CN111097795B - 一种镉污染-连作障碍设施农业土壤中边生产边修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镉污染‑连作障碍设施农业土壤中边生产边修复方法，包括：(1)在待修复土壤上种植超积累东南景天，4‑6个月后刈割一次；(2)刈割后，在该土壤上直播间作荷兰83‑16春黄瓜，收获春黄瓜的同时移除超积累东南景天；(3)移除后，直播香港大叶白梗空心菜，生长期间进行淹水处理；(4)收获香港大叶白梗空心菜后，向土壤施用复合调理剂，并与耕层土壤混匀；(5)6‑8天后，移栽荷兰3099秋黄瓜，栽培至收获。本发明利用镉超积累植物‑连作障碍作物‑共低积累水生蔬菜‑连作障碍作物轮作，配合使用土壤复合调理剂以及合理的水分管理，在修复设施农业土壤镉污染的同时，解决连作障碍问题，并保障蔬菜的安全生产。
Description
技术领域
本发明涉及污染土壤环境治理技术领域，具体涉及一种在镉污染-连作障碍的设施农业土壤上边生产边修复的方法。
背景技术
设施农业土壤极易受到重金属镉的污染，导致作物减产，品质降低。土壤中的镉污染来源十分广泛，矿山的开采、工业三废的排放、污水灌溉以及肥料的不合理使用，都是导致镉进入设施农业土壤的原因。我国农业土壤受镉污染严重，且面积逐年增加，造成的环境污染问题日益凸显，亟待解决。土壤中的镉既会影响植物生长，降低农作物产量，又会通过土壤-作物***进入食物链，给人类健康带来巨大危害。随着生活水平的提高，人们越来越重视食品安全问题，因此，如何修复设施农业土壤镉污染，减少其在食物链的富集，提高作物产量和品质，成为一个亟待解决的热点问题。
连作障碍，也称再植病害，是指在连茬种植同一种或同一科作物时，即使在正常的管理条件下，也会出现生长势变弱，产量降低，品质下降，病虫害加重的现象。设施农业连作障碍问题日益严重，例如蔬菜产量和品质大幅下降，密植和高水肥进一步降低了作物的抗性，大面积的连续单一种植方便了生产、加工和运输，但是也导致了病原物的大量积累和病害的暴发。频繁的农产品贸易和长距离的种植材料调运更加速了有害生物的扩散和传播，成为了蔬菜专业化生产的障碍之一。此外，设施农业倒茬困难这一特点，为土壤病原微生物及害虫的繁衍创造了有利的条件，加大了连作障碍发生的可能性和防治难度。连作障碍严重制约着农业的可持续发展和粮食的安全生产，威胁人类健康，已成为设施农业生产亟需解决的瓶颈问题。
黄瓜作为夏季主要菜蔬之一，在全国各地普遍栽种，主要为温室或塑料大棚栽培。由于黄瓜的根系分泌物中含有大量的自毒物质，更容易出现连作障碍。
对于设施农业土壤大面积存在重金属污染以及连作障碍等问题，开发一项既不停止正常的农业生产，又可以安全高效修复污染土壤的新技术，成为当今研究的热点问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在镉污染-连作障碍的设施农业土壤上进行边生产边修复的方法，克服黄瓜在设施农业土壤中种植存在的连作障碍，保障蔬菜安全生产的同时，对镉污染土壤进行修复。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种镉污染-连作障碍设施农业土壤中边生产边修复方法，包括以下步骤：
(1)在待修复土壤上种植超积累东南景天，4-6个月后刈割一次；
(2)刈割后，在该土壤上直播间作荷兰83-16春黄瓜，收获春黄瓜的同时移除超积累东南景天；
(3)移除后，直播香港大叶白梗空心菜，生长期间进行淹水处理；
(4)收获香港大叶白梗空心菜后，向土壤施用复合调理剂，并与耕层土壤混匀；
(5)6-8天后，移栽荷兰3099秋黄瓜，栽培至收获。
所述待修复土壤为连作黄瓜后出现连作障碍并存在重金属镉污染的土壤。
本发明利用镉超积累植物-连作障碍作物-共低积累水生蔬菜-连作障碍作物轮作，配合使用土壤复合调理剂以及合理的水分管理，在修复设施农业土壤镉污染的同时，解决黄瓜连作障碍问题，并保障蔬菜的安全生产。
步骤(1)中，本发明利用超积累东南景天对镉超积累的特征，将设施农业土壤中的镉吸收并积累到超积累东南景天植株的地上部，达到修复土壤镉污染的目的。因此，本发明将超积累东南景天作为轮作过程中首先种植的植物，并采用适时刈割的措施，增加超积累东南景天生长过程中对镉的吸收，从土壤中移除更多的镉。
作为优选，10月份开始种植超积累东南景天，利用茎段扦插，剪取5～6cm长的茎段扦插至待修复土壤。
作为优选，超积累东南景天生长至5个月时刈割一茬，刈割时地上部留1～2cm茎段。
步骤(2)中，间作可以最大限度地提高土地、光能、热量、水分和肥料等资源的利用率，在降低生产成本的同时增加收入。此外，间作还可以调整植物根系分泌物、土壤酶活性和土壤微生物种类等，从而改良土壤理化性质。因此，本发明在超积累东南景天刈割一次后与荷兰83-16春黄瓜间作，在超积累东南景天继续从设施农业土壤中吸收镉的同时，其根系分泌物调整着农业土壤中的微生物群落结构，改善荷兰83-16春黄瓜的连作障碍问题，提高土地利用效率。
步骤(3)中，香港大叶白梗空心菜是水生作物，设施农业土壤在其生长过程中处于淹水状态。淹水提高土壤pH值，降低土壤镉及其他污染物质的生物有效性，同时改变土壤基本理化性质，调节土壤微生物平衡，削弱连作障碍致病菌活性，从而减少下茬作物连作障碍发病率。因此，本发明选择收获春黄瓜后使用水生作物香港大叶白梗空心菜进行轮作。
作为优选，香港大叶白梗空心菜出苗5-7天后，进行淹水处理。淹水处理后，土层表面至少保持水深2cm。
作为优选，香港大叶白梗空心菜种植1个月后刈割一茬，2个月后全部收获。
步骤(4)中，土壤复合调理剂有效改善土壤微生物群落，杀灭连作障碍致病菌；同时有效降低土壤中活性态镉，减少植物对镉的吸收。本发明所使用的土壤复合调理剂是一种有机-无机复合钝化改良剂，要求其镉含量低于0.2mg kg-1，对土壤pH值的升高可达0.5-1.0个单位。
所述土壤复合调理剂的组分包括：有机肥、石灰、海泡石、沸石和钙镁磷肥，所述材料可从市场购买获得。石灰、海泡石和沸石可有效提高土壤pH值，钝化土壤中重金属的活性，同时吸附并杀灭土壤中的连作障碍致病菌。但是，这些材料会改变土壤理化性质，长期使用会不利于作物的生长。有机肥是一种生物材料，有效增加土壤缓冲性，调节无机和矿物钝化剂的大量投入对土壤理化性质的严重改变；此外，有机肥浸出液还具有降解连作障碍酚酸的作用。钙镁磷肥也对土壤镉具有钝化作用，且可以为后茬作物荷兰3099秋黄瓜提供其所需的磷、钙和镁等大中量元素。
作为优选，所述土壤复合调理剂组分以质量百分比计为：有机肥30％，石灰30％，海泡石25％，沸石10％，钙镁磷肥5％，混合均匀，每亩施用300L。
作为优选，所述耕层土壤为土壤表层10-20cm的土壤。
作为优选，步骤(5)中，移栽荷兰3099秋黄瓜时株距为1m。
具体地：以种植一次超积累东南景天-荷兰83-16春黄瓜-香港大叶白梗空心菜-荷兰3099秋黄瓜为一个循环，一个循环为一年。东南景天第一茬种植时间为5个月，荷兰83-16春黄瓜与超积累东南景天间作时间为3个月，香港大叶白梗空心菜种植时间为2个月，荷兰3099秋黄瓜种植时间为1个月。
在镉-连作障碍复合污染设施农业土壤中按照上述轮作方式生产的荷兰83-16春黄瓜，香港大叶白梗空心菜，荷兰3099秋黄瓜可食部污染物含量符合食品安全国家标准(GB-2767-2017)，安全可食用。
与常规轮作模式相比，采用本发明提供的轮作方式种植一年后，土壤有效镉含量降低了58.93％，荷兰83-16春黄瓜病情指数降低了28.44％，荷兰3099秋黄瓜病情指数降低了57.43％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)与传统的复合污染土壤治理方法相比，本发明投资少、工程量小、技术管理简单，作为一种绿色原位修复技术，不会造成二次污染，修复过程不会破坏土壤生态环境，有效修复镉-连作障碍复合污染导致的土壤退化和生产力下降，恢复并提高土壤生物多样性。
(2)本发明所选用的荷兰83-16春黄瓜和荷兰3099秋黄瓜属于瓠果类蔬菜，其对重金属和硝酸盐的转移系数和富集系数在所有蔬菜中是最低的；选用的水生蔬菜香港大叶白梗空心菜属于镉-硝酸盐共积累品种，对土壤中的污染物具有拒吸收和积累的特点，收获的蔬菜符合食品卫生安全标准(GB-2767-2017)。本发明在修复镉-连作障碍复合污染土壤的同时，产生了一定的经济效益。
(3)本发明将超积累植物和连作障碍作物组合成间套作体系，在不停止生产的前提下完成对污染土壤的植物修复，而且可以解决设施农业倒茬困难的问题，具有资源集约和环境友好的特点。
附图说明
图1为实施例1中不同处理黄瓜枯萎病发病率对比图，其中A：荷兰83-16春黄瓜，B：荷兰3099秋黄瓜。
图2为实施例1中不同处理黄瓜亩产对比图，其中A：荷兰83-16春黄瓜，B：荷兰3099秋黄瓜。
图3为实施例1中种植一年后不同处理土壤中有效镉含量对比图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
1、试验地点：浙江省杭州市春溢联合蔬菜专业合作社B10大棚
选取蔬菜连作十年以上，近一年内种过黄瓜的塑料大棚，土壤镉含量1.10mg kg-1，硝酸盐含量236.12mg kg-1，超过土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(GB 15618-2018)中对农业用地的限值。
2、试验材料
剪取长度为5-6cm的超积累东南景天茎段，待切口干燥后(约半小时)扦插至待修复的镉-连作障碍复合污染土壤中。
供试春黄瓜品种为荷兰83-16，秋黄瓜品种为荷兰3099，空心菜品种为香港大叶白梗空心菜，小白菜品种为四月白。
所有种子均用0.7％次氯酸钠溶液消毒30min。对照和试验处理的荷兰3099秋黄瓜均在穴盘育苗约1个月后移栽；对照处理的荷兰83-16春黄瓜采用相同方法移栽；试验处理的荷兰83-16春黄瓜采用直播法。对照和试验处理的香港大叶白梗空心菜和四月白小白菜均直播。
3、试验共设2个处理，分别为1、对照组(冬季种植四月白小白菜，春季种植荷兰83-16春黄瓜，夏季种植四月白小白菜，秋季种植荷兰3099春黄瓜)；2、试验组(冬春季种植超积累东南景天，春季荷兰83-16春黄瓜间作东南景天，夏季淹水种植香港大叶白梗空心菜，秋季施用土壤调理剂后种植荷兰3099秋黄瓜)。
具体处理方法如下：
(1)对照组：冬季直播种植4茬四月白小白菜(10月-4月)，春季移栽种植荷兰83-16春黄瓜(5-6月)，夏季直播种植2茬四月白小白菜(7-8月)，秋季移栽种植荷兰3099秋黄瓜(9月)。
(2)试验组：冬春季扦插种植超积累东南景天(10月-4月，3月刈割1茬)，春季在刈割过的超积累东南景天中直播间作荷兰83-16春黄瓜(3-6月)，夏季直播种植香港大叶白梗空心菜(7-8月，7月底刈割1茬，8月底全部收获)，香港大叶白梗空心菜种植过程中淹水处理，秋季移栽种植荷兰3099秋黄瓜(9月)，香港大叶白梗空心菜收获后，荷兰3099秋黄瓜种植一周前施用土壤复合调理剂。
在黄瓜盛果期调查并记录枯萎病的病情指数。收集的土壤于常温晾干，用木锤在牛皮纸上捶碎，过20目尼龙筛，用二乙基三胺五乙酸-三乙醇胺(DTPA-TEA)溶液浸提，电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定镉含量。
4、试验结果分析
图1给出了在上述镉-连作障碍复合污染设施农业土壤中按本发明的边生产边修复技术模式轮作的两季黄瓜的病情指数。与对照组相比，试验组的荷兰83-16春黄瓜病情指数降低了28.44％，荷兰3099秋黄瓜病情指数降低了57.43％。
图2给出了在上述镉-连作障碍复合污染设施农业土壤中按本发明的边生产边修复技术模式轮作的两季黄瓜的亩产。与对照组相比，试验组的荷兰83-16春黄瓜亩产提高了35.17％，荷兰3099秋黄瓜亩产提高了382.52％。
如图3所示，按照本发明的边生产边修复技术模式轮作一年后，土壤有效镉与对照组相比降低了58.93％，且该年轮作的所有作物可食部污染物含量均低于国家食品安全标准(GB2767-2017)，安全可食用。
综上所述，此轮作方法有效减轻了连作障碍易发作物黄瓜的枯萎病的病情指数，降低了设施农业土壤有效镉含量，可用于镉-连作障碍复合污染土壤的边生产边修复。
实施例1结果表明，按照本发明的镉超积累植物-连作障碍作物-低积累水生蔬菜-连作障碍作物轮作，配合使用土壤复合调理剂以及合理的水分管理，在修复设施农业土壤镉-连作障碍复合污染的同时，可以继续进行农业生产，具有边生产边修复的优点。
以上列举的仅是本发明的具体实施例。本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均可认为是本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种镉污染-连作障碍设施农业土壤中边生产边修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)10月份在待修复土壤上种植超积累东南景天，4-6个月后刈割一次；
(2)刈割后，在该土壤上直播间作荷兰83-16春黄瓜，收获春黄瓜的同时移除超积累东南景天；
(3)移除后，直播香港大叶白梗空心菜，生长期间进行淹水处理；
(4)收获香港大叶白梗空心菜后，向土壤施用复合调理剂，并与耕层土壤混匀；
(5)6-8天后，移栽荷兰3099秋黄瓜，栽培至收获；
步骤(4)中，所述复合调理剂的组分以质量百分比计为：有机肥30％，石灰30％，海泡石25％，沸石10％，钙镁磷肥5％。
2.如权利要求1所述的镉污染-连作障碍设施农业土壤中边生产边修复方法，其特征在于，步骤(1)中，超积累东南景天利用茎段扦插，剪取5～6cm长的茎段扦插至待修复土壤。
3.如权利要求1或2所述的镉污染-连作障碍设施农业土壤中边生产边修复方法，其特征在于，步骤(1)中，超积累东南景天生长至5个月时刈割一茬，刈割时地上部留1～2cm茎段。
4.如权利要求1所述的镉污染-连作障碍设施农业土壤中边生产边修复方法，其特征在于，步骤(3)中，香港大叶白梗空心菜出苗5-7天后，进行淹水处理。
5.如权利要求1或4所述的镉污染-连作障碍设施农业土壤中边生产边修复方法，其特征在于，步骤(3)中，淹水处理后，土层表面至少保持水深2cm。
6.如权利要求1所述的镉污染-连作障碍设施农业土壤中边生产边修复方法，其特征在于，步骤(3)中，香港大叶白梗空心菜种植1个月后刈割一茬，2个月后全部收获。
7.如权利要求1所述的镉污染-连作障碍设施农业土壤中边生产边修复方法，其特征在于，所述耕层土壤为土壤表层10-20cm的土壤。
8.如权利要求1所述的镉污染-连作障碍设施农业土壤中边生产边修复方法，其特征在于，步骤(5)中，移栽荷兰3099秋黄瓜时株距为1m。
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