CN109618582A - 一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法 - Google Patents

一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及土壤重金属污染植物修复技术领域，提供了一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法，包括：S1，在具有中轻度镉污染的土壤中按季节以及间作的形式依次播种株高差异大的多种镉富集植物；S2，在各镉富集植物上套种镉富集低的葫芦科攀援型草本植物，并在果实成熟时及时采摘；S3，适时对各镉富集植物进行刈割留茬处理，并于每年九月到十月之间将土壤中的所有植物连根移除；S4，检测土壤的镉含量，若不合格，则反复进行S1‑S3步骤，重新进行下一批种植；若合格，则停止种植。本发明播种株高差异大的镉富集植物，并在其上套种镉富集低的葫芦科攀援型草本植物，由于上述植物在生长空间上不存在竞争，因此既能够有效地处理土壤中的镉污染，还能够带来经济收入。

Description

一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法
技术领域
本发明涉及土壤重金属污染植物修复技术领域，具体为一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法。
背景技术
土壤镉污染是当今社会面临的十严峻的环境问题之一。在自然界中，土壤镉污染具有分解周期长、移动性大、毒性高、难降解等特点，容易通过食物链在生物体内富集，最终被人体吸收而危害健康。在我国，仅农田土壤的镉污染面积就已超过20×104hm2，每年生产镉含量超标的农产品达14.6×108kg。
目前常用的土壤镉污染修复技术主要包括物理修复技术、化学修复技术以及生物修复技术(植物修复以及微生物修复等)。其中植物修复技术可以从根本上降低土壤镉含量，是社会广泛关注的绿色环保不会造成二次污染的技术。
而植物修复技术在实际应用过程中还存在一些难题，如重金属的超富集植物种类较少，生物量不大，提取率不高，且有些植物在野外生长过程中抗逆性较差，种植管理过程相对较为复杂等。另外植物修复一般所需周期时间较长，而大部分用来修复的植物并不具备很高的农业利用价值，不能给当地农民带来一定的经济收入，不易被当地农民所接受。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法，通过按季节以及间作的形式播种株高差异大的镉富集植物，并在其上套种镉富集低的葫芦科攀援型草本植物，由于株高差异大的镉富集植物以及在它们上方生长的葫芦科攀援型草本植物在生长空间上不存在竞争，因此既能够有效地处理土壤中的镉污染，还能够由葫芦科攀援型草本植物得到可售卖的果实带来经济收入。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法，包括如下步骤：
S1，在具有中轻度镉污染的土壤中按季节以及间作的形式依次播种株高差异大的多种镉富集植物；
S2，在各所述镉富集植物上套种镉富集低的葫芦科攀援型草本植物，并在果实成熟时及时采摘；
S3，适时对各所述镉富集植物进行刈割留茬处理，并于每年九月到十月之间将所述土壤中的所有植物连根移除；
S4，检测所述土壤的镉含量，若不合格，则反复进行S1-S3步骤，重新进行下一批种植；若合格，则停止种植。
进一步，在所述S1步骤中，所述镉富集植物包括商陆以及鬼针草，所述商陆在每年二月到三月之间种植，所述鬼针草在每年三月到四月之间种植，所述鬼针草的种植时间晚于所述商陆的种植时间。
进一步，所述商陆的种植时间为每年三月上旬；所述鬼针草的种植时间为每年四月上旬。
进一步，在所述S2步骤中，于所述土壤上搭建棚架，所述棚架有一部分架设于各所述镉富集植物的上方，供所述葫芦科攀援型草本植物攀爬。
进一步，所述葫芦科攀援型草本植物包括丝瓜，所述丝瓜长长后将其牵引至所述棚架上，所述丝瓜的种植时间在每年五月到六月之间。
进一步，在所述S1步骤中，间作播种具体包括混作行播种和单作行播种，两条所述混作行之间具有一条所述单作行；
每条所述混作行播种具体为：间隔播种所述镉富集植物以及所述葫芦科攀援型草本植物；
每条所述单作行播种具体为：仅播种较矮的所述镉富集植物。
进一步，在每一所述混作行中，在行头和行尾分别种植葫芦科攀援型草本植物，并在该行列中交杂种植较矮的镉富集植物和较高的镉富集植物，在行头靠近其中一株所述葫芦科攀援型草本植物处以及在行尾靠近所述另株所述葫芦科攀援型草本植物处均种植的是较矮的所述镉富集植物。
进一步，两株所述葫芦科攀援型草本植物之间的间距在170-190cm之间，较矮的相邻的两株所述镉富集植物之间的间距在35-45cm之间，较高的相邻的两株所述镉富集植物之间的间距在35-45cm之间。
进一步，在每一所述单作行中，播种的较矮的相邻的两株所述镉富集植物之间的间距在15-25cm之间。
进一步，在所述S3步骤中，刈割留茬处理的方式具体为：
待较高的所述镉富集植物长至120-130cm时刈割地上部分，留茬6-10cm，每年刈割一次；
待较矮的所述镉富集植物长至60-70cm时刈割地上部分，留茬3-7cm，每年刈割一到三次。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法，通过按季节以及间作的形式播种株高差异大的镉富集植物，并在其上套种镉富集低的葫芦科攀援型草本植物，由于株高差异大的镉富集植物以及在它们上方生长的葫芦科攀援型草本植物在生长空间上不存在竞争，因此既能够有效地处理土壤中的镉污染，还能够由葫芦科攀援型草本植物得到可售卖的果实带来经济收入。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例提供的一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法的种植模式示意图。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法，包括如下步骤：S1，在具有中轻度镉污染的土壤中按季节以及间作的形式依次播种株高差异大的多种镉富集植物；S2，在各所述镉富集植物上套种镉富集低的葫芦科攀援型草本植物，并在果实成熟时及时采摘；S3，适时对各所述镉富集植物进行刈割留茬处理，并于每年九月到十月之间将所述土壤中的所有植物连根移除；S4，检测所述土壤的镉含量，若不合格，则反复进行S1-S3步骤，重新进行下一批种植；若合格，则停止种植。在本实施例中，镉富集植物能够富集土壤中的镉，以达到降低并逐渐消除土壤中的镉污染的目的，另外镉富集低的葫芦科攀援型草本植物在中轻度镉污染的土壤中长出果实时，果实中的镉含量微乎其微，不会影响健康，可以进行售卖并带来经济收益。而且，采用的镉富集植物之间的株高差异大，它们之间就不会存在空间上的竞争关系，以保证良好的长势，同样，采用的葫芦科攀援型草本植物，它们套种在镉富集植物的上方，也不会在空间上与它们产生竞争，而且长好后还能够在夏季为镉富集植物提供较好的遮荫环境，以促进镉富集植物的生长，进而提高修复土壤的效率。通过反复过种植这些植物，直到检测土壤的镉含量合格即停止种植。
以下为具体实施例：
优化上述方案，在所述S1步骤中，所述镉富集植物包括商陆以及鬼针草，所述商陆在每年二月到三月之间种植，所述鬼针草在每年三月到四月之间种植，所述鬼针草的种植时间晚于所述商陆的种植时间。在本实施例中，商陆和鬼针草均具有生物量大、根系发达以及抗逆性强等特性，对土壤的适应性广，种植管理方法简单，对镉的富集效果好。而且商陆和鬼针草株高相差较大，不会存在空间竞争关系，而且鬼针草一年可刈割多次，可加快土壤中镉污染的处理。商陆的株高较高，将其安排在二月到三月之间种植，可以保证在三月到四月种植鬼针草时，二者之间不会有空间上的竞争冲突，有利于植物的生长。优选的，所述商陆的种植时间为每年三月上旬；所述鬼针草的种植时间为每年四月上旬，在这些时间段内种植，可以保证商陆和鬼针草良好的生长。
进一步优化上述方案，在所述S2步骤中，于所述土壤上搭建棚架，所述棚架有一部分架设于各所述镉富集植物的上方，供所述葫芦科攀援型草本植物攀爬。在本实施例中，为了便于葫芦科攀援型草本植物的攀爬生长，在土壤上搭建棚架，棚架的顶部位于镉富集植物的上方。所述棚架为直立型水泥柱棚架，待葫芦科攀援型草本植物的主藤长至40cm以上时，优选为45cm以上时，将藤蔓引至棚架，果实成熟后及时采摘。
进一步优化上述方案，所述葫芦科攀援型草本植物包括丝瓜，所述丝瓜长长后将其牵引至所述棚架上，所述丝瓜的种植时间在每年五月到六月之间。在本实施例中，葫芦科攀援型草本植物采用丝瓜，丝瓜作为一种攀援型草本植物，喜较强阳光，与商陆和鬼针草也不存在竞争行为，且能通过在其上方的密集生长为商陆和鬼针草在夏季提供较好的遮荫环境，促进商陆和鬼针草的生长，提高修复效率。而且丝瓜在中轻度土壤中长出的果实中的镉含量在0.004mg/kg以下，达到《丝瓜》(NY/T 776-2004)的卫生指标，能够进行售卖。
作为本发明实施例的优化方案，在所述S1步骤中，间作播种具体包括混作行播种和单作行播种，两条所述混作行之间具有一条所述单作行；每条所述混作行播种具体为：间隔播种所述镉富集植物以及所述葫芦科攀援型草本植物；每条所述单作行播种具体为：仅播种较矮的所述镉富集植物。在本实施例中，株高差异大的多种镉富集植物还有葫芦科攀援型植物混合起来种植一行，称之为混作行，每株植物之间均间隔设置，以保证其生长空间。而将较矮的镉富集植物单独作为一行种植，称之为单作行。每两条混作行之间就有一条单作行，按照这种种植方式可以最大化地利用土壤，且能够治理镉污染的速度更快。以下为具体的实验例。
首先，在同一地区选取两块污染程度不同的试验点A和B，并对每个试验点分别进行三种种植，其一为：单独种植商陆，其二为：单独种植鬼针草，其三为；间作播种商陆和鬼针草，并套种丝瓜。两个实验点的各项指标参见下表1。
表1为各试验点的基本理化性质
试验点 pH 有机质g/kg 有效镉mg/kg 全镉mg/kg
A 5.58 26.92 0.37 0.61
B 5.67 27.31 0.22 0.40
在种植前15天，对土地进行翻耕并起垄，沟分厢的畦面宽度为2m，厢沟宽度为0.4m，厢沟深为0.15m，以无积水为宜。在采用第三种种植方式时，预先搭建棚架，该棚架的尺寸为300cm×8cm×8cm，上方为铁丝和竹竿连接成的正方形网状结构，棚架须绑牢埋紧，以免被风吹翻或塌棚，每畦一棚。每年的三月上旬种植商陆，每年的四月上旬种植鬼针草，丝瓜的种植时间为五月下旬，种植方式均为穴播，穴深3cm，每穴放入3粒种子，根据发芽情况适当对其进行补苗。每个试验点每年施复合肥50kg/亩，每年的9月底将田间所有植物连根移除，植物秸秆运往垃圾发电厂无害化处理。收获的丝瓜果实能带来较好的经济效益。
上述试验具体如下：
单作商陆时，在三月上旬按40cm×40cm进行穴播繁殖，同时测定植株地上部和根的生物量、镉浓度以及土壤中的镉含量。植物秸秆运往垃圾发电厂无害化处理。
表2为商陆地上部和根对镉的富集效果及其生物量
商陆的种植密度为4100株/亩，当其长至120-130cm时刈割地上部分，每年共刈割地上部分一次，9月底将其连根移除。两个试验点商陆单株地上部总生物量分别为166.42g和160.12g，年均地上部镉移除量分别为3.25g/亩和1.98g/亩，单株根的生物量分别为40.22g和42.18g，移除量分别为0.41g/亩和0.27g/亩，年均总移除量分别为3.66g/亩和2.25g/亩。
单作鬼针草时，在四月上旬鬼针草按20cm×20cm进行穴播繁殖，同时测定植株地上部和根的生物量、镉浓度以及土壤中的镉含量。植物秸秆运往垃圾发电厂无害化处理。
表3为鬼针草地上部和根对镉的富集效果及其生物量
鬼针草的种植密度为16000株/亩，当其长至60-70cm时刈割地上部分，每年共刈割两次，9月底将其连根移除。两个试验点鬼针草单株地上部总生物量分别为78.96g和81.84g，年均地上部镉移除量分别为5.81g/亩和3.21g/亩，单株根的生物量分别为5.05g和6.74g，移除量分别为0.08g/亩和0.07g/亩，年均总移除量分别为5.89g/亩和3.28g/亩。
间作商陆、鬼针草并套种丝瓜时，在三月上旬种植商陆，在四月上旬种植鬼针草，并在五月下旬种植丝瓜。在每一所述混作行中，在行头和行尾分别种植葫芦科攀援型草本植物，并在该行列中交杂种植较矮的镉富集植物和较高的镉富集植物，在行头靠近其中一株所述葫芦科攀援型草本植物处以及在行尾靠近所述另株所述葫芦科攀援型草本植物处均种植的是较矮的所述镉富集植物。优选的，两株所述葫芦科攀援型草本植物之间的间距在170-190cm之间，较矮的相邻的两株所述镉富集植物之间的间距在35-45cm之间，较高的相邻的两株所述镉富集植物之间的间距在35-45cm之间。在每一所述单作行中，播种的较矮的相邻的两株所述镉富集植物之间的间距在15-25cm之间。
具体的，请参阅图2，图2中上方的图为主视图，下方的图为俯视图，在俯视图中，最小的圆圈代表的是鬼针草，最大的圆圈代表的是商陆，中等大小的圆圈代表的是丝瓜。每行种植2株丝瓜，株距180cm，行距40cm；2株丝瓜间种植4株商陆，商陆间株距40cm，行距40cm；每2株商陆或商陆与丝瓜间种植1株鬼针草，鬼针草间株距40cm，行距20cm，每行共种植5株鬼针草。相邻混作行之间种植一条单作行，单作行仅种植鬼针草，鬼针草间株距20cm，行距20cm。混作行和单作行的垄两边各留宽10cm，同时测定植株地上部和根的生物量、镉浓度以及土壤中的镉含量。植物秸秆运往垃圾发电厂无害化处理。
表4为商陆、鬼针草和丝瓜地上部、根和果实对镉的富集效果及其生物量
在所述S3步骤中，刈割留茬处理的方式具体为：待较高的所述镉富集植物长至120-130cm时刈割地上部分，留茬6-10cm，每年刈割一次；待较矮的所述镉富集植物长至60-70cm时刈割地上部分，留茬3-7cm，每年刈割一到三次。具体的，商陆的种植密度为3300株/亩，当其长至120-130cm时刈割地上部分，每年共刈割地上部分1次，鬼针草的种植密度为12500株/亩，当其长至60-70cm时刈割地上部分，每年共刈割2次，丝瓜的种植密度为900株/亩，9月底将田间所有植物连根移除。
两个试验点商陆单株地上部总生物量分别为148.46g和153.42g，年均地上部镉移除量分别为2.36g/亩和1.55g/亩，单株根的生物量分别为36.85g和37.59g，移除量分别为0.28g/亩和0.24g/亩，年均总移除量分别为2.64g/亩和1.79g/亩。鬼针草单株地上部总生物量分别为81.33g和80.34g，年均地上部镉移除量分别为4.78g/亩和2.47g/亩，单株根的生物量分别为5.23g和5.77g，移除量分别为0.05g/亩和0.04g/亩，年均总移除量分别为4.83g/亩和2.51g/亩。因此商陆和鬼针草间作的年均总移除量分别为7.47g/亩和4.30g/亩。另外，丝瓜果实中的镉浓度分别为0.004mg/kg和0.003mg/kg，达到《丝瓜》(NY/T776-2004)的卫生指标。
因此，综合上述的试验相对于第一种和第二种种植方式，间作播种商陆和鬼针草，并套种丝瓜，镉的总移除量显著增加，同时还能带来一定的经济价值。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，在具有中轻度镉污染的土壤中按季节以及间作的形式依次播种株高差异大的多种镉富集植物；
S2，在各所述镉富集植物上套种镉富集低的葫芦科攀援型草本植物，并在果实成熟时及时采摘；
S3，适时对各所述镉富集植物进行刈割留茬处理，并于每年九月到十月之间将所述土壤中的所有植物连根移除；
S4，检测所述土壤的镉含量，若不合格，则反复进行S1-S3步骤，重新进行下一批种植；若合格，则停止种植。
2.如权利要求1所述的一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法，其特征在于：在所述S1步骤中，所述镉富集植物包括商陆以及鬼针草，所述商陆在每年二月到三月之间种植，所述鬼针草在每年三月到四月之间种植，所述鬼针草的种植时间晚于所述商陆的种植时间。
3.如权利要求2所述的一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法，其特征在于：所述商陆的种植时间为每年三月上旬；所述鬼针草的种植时间为每年四月上旬。
4.如权利要求1所述的一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法，其特征在于：在所述S2步骤中，于所述土壤上搭建棚架，所述棚架有一部分架设于各所述镉富集植物的上方，供所述葫芦科攀援型草本植物攀爬。
5.如权利要求4所述的一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法，其特征在于：所述葫芦科攀援型草本植物包括丝瓜，所述丝瓜长长后将其牵引至所述棚架上，所述丝瓜的种植时间在每年五月到六月之间。
6.如权利要求1所述的一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法，其特征在于，在所述S1步骤中，间作播种具体包括混作行播种和单作行播种，两条所述混作行之间具有一条所述单作行；
每条所述混作行播种具体为：间隔播种所述镉富集植物以及所述葫芦科攀援型草本植物；
每条所述单作行播种具体为：仅播种较矮的所述镉富集植物。
7.如权利要求6所述的一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法，其特征在于：在每一所述混作行中，在行头和行尾分别种植葫芦科攀援型草本植物，并在该行列中交杂种植较矮的镉富集植物和较高的镉富集植物，在行头靠近其中一株所述葫芦科攀援型草本植物处以及在行尾靠近所述另株所述葫芦科攀援型草本植物处均种植的是较矮的所述镉富集植物。
8.如权利要求7所述的一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法，其特征在于：两株所述葫芦科攀援型草本植物之间的间距在170-190cm之间，较矮的相邻的两株所述镉富集植物之间的间距在35-45cm之间，较高的相邻的两株所述镉富集植物之间的间距在35-45cm之间。
9.如权利要求6所述的一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法，其特征在于：在每一所述单作行中，播种的较矮的相邻的两株所述镉富集植物之间的间距在15-25cm之间。
10.如权利要求1所述的一种中轻度镉污染土壤边修复边生产的方法，其特征在于，在所述S3步骤中，刈割留茬处理的方式具体为：
待较高的所述镉富集植物长至120-130cm时刈割地上部分，留茬6-10cm，每年刈割一次；
待较矮的所述镉富集植物长至60-70cm时刈割地上部分，留茬3-7cm，每年刈割一到三次。
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