CN109618847A

CN109618847A - 一种利用水稻-水蕹菜间作修复稻田镉污染的方法

Info

Publication number: CN109618847A
Application number: CN201910032628.2A
Authority: CN
Inventors: 张文元; 黎华寿; 康智明; 杨旭
Original assignee: South China Agricultural University
Current assignee: South China Agricultural University
Priority date: 2019-01-14
Filing date: 2019-01-14
Publication date: 2019-04-16

Abstract

本发明公开了一种利用水稻‑水蕹菜间作修复稻田镉污染的方法。本发明在被镉污染的稻田土壤中，将水稻和水蕹菜采取间作的方式同时种植，间作比例为1～2∶1，通过在镉污染稻田将水稻和水蕹菜进行间作的种植模式，水稻可稳产或略有增产，稻米含镉量下降明显。在稻田土壤镉含量为0.59 mg/kg的实施典型案例中，间作与常规单作比较，水稻单株产量从40.57 g，增加到52.43 g，增产29.23%；每公顷产量从10143 kg增加到11650 kg，增产14.86%；糙米镉含量从0.24 mg/kg减少到0.16 mg/kg，减少33.33%，低于0.2 mg/kg国家标准，可实现在中低浓度镉污染土壤中种植水稻达到生产边修复效果，是一种绿色环保的镉污染修复技术，可以保证国家粮食安全和人民生命安全，具备一定的推广价值。

Description

一种利用水稻-水蕹菜间作修复稻田镉污染的方法

技术领域

本发明属于重金属污染土壤的治理技术领域。具体地，涉及一种边生产边修复中低度镉污染稻田土壤的方法；更具体地，涉及一种利用水稻-水蕹菜间作修复稻田镉污染的方法。

背景技术

我国是重金属污染比较严重的国家，2014年环保部公布的数据表明，我国耕地重金属点位超标率达到了19.4％。水稻是南方主要粮食作物，近年来关于大米镉超标报道屡见不鲜。镉主要在人体肾脏和肝脏积累。镉超标不仅造成作用减产，还严重危害人体健康，能够引起慢性中毒，引发众多疾病，并具有潜伏期长。难以排除体外等特点。

目前，较为成熟的且用于土壤重金属污染修复的物理化学技术有：客土、翻土技术、淋洗技术、热处理技术、电解技术、固化技术。上述物理化学修复技术，各有其优点，但都存在工程量大，费用昂贵，难以展开大规模污染土壤的改良，同时容易造成二次污染以及导致土壤结构破坏，土壤活性下降和土壤肥力退化等生态问题。随着环境问题的日益突出，对我国农业生产提出了新的要求，既要达到高产优质，又要实现资源的高效利用。目前我国土壤重金属污染日益严重，而将大面积重金属中低度污染农田停止农作，进行长时间的植物或工程修复，这在我国人多地少的现状下是不现实的。一方面存在栽培管理上的风险，另一方面影响正常的农业生产和农民收入。植物修复(phytoremediation)是一种既能实现净化目标又能产生良好的经济效应并具有开发价值的新技术，与传统的物理化学技术相比，具有技术和经济上的双重优势。对于中低度重金属污染土壤，采用低投入和不破坏农田现有功能的原位即时修复、生物调控等途径，降低土壤重金属生物有效性和向作物可食用部位的运输和积累，对提高农产品安全和质量具有更加重要的意义和应用前景。

在我国农业生产实践中，存在着间作、混作、复种、轮作、多熟种植等多种多样的作物种植方式。专利CN201010591593.5公开了一种利用间作修复土壤镉污染的方法，是在被镉污染的土壤中，将镉高积累植物青菜杭州油冬儿和镉低积累植物甘蓝，采取间作的方式同时种植，数量比为1∶1交替种植，每株作物四周的四株作物均为与其本身不同的品种，株距10～30cm，行距10～30cm，使用无重金属污染的水源浇水使土壤保持田间持水量的80％的间作方式，实现在镉污染土壤中产出可安全实用产品的目的。但是，研究表明，一方面，不同作物的相互作用、不同群落构建、不同生境等均对污染物重金属镉的吸附作用不同，同时也在很大程度上影响作物的生长；另一方面，在不同的栽培方式下，土壤中水分含量和状态、pH值、有机质、氧化还原状况等均发生变化，从而影响重金属的生物有效性和迁移转化规律。而且，当前植物修复重金属的研究和应用主要在旱地上，涉及湿地和稻田不多，有关利用植物与水稻间作体系，实现生物多样性种植和增加生态边缘效应，提高生态系统生产力从而实现污染稻田的边生产边修复的学术研究和实践还未见报道。另外，在现有的间种模式中品种搭配较为单一，如超富集植物东南景天+低累积植物玉米、东南景天+高富钾芋头品种等，更适用于污染较为严重的小面积旱地。因此，应根据不同的目的选择适当的植物形成间作种植模式，并对相关的农业措施如施肥、种植密度等进行研究，以期获得最佳的修复效果和经济收益。

我国是水稻、水蕹菜种植大国，也是稻米、水蕹菜消费大国。目前大多数污染稻田污染程度为中低度镉污染，间作模式不合适则会影响水稻单位面积产量，进而影响经济效益，难以在实际中大面积推广应用。如何实现在中低浓度镉污染稻田土壤中实现稻米和水蕹菜的安全生产，对保障我国粮食安全和人民健康具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷和不足，提供一种利用水稻-水蕹菜间作修复稻田镉污染的方法，旨在既实现中低浓度镉污染稻田土壤的原位修复的同时，又能够提升水稻产量和降低稻米镉含量，提高生物修复中低浓度镉污染稻田土壤的效率，保障农产品安全。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种利用水稻-水蕹菜间作修复稻田镉污染的方法，在被镉污染的稻田土壤中，将水稻和水蕹菜采取间作的方式同时种植，间作比例为1～2∶1。

本发明通过在镉污染稻田将水稻和水蕹菜进行间作的种植模式，水稻可稳产或略有增产，稻米含镉量下降明显。在稻田土壤镉含量为0.59mg/kg的实施典型案例中，间作与常规单作比较，水稻单株产量从40.57g，增加到52.43g，增产29.23％；每公顷产量从10143kg增加到11650kg，增产14.86％；糙米镉含量从0.24mg/kg减少到0.16mg/kg，减少33.33％，低于0.2mg/kg国家标准；同时通过将收割的含重金属较多的稻秆和水蕹菜移出稻田进行卫生填埋或作园林堆肥原料，从而将植物提取的重金属移出稻田。可实现在中低浓度镉污染土壤中种植水稻达到生产边修复效果，保证国家粮食安全和人民生命安全，具备一定的推广价值。本发明是一种绿色环保的镉污染修复技术。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，间作水稻的株距为15～20cm，行距20～30cm；间作水蕹菜的株距为10～15cm，行距为15～20cm。例如，间作水稻的株距可以为15cm、16cm、17cm、18cm、19cm、20cm，间作水稻的行距可为20cm、22cm、24cm、26cm、28cm、30cm。间作水蕹菜的株距可为10cm、11cm、12cm、13cm、14cm、15cm，间作水蕹菜的行距可为15cm、16cm、17cm、18cm、19cm、20cm。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，田间土壤的含水量保持在70％～100％。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，水蕹菜在移栽25～35天、55～65天后，分别在地上5～10cm处割刈一次。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，移栽110～130天后，水稻成熟时同时收割水稻和水蕹菜，收获稻谷；并将稻秆和水蕹菜移出稻田卫生填埋或作园林堆肥原料，从而将重金属移出稻田。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，水稻秧龄25～35天、水蕹菜育苗10～20天后进行移栽；或者，水蕹菜采用种茎营养体进行繁殖，与水稻栽植时进行同步移栽。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述复合肥的有效成分包括N、P₂O₅、K₂O；每公顷施用复合肥550～750kg。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，割刈水蕹菜后，每公顷追施所述复合肥15～25kg。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，按质量份数计算复合肥中各有效成分的比例为N∶P₂O₅∶K₂O＝12～15∶15～18∶11～15。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，水稻的品种为株两优772；水蕹菜的品种为台湾大叶白骨空心菜。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，稻田土壤中镉污染的浓度为0.4～1mg/kg。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

与传统的镉污染稻田土壤治理方法相比，本发明通过水稻和镉高富集水蕹菜间作，结合水分调控，降低间作条件下稻米镉含量，提高单位面积稻米产量，提高植物修复效率，在不破坏农田生态环境和现有种植功能前提下，达到中低浓度镉污染稻田土壤的原位修复，保障稻米安全供应的目的，同时不影响正常的稻米生产和农民创收。该方法投资少，管理技术要求不高，不破坏土壤理化性质，无二次污染，是一种应用范围广、投资少、操作简单的“边生产边修复技术”。本发明解决了中低浓度镉污染稻田土壤修复与农业生产难以兼顾的问题，具有良好的社会效益、经济效益和环境效益，具有很好的推广应用价值。

附图说明

图1为本发明利用水稻-水蕹菜间作修复稻田镉污染的种植情况。

图2为本发明利用水稻-水蕹菜间作修复稻田镉污染的种植情况。

图3为本发明水稻-水蕹菜间作的种植示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的简单修改或替换，均属于本发明的范围；若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1一种利用水稻-水蕹菜间作边生产边修复稻田镉污染的方法

在长沙北山镇中低浓度镉污染稻田进行了中稻修复试验。该污染土壤为单一镉污染，镉全量为0.59mg/kg，有效态镉含量为0.065mg/kg，2018年5月开始试验。包括以下步骤：

(1)大田育秧。水稻秧龄25～35天、水蕹菜育苗10～20天时进行移栽，水蕹菜也可直接利用种茎营养体进行繁殖，与水稻栽植时同步进行移栽；

(2)间作农田中，相同条件下分为3个实验小区，分别同时进行水稻单作、水蕹菜单做和水稻-水蕹菜间作实验；其中，水稻单作植株之间株距为15～20cm、行距20～30cm，连栽4～8行，每穴种植1～2株水稻；水蕹菜单作植株间的株距为10～15cm、行距为10～15cm；而水稻-水蕹菜间作水稻的株距为15～20cm，水稻的行距为20～30cm，水蕹菜的株距为10～15cm、行距为15～20cm，连栽间作3～5行的水蕹菜；

(3)修复期间，田间保持浅水层，土壤含水量保持在70％～100％；

(4)水蕹菜在移栽25～35天、55～65天后，分别在地上5～10cm处割刈一次；

(5)水稻移栽110～130天后，同时收割水稻和水蕹菜。

修复期间，该稻田土壤每公顷施用复合肥(N∶P₂O₅∶K₂O＝15∶15∶15)600kg，在一个修复周期内水蕹菜割刈3次。单作和间作的实验结果见表1和表2。

表1水稻产量

表2水稻、水蕹菜不同部位镉含量和提取量

注：地上部分-1代表水蕹菜第一次割刈时的地上部分，地下部分-1代表水蕹菜第一次割刈时的地下部分；地上部分-2代表水蕹菜第二次割刈时的地上部分，地下部分-2代表水蕹菜第二次割刈时的地下部分；地上部分-3代表水蕹菜第三次割刈时的地上部分，地下部分-3代表水蕹菜第三次割刈时的地下部分；表中同列数字后字母相同者表示差异不显著(DMRT法)。

由表1和表2可知，本发明在被镉污染的稻田土壤中，将水稻和水蕹菜采取间作的方式同时种植，水稻可稳产或略有增产，稻米含镉量下降明显。在稻田土壤镉含量为0.59mg/kg的实施典型案例中，间作与常规单作比较，水稻单株产量从40.57g，增加到52.43g，增产29.23％；每公顷产量从10143kg增加到11650kg，增产14.86％；糙米镉含量从0.24mg/kg减少到0.16mg/kg，减少33.33％，低于0.2mg/kg国家标准，可实现在中低浓度镉污染土壤中种植水稻达到生产边修复效果。每公顷镉提取量从水稻单作31.80g、水蕹菜单作28.43g增加到37.52g，分别增加17.99％、31.98％，通过将收割的稻秆和水蕹菜移出稻田进行卫生填埋或作园林堆肥原料，从而将植物提取的重金属移出稻田。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种利用水稻-水蕹菜间作修复稻田镉污染的方法，其特征在于，在被镉污染的稻田土壤中，将水稻和水蕹菜采取间作的方式同时种植，间作比例为1～2∶1。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，水稻的株距为15～20 cm，行距20～30 cm；水蕹菜的株距为10～15 cm，行距为15～20 cm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，田间土壤的含水量保持在70%～100%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，水蕹菜在移栽25～35天、55～65天后，分别在地上5～10 cm处割刈一次。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，移栽110～130天后，水稻成熟时同时收割水稻和水蕹菜，收获稻谷；并将稻秆和水蕹菜移出稻田卫生填埋或作园林堆肥原料，从而将重金属移出稻田。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，水稻秧龄25～35天、水蕹菜育苗10～20天后进行移栽；或者，水蕹菜采用种茎营养体进行繁殖，与水稻栽植时进行同步移栽。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复合肥的有效成分包括N、P₂O₅、K₂O；每公顷施用复合肥550～750 kg。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，按质量份数计算复合肥中各有效成分的比例为N∶P₂O₅∶K₂O＝12～15∶15～18∶11～15。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，水稻的品种为株两优772；水蕹菜的品种为台湾大叶白骨空心菜。

10.根据权利要求1～5任一所述的方法，其特征在于，稻田土壤中镉污染的浓度为0.4～1 mg/kg。