CN109433819A - 一种镉污染水田苎麻修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镉污染水田苎麻修复方法，包括培育苎麻幼苗，构建苎麻浮岛，布置苎麻浮岛，水田排灌管理和收获苎麻，对镉污染水田进行定期灌排水管理，以控制苎麻浮岛与水田表层土壤的距离使苎麻幼嫩根系在表层土壤中生长并吸附镉，定期收获苎麻的根系及地上部。本发明所公开的镉污染水田苎麻修复方法，采用苎麻对镉污染水田进行修复净化，通过灌排水管理和定期收获根系使得吸附镉能力强的新生根系处于镉相对富集的表层土壤，提高了镉吸附效率，显著降低了修复年限，实现生产和修复相结合，降低了修复成本。

Description

一种镉污染水田苎麻修复方法

技术领域

本发明涉及重金属污染土壤植物修复技术领域，特别涉及一种镉污染水田苎麻修复方法。

背景技术

据第二次全国土地调查数据及农业部全国土壤质量调查表明，我国受中重度污染的耕地在5000万亩左右，80％的土壤污染是由于重金属超标引起的。土壤重金属污染主要包括工程治理、化学治理、植物修复和微生物修复等措施。

其中植物修复成本低、生态效益好，是目前主要采用的土壤重金属污染修复手段。研究表明，苎麻生态适应性强，对重金属镉具有较高的吸附和转运能力。同时，苎麻是我国南方特色纤维作物，其产品不进入食物链，不影响食品安全又具有较高的经济价值，是实现重金属镉污染农田治理的理想植物。苎麻为多年生植物，其吸附重金属的主要器官为幼嫩根系；但在长时间生长中，根系逐渐老化且深入下层土壤，而重金属镉主要富集在表层土壤，使得苎麻对镉的吸附作用大幅度降低，严重限制了修复效果；且苎麻为多年生宿根植物，难以收获根系，镉在根系内富集也限制了修复效果，使得修复年限明显增长；另一方面，苎麻不耐涝渍，通常不在水田种植，使得苎麻修复重金属污染土壤很难在水田推广开来。

因此，如何解决苎麻在水田环境中的存活问题，苎麻对镉的吸收累积问题以及苎麻根系收获问题成为本领域金属人员需要解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种镉污染水田苎麻修复方法，提高了苎麻在水田中的存活率，方便收获苎麻根系，解决了苎麻对镉吸收的累积问题，极大缩短了修复年限，经济生态效益良好。

为实现上述目的，本发明提供一种镉污染水田苎麻修复方法，包括：

采用水培法培育并获取苎麻幼苗；

搭建浮岛并将培育好的所述苎麻幼苗移栽至所述浮岛形成苎麻浮岛；

将所述苎麻浮岛布置于镉污染水田；

对所述镉污染水田进行定期灌排水管理，以控制所述苎麻浮岛与所述镉污染水田表层土壤的距离使苎麻的幼嫩根系在所述表层土壤中生长并吸附镉，定期收获所述苎麻的根系及地上部。

优选地，所述对所述镉污染水田进行定期灌排水管理，以控制所述苎麻浮岛与所述镉污染水田表层土壤的距离使苎麻的幼嫩根系在所述表层土壤中生长并吸附镉，定期收获所述苎麻的根系及地上部具体包括：

在所述苎麻幼苗生长稳定后对所述镉污染水田进行排水，10天后进行灌水并排水，再生长10天再次灌水排水，10天后灌水收获所述苎麻，每隔30天收获一次根系，每60天收获一次地上部。

优选地，所述搭建浮岛并将培育好的所述苎麻幼苗移栽至所述浮岛形成苎麻浮岛具体包括：

选取泡沫板钻孔，并在所述孔内设置用以固定种植所述苎麻幼苗的种植组件，拼接所述泡沫板形成所述浮岛，移栽所述苎麻幼苗至所述浮岛内形成所述苎麻浮岛。

优选地，所述种植组件包括设于其底部的PVC网格、中部的用以分散所述苎麻的根系的陶粒层和设于所述陶粒层上方用以固定所述苎麻的根系的土壤层。

优选地，所述苎麻浮岛面积≤500m²。

优选地，收获所述苎麻具体为：提起所述种植组件，剪除露出所述PVC网格的根系，还包括剪割收获所述地上部。

优选地，所述布置苎麻浮岛还包括固定所述苎麻浮岛于所述镉污染水田中。

优选地，所述对所述镉污染水田进行定期灌排水管理，以控制所述苎麻浮岛与所述镉污染水田表层土壤的距离使苎麻的幼嫩根系在所述表层土壤中生长并吸附镉，定期收获所述苎麻的根系及地上部还包括：

对苎麻施肥，且施肥量为常规苎麻施肥量的1/3。

本发明采用水培法育苗，一方面有利于快速大量培育苎麻幼苗，另一方面通过水培驯化，提高了苎麻幼苗对水田的适应能力，有助于提高苎麻的存活率；采用苎麻浮岛种植，方便拔出苎麻进行收割根系，解决了根系难以收获问题；另一方面，采用苎麻浮岛和灌排管理及收获苎麻相结合的方式，收获根系之后，排水使苎麻浮岛与表层土壤距离变小，使得幼嫩根系扎根于表层土壤，一段时间后灌水，使浮岛上升，新生的幼嫩根系还是扎根于表层土壤，控制苎麻对镉吸附能力的幼嫩根系始终扎根于镉富集的表层土壤，提高了对镉的吸附效果，收割根系和地上部解决了苎麻对镉的吸收累积问题，使苎麻对水田中的镉始终保持高效地吸附，显著缩短了修复年限；且此方法管理简单方便，收获的苎麻地上部韧皮直接用于纤维生产，实现在修复水田镉污染的同时创收，生态效益和经济效益良好。

本发明的另一关键点为苎麻浮岛的构建，采用泡沫板钻孔并在孔内设置用于固定种植苎麻的种植组件，拼接泡沫板构建浮岛，在浮岛的孔内种植苎麻形成苎麻浮岛；种植组件主要包括底部的PVC网格、中层的陶粒层和上层的土壤层；土壤层使得苎麻容易存活，陶粒层对根系进行分散，使对镉的吸附均匀，收获根系时提起种植组件剪除露出PVC网格的根系即可，种植组件的特殊设置一方面提高了苎麻在水田的存活率，另一方面使苎麻根系的收获更加方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的镉污染水田苎麻修复方法的流程图；

图2为苎麻浮岛单体泡沫板的外观图；

图3为图2单体泡沫板内的种植组件的透视图；

图4为搭建完成的苎麻浮岛的外观图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方案仅仅是本发明一部分实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图4，图1为本发明所提供的镉污染水田苎麻修复方法的流程图；图2为苎麻浮岛单体泡沫板的外观图；图3为图2中单体泡沫板内的种植组件的透视图；图4为搭建完成的苎麻浮岛的外观图。

本发明所提供的一种镉污染水田苎麻修复方法，主要包括：

S1：采用水培法培育并获取苎麻幼苗；

S2：搭建浮岛并将培育好的所述苎麻幼苗移栽至所述浮岛形成苎麻浮岛；

S3：将所述苎麻浮岛布置于镉污染水田；

S4：对所述镉污染水田进行定期灌排水管理，以控制所述苎麻浮岛与所述镉污染水田表层土壤的距离使苎麻的幼嫩根系在所述表层土壤中生长并吸附镉，定期收获所述苎麻的根系及地上部。

在本发明的一种具体实施例中，步骤S1：采用水培法培育并获取苎麻幼苗；目的是快速大量培育苎麻幼苗，采用传统的土培育苗方式虽然可以满足苎麻幼苗的数量需求，但经过传统土培培育出的苎麻幼苗不耐涝渍，在水田中存活率不高。因此本发明采用水培法培育苎麻幼苗，通过水培驯化，提高了苎麻幼苗在水田中的存活率。具体采用本研究所于2015年申请的申请公布号为CN 105052528A的苎麻工厂化育苗方法进行苎麻水培育苗；一方面满足苎麻快速大量繁殖，满足苎麻幼苗数量需求，另一方面通过水培驯化，提高苎麻幼苗对水田环境的适应性，提高苎麻幼苗的存活率。

除此之外，也可采用更加简单的水培驯化方法进行苎麻育苗：选择健壮且未木质化的苎麻嫩稍，用刀片去除下部叶片，仅保留顶部2-3片完全展开叶以及未展开心叶，再将枝条削成12～15cm长度的插穗；将制备的插穗下端浸入多菌灵、百菌清等杀菌剂配制的500倍水溶液中消毒10min，取出并沥干；将插穗固定在准备好的育苗设备上进行培养，当苎麻苗的最大根长达到10cm、根数达到20根或鲜根量达到0.5g/株以上时即可移植。

步骤S2：搭建浮岛并将培育好的所述苎麻幼苗移栽至所述浮岛形成苎麻浮岛；首先选取泡沫板进行钻孔3，泡沫板的孔3内装设用以固定种植苎麻植株的种植组件4，形成单体泡沫板；单体泡沫板及种植组件4的具体结构如图2和图3所示，单体泡沫板具体开设在泡沫板上、用来容纳种植组件4及苎麻植株的孔3，种植组件4安置于孔3内，单体泡沫板的四周设有实现相邻单体泡沫板间相互配合拼接的拼接结构2，还具有设于单体泡沫板四角的用来实现相邻单体泡沫板相互连接固定的插接孔1；具体可以通过相邻单体泡沫板拼接结构2相互拼接配合、然后在插接孔1内插接PVC铆钉实现相邻单体泡沫板连接形成浮岛，将步骤S1水培驯化后的苎麻幼苗移栽至浮岛上，形成苎麻浮岛。

单体泡沫板的规格通常选取长×宽×高＝90cm×90cm×10cm的矩形阻燃泡沫板，当浮岛面积较大时，泡沫板应符合GB 8624-2012B2以上的防火标准。单体泡沫板上的孔3为上大小的圆形孔，顶面孔直径15cm，地面直径10cm，种植组件4也为上大下小结构，方便从单体泡沫板取出和安放固定，从而可以进行苎麻根系的收获。种植组件4如图3所示，包括底部的PVC网格44，网格直径为1cm左右；还包括中部的用来使苎麻根系均匀分布的陶粒层43以及位于顶层的用来固定种植苎麻植株根系的土壤层42，陶粒层43的厚度为3～5cm，相应的土壤层42的厚度为7～5cm；种植组件4还设有便于提拉安放的提手41。

如此设置种植组件4的目的，一方面是使种植组件4方便取出和安放固定于单体泡沫板/苎麻浮岛，当苎麻根系老化时可方便提拉出进行收割；另一方面，土壤层42用来固定苎麻根系，提高存活率；种植组件4特别设置陶粒层43和土壤层42及PVC网格44提高了苎麻成活率及使苎麻根系均匀分散，能够充分吸收表层土壤的镉。

步骤S3：将所述苎麻浮岛布置于镉污染水田；具体为将水田四周的田埂修好，使得灌水后水深可达到30cm以上。先给水田中灌水，至水深达到5～10cm，将栽好苎麻种苗的单体浮岛运输至需要修复的水田中，拼接并用PVC铆钉固定。浮岛拼接的大小可根据田块的大小调整，一般一组浮岛不超过500m²，整个田块可由多组浮岛覆盖，覆盖率一般≥80％。同时，为固定苎麻浮岛，每一组浮岛的一周***1.5m左右的立杆用作围栏。一方面防治浮岛随风到处漂移，根系无法下扎到土壤中，另一方面在后期灌排水时，有利于浮岛随水深变化运动。布置完成的苎麻浮岛如图4所示，其中图4中箭头表示苎麻根系从镉污染水田中吸收养分和吸附镉等重金属。

步骤S4：对所述镉污染水田进行定期灌排水管理，以控制所述苎麻浮岛与所述镉污染水田表层土壤的距离使苎麻的幼嫩根系在所述表层土壤中生长并吸附镉，定期收获所述苎麻的根系及地上部。在完成步骤3步骤好苎麻浮岛后需要对苎麻浮岛进行水田排灌管理和定期收获苎麻根系及地上部。首批苎麻幼苗生长30～45天后达到稳定生长状态，每隔30天收获一次根系，每60天收获一次地上部。苎麻植株达到稳定生长状态后，水田排水，使苎麻的幼嫩根系接触镉污染水田中镉富集的表层土壤；待生长10天后灌水至水田表面水深达到30cm，立即排水，目的在于利用灌水时苎麻浮岛产生浮力将苎麻上拔，排水使苎麻浮岛下移，对镉吸附能力强的幼嫩根系再次接触表层土壤对镉进行吸附；10天后再次灌水排水；再生长10天，再次灌水，此时可以进行收获苎麻根系。具体操作为提起提手41，剪除露出PVC网格44的根系将苎麻植株安放回浮岛。

如上所述，利用水田水位和灌排周期的变化，控制苎麻对镉吸附能力强的幼嫩根系不断在镉富集的表层土壤生长、吸附、拔出和重新生长。经过3个周期(每个周期10天)也即30天，苎麻根系纤维化程度变高，新生根系生长缓慢，吸附镉的效果降低，而对已经吸附进苎麻根系的镉的固持作用加强，此时收获根系，可有效减少镉的再次流失。收割根系后新生的幼嫩根系需对镉进行吸附，同时通过频繁的灌排管理，强化镉元素移出农田，通过这样的往复修表层土壤的活动，始终保持苎麻对镉的高效率吸附，显著缩短修复年限。收获的苎麻根系进行灰化回收处理，地上部韧皮直接用于纤维生产创收，生态效益和经济效益兼顾。

本研究所通过对195个苎麻品种的镉累积与分布特征进行了检测，发现73.34％品种的水培苗根系镉含量分布于1200-4800mg/kg范围内，整体含量分布表现为根>茎>叶，忽略根系管理会导致修复效果大幅度下降。研究所还对采用本发明方法镉吸附效果进行了检测，方法一(本发明)收获两次根系(每30天收一次)和一次地上部(第60天)，方法二、三均只收获一次地上部(第60天)，检测结果如表1。

表1 三种镉污染水田修复方法的表现

试验在湖南省长沙市望城区国家种质长沙苎麻圃开展。土壤镉含量为80mg/kg，pH为5.18。方法二、方法三三的土壤含水量保持在60％以上。由表1可见，方法一虽然显著降低了株高和收获的生物量，但大幅度提高了植株镉含量，从而达到了强化修复的作用，同时由于生物量减少，后续处理植株的成本将大幅度降低。

此外，步骤S4由于定期收获苎麻根系和地上部，要保持苎麻旺盛的生长能力，还需对苎麻进行施肥，施肥采用叶面肥和种植组件4中点施或浮岛上撒施相结合的方法。点施或撒施根据种植组件4中的土壤量确定，一般为常规苎麻施肥量的1/3。例如，常规苎麻种植的每年的亩施肥量大致为氮肥24公斤，K₂O 15公斤，P₂O₅ 15公斤，本发明的施肥量则分别采用8公斤、5公斤、5公斤的模式施肥，分6-8次施肥，约30天一次。

本发明采用水培法育苗，提高了苎麻幼苗对水田的适应能力，有助于提高苎麻的存活率；采用苎麻浮岛种植，方便拔出苎麻，收获根系，解决了根系难以收获问题；巧妙利用苎麻浮岛和灌排管理及收获苎麻相结合的方式，控制苎麻对镉吸附能力的幼嫩根系始终扎根于镉富集的表层土壤，提高了对镉的吸附效果；收割根系和地上部解决了苎麻对镉的吸收累积问题，使苎麻对镉污染水田中的镉始终保持高效地吸附，显著缩短了修复年限；且此种方法管理简单方便，收获的苎麻地上部韧皮直接用于纤维生产，实现在修复水田镉污染的同时创收，生态效益和经济效益良好。

以上对本发明所提供镉污染水田苎麻的修复方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上具体操作流程的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。其中关于苎麻浮岛的构建，其具体结构参数以及排灌水周期及施肥量可根据实际需要进行设计，应当指出，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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种镉污染水田苎麻修复方法，其特征在于，包括：

采用水培法培育并获取苎麻幼苗；

搭建浮岛并将培育好的所述苎麻幼苗移栽至所述浮岛形成苎麻浮岛；

将所述苎麻浮岛布置于镉污染水田；

对所述镉污染水田进行定期灌排水管理，以控制所述苎麻浮岛与所述镉污染水田表层土壤的距离使苎麻的幼嫩根系在所述表层土壤中生长并吸附镉，定期收获所述苎麻的根系及地上部。

2.根据权利要求1所述的镉污染水田苎麻修复方法，其特征在于，所述对所述镉污染水田进行定期灌排水管理，以控制所述苎麻浮岛与所述镉污染水田表层土壤的距离使苎麻的幼嫩根系在所述表层土壤中生长并吸附镉，定期收获所述苎麻的根系及地上部具体包括：

在所述苎麻幼苗生长稳定后对所述镉污染水田进行排水，10天后进行灌水并排水，再生长10天再次灌水排水，10天后灌水收获所述苎麻，每隔30天收获一次根系，每60天收获一次地上部。

3.根据权利要求2所述的镉污染水田苎麻修复方法，其特征在于，所述搭建浮岛并将培育好的所述苎麻幼苗移栽至所述浮岛形成苎麻浮岛具体包括：

选取泡沫板钻孔(3)，并在所述孔(3)内设置用以固定种植所述苎麻幼苗的种植组件(4)，拼接所述泡沫板形成所述浮岛，移栽所述苎麻幼苗至所述浮岛内形成所述苎麻浮岛。

4.根据权利要求3所述的镉污染水田苎麻修复方法，其特征在于，所述种植组件(4)包括设于其底部的PVC网格(44)、中部的用以分散所述苎麻的根系的陶粒层(43)和设于所述陶粒层(43)上方用以固定所述苎麻的根系的土壤层(42)。

5.根据权利要求3所述的镉污染水田苎麻修复方法，其特征在于，所述苎麻浮岛面积≤500m²。

6.根据权利要求4所述的镉污染水田苎麻修复方法，其特征在于，收获所述苎麻具体为：提起所述种植组件(4)，剪除露出所述PVC网格(44)的根系，还包括剪割收获所述地上部。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的镉污染水田苎麻修复方法，其特征在于，所述将所述苎麻浮岛布置于镉污染水田还包括：

固定所述苎麻浮岛于所述镉污染水田中。

8.根据权利要求1至6任意一项所述的镉污染水田苎麻修复方法，其特征在于，所述对所述镉污染水田进行定期灌排水管理，以控制所述苎麻浮岛与所述镉污染水田表层土壤的距离使苎麻的幼嫩根系在所述表层土壤中生长并吸附镉，定期收获所述苎麻的根系及地上部还包括：

对苎麻施肥，且施肥量为常规苎麻施肥量的1/3。