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一种利用壶瓶碎米荠修复镉污染农田 土壤的工程应用方法

阅读：468发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种利用壶瓶碎米荠修复镉污染农田土壤的工程应用方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种利用壶瓶碎米荠修复镉污染农田土壤的工程应用方法，属于农田土壤重金属污染修复领域，步骤包括：(1)壶瓶碎米荠种子采收与低温储存；(2)种子预处理与人工育苗；(3)与经济作物间套种；(4)除草与施硼肥；(5)药剂强化提取。该方法克服了壶瓶碎米荠种子发芽率低、喜阴遇高温容易出现代谢紊乱而死亡等种植难题，可操作性强、经济可行，修复污染土壤的同时保障了农民收益，可保障污染土壤修复和利用的可持续性。，下面是一种利用壶瓶碎米荠修复镉污染农田土壤的工程应用方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种利用壶瓶碎米荠修复镉污染农田土壤的工程应用方法，包括整地、移栽、施肥及病虫害防治等常规种植和田间管理步骤，其特征在于还包括以下步骤：
(1)种子采收与低温储存：每年6月左右采集成熟的壶瓶碎米荠果实，阴凉通风处晾晒，脱粒去杂，采用真空袋密封储存于4℃冰箱；
(2)种子预处理与人工育苗：9月上旬将低温储存于冰箱的种子取出，采用生根壮苗类制剂浸种18～36h，以打破种子休眠和促进种子萌发，稍晾后种植于铺满育苗基质的育苗盘或育苗床，不盖种，保持土壤湿润，遮阴网遮阴养护，5d左右种子萌发；
(3)与经济作物间套种：10～11月幼苗带土移栽至大田，覆盖稻草等秸秆或保温地膜予以适当保温防冻，同时间种经济作物蚕豆或次年3月套种经济作物玉米，高大的经济作物为壶瓶碎米荠遮阴，一定程度提高植株生物量和籽粒结实量；
(4)除草与施硼肥：壶瓶碎米荠种植大田以禾本科杂草为主，以人工除草为主，适当辅以化学除草，对壶瓶碎米荠无毒害的除草剂包括：精喹禾灵、喹禾糠脂、高效盖草能和烯草酮。3月叶面施加硼肥一次，以防壶瓶碎米荠“花而不实”，提高结实率；
(5)药剂强化提取：植物生长过程中添加鼠李糖脂、发酵农业废弃物和黄腐酸钾，以提高壶瓶碎米荠镉吸收量和植株生物量。
2.根据权利要求1所述的利用壶瓶碎米荠修复镉污染农田土壤的工程应用方法，其特征在于，所述成熟壶瓶碎米荠采集是指连根采集全植株，收获种子后秸秆进行相应的集中后处理。

说明书全文

一种利用壶瓶碎米荠修复镉污染农田土壤的工程应用方法

技术领域

[0001] 本发明属于农田土壤重金属污染修复领域，具体涉及一种利用壶瓶碎米荠修复镉污染农田土壤的工程应用方法。

背景技术

[0002] 目前，我国农田土壤重金属污染情况不容乐观，尤其是重金属镉污染，其具有污染分布区域广、迁移性强、生物毒性大等特点，是我国农田土壤重金属污染修复的优先控制污染物。采用超富集植物提取修复土壤重金属具有不破坏土壤环境、不产生二次污染和可持续性的优点，但目前发现的用于植物提取修复的植物其修复效率普遍较低，难以实现推广应用，特别是镉的超富集植物提取修复方面，目前研究较多的是天蓝遏蓝菜和印度芥菜等，天蓝遏蓝菜富集镉能力强，为国外引进物种，气候适应能力弱，生物量小，目前仅停留在实验室研究阶段；印度芥菜生物量大，但植株富集量较低，也限制了其推广应用。就植物提取重金属镉修复技术而言，寻找抗逆性强、富集重金属能力强、生物量大的超富集植物仍旧是该领域的基础与核心问题。

[0003] 壶瓶碎米荠(Cardamine hupingshanensis)早年发现它是硒的高富集植物，近几年被发现其对硒的伴生元素镉、锌等也有很高的富集能力。其镉富集浓度高达3000mg/kg以上，是普通镉超富集植物富镉量的数十倍。在水肥充足情况下生物量大，其为修复硒、锌、镉多重金属污染土壤环境提供了理想的超富集植物材料，对修复镉重金属污染具有重要的应用价值。

[0004] 壶瓶碎米荠因其利用价值高，近几年陆续被人工驯化小规模栽培，用于富硒产品提取或镉污染土壤修复研究，但由于其种子发芽率低、生长条件苛刻、不耐高温等因素仅停留在盆栽试验和田间小区试验阶段。

[0005] 壶瓶碎米荠为十字花科碎米荠属植物，越冬耐寒两年生或多年生植物，喜阴湿不耐高温干旱，株高40～100cm，是中国特有的植物，目前发现其在湖北省五峰土家族自治县采花乡栗子坪、湖北省长阳土家族自治县崩尖子、湖北省恩施市新塘乡双河村和湖南石门壶瓶山有分布，在原产地被称为圆叶遏蓝菜、野油菜。生长分布地基本为海拔800～1600m的阴湿环境带，在夏季，即使在晴朗的高温天气，其生长的阴湿环境中温度很少超过30℃，植株可实现多年生长，即成熟植株茎基部生长出不定芽或须根继续生长。因其味道鲜美、营养丰富，原产地附近居民经常采摘作为当地旅游特色菜肴，物种濒临灭绝。在原产地临近的湖北及湖南省其他地区，夏季温度较高，一般在30℃以上，壶瓶碎米荠在干旱高温天气会出现植物代谢紊乱并逐渐枯死，表现为两年生(越年生)或无法正常完成生长期。其常规室温保存的种子失活率高，发芽率低，萌发周期长，土壤温湿度控制严格，这些因素大大限制了其栽培应用和工程推广。

[0006] 公开号CN 102527706 A的发明专利公开了壶瓶碎米荠在修复土壤重金属镉污染中的应用，具体描述了壶瓶碎米荠的栽种时节及施肥和田间持水量要求。但针对如何提高种子萌发率、根据其生长喜好探究其较适的大田生长条件以提高其生物量和结实率、高效发挥其植物提取效率等都有待探究，特别是种子发芽率低的问题不解决根本无法将该技术进行大田应用和推广，南方5月即遇到高温期，正处于壶瓶碎米荠荚果逐步成熟期，较长日晒也会对壶瓶碎米荠的正常代谢产生负面影响。

发明内容

[0007] 本发明的目的：克服壶瓶碎米荠种子发芽率低、喜阴遇高温容易出现代谢紊乱而死亡等种植难题，基于我国镉污染农田土壤污染治理的迫切性，本发明的目的是针对壶瓶碎米荠独特的生长习性和环境要求，提供一种利用壶瓶碎米荠修复镉污染农田土壤的工程应用方法。

[0008] 本发明采取的技术方案是：

[0009] 一种利用壶瓶碎米荠修复镉污染农田土壤的工程应用方法，该方法包括整地、移栽、施肥及病虫害防治等常规种植和田间管理步骤，其还包括以下步骤：

[0010] (1)种子采收与低温储存：每年6月左右采集成熟的壶瓶碎米荠果实，阴凉通风处晾晒，脱粒去杂，采用真空袋密封储存于4℃冰箱；

[0011] (2)种子预处理与人工育苗：9月上旬将低温储存于冰箱的种子取出，采用生根壮苗类制剂浸种18～36h，以打破种子休眠和促进种子萌发，稍晾后种植于铺满育苗基质的育苗盘或育苗床，不盖种，保持土壤湿润，遮阴网遮阴养护，5d左右种子萌发；

[0012] (3)与经济作物间套种：10～11月幼苗带土移栽至大田，覆盖稻草等秸秆或保温地膜予以适当保温防冻，同时间种经济作物蚕豆或次年3月套种经济作物玉米，高大的经济作物为壶瓶碎米荠遮阴，一定程度提高植株生物量和籽粒结实量；

[0013] (4)除草与施硼肥：壶瓶碎米荠种植大田以禾本科杂草为主，以人工除草为主，适当辅以化学除草，对壶瓶碎米荠无毒害的除草剂包括：精喹禾灵、喹禾糠脂、高效盖草能和烯草酮。3月叶面施加硼肥一次，以防壶瓶碎米荠“花而不实”，提高结实率；

[0014] (5)药剂强化提取：植物生长过程中添加鼠李糖脂、发酵农业废弃物和黄腐酸钾，以提高壶瓶碎米荠镉吸收量和植株生物量。

[0015] 有益效果，采用上述方案，将采收的种子储存于低温密闭环境，人为创造低温环境让种子进入休眠状态，避免长时间室内高温放置导致种子失活，播种前再打破其休眠，减少种子养分的丢失、提高种子发芽率；采用经济作物与壶瓶碎米荠间套种，充分利用光能和空间，一方面生长周期较短的高大经济作物可以在春末夏初临近高温时节给喜阴的壶瓶碎米荠提供阴凉环境，一方面经济作物的产出可以保障经济效益，达到“边生产边修复”的效果；对于工程应用，适当辅以化学除草具有重要现实意义，壶瓶碎米荠本身属于杂草，需在现有的除草剂中寻找对壶瓶碎米荠本身无药害而能有效杀害杂草的高效除草剂，暂无相关研究，本发明填补了这一空白；采用环境友好的生物类重金属活化剂强化植物提取修复镉，既提高植株生物量又进一步提高植株镉富集量，从而提高植物修复效率；该方法可操作性强、经济可行，修复污染土壤的同时保障了农民收益，可保障污染土壤修复和利用的可持续性。

具体实施方式

[0016] 下面结合具体实施例来进一步说明本发明。

[0017] 实施例1

[0018] 2015年6月底采集湖北恩施新塘乡双河村野生壶瓶碎米荠植株5株，同时采集根部土壤，检测结果显示土壤镉浓度为102mg/kg，壶瓶碎米荠全株混合物镉浓度为590mg/kg。壶瓶碎米荠为重金属镉的超富集植物。

[0019] 实施例2

[0020] 湖北省黄石大冶市境内矿产资源丰富，开采历史悠久，大量农田成片被污染，申请人对大冶市某连片近三百亩受重金属污染的农田开展修复工程，土壤镉含量0.15～5.46mg/kg，土壤pH 5.45～7.19。2015年6月底在湖北恩施新塘乡双河村购买刚收获的壶瓶碎米荠种子1kg，部分种子采用牛皮纸袋、真空密封袋封装储存于4℃冰箱，部分种子室内干燥放置，室内干燥保存的种子分别采用生根壮苗制剂浸种、清水浸种和不作处理分批于当年7～9月在室外采用育苗盘进行育苗，遮阴网养护，每天喷雾浇水保持育苗土湿润。室内常规储存的壶瓶碎米荠种子不同时间各处理方式种子发芽情况见表1。

[0021] 表1 室内常规储存的壶瓶碎米荠种子不同时间各处理方式种子发芽率统计[0022]

[0023] 正处酷热的夏季，以上处理种子萌发后3～5d陆续死亡，无法正常生长。生根壮苗制剂浸种处理种子发芽率高于其它处理组。

[0024] 于2015年8月底、9月中旬及10月上旬取4℃冰箱储存的种子采用生根壮苗制剂浸种18～36h，采用育苗盘在遮阴棚内进行育苗，种子8月底、9月中旬及10月上旬播种发芽率分别是81％、78％和72％。萌发的种子正常生长。

[0025] 10月中旬～11月下旬将生长至3～5片真叶的壶瓶碎米荠移栽至大田，冬季覆盖稻草进行适当保温，粗放式管理，定期除草，次年2月追施一次三元复合肥，3月上旬叶面喷施硼肥，3月中下旬植株开花，由于3～4月雨水旺盛，杂草(以禾本科稗草为主)长势太强，壶瓶碎米荠植株高度普遍在40cm左右，植株相对矮小瘦弱，植株结荚率约57％。本季种植面积共6.9亩，5月底以多点混合取样方式采用对角线法取5点混合的壶瓶碎米荠地上部分植株样和根部土壤样，检测结果显示土壤镉浓度为0.49mg/kg，植株混合物镉浓度为5.73mg/kg。

[0026] 次年2月下旬，将大棚内育苗钵养护的约2000株壶瓶碎米荠苗移栽至大田，由于植物未经春化阶段长势骤减，随后逐渐死亡。

[0027] 实施例3

[0028] 地点：同实施例2。

[0029] 2016年6月底在湖北恩施新塘乡双河村购买刚收获的壶瓶碎米荠种子6kg，种子采用牛皮纸袋、真空密封袋封装储存于4℃冰箱，9月初将种子取出，采用生根壮苗剂浸种约24h，种子捞出稍晾后人工种植于铺满育苗基质的育苗盘，不盖种，保持土壤湿润，大棚遮阴网遮阴养护，5d左右种子萌发。2016年10月～11月人工将长至3-5片真叶的带土幼苗陆续移栽至大田，分别作覆盖稻草、覆盖保温地膜及空白三组越冬防冻处理，种植模式包括：单种、与蚕豆间种、3月初与玉米套种。种植面积共58亩。

[0030] 2017年2月追施一次三元复合肥和有机肥、开展常规病虫害防治(虫害主要是猿叶甲和黄曲条跳甲，施加的防虫药剂为茚虫威)，大田杂草主要为禾本科杂草，开展化学除草(应用效果较好的除草剂包括：精喹禾灵、喹禾糠脂、高效盖草能和烯草酮，采用以上除草剂，壶瓶碎米荠植株长势均无影响。采用精喹禾灵进行化学除草，杂草10-20d后叶子变黄；采用喹禾糠脂进行化学除草，杂草10-20d后叶子变黄；采用高效盖草能进行化学除草，杂草
8-15d后叶子变黄；采用烯草酮进行化学除草，杂草10-15d后叶子变黄)。2017年3月初叶面喷施硼肥一次，3月中旬壶瓶碎米荠开花，。

[0031] 壶瓶碎米荠生长过程中分别开展环境友好型药剂强化提取修复试验，药剂包括鼠李糖脂、黄腐酸钾和发酵农业废弃物。鼠李糖脂添加浓度为0.5g/kg，于5月中旬(植物收获前15～20d)采用根部灌溉的方式添加；黄腐酸钾的处理浓度为60kg/亩，分别采用根部穴施的方式于植物生长的前(10月中旬)、中(2月下旬)和后期(4月下旬)施加；发酵农业废弃物的处理浓度为150kg/亩，采用根部穴施的方式于植物生长的前(10月中旬)、中(2月下旬)和后期(4月下旬)施加。

[0032] 2017年6月上旬采收成熟的壶瓶碎米荠，于阴凉通风处风干，人工脱粒去杂。

[0033] 分别记录和测定以上各处理组实施过程中、植株采收完毕后植株长势、植株干生物量、重金属镉含量、籽粒产量、籽粒饱满度等。

[0034] 覆盖稻草、覆盖保温地膜及空白越冬防护处理植株长势统计见表2。

[0035] 不同种植模式植株长势及籽粒产量统计见表3。

[0036] 药剂强化提取植株生物量及镉富集量统计见表4。

[0037] 表2 覆盖稻草、覆盖保温地膜及空白处理植株长势统计

[0038]

[0039] 统计时间：2017年3月17-18日

[0040] 三种越冬防护措施植株长势依次为：覆盖保温地膜＞覆盖稻草＞空白，考虑到稻草取材便利，覆盖稻草和保温地膜均是较好的越冬防护措施。

[0041] 表3 不同种植模式植株长势统计

[0042]

[0043] 注：以上处理组冬季均覆盖保温地膜予以越冬防护；地上部分生物量和籽粒产量为每667m2壶瓶碎米荠的干生物量和籽粒产量统计。

[0044] 三种种植模式中单种的植株长势、生物量和籽粒结实量均弱于壶瓶碎米荠与高大经济作物间套种。

[0045] 表4 药剂强化提取植株生物量及镉富集量统计

[0046]处理组地上部分生物量(kg/亩) 植株镉含量(mg/kg)
鼠李糖脂 171.1 23.8
发酵农业废弃物 178.3 12.6
黄腐酸钾 174.5 11.4
空白 169.6 7.76

[0047] 注：以上处理组均覆盖保温地膜予以越冬防护，种植模式为单种，每个处理组面积2
约300m，土壤镉浓度约0.3mg/kg。

[0048] 鼠李糖脂、发酵农业废弃物和黄腐酸钾一定程度提高了壶瓶碎米荠的镉吸收量。

[0049] 实施例4

[0050] 地点：同实施例2。

[0051] 农田土壤镉浓度3.67mg/kg，pH 7.16。2016年10月下旬人工将长至3～5片真叶的带土壶瓶碎米荠幼苗陆续移栽至大田，覆盖稻草，3月中旬与玉米套种，2017年2月下旬追施一次三元复合肥和有机肥、开展常规病虫害防治，大田杂草主要为禾本科杂草，采用高效盖草能进行化学除草，2017年3月初叶面喷施硼肥一次，3月中下旬壶瓶碎米荠开花，。2017年6月初采收壶瓶碎米荠全株。检测显示植株重金属镉含量为139mg/kg。

[0052] 以上所述实施例，为本发明人实施的实例，应当指出的是，对熟悉本领域的技术人员来说，在本发明原理的基础上，尚可根据上述说明加以调整或改进，这些调整及改进均应视为本发明的保护范围。

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