所示，各生态型八宝景天地上部Cd浓度在18.1～36.6mg/kg之间，其中LN生态型Cd富集能力显著强于其他6个生态型(分别为：SD、SX、TJ、HB1、HB2、JS)。

上述7个不同八宝景天生态型LN、SD、SX、TJ、HB1、HB2、JS是指来自不同省份拼音的首字母缩写，分别是指来自辽宁，山东，陕西，天津，河北1，河北2和江苏。

然后设置田间试验，选取8个不同的柑橘品种作为供试植物，分别为爱媛38号、大雅柑、贡柑、春见、爱媛30号、不知火、澳柑、椪柑；于清明后定植在湖南某县典型镉污染农田土壤中，到10月挂果后，采集果品，测定其Cd含量结果如图3所示，爱媛38号与大雅柑两个品种果实中Cd含量最低，均在0.01mg/kg左右，远低于《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB2762-2017)和《绿色食品柑橘类水果》(NY/T 426-2012)中限定的0.05mg/kg的含量标准。

由此确定了八宝景天Cd富集能力强的生态型和Cd低累积型柑橘品种，设置田间间作实验，选取LN生态型八宝景天和两个柑橘品种(爱媛38号和大雅柑)作为供试植物，选取湖南某县典型Cd污染农田土壤为供试土壤，分别设置八宝景天单作、爱媛38号单作、大雅柑单作、八宝景天+爱媛38号间作和八宝景天+大雅柑间作试验小区，共设5个处理，按7-9行八宝景天与1行柑橘间作的田间布局，八宝景天行距为30cm，株距为15cm，柑橘行距为3m，株距为3m，八宝景天与柑橘行距为0.3m，于10月中下旬分别收获八宝景天地上部和柑橘果实样品。

测定各处理八宝景天地上部Cd含量如图4所示，单作处理八宝景天地上部Cd含量达31.6mg/kg，八宝景天与爱媛38号、大雅柑间作处理下，八宝景天地上部Cd含量分别为26.9mg/kg和29.8mg/kg，与单作条件下没有显著差异，可知八宝景天与柑橘间作模式并未影响八宝景天Cd富集效果。

测定各处理柑橘果实中Cd含量如图5所示，柑橘与八宝景天间作条件下，爱媛38号与大雅柑果实中Cd含量分别为0.013mg/kg和0.011mg/kg，均较单作时有所降低，但差异未达显著水平。可知，本发明所述八宝景天与柑橘间作的修复模式下，柑橘果实中Cd含量符合《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB2762-2017)和《绿色食品柑橘类水果》(NY/T426-2012)标准，可进入果品市场进行销售，产生经济价值。因此，八宝景天与柑橘间作修复镉污染农田土壤是一种修复效果好、经济可持续、农民易接受的植物修复模式，具有广阔的应用前景和推广价值。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (6)

1.一种利用镉富集植物与经济作物间作修复镉污染农田的方法，其特征在于，包括：

S1：在镉污染土壤中筛选出镉富集能力强的八宝景天生态型和镉低累积型经济作物柑橘；

S2：将筛选出的八宝景天和柑橘在镉污染土壤上进行间作，所述八宝景天和柑橘均为多年生植物；

S3：八宝景天正常生长，通过根系将污染土壤中的镉大量吸收并转移至地上部，在地上部植株高度达40～50cm时进行刈割，刈割后剩余地上部植株高度小于5cm；柑橘正常生长，利用其低累积特性，使其收获部位镉含量符合相关标准，成熟时进行收获；

S4：八宝景天刈割后，剩余地上部植株继续生长，地上部植株再次生长至高度达40～50cm时可进行二次刈割；柑橘继续生长，再次成熟后可继续进行收获；

S5：将上述步骤S3、S4刈割的八宝景天地上部植株运输至专属场所集中做无害化处理。

2.根据权利要求1所述的一种利用镉富集植物与经济作物间作修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述八宝景天生态型为LN生态型。

3.根据权利要求1所述的一种利用镉富集植物与经济作物间作修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述柑橘品种包括爱媛38号或大雅柑两个品种。

4.根据权利要求1所述的一种利用镉富集植物与经济作物间作修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述八宝景天与柑橘按7-9行八宝景天与1行柑橘间作的田间布局。

5.根据权利要求4所述的一种利用镉富集植物与经济作物间作修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述八宝景天行距为30cm，株距为15cm，柑橘行距为3m，株距为3m，八宝景天与柑橘行距为0.3m。

6.根据权利要求1所述的一种利用镉富集植物与经济作物间作修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述八宝景天收获物无害化处理包括焚烧或压缩后做无害化填埋。