伴礦景天和經(jīng)濟(jì)作物間作在耕地修復(fù)中的應(yīng)用

常海偉，桂娟，秦華，和君強(qiáng)，鄧林

（永清環(huán)保股份有限公司，長(zhǎng)沙 410330）

土壤重金屬污染是當(dāng)今突出的環(huán)境問(wèn)題之一。2014年《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，重金屬鎘已經(jīng)成為我國(guó)受污染土壤中主要的無(wú)機(jī)污染物之一。重金屬會(huì)通過(guò)食物鏈在生物體內(nèi)富集，從而對(duì)食品安全以及人體健康產(chǎn)生危害。目前，耕地土壤治理與修復(fù)的目標(biāo)主要有兩種：一種是去除土壤中污染物，從而實(shí)現(xiàn)土壤治理的目的；另一種是降低土壤中污染物的生物有效性，以保障食用農(nóng)產(chǎn)品安全。植物修復(fù)作為一種環(huán)境友好型修復(fù)技術(shù)，不僅修復(fù)效率高，污染物修復(fù)徹底，而且二次污染少，易控制，因此植物修復(fù)技術(shù)在耕地污染治理修復(fù)中得到了廣泛應(yīng)用，其中伴礦景天以其超富集能力受到廣泛關(guān)注[1]。但是，植物修復(fù)一般所需周期時(shí)間較長(zhǎng)，而大部分用來(lái)修復(fù)的植物并不具備農(nóng)業(yè)利用價(jià)值，不能給當(dāng)?shù)剞r(nóng)民帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)收入。因此，邊治理、邊生產(chǎn)的植物修復(fù)技術(shù)模式對(duì)于提高當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平和實(shí)現(xiàn)耕地安全治理具有重要價(jià)值。

1 項(xiàng)目基本情況

湖南省為積極響應(yīng)國(guó)家休耕治理政策，2019年開(kāi)展重金屬污染耕地休耕試點(diǎn)種植鎘（Cd）富集作物移除技術(shù)實(shí)施單位征集活動(dòng)，通過(guò)對(duì)重金屬Cd 污染耕地土壤實(shí)施植物修復(fù)，從而去除土壤重金屬或控制土壤污染風(fēng)險(xiǎn)。本試點(diǎn)項(xiàng)目面積為200 畝（1 畝=1/15 公頃），土壤為紫泥土，修復(fù)土層厚度為0—20cm 的表層，pH 值為5.0—5.5，Cd 全量均值為1.03mg/kg，為中輕度重金屬污染耕地。

2 技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

植物修復(fù)技術(shù)是利用重金屬超富集植物從土壤中吸收重金屬，并將其轉(zhuǎn)運(yùn)到可收割的部位，然后收割污染物富集部位，并經(jīng)過(guò)熱處理、微生物、物理或化學(xué)處理，減少植物的體積或重量，以達(dá)到降低加工、填埋和人工操作費(fèi)用的目的[1]。針對(duì)本試點(diǎn)項(xiàng)目的實(shí)際情況、質(zhì)地特征、污染特征與分布及修復(fù)指標(biāo)要求，采用植物修復(fù)技術(shù)即超富集植物伴礦景天提取技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，并輔以經(jīng)濟(jì)作物增加一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

伴礦景天對(duì)土壤中Cd 具有很強(qiáng)的吸收和富集能力，野外條件下其地上部Cd 可達(dá)123—770mg/kg；無(wú)性繁殖的速度很快，在較短的生長(zhǎng)期內(nèi)即可形成良好的地面覆蓋，一年內(nèi)植物地上部可收割2—4 茬，生物量較大。但是，伴礦景天對(duì)溫度、水分較為敏感，在土壤含水率過(guò)大或在氣溫過(guò)高時(shí)生長(zhǎng)就會(huì)遲緩，因此田間排水和安全度夏就成了夏季種植伴礦景天的關(guān)鍵問(wèn)題[2]。

為提高伴礦景天夏季生長(zhǎng)的成活率，選用高稈的經(jīng)濟(jì)作物與其間作的模式，可為伴礦景天遮陰，緩解強(qiáng)光及高溫對(duì)其生長(zhǎng)的抑制[3]。經(jīng)濟(jì)作物采用花生、油葵[4]、高粱?；ㄉ?、油葵、高粱等經(jīng)濟(jì)作物具有一定的空間梯度，能精確篩選出更為適合的間作模式。同時(shí)采用壟作的方法提高田間的排水能力可進(jìn)一步保證伴礦景天的正常生長(zhǎng)。由于伴礦景天對(duì)除草劑較為敏感，不能用常規(guī)除草劑除草，為控制雜草生長(zhǎng)需覆蓋地膜。

2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

項(xiàng)目規(guī)模為200 畝休耕農(nóng)田，各種植區(qū)域面積分別是“伴礦景天+花生”50 畝、“伴礦景天+油葵”70 畝、“伴礦景天+高粱”80 畝。綜合各經(jīng)濟(jì)作物的生長(zhǎng)特性、高度、冠徑等影響因素，起壟和間作的參數(shù)見(jiàn)表1、表2，間作技術(shù)模式見(jiàn)圖1。

表1 壟作技術(shù)參數(shù)

表2 伴礦景天和經(jīng)濟(jì)作物間作種植技術(shù)參數(shù)

圖1 伴礦景天和經(jīng)濟(jì)作物間作模式示意

3 工程實(shí)施

本試點(diǎn)工程種植流程見(jiàn)圖2。

圖2 伴礦景天與經(jīng)濟(jì)作物種植流程

3.1 土地平整

種植前，清除修復(fù)耕地中的小塊石頭、樹(shù)枝和遺留農(nóng)作物秸稈等，將有坑洞處填平、壓實(shí)，再通過(guò)機(jī)械犁田，晾曬1—2 天后旋耕耙田，將土塊打碎并進(jìn)行輕度鎮(zhèn)壓，旋耕后的土壤應(yīng)具有松散、無(wú)大土塊、上虛下實(shí)的性狀，土塊大小小于5mm，整平后避免出現(xiàn)高包、洼坑、脊溝等現(xiàn)象，為植物的種植創(chuàng)造適宜的土壤環(huán)境。

3.2 施肥、旋耕

在土壤旋耕前，根據(jù)修復(fù)地塊的土壤養(yǎng)分狀況，在土壤表面每畝均勻撒施45kg 的復(fù)合肥[氮（N）∶五氧化二磷（P2O5）∶氧化鉀（K2O）=15∶15∶15]做基肥。撒施后將肥料翻入土中旋耕混勻。

3.3 起壟、覆膜

用機(jī)械或人工在田中修筑壟臺(tái)，壟臺(tái)面寬1.5m、壟溝寬0.4m、壟深0.2m，并在農(nóng)田周?chē)_(kāi)挖0.5m 的圍溝排水，滿(mǎn)足農(nóng)田旱時(shí)灌溉和雨季排澇的基本需求，防止洪、澇、漬災(zāi)害。

地膜覆蓋是為了保證伴礦景天生長(zhǎng)所需的濕度和溫度，并且防止雜草生長(zhǎng)。本項(xiàng)目選用了寬度為1.8m 的銀黑雙色地膜，覆蓋時(shí)黑色面朝下、銀色面朝上。白天銀色面可有效降低溫度，同時(shí)強(qiáng)反光作用可有效趨避害蟲(chóng)；晚上黑色面可有效保溫，同時(shí)抑制雜草生長(zhǎng)。地膜鋪設(shè)時(shí)必須拉緊鋪平、無(wú)重疊、無(wú)皺折且與壟面緊貼，膜兩邊用土壓實(shí)。覆膜后示意圖見(jiàn)圖3。

3.4 種植

（1）伴礦景天移栽

伴礦景天于2019年4月初移栽種植，采用人工選苗、分苗的方式，選擇生長(zhǎng)健壯的伴礦景天營(yíng)養(yǎng)枝條的頂部無(wú)分叉、長(zhǎng)度在10cm 以上的側(cè)枝或分枝作為一株苗。用打孔器在地膜上打出孔徑約為5cm的孔穴，然后用小鋤頭挖3—5cm 的種植穴，每穴扦插1 株伴礦景天種苗并壟緊土穴四周土壤，讓枝條充分與土壤接觸，再?gòu)膲艤侠锶〖?xì)土將地膜孔覆蓋保墑。扦插的枝條盡量與地膜保持2—3cm 的距離，避免伴礦景天與地膜接觸產(chǎn)生高溫灼傷。移栽過(guò)程中的各種農(nóng)時(shí)操作應(yīng)盡量不損害地膜，發(fā)現(xiàn)地膜破損或四周不嚴(yán)時(shí)，應(yīng)及時(shí)覆土壓緊，保證地膜的覆蓋效果。

（2）經(jīng)濟(jì)作物種植

經(jīng)濟(jì)作物按照當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣種植，在4月底播種，播種深度為3—4cm，每穴播種2 粒。作物發(fā)芽長(zhǎng)出幼苗后需人工巡視，避免地膜限制幼苗生長(zhǎng)。

（3）種植密度

種植密度參照表2 和圖1。

3.5 田間管理

（1）水肥管理

伴礦景天扦插完成后需進(jìn)行一次灌溉壓根，俗稱(chēng)定根水，一次性將土壤澆透，土壤保持濕潤(rùn)狀態(tài)，有利于植物的根部和土壤充分接觸，促進(jìn)根部生長(zhǎng)。但澆水要適量，不可過(guò)多，保持壟面濕潤(rùn)即可。后期生長(zhǎng)期內(nèi)不宜多次澆水，保持土壤偏干微濕潤(rùn)即可。

當(dāng)伴礦景天和作物進(jìn)入快速生長(zhǎng)期應(yīng)及時(shí)追施15kg/畝的尿素，共追施2 次。追施采用穴施的方式，即將施肥器插入兩株伴礦景天或作物的根部中間，然后把肥料放入即可。若遇旱季也可用施水肥的方法，即將肥料溶解后施入壟臺(tái)土壤。施肥時(shí)應(yīng)避免將肥料撒在伴礦景天和作物的葉面上。

（2）田間除草

種植前，田埂上可噴施廣譜性除草劑進(jìn)行除草，田間可噴施禾本科除草劑，1 周左右后進(jìn)行旋耕種植。生長(zhǎng)期內(nèi)需人工進(jìn)行田間除草，除草時(shí)視雜草的生長(zhǎng)情況進(jìn)行作業(yè)。不可用除草劑直接噴施除草。

（3）病蟲(chóng)害防治

伴礦景天對(duì)一般的病蟲(chóng)害具有很強(qiáng)的抗性，生長(zhǎng)周期內(nèi)一般不會(huì)有大面積的病蟲(chóng)害發(fā)生。但是爛根現(xiàn)象是伴礦景天最常見(jiàn)的病害，可通過(guò)降低土壤濕度、種植密度，以及增加通風(fēng)的方式來(lái)避免爛根。經(jīng)濟(jì)作物生長(zhǎng)期內(nèi)發(fā)生病蟲(chóng)害時(shí)可根據(jù)當(dāng)?shù)氐姆N植管理習(xí)慣噴施相應(yīng)藥劑。

3.6 收獲處置

伴礦景天在生長(zhǎng)4—5 個(gè)月后收割（8月），按照常規(guī)方法將伴礦景天和作物整株收割，避免踩壓枝條或帶出土壤而影響評(píng)估效果。收割后計(jì)算植物的生物量、產(chǎn)量及Cd 含量等，剩余的植株晾曬干后打捆運(yùn)送至垃圾焚燒廠(chǎng)進(jìn)行安全處置。

4 修復(fù)效果分析

花生、油葵和高粱在中、輕度Cd 污染耕地中均能正常生長(zhǎng)，花生生長(zhǎng)高度為0.50m，油葵生長(zhǎng)高度為1.80m，高粱生長(zhǎng)高度為3.00m。油葵、高粱、花生的生物量（干物質(zhì)量）分別為694.00kg/畝、512.33kg/畝、247.11kg/畝。油葵、高粱、花生的籽粒產(chǎn)量分別為80.60kg/畝、65.98kg/畝、48.52kg/畝。按照市場(chǎng)價(jià)格計(jì)算，花生的收益最大，為395.89 元/畝，油葵的收益次之，為339.63 元/畝，高粱的收益最少，為193.44 元/畝。伴礦景天和經(jīng)濟(jì)作物間作經(jīng)濟(jì)效益和Cd 移除效見(jiàn)表3。

表3 伴礦景天和經(jīng)濟(jì)作物間作經(jīng)濟(jì)效益和Cd 移除效果分析

三種間作模式中，伴礦景天成活率高低順序?yàn)橛涂靖吡唬净ㄉ?，分別為91.53%、89.97%、78.86%。每個(gè)間作模式的Cd年均移除總量為“伴礦景天+油葵”＞“伴礦景天+高粱”＞“伴礦景天+花生”，分別為10.07g、9.32g、8.05g。

5 結(jié)語(yǔ)

三種間作種植模式的作物均能正常生長(zhǎng)且生物量較大，能有效提取土壤中的重金屬Cd。結(jié)合修復(fù)效果和經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看，在伴礦景天和油葵間作種植的模式中，伴礦景天成活率高、修復(fù)能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益較好，更能被農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者接受。此模式是一種易復(fù)制可推廣的邊生產(chǎn)、邊修復(fù)的耕地治理技術(shù)模式。