一种利用禾本科覆盖作物与玉米间作修复土壤镉污染的方法

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，尤其涉及一种禾本科覆盖作物与玉米与间作修复土壤镉污染的方法。

背景技术

目前，国内外修复Cd污染土壤的方法主要有物理修复法(换土法、电修复法等)；化学修复法(添加改良剂法、土壤淋洗法等)；生物修复法(动植物修复技术、微生物修复技术、联合修复技术、新材料修复技术等)。物理修复法由于其工程量大、使用范围有限、修复成本高且容易造成二次污染等问题不适于农田Cd污染修复；化学修复法是目前发展比较成熟且修复效果较好的方法，通过向土壤中添加改良剂等措施达到修复效果。但是从提高农田质量、实现土地可持续利用的角度分析，化学修复法并不是修复土壤Cd污染的最佳手段。生物修复法是目前国内外公认的治理土壤Cd污染的绿色经济修复技术，如利用超富集植物对土壤中的Cd进行吸附。然而，由于治理周期长、收获物安全处置难、且修复过程中不能进行农业生产活动等特点，严重制约了该技术的大面积推广应用。

间作是我国传统农业生产活动中最经典的耕作方式之一，合理利用间作体系可以有效的控制作物对Cd等重金属的吸收积累。发展覆盖作物与玉米间作体系，利用覆盖作物的一些独特的生物学特征来达到抑制杂草、吸附土壤中的Cd，也可以达到降低玉米中镉含量的目的，同时该技术具有生产成本低、易推广应用，无二次污染、改善土壤理化性状等优点，可真正实现“边生产，边修复，边收益”的理念。

目前，国内外关于利用覆盖作物间作方式修复农田重金属污染的技术有很多，但是绝大多数技术在实施过程中，将主栽作物与覆盖作物同时播种或者覆盖作物播种时间早于主栽作物，虽说可以起到降低农田土壤或者主栽作物中镉含量的目的，但是实验发现，上述方法会造成覆盖作物与主栽作物之间产生资源竞争，并最终对主栽作物的产量造成一定影响，其影响程度存在物种间差异。

发明内容

本发明是要解决现有修复土壤镉污染的方法造成覆盖作物与主栽作物之间产生资源竞争，进而影响主栽作物的生长发育的问题，提供一种利用禾本科覆盖作物与玉米间作修复土壤镉污染的方法。

本发明利用禾本科覆盖作物与玉米间作修复土壤镉污染的方法，包括以下步骤：

以间作的方式将禾本科覆盖作物与玉米种植在镉污染的土壤中，完成对镉污染土壤的修复；所述镉污染的土壤中重金属Cd的含量为0.3-1mg/kg

所述间作的播种方法为：当土壤耕层5-10cm的地温稳定通过8℃时，进行玉米播种；在玉米三叶期，进行禾本科覆盖作物播种。

进一步的，所述玉米为夏玉米；所述禾本科覆盖作物为大麦、黑麦草或燕麦。

优选的，所述玉米的种子选择净度≥95％，发芽率≥85％的种子。

优选的，所述禾本科覆盖作物的种子选择净度≥92％，发芽率≥85％的种子。

进一步的，间作施肥方法具体为：

春季，当被镉污染的农田土壤化冻15-20cm时进行整地施肥，整地方式为翻耙起垄，垄距为65-70cm；同时施加基肥，肥料以有机肥为主，化肥为辅，施肥量和施肥方式均以当地农业生产习惯为准。

进一步的，玉米种子播种在垄面正中央，禾本科覆盖作物种子均匀撒播在垄沟和垄侧。

进一步的，所述玉米种植密度为6.5万株/hm

进一步的，玉米收获以后，对禾本科覆盖作物进行刈割，刈割后的禾本科覆盖作物采取卫生填埋处理或作为园林堆肥原料。

本发明的原理：

本发明提供一种利用禾本科覆盖作物与玉米间作的方法修复土壤Cd污染。该方法主要是通过调整作物种植结构，利用较矮的覆盖作物富集土壤中的Cd。而且本发明通过调整播种时间，使覆盖作物播种时间晚于玉米播种时间，避开前期两种作物对土壤养分等资源的竞争，从而达到修复土壤镉污染且不影响玉米正常生长的目的。

本发明中的禾本科覆盖作物是在主栽作物玉米三叶期才开始播种的，种植禾本科覆盖作物的目的不是为了收获地上部分做绿肥或者收割用作饲草，而是利用禾本科覆盖作物可以抑制杂草，减少化学农药喷施，改良耕层土壤，改善土壤理化性质等特点，达到吸附土壤中的Cd的目的。因此，将覆盖作物与玉米间作应用于单一玉米种植地区，会对玉米稳产增产和降低农田面源污染产生长远效益。

本发明的有益效果：

1.本发明在作物播种时间上进行了优化设计，先播种玉米，待玉米三叶期播种覆盖作物，这样首先避开了玉米和覆盖作物同时播种时，两种作物对土壤养分的竞争，其次，禾本科覆盖作物出苗以后，玉米冠层尚未建成，覆盖作物能迅速生长，在生物量上达到很好的积累，同时覆盖作物自身生长过程中，可以大量富集土壤中的Cd，从而实现利用覆盖作物修复土壤Cd的目的。

2.本发明通过调整作物种植结构，利用玉米植株高度较高，覆盖作物高度较低的特点，使得种植空间上植物高低错落，能够更有效的利用光能和热能。

3.本发明相比于玉米单作，在垄沟和垄侧种植覆盖作物，可以最大限度的改良耕层土壤，将土壤中的重金属Cd吸收到覆盖作物体内，再做进一步处理。

4.本发明中覆盖作物的种植，能够有效的抑制杂草，控制病虫害，减少了化学农药的使用，降低了农业面源污染，对区域生态环境建设有一定的贡献。

本发明尤其适用于土壤养分较为充分的东北黑土区。

附图说明

图1是本发明专利中禾本科覆盖作物与玉米间作修复土壤Cd污染的模式图。

图2是实施例1中间作后植物地上部Cd含量的试验结果。

图3是实施例1中间作后植物土壤中Cd含量的试验结果。

图4是实施例2中间作后植物地上部Cd含量的试验结果。

图5是实施例2中间作后植物土壤中Cd含量的试验结果。

图6为实施例2中不同种植方式下的玉米产量比较。

图7是实施例2中禾本科覆盖作物(黑麦草)与玉米间作修复土壤Cd污染田间现场图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式利用禾本科覆盖作物与玉米间作修复土壤镉污染的方法，包括以下步骤：

以间作的方式将禾本科覆盖作物与玉米种植在镉污染的土壤中，完成对镉污染土壤的修复；所述镉污染的土壤中重金属Cd的含量为0.3-1mg/kg

所述间作的播种方法为：当土壤耕层5-10cm的地温稳定通过8℃时，进行玉米播种；在玉米三叶期，进行禾本科覆盖作物播种。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述玉米为夏玉米。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述禾本科覆盖作物为大麦、黑麦草或燕麦。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述玉米的种子选择净度≥95％，发芽率≥85％的种子。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述禾本科覆盖作物的种子选择净度≥92％，发芽率≥85％的种子。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：间作施肥方法具体为：

春季，当被镉污染的农田土壤化冻15-20cm时进行整地施肥，整地方式为翻耙起垄，垄距为65-70cm；同时施加基肥，肥料以有机肥为主，化肥为辅，以最大限度减少化肥中携带的外源重金属(如Cd)的输入，施肥量和施肥方式均以当地农业生产习惯为准。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：玉米种子播种在垄面正中央，禾本科覆盖作物种子均匀撒播在垄沟和垄侧，其中覆盖作物的垄侧播种，加大了其种植面积，可以更有效的富集土壤中的Cd。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述玉米种植密度为6.5万株/hm

禾本科覆盖作物以富集土壤中重金属Cd为目的，并非用于生产饲料或者种子，故当禾本科覆盖作物为大麦时，播种量宜为75kg/hm

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：玉米收获以后，对禾本科覆盖作物进行刈割，刈割后的禾本科覆盖作物采取卫生填埋处理或作为园林堆肥原料。其它与具体实施方式一至八之一相同。

下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：盆栽试验

供试土壤：采自于长春市郊区某受轻度Cd污染的地块耕作层0-20cm混合土壤样品，将样品在室内风干，过10mm筛网，装盆备用。土壤基础理化性质见表1。供试作物为：玉米和大麦。

表1土壤基础理化性质

试验设计：采用随机区组试验，在中国科学院东北地理与农业生态研究所人工气候室内完成。试验共设置三个处理，分别为：大麦单作、玉米单作、大麦和玉米间作，每个处理设置4个重复。将作物种子直接种在5L(直径18cm×高20cm)的盆中，每盆装土4.5 kg，同时每盆施加2g N(尿素)，1.2g K和0.95g P(磷酸二氢钾)作为基肥，后期不再施肥。大麦播种量为5g/m

样品处理：处理结束以后，收获植物地上部并在105℃下杀青30分钟，然后在75℃下烘干至恒重，用于测定植物样品中Cd的含量；处理结束以后同时采集土样样品，混合均匀以后，置于室内风干，研磨，用于测定土壤中Cd的含量。实验结果见图2和图3。

从图2和图3可以看出，大麦单作和大麦与玉米间作处理中，植物地上部Cd含量比玉米单作分别高出9.2％和16.0％，土壤中Cd含量分别降低了8.3％和26.3％。说明大麦与玉米间作能够显著提高大麦对土壤Cd的富集，降低土壤的Cd含量。

实施例2：田间试验

供试地点：吉林省公主岭市郊区某受轻度Cd污染的耕地。土壤理化性质见表2，供试作物为：玉米、黑麦草。

表2土壤基础理化性质

试验设计：试验采用完全随机区组设计，将农田分为9个小区。试验设置三个处理，分别是玉米单作、黑麦草间作、黑麦草与玉米间作。

黑麦草与玉米间作的具体方法包括以下步骤：

(1)试验田前茬作物为大豆，大豆收获以后，晾晒土壤。对试验田进行翻耕，翻耕深度为20cm左右，当春季被Cd污染的农田土壤化冻15-20cm时进行整地施肥。整地方式为翻耙起垄，垄距为65cm；同时施加基肥，肥料以有机肥为主，化肥为辅，施肥量和施肥方式均以当地农业生产习惯为。

(2)当土壤耕层5-10cm的低温稳定通过8℃时，进行玉米播种；在玉米三叶期，进行禾本科覆盖作物播种。玉米种植密度为6.5万株/hm

(3)玉米播种方式为机械播种；黑麦草播种方式为人工撒播。

(4)玉米收获以后，对黑麦草进行刈割，刈割后的禾本科覆盖作物可采取卫生填埋处理或作为园林堆肥原料。

试验结果：从图4和图5可以看出，黑麦草单作和玉米与黑麦草间作处理下，植物地上部镉含量比玉米单作地上部镉含量分别高出16.0％和10.9％，土壤中的Cd含量比玉米单作分别降低了15.8％和23.7％。同时，两种播种模式下，玉米的产量并没有出现显著的差异(如图6)。