CN112427452A - 一种植物间作修复矿区周边重金属污染土壤的修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种植物间作修复矿区周边重金属污染土壤的修复方法，在重金属污染耕地土壤中，采用间作的方式按照其自然生长期种植超积累植物和观赏植物，常规栽培，收获期，超积累植物可继续移栽扩大修复面积，观赏植物培育后作为经济植物移栽。本发明的生态修复模式，以一年为修复周期，一季或多季种植超积累植物并间作观赏植物，二者同时修复作业可使污染耕地土壤修复效率得到提升；同时将污染耕地作为经济植物育苗区域，获得可观的经济价值，实现“边生产边修复”的生态修复模式。

Description

一种植物间作修复矿区周边重金属污染土壤的修复方法

技术领域

本发明涉及植物修复技术领域，尤其涉及一种植物间作修复矿区周边重金属污染土壤的修复方法。

背景技术

当前，土壤重金属污染已经成为一个全球性的环境问题近年来，农田重金属污染问题对农产品质量、农业生态环境安全、现代农业和社会经济可持续发展都构成了严重威胁。高效、安全、科学的修复技术和方法体系才能有效地遏制农业环境污染和日趋加剧的发展态势。在众多重金属污染土壤修复方式中，植物修复以其成本低、不破坏土壤结构、不引起二次污染等特点表现出了其在修复技术中的巨大优势。但是只运用超积累植物修复污染土壤需要时间长且经济效益低，因此采取观赏作物与超积累植物同时种植，有可能在修复污染土壤的同时收获具有经济效益的农产品，成为一种不需要间断农业生产、较经济合理地处理利用方法，形成一种边生产边修复的安全模式。

间作是我国传统农艺措施之一。间作不仅可以提高土地利用率，而且可以增加植物复合群体对光能的利用效率。已有部分国内外学者尝试通过间作进行土壤重金属污染修复，但是对于间作对于植物体内重金属累积的影响结果却不尽相同。因此，间作修复模式的开发与利用，有待我们进一步的研究与探索。

伴矿景天是近年发现的一种具有锌镉超积累能力的景天科植物新种，为景天科景天属多年生肉质草本植物，具有多年生、快速繁殖、生物量大等优点，是进行农田重金属污染土壤植物修复的良好资源。夏季我国华南地区气温升高、雨水丰沛且田间排水不畅等因素导致伴矿景天出现烂根现象，从而导致伴矿景天生物量下降及对重金属的修复效率降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种植物间作修复矿区周边重金属污染土壤的修复方法，采用重金属超积累植物伴矿景天与观赏植物红背桂花与鹅掌柴一年内一季或多季的间作修复，利用间作种植的方式缩短了矿区周边土壤重金属污染治理的周期，提升了修复效率，并减少了耕地空闲时间，解决了修复植物生物量小、重金属提取量小与经济效益差等问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种植物间作修复矿区周边重金属污染土壤的修复方法，将超积累植物和观赏植物按照其自然生长期种植在重金属污染耕地土壤中，进行常规栽培，修复周期结束后，所述超积累植物将地上部收割后进行焚烧，灰化后作为固体废弃物填埋，或将地上部进行资源化利用。

进一步地，所述超积累植物为伴矿景天，观赏植物为红背桂花或鹅掌柴。

红背桂花是一种原产我国华南地区的木本观赏植物，具有一定的观赏价值和经济价值。在华南地区的重金属污染农田修复中，红背桂花与伴矿景天间作可能可以提高土地利用率，并为伴矿景天提供遮荫以缓解夏季高温对其生长的抑制。

鹅掌柴是一种常绿乔木或灌木，原产于中国华南地区，在园林绿化、边坡护理、药用天然产物提取、室内外空气污染物的植物修复等方面有着广泛的应用，具有一定经济价值。同时鹅掌柴还具有一定的重金属积累能力。

进一步地，所述伴矿景天采用扦插方式移栽种植，扦插之前，对重金属污染耕地土壤进行整地翻耕并施肥，整地翻耕的耕深为20-30cm，龚距为40-60cm，修复周期内保持田间持水量为60％-70％。

进一步地，所述伴矿景天于三月移栽，同时间作红背桂花或鹅掌柴，伴矿景天于七月收获，并与十一月至十二月再次种植所述伴矿景天，进行多季修复。

进一步地，修复周期结束后，所述超积累植物将地上部收割后进行焚烧，灰化后作为固体废弃物填埋，或将地上部进行资源化利用，二次移栽定值修复其他重金属污染耕地。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

将超积累植物和观赏植物按照其自然生长期种植在重金属污染耕地土壤中，进行常规栽培，通过超积累植物和观赏植物对重金属的吸收和富集能力，达到修复重金属污染耕地的目的，同时通过观赏植物的培育，实现一定的经济价值，达到“边生产边修复”的目的；

修复周期结束后，超积累植物可将地上部收割后进行焚烧，灰化后作为固体废弃物进行填埋等；或将地上部进行资源化利用，二次移栽定值修复其他重金属污染区域耕地土壤。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明的一种植物间作修复矿区周边重金属污染土壤的修复方法，将超积累植物和观赏植物按照其自然生长期种植在重金属污染耕地土壤中，进行常规栽培，修复周期结束后，所述超积累植物将地上部收割后进行焚烧，灰化后作为固体废弃物填埋，或将地上部进行资源化利用。

实施例1

以广东省仁化县一镉、锌污染耕地，土壤pH值为5.8，土壤全量Cd的浓度为4.12mgkg^-1， Zn为639mg kg^-1；有效态Cd 0.549mg kg^-1、Zn 41.1mg kg^-1。2019年3月份移栽伴矿景天与红背桂花间作为例：

选地与整地：将所选择的地块进行翻耕、耙细、整平后施加复合肥。底肥施用后，人工起垄，垄宽为90cm，垄距40cm，垄高20cm以上，最后覆盖黑色地膜待用。

移栽：地膜覆盖好后，使用木棍等工具在地膜上打孔，以用于伴矿景天苗和红背桂花苗扦插。每垄上打孔4列，行距控制在15-25cm，株距也控制在15-20cm。地膜打孔完成后，根据土壤干湿状况进行浇水。浇水完成后，选择健壮的伴矿景天枝条(枝条直径>3mm均可)进行扦插移栽，每孔一株。扦插的枝条埋入土壤深度3-5cm为宜，然后在地膜内稍稍拢紧孔穴四周土壤，使伴矿景天枝条底部可充分与土壤接触，利于伴矿景天枝条的生根、生长。最后，在移栽伴矿景天苗的地膜孔四周，覆盖一层细土，提高地膜覆盖的土壤保湿、保湿效果。每一行伴矿景天移栽完成后，相邻行移栽间作红背桂花。红背桂花扦插苗高约20cm，根系长度约10cm，浇水完成后每孔一株进行移栽。

田间管理：密切观察伴矿景天和红背桂花的生长，如遇虫害，根据害虫种类选择合适的除虫剂；由于常见的除草剂不仅对田间杂草有效，喷施除草剂也会对伴矿景天产生损害，建议根据杂草的生长情况，定期采用人工的方式进行拔除，或采用除草剂紧贴地面的方式进行喷施，尽量减少除草剂对伴矿景天的损害。

收获：2019年7月，伴矿景天生物量达到最大时收获。收获后的部分伴矿景天用于继续移栽扩大修复面积，其余部分收割后统一进行脱水减量化处理，然后进行焚烧、无害化处理。

本案例结果表明，伴矿景天显示出超积累植物的性质，对于Cd、Zn的地上部转运系数大于1，富集系数分别为115、15。红背桂花对Cd、Zn主要积累于根部，地上部转运系数小于1，但对Cd具有一定的富集效应，富集系数为2.49。同时在间作模式下，高秆植物红背桂花可能通过遮荫缓解了高温对伴矿景天生长的抑制，二者的生物量最大，使植物对重金属的修复效率也达到最大。

实施例2

以广东省仁化县某镉污染耕地为试验区域，土壤pH值为7.15，土壤全量Cd的浓度为4.04 mg kg^-1，Zn为1171mg kg^-1。2019年3月份移栽伴矿景天与鹅掌柴间作为例：

选地与整地：将所选择的地块进行翻耕、耙细、整平后施加复合肥。底肥施用后，人工起垄，垄宽为100cm，垄距45cm，垄高25cm以上，最后覆盖黑色地膜待用。

移栽：地膜覆盖好后，使用木棍等工具在地膜上打孔，以用于伴矿景天苗和鹅掌柴苗扦插。每垄上打孔4列，行距控制在15-25cm，株距也控制在15-20cm。地膜打孔完成后，根据土壤干湿状况进行浇水。浇水完成后，选择健壮的伴矿景天枝条(枝条直径>3mm均可)进行扦插移栽，每孔一株。扦插的枝条埋入土壤深度3-5cm为宜，然后在地膜内稍稍拢紧孔穴四周土壤，使伴矿景天枝条底部可充分与土壤接触，利于伴矿景天枝条的生根、生长。最后，在移栽伴矿景天苗的地膜孔四周，覆盖一层细土，提高地膜覆盖的土壤保湿、保湿效果。每一行伴矿景天移栽完成后，相邻行移栽间作鹅掌柴。鹅掌柴扦插苗高约15cm，具有主根长度10cm左右根系，浇水完成后每孔一株进行移栽。

田间管理：密切观察伴矿景天和鹅掌柴的生长，如遇虫害，根据害虫种类选择合适的除虫剂；由于常见的除草剂不仅对田间杂草有效，喷施除草剂也会对伴矿景天产生损害，建议根据杂草的生长情况，定期采用人工的方式进行拔除，或采用除草剂紧贴地面的方式进行喷施，尽量减少除草剂对伴矿景天的损害。

收获：2019年7月，伴矿景天生物量达到最大时收获。收获后的部分伴矿景天用于继续移栽扩大修复面积，其余部分收割后统一进行脱水减量化处理，然后进行焚烧、无害化处理；鹅掌柴培育结束后可用于园林绿化。

本案例中鹅掌柴间作促进了伴矿景天的株高伸长，伴矿景天体现一定避阴反应，间作植物遮荫可能通过微气候的改善对伴矿景天在高温条件的生长抑制具有缓解效应。伴矿景天表现出镉超积累植物的特征，其地上部Cd浓度达221-296mg kg^-1；鹅掌柴对Cd具有一定的积累能力，富集系数为1.26-1.63。由于间作和单作中伴矿景天地上部生物量的差异，其生长期间Cd和Zn地上部吸收量也随之变化，最高分别降低了30.0％、30.6％，对矿区周边农田土壤中的重金属具有较好的植物吸取修复效果，同时与观赏植物间作，也实现了“边生产边修复”的生态修复模式。

本发明的生态修复模式，以一年为修复周期，一季或多季种植超积累植物并间作观赏植物，二者同时修复作业可使污染耕地土壤修复效率得到提升；同时将污染耕地作为经济植物育苗区域，获得可观的经济价值，实现“边生产边修复”的生态修复模式。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种植物间作修复矿区周边重金属污染土壤的修复方法，其特征在于，在重金属污染耕地土壤中，采用间作的方式按照其自然生长期种植超积累植物和观赏植物，常规栽培，收获期，超积累植物可继续移栽扩大修复面积，观赏植物培育后作为经济植物移栽。

2.根据权利要求1所述的修复方法，其特征在于，所述超积累植物为伴矿景天，观赏植物为红背桂花或鹅掌柴。

3.根据权利要求2所述的修复方法，其特征在于，所述伴矿景天采用扦插方式移栽种植，扦插之前，对重金属污染耕地土壤进行整地翻耕并施肥，整地翻耕的耕深为20-30cm，龚距为40-60cm，修复周期内保持田间持水量为60％-70％。

4.根据权利要求2或3所述的修复方法，其特征在于，所述伴矿景天于三月移栽，同时间作红背桂花或鹅掌柴，伴矿景天于七月收获，并与十一月至十二月再次种植所述伴矿景天，进行多季修复。

5.根据权利要求1所述的修复方法，其特征在于，修复周期结束后，所述超积累植物将地上部收割后进行焚烧，灰化后作为固体废弃物填埋，或将地上部进行资源化利用，二次移栽定值修复其他重金属污染耕地。