伴矿景天和经济作物间作在耕地修复中的应用

2023-02-01常海伟桂娟秦华和君强邓林

中国环保产业 2023年9期

常海伟，桂娟，秦华，和君强，邓林

（永清环保股份有限公司，长沙 410330）

土壤重金属污染是当今突出的环境问题之一。2014年《全国土壤污染状况调查公报》显示，重金属镉已经成为我国受污染土壤中主要的无机污染物之一。重金属会通过食物链在生物体内富集，从而对食品安全以及人体健康产生危害。目前，耕地土壤治理与修复的目标主要有两种：一种是去除土壤中污染物，从而实现土壤治理的目的；另一种是降低土壤中污染物的生物有效性，以保障食用农产品安全。植物修复作为一种环境友好型修复技术，不仅修复效率高，污染物修复彻底，而且二次污染少，易控制，因此植物修复技术在耕地污染治理修复中得到了广泛应用，其中伴矿景天以其超富集能力受到广泛关注[1]。但是，植物修复一般所需周期时间较长，而大部分用来修复的植物并不具备农业利用价值，不能给当地农民带来一定的经济收入。因此，边治理、边生产的植物修复技术模式对于提高当地的农业生产水平和实现耕地安全治理具有重要价值。

1 项目基本情况

湖南省为积极响应国家休耕治理政策，2019年开展重金属污染耕地休耕试点种植镉（Cd）富集作物移除技术实施单位征集活动，通过对重金属Cd 污染耕地土壤实施植物修复，从而去除土壤重金属或控制土壤污染风险。本试点项目面积为200 亩（1 亩=1/15 公顷），土壤为紫泥土，修复土层厚度为0—20cm 的表层，pH 值为5.0—5.5，Cd 全量均值为1.03mg/kg，为中轻度重金属污染耕地。

2 技术设计

2.1 设计思路

植物修复技术是利用重金属超富集植物从土壤中吸收重金属，并将其转运到可收割的部位，然后收割污染物富集部位，并经过热处理、微生物、物理或化学处理，减少植物的体积或重量，以达到降低加工、填埋和人工操作费用的目的[1]。针对本试点项目的实际情况、质地特征、污染特征与分布及修复指标要求，采用植物修复技术即超富集植物伴矿景天提取技术进行修复，并辅以经济作物增加一定的经济价值。

伴矿景天对土壤中Cd 具有很强的吸收和富集能力，野外条件下其地上部Cd 可达123—770mg/kg；无性繁殖的速度很快，在较短的生长期内即可形成良好的地面覆盖，一年内植物地上部可收割2—4 茬，生物量较大。但是，伴矿景天对温度、水分较为敏感，在土壤含水率过大或在气温过高时生长就会迟缓，因此田间排水和安全度夏就成了夏季种植伴矿景天的关键问题[2]。

为提高伴矿景天夏季生长的成活率，选用高秆的经济作物与其间作的模式，可为伴矿景天遮阴，缓解强光及高温对其生长的抑制[3]。经济作物采用花生、油葵[4]、高粱。花生、油葵、高粱等经济作物具有一定的空间梯度，能精确筛选出更为适合的间作模式。同时采用垄作的方法提高田间的排水能力可进一步保证伴矿景天的正常生长。由于伴矿景天对除草剂较为敏感，不能用常规除草剂除草，为控制杂草生长需覆盖地膜。

2.2 设计参数

项目规模为200 亩休耕农田，各种植区域面积分别是“伴矿景天+花生”50 亩、“伴矿景天+油葵”70 亩、“伴矿景天+高粱”80 亩。综合各经济作物的生长特性、高度、冠径等影响因素，起垄和间作的参数见表1、表2，间作技术模式见图1。

表1 垄作技术参数

表2 伴矿景天和经济作物间作种植技术参数

图1 伴矿景天和经济作物间作模式示意

3 工程实施

本试点工程种植流程见图2。

图2 伴矿景天与经济作物种植流程

3.1 土地平整

种植前，清除修复耕地中的小块石头、树枝和遗留农作物秸秆等，将有坑洞处填平、压实，再通过机械犁田，晾晒1—2 天后旋耕耙田，将土块打碎并进行轻度镇压，旋耕后的土壤应具有松散、无大土块、上虚下实的性状，土块大小小于5mm，整平后避免出现高包、洼坑、脊沟等现象，为植物的种植创造适宜的土壤环境。

3.2 施肥、旋耕

在土壤旋耕前，根据修复地块的土壤养分状况，在土壤表面每亩均匀撒施45kg 的复合肥[氮（N）∶五氧化二磷（P2O5）∶氧化钾（K2O）=15∶15∶15]做基肥。撒施后将肥料翻入土中旋耕混匀。

3.3 起垄、覆膜

用机械或人工在田中修筑垄台，垄台面宽1.5m、垄沟宽0.4m、垄深0.2m，并在农田周围开挖0.5m 的围沟排水，满足农田旱时灌溉和雨季排涝的基本需求，防止洪、涝、渍灾害。

地膜覆盖是为了保证伴矿景天生长所需的湿度和温度，并且防止杂草生长。本项目选用了宽度为1.8m 的银黑双色地膜，覆盖时黑色面朝下、银色面朝上。白天银色面可有效降低温度，同时强反光作用可有效趋避害虫；晚上黑色面可有效保温，同时抑制杂草生长。地膜铺设时必须拉紧铺平、无重叠、无皱折且与垄面紧贴，膜两边用土压实。覆膜后示意图见图3。

3.4 种植

（1）伴矿景天移栽

伴矿景天于2019年4月初移栽种植，采用人工选苗、分苗的方式，选择生长健壮的伴矿景天营养枝条的顶部无分叉、长度在10cm 以上的侧枝或分枝作为一株苗。用打孔器在地膜上打出孔径约为5cm的孔穴，然后用小锄头挖3—5cm 的种植穴，每穴扦插1 株伴矿景天种苗并垄紧土穴四周土壤，让枝条充分与土壤接触，再从垄沟里取细土将地膜孔覆盖保墒。扦插的枝条尽量与地膜保持2—3cm 的距离，避免伴矿景天与地膜接触产生高温灼伤。移栽过程中的各种农时操作应尽量不损害地膜，发现地膜破损或四周不严时，应及时覆土压紧，保证地膜的覆盖效果。

（2）经济作物种植

经济作物按照当地种植习惯种植，在4月底播种，播种深度为3—4cm，每穴播种2 粒。作物发芽长出幼苗后需人工巡视，避免地膜限制幼苗生长。

（3）种植密度

种植密度参照表2 和图1。

3.5 田间管理

（1）水肥管理

伴矿景天扦插完成后需进行一次灌溉压根，俗称定根水，一次性将土壤浇透，土壤保持湿润状态，有利于植物的根部和土壤充分接触，促进根部生长。但浇水要适量，不可过多，保持垄面湿润即可。后期生长期内不宜多次浇水，保持土壤偏干微湿润即可。

当伴矿景天和作物进入快速生长期应及时追施15kg/亩的尿素，共追施2 次。追施采用穴施的方式，即将施肥器插入两株伴矿景天或作物的根部中间，然后把肥料放入即可。若遇旱季也可用施水肥的方法，即将肥料溶解后施入垄台土壤。施肥时应避免将肥料撒在伴矿景天和作物的叶面上。

（2）田间除草

种植前，田埂上可喷施广谱性除草剂进行除草，田间可喷施禾本科除草剂，1 周左右后进行旋耕种植。生长期内需人工进行田间除草，除草时视杂草的生长情况进行作业。不可用除草剂直接喷施除草。

（3）病虫害防治

伴矿景天对一般的病虫害具有很强的抗性，生长周期内一般不会有大面积的病虫害发生。但是烂根现象是伴矿景天最常见的病害，可通过降低土壤湿度、种植密度，以及增加通风的方式来避免烂根。经济作物生长期内发生病虫害时可根据当地的种植管理习惯喷施相应药剂。

3.6 收获处置

伴矿景天在生长4—5 个月后收割（8月），按照常规方法将伴矿景天和作物整株收割，避免踩压枝条或带出土壤而影响评估效果。收割后计算植物的生物量、产量及Cd 含量等，剩余的植株晾晒干后打捆运送至垃圾焚烧厂进行安全处置。

4 修复效果分析

花生、油葵和高粱在中、轻度Cd 污染耕地中均能正常生长，花生生长高度为0.50m，油葵生长高度为1.80m，高粱生长高度为3.00m。油葵、高粱、花生的生物量（干物质量）分别为694.00kg/亩、512.33kg/亩、247.11kg/亩。油葵、高粱、花生的籽粒产量分别为80.60kg/亩、65.98kg/亩、48.52kg/亩。按照市场价格计算，花生的收益最大，为395.89 元/亩，油葵的收益次之，为339.63 元/亩，高粱的收益最少，为193.44 元/亩。伴矿景天和经济作物间作经济效益和Cd 移除效见表3。