一种甜高粱修复Cd、Pb、Cr复合污染土壤的田间种植方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境污染的生态修复技术领域，涉及一种利用可再生能源植物甜高粱 修复重金属污染土壤的方法，尤其是一种甜高粱修复Cd、Pb、Cr复合污染土壤的田间种植方 法。
【背景技术】
[0002] 重金属在空气、土壤和水体中的存在对生物有机体产生严重的影响，并且其在食 物链中的生物富集极具危险性（Sanitadi Toppil，Gabbrielli G.Response to cadmium in higher plants[J].Environmental and Experimental Botany，1999,41:105-130)〇因 此，在重金属污染土壤上不适宜种植粮食、饲料、果蔬等进入食物链的作物。另一方面，面临 国际范围内的石油、煤炭等化石燃料资源的紧缺，开发能源植物资源已成为热门课题。
[0003] 近些年来，重金属污染地的植物修复主要集中在超富集植物的研究领域。但是超 富集植物在污染修复过程中存在生物量小、根系浅等弊端，因此只有污染地表面的土壤得 到修复。因此理想的植物修复物种应该具有大生物量、深根系和富集高浓度重金属等特征。
[0004] 有人提出可用高生物量的一般植物修复重金属污染的土地，虽然其吸收重金属的 量较少，但因生物量高，最后吸收的重金属总量可能会更多。杨勇等（杨勇，王巍，江荣风， 等.超累积植物与高生物量植物提取Cd效率的比较[J].生态学报，2009，29(5): 2732-2737) 比较了超富集植物遏蓝菜和3种高生物量植物印度芥菜（Brass icajuncea)、烟草 (Nicotiana tabacum L)和向日葵(Helianthus annuus L)提取(Μ效率的差异，结果表明烟 草对Cd的提取量最多，是印度芥菜和超富集植物遏蓝菜对Cd提取量的4倍左右，是向日葵对 Cd提取量的13倍，从而证明了一些高生物量植物可以用于重金属污染土壤的修复。
[0005] 柳枝稷、芒草等能源植物主要利用纤维素为原料生产乙醇，目前利用纤维素生产 乙醇的成本很高，在实际生产中应用不多。而利用玉米、甜菜等富含淀粉、糖分的作物生产 乙醇的技术虽然比较成熟，但其种植占用大量耕地，依据国家确定的能源植物开发"不与人 争粮，不与粮争地"的原则，原料的选择越来越成为乙醇生产的限制因素(贾伟涛，吕素莲， 冯娟娟.利用能源植物治理土壤重金属污染[J].中国生物工程杂志China Biotechno logy，2015,35(l):88-95)。
[0006] 甜高粱比其它禾谷类作物相比，具有抗旱、耐涝、耐盐碱、耐痔薄、耐高温和耐干热 风等特点。鉴于其自身的特点，结合现阶段植物修复应用现状，如果甜高粱在作为能源植物 栽培的同时能够吸收土壤重金属，其体内吸收的重金属元素将在生物发酵后集中在酒糟 中，后者燃烧成灰烬使重金属高度富集，灰烬继续处理后可用于工业生产(李十中.发展多 功能农业，建设绿色"油田"和"粮仓" [J].中国农业科技.2014,66-69)。因此，利用甜高粱修 复重金属污染土壤具有很大的潜力。
[0007]镉、铅、铬作为对植物产生毒害作用的主要重金属污染物，在自然环境中存在共生 现象，因而容易形成复合污染。目前，国内外已有一些高粱（甜高粱)吸收重金属的研究报 道，但大多集中在生理水平（Kuriakose S V，Prasad Μ N V.Cadmium stress affects seed germination and seedling growth in Sorghum bicolor L.Moench by changing the activities of hydrolyzing enzymes.Plant GrowthRegulation,2008,54(2):143-156 . Soudek P , Petrova S, VankovaR, et al .Accumulation ofheavy metals using Sorghum sp[J] .Chemosphere,2013,104:15-24);其中少数有关二元污染胁迫的研究中，虽 然人们已经意识到不同重金属元素之间存在交互作用，但作深入剖析的较少(Metwali MR， Gowayed S Μ Η,Al-Maghrabi 0 A,et al.Evaluation oftoxic effect of copper and cadmium on growth,physiological traits and protein profile of wheat(Triticum aestivium L.),maize(Zea mays L.)and sorghum(Sorghum bicolor L.)[J],World Applied Sciences Journal ,2013,21(3): 301-314.余海波，宋静，胳永明，等·典型重金属 污染农田能源植物示范种植研究[J].环境监测与技术，2011，23(2) :71-76);而有关三元胁 迫的研究报道更少，其中Cd、Pb、Cr三元胁迫对甜高粱影响及重金属移除能力的研究尚未见 报道，因此亟需一种新的修复Cd、Pb、Cr复合污染土壤的方法。
[0008] 通过检索，发现如下几篇与本发明专利申请相关的专利公开文献：
[0009] 1、一种重金属污染土壤的综合修复方法及应用(CN104324933A)，公开了一种重金 属污染土壤的综合修复方法及应用，属于环境污染治理和新能源技术领域。本发明所提供 的方法是在重金属污染的土壤上种植甜高粱，利用甜高粱吸收重金属，成熟后收获甜高粱， 并将甜高粱秸杆粉碎后进行固体发酵，发酵后蒸馏回收发酵产物中的乙醇，将蒸馏残渣初 步干燥后与作物根叶混合燃烧，回收处理灰分中的重金属。本发明所提供的方法具有作物 生物量大、对重金属吸附效率高，同时产生的秸杆可用于发酵生产生物燃料，发酵后不会产 生沼液、沼渣等二次污染物，具有良好的环境效益;高粱穗可用于制作培养基或做饲料，具 有巨大的社会效益和经济效益，适于产业化推广。
[0010] 2、一种修复酸性重金属污染土壤的方法(CN103495600A)，公开了一种修复酸性重 金属污染土壤的方法。（1)向酸性重金属污染土壤施加农家肥或混合改良剂;酸性重金属污 染土壤的pH值为2~5,重金属指锌、铅和镉;农家肥为猪粪与草木灰混合而成，猪粪与草木 灰的质量比为4:1;混合改良剂为熟石灰+农家肥+污泥+NPK肥；（2)在步骤（1)处理后的土壤 种植牧草，保持土壤湿润;所述牧草为墨西哥玉米、饲用甜高粱和杂交狼尾草中的一种或多 种；（3)待步骤(2)中牧草长大，进行收获，该牧草达到国家饲料安全卫生标准，能用于饲料 生产和禽畜养殖。本发明的优点是:成本低，操作方便;不仅可以达到边修复污染土壤边生 产的目的，而且可以解决修复植物的后期处理问题。
[0011] 3、一种促进植物生长和重金属污染土壤修复的内生菌及应用(CN102161976A)，提 供一种促进植物生长和重金属污染土壤修复的内生菌及应用。利用内生菌SLS18菌液通过 种子浸菌的方式浸染甜高粱，使内生菌SLS18定殖于甜高粱体内伴随甜高粱生长的每个阶 段，从而促进甜高粱在重金属污染边际土地上的生长以及土壤修复。内生菌SLS18分离自超 累积植物商陆茎部并经筛选所得，是一种能成功定殖于甜高粱体内，并对甜高粱有明显促 生长作用和具有重金属抗性的内生菌。本发明操作简单、安全、经济，对土壤环境不引入新 污染，不仅能有效利用重金属污染的边际土地资源，从而避免能源作物与粮食作物对有限 耕地的竞争，还能有效地修复重金属污染的土地。
[0012] 通过对比，本发明专利申请与上述专利公开文献存在本质的不同。本发明提供一 种甜高粱修复Cd、Pb、Cr复合污染土壤的田间种植方法。⑴筛选种子，晴天晒2d~3d杀死病 原菌;⑵整地;⑶当5cm 土壤温度稳定通过12°C时1膜2行模式直接种植与Cd、Pb、Cr复合污染 土壤;株距20cm，行距60cm，密度为8000株/亩;⑷热量充足的喀什、和田或吐鲁番等地区6月 底或7月初进行复播;(5)施肥:单位面积N、P、K肥量分别为375、300、75kg/hm 2;播种整地前施 入75kg/hm2的氮肥、75kg/hm2的磷肥、Okg/hm 2钾肥作基肥;拔节期施入150kg/hm2的氮肥、 150kg/hm2的磷肥、Okg/hm 2钾肥，孕穗期施入150kg/hm2的氮肥、75kg/hm2的磷肥、7 5kg/hm2钾 肥作追肥;(6)灌溉:全生育期灌水4次~5次，为了避免倒伏灌浆中后期适时控水;(7)蜡熟的 中晚期将甜高粱整株连根挖起，通过其自然生长过程中对重金属的吸收富集和转运能力从 而去除土壤中过量的重金属。
[0013] 利用该方法