CN115338253A

CN115338253A - 一种轻中度镉污染农田的安全利用方法

Info

Publication number: CN115338253A
Application number: CN202211148534.XA
Authority: CN
Inventors: 娄燕宏; 李旭; 晁赢; 诸葛玉平; 王会; 潘红; 杨全刚; 杨忠臣; 张进; 高硕�
Original assignee: Shandong Agricultural University
Current assignee: Shandong Agricultural University
Priority date: 2022-09-21
Filing date: 2022-09-21
Publication date: 2022-11-15

Abstract

本发明公开了一种轻中度镉污染农田的安全利用方法，将轻中度镉污染农田翻耕后，将油菜和小麦以行数1:1间作的形式种植，种植后施加底肥，在油菜播种后对油菜浇水，在小麦出苗后对小麦浇水，追肥，于次年6月收获油菜和小麦。本发明通过油菜和小麦进行间作，利用油菜对镉的高积累特性，实现了土壤镉的去除。同时，间作减少了油菜和小麦籽粒对镉的吸收，且油菜对镉的吸收更多的累积在了根部和茎部，从根系转运到籽粒的量本身不大，因此，将油菜与小麦间作可实现镉污染土壤的安全利用。

Description

一种轻中度镉污染农田的安全利用方法

技术领域

本发明涉及重金属污染土壤修复技术领域，具体涉及一种轻中度镉污染农田的安全利用方法。

背景技术

土壤重金属污染，致使农产品质量下降、土壤中的污染物通过各种食物链，经过逐级生物富集最终危害人体健康。土壤重金属污染具有形态多变、金属有机态毒性大于无机态、价态不同毒性不同、金属羟基化合物常剧毒、迁移化、形式多、物理化学行为大多具有可逆性，属于缓冲性污染、产生毒性效应的浓度范围低、微生物不能降解反而会毒害微生物或者使之有机化，增强毒性、对人体毒性的积累等特点。因此为了解决这一越来越严重的问题，需要采取方法从源头治理，只有将土壤中重金属的量控制住，才能从根本上解决上述问题。

一般来说，重金属污染土壤修复技术大致可以分为：工程修复、物理化学修复和生物修复。工程修复包括深耕翻土、客土和换土等措施，属于一种治标不治本的方法。物理化学修复手段众多，有电动修复、电热修复、土壤淋洗、化学固定等多种方式，主要通过物理或化学手段，对土壤中的重金属进行定向集中收集、分离吸附、液相回收或降低重金属生物有效性等措施。但此方式对于技术要求高，难以大规模处理污染土壤，具有一定的局限性。采用生物进行污染土壤治理是近年来的新兴技术手段，也被视为远景发展的有效手段。主要利用生物技术，使用植物、微生物对土壤中的污染物质进行削减、净化或降低重金属毒性。

植物修复技术是新发展起来的一种利用自然生长植物或遗传工程培育植物来修复重金属土壤环境的技术，它是通过植物系统及根际微生物群落来移去、挥发或稳定土壤环境中的污染物。与传统的物理和化学修复方法相比，植物修复技术具有投资少、成本低、可盈利、对土壤环境扰动小等优点。

CN201910305750.2公开了一种利用小麦修复镉轻度污染农田的方法，该方法包括：在第一年度的秋季，对待修复的镉轻度污染农田土壤进行翻耕和整地，于此同时，将重金属调理剂与基肥一同施入待修复土壤中；整地后，将小麦种子播入待修复土壤，进行栽培管理；待小麦生长至孕穗期和灌浆期之间时，对小麦叶片喷施叶面阻控剂；在第二年度的夏季初，小麦成熟后，收获小麦。但是在轻中度镉污染农田中种植小麦存在超标籽粒镉含量的风险，施用的调理剂也存在一定的环境风险。

发明内容

针对上述现有技术，在轻中度镉污染农田中种植小麦存在超标籽粒镉含量的风险。本发明的目的是提供一种轻中度镉污染农田的安全利用方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种轻中度镉污染农田的安全利用方法，包括以下步骤：

将轻中度镉污染农田翻耕后，将油菜和小麦以行数1:1间作的形式种植，种植后施加底肥，在油菜播种后对油菜浇水，在小麦出苗后对小麦浇水，追肥，于次年6月收获油菜和小麦。

作为优选，所述油菜和小麦之间的行距为10-20cm。

作为优选，所述油菜种子的播种株距为8-10cm，小麦的播种量为10-20kg/亩。

作为优选，所述轻中度镉污染农田的镉浓度为1-2mg/kg。

作为优选，所述小麦的底肥施肥量为40-50kg/亩，底肥为尿素、硫酸钾和磷酸二铵，N：P：K的质量比为1；1：2。

作为优选，所述油菜的底肥施肥量为40-50kg/亩，底肥为尿素、氯化钾和磷酸二铵，N：P：K的质量比为1：0.4：1。

作为优选，追肥的肥料为尿素，小麦的追肥量与小麦底肥中尿素的施肥量相同，油菜的追肥量与油菜底肥中尿素的施肥量相同。

作为优选，小麦和油菜浇水时采用微喷的方式，油菜根系土壤水分为田间持水量的75％-85％；小麦根系土壤水分含量占田间持水量的55％-65％。

本发明还提供上述的轻中度镉污染农田的安全利用方法在降低土壤有效态镉含量和降低作物籽粒镉含量中的应用。

本发明利用油菜对土壤镉的强富集能力，以及油菜对镉的吸收更多的累积在了根部和茎部，从根系转运到籽粒的量本身不大，且油菜籽粒主要是榨油用，不存在食品安全风险，实现对镉污染土壤的修复；同时，充分发挥油菜和小麦对土壤镉的竞争，结合优化施肥，减少了作物籽粒对镉的吸收，实现了受污染耕地的安全利用。

通过间作，改变植株根际土壤的理化性质(pH值，有机质等)，根际分泌物，微生物等来直接或间接的来影响根系土壤镉形态；通过油菜和小麦的竞争影响根系的发育、营养因子的吸收、有机物质的分泌来影响小麦和油菜的生长发育。油菜对镉的吸收能力高于小麦，同等面积上提高了重金属镉的吸收量，从而达到重金属修复的目的。

油菜作为一种经济作物，生长期长(生长期与小麦相匹配)，生物量大，对镉具有其自身的生物阻隔性，对镉具有较强的耐受性和积累特性，因此常作为一种修复作物用作土壤镉修复。且油菜作为油料作物，其主要以菜籽油食用，镉含量在油内含量低。中双10号油菜产量高，盛花期根部、茎和花荚镉含量高，成熟期籽粒、茎和根部对镉的累积量较低。

本发明的有益效果：

本发明使用油菜和小麦进行间作，根际土壤和籽粒中的镉含量相对于油菜单作来说有所降低，并且对降低土壤中的镉含量具有协同促进作用。

本发明使用油菜和小麦对镉的竞争，减少了油菜籽粒对镉的吸收。油菜对镉的吸收更多的累积在了根部和茎部，从根系转运到籽粒的量本身不大，且油菜籽粒主要是榨油用。

本发明使用的油菜和小麦生育期一致，均为当年10月初种植，次年6月收获，便于种植管理。

本发明通过耕地土壤种植粮食作物进行土壤重金属修复，充分发挥作物的边行优势，可以保障粮食生产的相对稳定。

本发明利用的油菜和小麦进行土壤修复，种子成本低廉，且油菜和小麦都能正常生长，产量并无下降，能够产生经济效益，降低修复成本。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所述，在轻中度镉污染农田中种植高积累特性的小麦品种存在超标籽粒镉含量的风险。基于此，本发明提供一种轻中度镉污染农田的安全利用方法，包括以下步骤：

于10月份在镉浓度为1-2mg/kg的轻中度镉污染农田进行翻耕后，将油菜和小麦以行数1:1间作的形式种植，油菜和小麦之间的行距为15cm，油菜种子的播种株距为9cm，小麦的播种量为15kg/亩。

将小麦和油菜以间作的方式种植后，在油菜和小麦各自种植行施入底肥，小麦的施肥量为40-50kg/亩，所述底肥为尿素、硫酸钾和磷酸二铵，N：P：K的质量比为1；1：2,；油菜的施肥量为45kg/亩，所述底肥为尿素、氯化钾和磷酸二铵，N：P：K的质量比为1：0.4：1。

追肥的肥料为尿素，小麦的追肥量与小麦底肥中尿素的施肥量相同，油菜的追肥量与油菜底肥中尿素的施肥量相同。

在油菜和小麦播种后根据干旱程度及作物需求浇水，采用微喷灌的方式，油菜根系土壤水分为田间持水量的75％-85％；小麦根系土壤水分含量占田间持水量的55％-65％；于次年6月收获油菜和小麦。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。

实施例1

采用盆栽的形式进行中双10号油菜和济麦22间作实验，种植箱的大小为长78cm×宽39cm×高37cm，每盆装80kg土，将供试镉污染土装盆混匀并平衡一周；将中双10号油菜种子以点播的形式种植在种植箱中，济麦22以条播的形式种植在种植箱中，共种植五行，中双10号油菜种子与济麦22间行种植，每列种植同种作物，其中中双10号油菜种植3行，济麦22种植2行，中双10号油菜和济麦22的行间距为15cm，中双10号油菜种子的播种株距为9cm，济麦22的播种量为15kg/亩。

实施例2

采用盆栽的形式进行中双10号油菜和郑育麦16间作实验，种植箱的大小为长78cm×宽39cm×高37cm，每盆装80kg土，将供试镉污染土装盆混匀并平衡一周；将中双10号油菜种子以点播的形式种植在种植箱中，郑育麦16以条播的形式种植在种植箱中，共种植五行，中双10号油菜种子与郑育麦16间行种植，每列种植同种作物，其中中双10号油菜种植3行，郑育麦16种植2行，中双10号油菜和郑育麦16的行间距为15cm，中双10号油菜种子的播种株距为9cm，郑育麦16的播种量为15kg/亩。

对比例1

采用盆栽的形式进行中双10号油菜单作实验，种植箱的大小为长78cm×宽39cm×高37cm，每盆装80kg土，将供试镉污染土装盆混匀并平衡一周；将中双10号油菜种子以点播的形式种植在种植箱中，共种植五行，中双10号油菜的行间距为15cm，中双10号油菜种子的播种株距为9cm。

对比例2

采用盆栽的形式进行济麦22单作实验，种植箱的大小为长78cm×宽39cm×高37cm，每盆装80kg土，将供试镉污染土装盆混匀并平衡一周；将济麦22以条播的形式种植在种植箱中，共种植五行，行间距为15cm，济麦22的播种量为15kg/亩。

对比例3

采用盆栽的形式进行郑育麦16单作实验，种植箱的大小为长78cm×宽39cm×高37cm，每盆装80kg土，将供试镉污染土装盆混匀并平衡一周；将郑育麦16以条播的形式种植在种植箱中，共种植五行，行间距为15cm，郑育麦16的播种量为15kg/亩。

实验例

1.实验地点和实验地概况

实验地点：山东省泰安市泰山区山东农业大学资源与环境学院试验站

实验地概况：该地属温带大陆性季风气候，年平均气温14.1℃，全年无霜期平均为202天，年平均降水量777.1mm，平均相对湿度64％，土壤类型为冲积褐土，土壤镉含量为1.45mg/kg。

2.实验设计

本实验分为5组，1组为实施例1，采用中双10号油菜和济麦22间作；2组为实施例2，采用中双10号油菜和郑育麦16间作；3组为对比例1，采用中双10号油菜单作；4组为对比例2，采用济麦22单作；5组为对比例3，采用郑育麦16单作；

于当年10月初种植后，施加底肥，济麦22和郑育麦16的施肥量均为45kg/亩，底肥为尿素、硫酸钾和磷酸二铵，N：P：K的质量比为1：1：2；中双10号油菜的施肥量为45kg/亩，底肥为尿素、氯化钾和磷酸二铵，N：P：K的质量比为1：0.4：1。

追肥的肥料为尿素，追肥与底肥的尿素施加量相同。

在油菜播种后根据干旱程度及作物需求浇水，采用微喷灌的方式，油菜根系土壤水分为田间持水量的75％-85％；小麦根系土壤水分含量占田间持水量的55％-65％。于次年6月收获油菜和小麦。

各组后续管理条件一致，种植90d后测试中双10号油菜、郑育麦16、济麦22的干重、根际土壤有效镉、地上部、地下部的镉累积量，种植8个月后测试中双10号油菜、郑育麦16、济麦22的成熟期植株籽粒镉含量。

3.生长期油菜和小麦的干重

取90d各组的小麦和油菜叶片后，用自来水洗净，在105℃杀青30分钟，后80℃烘干至恒重，测定干重，结果如表1所示。

表1

实施例1与对比例1相比，油菜地上部干重有所降低，实施例2与对比例3相比，郑育麦22地上部干重有所降低，但总体上来讲，干重降低的程度没有造成显著影响；其余实施例与对比例相比没有显著差异。

4.生长期油菜和小麦的根际土壤有效镉

各组土壤有效镉含量测定按照国标GB/T 23739-2009，结果如表2所示。

表2

实施例1的土壤镉含量降低了83.45％，对比例1的土壤镉含量降低了47.59％，对比例2的土壤镉含量降低了29.66％，对比例1+对比例2＜实施例1，因此中双10号油菜与济麦22间作对降低土壤镉含量具有协同促进作用；实施例2的土壤镉含量降低了81.38％，对比例1的土壤镉含量降低了47.59％，对比例3的土壤镉含量降低了31.72％，对比例1+对比例3＜实施例2，因此中双10号油菜与郑育麦22间作对降低土壤镉含量具有协同促进作用。

5.生长期油菜和小麦植株的地上部、地下部的镉累积量

各组90d小麦和油菜地上部地下部镉含量的测定按照国标GB 5009.15-2014，结果如表3所示。

表3

实施例1与对比例1相比，油菜地上部镉累积量降低43.48％,，地下部镉累积量降低了33.78％；实施例1与对比例2相比，麦子地上部镉累积量没有产生明显变化，地下部镉累积量也没有产生明显变化。实施例2与对比例1相比，油菜地上部镉累积量降低了13.04％，地下部镉累积量降低了14.19％；实施例2与对比例3相比，麦子地上部镉累积量降低了8％，地下部镉累积量降低了1.14％。

6.中双10号油菜和小麦成熟期植株籽粒镉含量

成熟期小麦和油菜籽粒镉含量测定按照GB 5009.15-2014，结果如表4所示。

表4

实施例1与对比例1相比，油菜籽粒镉含量没有显著变化，实施例1与对比例2相比，麦子籽粒镉含量也没有显著差异；实施例2与对比例1相比，油菜籽粒镉含量降低了20.51％，实施例2与对比例3相比，麦子籽粒镉含量降低了10.34％。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种轻中度镉污染农田的安全利用方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的轻中度镉污染农田的安全利用方法，其特征在于，所述油菜和小麦之间的行距为10-20cm。

3.根据权利要求1所述的轻中度镉污染农田的安全利用方法，其特征在于，所述油菜种子的播种株距为8-10cm，小麦的播种量为10-20kg/亩。

4.根据权利要求1所述的轻中度镉污染农田的安全利用方法，其特征在于，所述轻中度镉污染农田的镉浓度为1-2mg/kg。

5.根据权利要求1所述的轻中度镉污染农田的安全利用方法，其特征在于，所述小麦的底肥施肥量为40-50kg/亩，底肥为尿素、硫酸钾和磷酸二铵，N：P：K的质量比为1；1：2。

6.根据权利要求1所述的轻中度镉污染农田的安全利用方法，其特征在于，所述油菜的底肥施肥量为40-50kg/亩，底肥为尿素、氯化钾和磷酸二铵，N：P：K的质量比为1：0.4：1。

7.根据权利要求1所述的轻中度镉污染农田的安全利用方法，其特征在于，追肥的肥料为尿素，小麦的追肥量与小麦底肥中尿素的施肥量相同，油菜的追肥量与油菜底肥中尿素的施肥量相同。

8.根据权利要求1所述的轻中度镉污染农田的安全利用方法，其特征在于，小麦和油菜浇水时采用微喷灌的方式，油菜根系土壤水分为田间持水量的75％-85％；小麦根系土壤水分含量占田间持水量的55％-65％。

9.权利要求1-8任一项所述的轻中度镉污染农田的安全利用方法在降低土壤有效态镉含量和作物籽粒镉含量中的应用。