油葵、玉米轮作植物修复重金属污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，具体为油葵、玉米轮作植物修复重金属污染土壤的方法。

背景技术

土壤重金属污染是由于重金属不能为土壤微生物所分解，而易于积累，转化为毒性更大的甲基化合物，严重危害人体健康，土壤重金属污染的治理途径主要有两种，一是改变重金属在土壤中的存在形态，使其固定，降低其在环中的迁移性和生物可利用性；二是从土壤中去除重金属。

对于从土壤中去除重金属而言，为了避免二次污染和降低处理成本，往往采用种植作物的方式，利用作物的生长进行重金属离子的吸收和积聚，从而实现对重金属污染土壤的修复，然而，由于重金属污染土壤环境恶劣，单纯的通过种植作物的方式进行修复，不仅作物生长艰难，而且重金属污染土壤修复效果缓慢，并且容易出现土壤pH值持续下降的情况，为此，特提供油葵、玉米轮作植物修复重金属污染土壤的方法，通过油葵和玉米轮作的方式，结合种植过程中施用不同微生物菌剂和钝化材料，比较不同处理对两种作物的生长量、重金属累积量和土壤重金属含量的影响，筛选出适应对应种植环境的微生物菌剂和施肥量，微生物菌剂能够提高油葵植株生物量和重金属累积量，植物修复效率得到提高，配合钝化材料，进一步提高土壤修复效率的同时，可以提高土壤pH值和作物产量、显著降低玉米重金属累积量和降低土壤金属含量。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了油葵、玉米轮作植物修复重金属污染土壤的方法，解决了重金属污染土壤环境恶劣，单纯的通过种植作物的方式进行修复，不仅作物生长艰难，而且重金属污染土壤修复效果缓慢，并且容易出现土壤pH值持续下降情况的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：油葵、玉米轮作植物修复重金属污染土壤的方法，具体包括以下步骤：

步骤一、检测划分：选择种植修复区，采集土壤pH值、有机质、全氮，有效磷，速效钾和重金属含量数据信息，随后将种植修复区以亩为单位分割出相同面积的若干个区域，作为种植试验区；

步骤二、对比培养：在若干个种植试验区进行油葵和玉米轮作种植，对不同的种植试验区内的油葵添加不同的微生物菌剂，得到油葵对照例和若干个油葵对比例，对不同种植试验区内的玉米施加不同的钝化材料，得到玉米对照例和若干个玉米对比例；

步骤三、样本采集：在油葵成熟和玉米成熟时期，分别从步骤二的油葵对照例和若干个油葵对比例中随机选取若干株油葵，从步骤二中的玉米对照例和若干个玉米对比例中随机选取若干株玉米，测量株高，然后将油葵和玉米的籽粒分别称重，并收集对应土壤样本，装袋后，带回送检；

步骤四、含量分析：检测土壤pH值和土壤、植株、籽粒中的重金属含量，根据检测结果，对不同的微生物菌剂和钝化材料对油葵和玉米生物量的影响、不同的微生物菌剂和钝化材料对油葵和玉米重金属富集的影响、不同的微生物菌剂和钝化材料对油葵和玉米生物量重金属累积量的影响以及油葵和玉米轮作修复土壤重金属污染的效果进行判断，筛选对针对不同重金属污染土壤修复最佳的微生物菌剂和钝化材料，作为油葵-玉米轮作种植的辅助微生物菌剂和钝化材料。

本发明进一步设置为：所述步骤二中轮作种植时，油葵、玉米株行距为 40x40cm，亩植3000株。

本发明进一步设置为：所述步骤二中的油葵对照例、若干个油葵对比例、玉米对照例和若干个玉米对比例均分别设置有三组。

本发明进一步设置为：所述步骤二中的微生物菌剂包括土力根菌剂、益菌多菌剂+壳聚糖、益菌多菌剂。

本发明进一步设置为：所述步骤二中的钝化材料包括钙镁磷肥、牡蛎钙、商品有机肥。

本发明进一步设置为：所述步骤一和步骤三中采集土壤样本方式为，按照S型布点采集土壤，先去除表层杂物，用竹铲取0-20cm的剖面土壤，然后将五个点的土壤混匀，用四分法取1kg土壤作为一个混合样，装袋，带回送检。

本发明进一步设置为：所述步骤四中的重金属包括Cd、Cr、Cu、Zn。

(三)有益效果

本发明提供了油葵、玉米轮作植物修复重金属污染土壤的方法。具备以下有益效果：

该油葵、玉米轮作植物修复重金属污染土壤的方法，通过油葵和玉米轮作的方式，结合种植过程中施用不同微生物菌剂和钝化材料，比较不同处理对两种作物的生长量、重金属累积量和土壤重金属含量的影响，筛选出适应对应种植环境的微生物菌剂和施肥量，微生物菌剂能够提高油葵植株生物量和重金属累积量，植物修复效率得到提高，配合钝化材料，进一步提高土壤修复效率的同时，可以提高土壤pH值和作物产量、显著降低玉米重金属累积量和降低土壤金属含量。

附图说明

图1为本发明油葵-玉米轮作对土壤重金属总量的影响结果表图；

图2为本发明不同处理对油葵生长性状的影响结果表图；

图3为本发明不同处理对玉米生长性状的影响结果表图；

图4为本发明不同菌剂对油葵籽粒Cd、Cr含量的影响结果表图；

图5为本发明不同钝化材料对玉米籽粒Cd、Cr含量的影响结果表图；

图6为本发明不同菌剂对油葵秸秆Cd含量的影响结果表图；

图7为本发明不同钝化材料对玉米秸秆Hg、As含量的影响结果表图；

图8为本发明不同钝化材料对玉米秸秆Cd、Cr含量的影响结果表图；

图9为本发明不同菌剂对油葵Cd累积量的影响结果表图；

图10为本发明不同钝化材料对玉米Cd累积量的影响结果表图；

图11为本发明不同钝化材料对玉米Cr累积量的影响结果表图；

图12为本发明不同钝化材料对玉米Pb累积量的影响结果表图；

图13为本发明不同钝化材料对玉米Hg累积量的影响结果表图；

图14为本发明不同钝化材料对玉米As累积量的影响结果表图；

图15为本发明油葵-玉米轮作对土壤pH值的影响结果表图。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-15，本发明提供以下技术方案：油葵、玉米轮作植物修复重金属污染土壤的方法，具体包括以下步骤：

步骤一、检测划分：选择位于江北区慈城镇双顶山村蔬菜基地至诚家庭农场(N29°58′36〞，E121°25′15〞)作为种植修复区，按照耕地土壤环境质量类别划分为安全利用区，土壤基本理化性状为pH值4.7，有机质 24.5g/kg，全氮183mg/kg，有效磷1.9mg/kg，速效钾167mg/kg，总Hg0.42mg/kg，总Cd0.15mg/kg，总Cr273mg/kg，总Pb41.2mg/kg，总As7.31mg/kg，总 Cu35mg/kg，总Zn78mg/kg，随后将种植修复区以亩为单位分割出相同面积的若干个区域，作为种植试验区；

步骤二、对比培养：在若干个种植试验区进行油葵和玉米轮作种植，其中油葵、玉米株行距为40x40cm，亩植3000株，对不同的种植试验区内的油葵进行处理，分别加入土力根菌剂、益菌多菌剂+壳聚糖、益菌多菌剂，得到油葵对照例CK1、油葵对比例YK1、油葵对比例YK2和油葵对比例YK3，其中油葵对比例CK1为不添加任何微生物菌剂的油葵种植试验区，对不同种植试验区内的玉米进行处理，分别施加钙镁磷肥、牡蛎钙、商品有机肥，得到玉米对照例CK2、玉米对比例YM1、玉米对比例YM2和玉米对比例YM3，其中玉米对照例CK2为不添加任何钝化材料的玉米种植试验区，并且油葵对照例CK1、油葵对比例YK1、油葵对比例YK2、油葵对比例YK3、玉米对照例CK2、玉米对比例YM1、玉米对比例YM2和玉米对比例YM3均分别设置有三组，用于保证试验结果的精准可信度，其中微生物菌剂和钝化材料的施用量如下：土力根菌剂(100kg/亩)、益菌多菌剂(10kg/亩)、壳聚糖(1kg/亩)、牡蛎钙(200kg/ 亩)、钙镁磷肥(100kg/亩)和商品有机肥(800kg/亩)；

步骤三、样本采集：在油葵成熟和玉米成熟时期，分别从步骤二的油葵对照例和三个油葵对比例中随机选取五株油葵，从步骤二中的玉米对照例和三个玉米对比例中随机选取五株玉米，测量株高，然后将油葵和玉米的籽粒分别称重，并收集对应土壤样本，装袋后，带回送检；

步骤四、含量分析：检测土壤pH值和土壤、植株、籽粒中的Cd、Cr、Cu、 Zn含量，检测方法分别为NY/T1377.2007、GB/T22105.2-2008、HJ803-2016，根据检测结果，对不同的微生物菌剂和钝化材料对油葵和玉米生物量的影响、不同的微生物菌剂和钝化材料对油葵和玉米重金属富集的影响、不同的微生物菌剂和钝化材料对油葵和玉米生物量重金属累积量的影响以及油葵和玉米轮作修复土壤重金属污染的效果进行判断，筛选对针对不同重金属污染土壤修复最佳的微生物菌剂和钝化材料，作为油葵-玉米轮作种植的辅助微生物菌剂和钝化材料。

作为优选方案，对微生物菌剂和钝化材料对油葵和玉米生物量的影响进行分析，结果如下：

对于不同微生物菌剂对油葵生长性状的影响，如附图2所示，相比CK1 而言，油葵的生长性状受微生物菌剂作用有一定差异，其中益菌多+壳聚糖处理(YK2)的株高最高，比对照高17.9％；益菌多(YK3)处理的秸秆鲜重和花盘鲜重均最高，地上部分生物累积量比对照(CK1)处理高25.9％，说明微生物菌剂能够促进植株的生长和生物量累积；

对于不同钝化材料对玉米生长性状的影响，如附图3所示，相比CK2而言，不同钝化材料对玉米生长均有不同程度的促进作用，其中钙镁磷肥(YM1) 处理的株高、秸秆鲜重和穗鲜重均比其他处理高；钙镁磷肥(YM1)、牡蛎钙(YM2) 和商品有机肥(YM3)处理的地上部分生物累积量分别比对照(CK2)处理高 30.1％、20.8％和22.1％，说明钝化材料也能不同程度促进植株生长和生物量累积。

作为优选方案，微生物菌剂和钝化材料对油葵和玉米重金属富集的影响进行分析，结果如下：

不同处理油葵籽粒Cd和Cr的富集情况，如附图4所示，不同微生物菌剂处理对油葵籽粒Cd和Cr的富集情况有点差异，其中土力根菌剂(YK1)、益菌多菌剂+壳聚糖(YK2)和益菌多菌剂(YK3)处理相比对照(CK1)而言，均显著提高了籽粒Cr的富集水平；

不同处理玉米籽粒Cd和Cr的富集情况，如附图5所示，不同钝化材料对玉米籽粒Cd和Cr的富集作用有所不同，相比对照(CK2)处理，钙镁磷肥 (YM1)处理显著降低了籽粒Cd和Cr富集；

不同处理油葵秸秆Cd的富集情况，如附图6所示，不同微生物菌剂均提高了油葵秸秆Cd富集水平，其中益菌多+壳聚糖处理(YK2)处理相比其他处理显著提高了的秸秆Cd富集水平，为0.22mg/kg；

不同处理玉米秸秆重金属的富集情况，如附图7和附图8所示，不同钝化材料均降低了玉米秸秆重金属的富集水平，其中钙镁磷肥(YM1)处理相比较对照(CK2)处理，显著降低了玉米秸秆Hg、As、Cr和Cd的富集水平。

作为优选方案，对微生物菌剂和钝化材料对油葵和玉米重金属累积量的影响进行分析，结果如下：

不同微生物菌剂对油葵重金属累积量的影响，如附图9所示，益菌多+壳聚糖(YK2)处理对油葵总Cd累积量最高，为1939mg/667m2，说明YK2处理对油葵Cd修复效率最高；

不同钝化材料对玉米重金属累积量的影响，如附图10、附图11、附图12、附图13和附图14所示，不同钝化材料对玉米重金属累积量的影响有明显差异，其中不同钝化材料均提高了玉米总Cd累积量、总Cr累积量和总Pb累积量，而降低了总Hg累积量和总As累积量，这说明降镉钝化材料能够较好应用于降Cr和Pb。

作为优选方案，对油葵-玉米轮作修复土壤重金属污染的效果进行分析，结果如下：

油葵-玉米作物轮作对土壤pH值的影响，如附图15所示，同一块地经过油葵-玉米轮作后，不采取措施的土壤pH值会持续下降，而通过微生物菌剂处理的作物根系土壤pH值则下降更快，应用不同钝化调理剂之后，土壤pH 值均有所提高，其中牡蛎钙(YM2)处理和生物有机肥(YM3)处理平均提升了0.2个单位；

油葵-玉米轮作对土壤重金属总量的影响，如附图1所示，通过油葵-玉米轮作后，土壤重金属总量呈现不同的差异，钙镁磷肥(YM1)处理相较于其他处理，土壤总Cd、总Cr均有所增加；而牡蛎钙(YM1)和生物有机肥(YM2) 处理，土壤总Cd、总Cr均有所降低，这说明土壤重金属来源相对比较复杂。

综上所述，通过油葵-玉米轮作，结合种植过程中施用不同微生物菌剂和钝化材料，比较不同处理对两种作物的生长量、重金属累积量和土壤重金属含量的影响。结果表明，微生物菌剂能够提高油葵植株生物量和总Cd累积量，植物修复效率提高12.3％～72.2％；土壤钝化材料可以提高土壤pH值和作物产量、显著降低玉米总Hg、总As累积量和降低土壤总Cd、总Cr；其中牡蛎钙 (YM2)处理和生物有机肥(YM3)处理土壤pH值平均提升了0.2个单位，玉米总Hg、总As累积量分别降低75％～90.6％、50.7％-88.2％，土壤总Cd、总Cr分别降低了6.6％和13.3％。试验结果对于指导作物施肥和土壤重金属污染植物修复有重要意义。

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。