伴礦景天和經濟作物間作在耕地修復中的應用

常海偉，桂娟，秦華，和君強，鄧林

（永清環保股份有限公司，長沙 410330）

土壤重金屬污染是當今突出的環境問題之一。2014年《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，重金屬鎘已經成為我國受污染土壤中主要的無機污染物之一。重金屬會通過食物鏈在生物體內富集，從而對食品安全以及人體健康產生危害。目前，耕地土壤治理與修復的目標主要有兩種：一種是去除土壤中污染物，從而實現土壤治理的目的；另一種是降低土壤中污染物的生物有效性，以保障食用農產品安全。植物修復作為一種環境友好型修復技術，不僅修復效率高，污染物修復徹底，而且二次污染少，易控制，因此植物修復技術在耕地污染治理修復中得到了廣泛應用，其中伴礦景天以其超富集能力受到廣泛關注[1]。但是，植物修復一般所需周期時間較長，而大部分用來修復的植物并不具備農業利用價值，不能給當地農民帶來一定的經濟收入。因此，邊治理、邊生產的植物修復技術模式對于提高當地的農業生產水平和實現耕地安全治理具有重要價值。

1 項目基本情況

湖南省為積極響應國家休耕治理政策，2019年開展重金屬污染耕地休耕試點種植鎘（Cd）富集作物移除技術實施單位征集活動，通過對重金屬Cd 污染耕地土壤實施植物修復，從而去除土壤重金屬或控制土壤污染風險。本試點項目面積為200 畝（1 畝=1/15 公頃），土壤為紫泥土，修復土層厚度為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 技術設計

2.1 設計思路

植物修復技術是利用重金屬超富集植物從土壤中吸收重金屬，并將其轉運到可收割的部位，然后收割污染物富集部位，并經過熱處理、微生物、物理或化學處理，減少植物的體積或重量，以達到降低加工、填埋和人工操作費用的目的[1]。針對本試點項目的實際情況、質地特征、污染特征與分布及修復指標要求，采用植物修復技術即超富集植物伴礦景天提取技術進行修復，并輔以經濟作物增加一定的經濟價值。

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

為提高伴礦景天夏季生長的成活率，選用高稈的經濟作物與其間作的模式，可為伴礦景天遮陰，緩解強光及高溫對其生長的抑制[3]。經濟作物采用花生、油葵[4]、高粱?；ㄉ?、油葵、高粱等經濟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。同時采用壟作的方法提高田間的排水能力可進一步保證伴礦景天的正常生長。由于伴礦景天對除草劑較為敏感，不能用常規除草劑除草，為控制雜草生長需覆蓋地膜。

2.2 設計參數

項目規模為200 畝休耕農田，各種植區域面積分別是“伴礦景天+花生”50 畝、“伴礦景天+油葵”70 畝、“伴礦景天+高粱”80 畝。綜合各經濟作物的生長特性、高度、冠徑等影響因素，起壟和間作的參數見表1、表2，間作技術模式見圖1。

表1 壟作技術參數

表2 伴礦景天和經濟作物間作種植技術參數

圖1 伴礦景天和經濟作物間作模式示意

3 工程實施

本試點工程種植流程見圖2。

圖2 伴礦景天與經濟作物種植流程

3.1 土地平整

種植前，清除修復耕地中的小塊石頭、樹枝和遺留農作物秸稈等，將有坑洞處填平、壓實，再通過機械犁田，晾曬1—2 天后旋耕耙田，將土塊打碎并進行輕度鎮壓，旋耕后的土壤應具有松散、無大土塊、上虛下實的性狀，土塊大小小于5mm，整平后避免出現高包、洼坑、脊溝等現象，為植物的種植創造適宜的土壤環境。

3.2 施肥、旋耕

在土壤旋耕前，根據修復地塊的土壤養分狀況，在土壤表面每畝均勻撒施45kg 的復合肥[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

用機械或人工在田中修筑壟臺，壟臺面寬1.5m、壟溝寬0.4m、壟深0.2m，并在農田周圍開挖0.5m 的圍溝排水，滿足農田旱時灌溉和雨季排澇的基本需求，防止洪、澇、漬災害。

地膜覆蓋是為了保證伴礦景天生長所需的濕度和溫度，并且防止雜草生長。本項目選用了寬度為1.8m 的銀黑雙色地膜，覆蓋時黑色面朝下、銀色面朝上。白天銀色面可有效降低溫度，同時強反光作用可有效趨避害蟲；晚上黑色面可有效保溫，同時抑制雜草生長。地膜鋪設時必須拉緊鋪平、無重疊、無皺折且與壟面緊貼，膜兩邊用土壓實。覆膜后示意圖見圖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，選擇生長健壯的伴礦景天營養枝條的頂部無分叉、長度在10cm 以上的側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，再從壟溝里取細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生高溫灼傷。移栽過程中的各種農時操作應盡量不損害地膜，發現地膜破損或四周不嚴時，應及時覆土壓緊，保證地膜的覆蓋效果。

（2）經濟作物種植

經濟作物按照當地種植習慣種植，在4月底播種，播種深度為3—4cm，每穴播種2 粒。作物發芽長出幼苗后需人工巡視，避免地膜限制幼苗生長。

（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行一次灌溉壓根，俗稱定根水，一次性將土壤澆透，土壤保持濕潤狀態，有利于植物的根部和土壤充分接觸，促進根部生長。但澆水要適量，不可過多，保持壟面濕潤即可。后期生長期內不宜多次澆水，保持土壤偏干微濕潤即可。

當伴礦景天和作物進入快速生長期應及時追施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土壤。施肥時應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行除草，田間可噴施禾本科除草劑，1 周左右后進行旋耕種植。生長期內需人工進行田間除草，除草時視雜草的生長情況進行作業。不可用除草劑直接噴施除草。

（3）病蟲害防治

伴礦景天對一般的病蟲害具有很強的抗性，生長周期內一般不會有大面積的病蟲害發生。但是爛根現象是伴礦景天最常見的病害，可通過降低土壤濕度、種植密度，以及增加通風的方式來避免爛根。經濟作物生長期內發生病蟲害時可根據當地的種植管理習慣噴施相應藥劑。

3.6 收獲處置

伴礦景天在生長4—5 個月后收割（8月），按照常規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估效果。收割后計算植物的生物量、產量及Cd 含量等，剩余的植株晾曬干后打捆運送至垃圾焚燒廠進行安全處置。

4 修復效果分析

花生、油葵和高粱在中、輕度Cd 污染耕地中均能正常生長，花生生長高度為0.50m，油葵生長高度為1.80m，高粱生長高度為3.00m。油葵、高粱、花生的生物量（干物質量）分別為694.00kg/畝、512.33kg/畝、247.11kg/畝。油葵、高粱、花生的籽粒產量分別為80.60kg/畝、65.98kg/畝、48.52kg/畝。按照市場價格計算，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。伴礦景天和經濟作物間作經濟效益和Cd 移除效見表3。

表3 伴礦景天和經濟作物間作經濟效益和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為油葵＞高粱＞花生，分別為91.53%、89.97%、78.86%。每個間作模式的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 結語

三種間作種植模式的作物均能正常生長且生物量較大，能有效提取土壤中的重金屬Cd。結合修復效果和經濟效益來看，在伴礦景天和油葵間作種植的模式中，伴礦景天成活率高、修復能力強、經濟效益較好，更能被農業生產者接受。此模式是一種易復制可推廣的邊生產、邊修復的耕地治理技術模式。