1.本发明属于重金属污染的植物修复技术，涉及油莎豆修复重金属镉污染土壤的方法，同时涉及利用覆膜增加油莎豆去除重金属污染土壤镉能力的研究。
背景技术：
2.随着全球工业化和城镇化的快速发展，有色金属矿开发、工厂污水废气排放以及农业生产中滥用化肥等行为使土壤中重金属污染物增加，重金属浓度超过土壤背景值，危害着环境安全同时威胁着人体健康，因而修复重金属污染土壤迫在眉睫。目前随着研究的深入，治理污染的物理化学生物方法不断精进，利用各种技术的联合治理成为研究热点。物理治理法是传统的修复方法，包括电动修复法、阻隔填埋、玻璃化、固化和热处理，最经典常见的物理工程修复技术是客土换土法，将干净的土壤加入污染土壤表层中混匀以降低污染物浓度，但仅适用于小面积土壤污染修复，且消耗人力物力巨大，易破坏土壤结构，降低土壤肥力；化学治理法主要包括稳定化技术和淋洗技术等，是通过改变土壤理化性质从而降低重金属在土壤中的移动性，或者施用化学改良剂与土壤混合提取重金属，再用水淋洗残留的重金属，但由于操作过程比较复杂，循环周期长，效果见效慢且容易对环境造成二次污染。植物修复技术的原理是利用植物特性，对土壤中的重金属污染物进行提取、吸收、降解、转化或固定等，在实际修复中具有治理成本低、过程易操作、投入较少和对土壤环境扰动少的优点。超富集植物对重金属胁迫有极强的耐受性，并能聚集过量的重金属在植物地上部，利用超高富集植物修复土壤是植物修复的常用方法。超富集植物比一般植物具有修复优势，但因为多为野生植物，需要的环境气候条件比较苛刻，区域性强，并且多不具备经济效益，导致修复成本增加，难以推广应用。植物修复技术经过国内外学者长期研究，不断改良和完善，选择适宜的修复品种和施用合理有效的改良措施是当前植物修复的研究热点。
3.油莎豆是一种优质高产、综合利用价值很高的油料作物，平均鲜籽亩产750-1000kg，鲜草产量3000kg，具有较高的生物量，产量远高于大豆、花生和油菜。有关油莎豆对镉富集特征与能力的研究未见报道。
4.上世纪80年代，覆膜栽培被应用于农田当中，地膜覆盖是一种相对简单的农艺措施，可以大大提高作物产量，具有广阔的应用前景。地膜覆盖(覆膜)技术的优点可大致包括：(1)阻断了土壤与外界的水汽交换，有效地阻止土壤水的蒸发，提高了水分和养分的利用率；(2)增加土壤温度，调节土壤微生物系统，使土壤肥力增加；(3)改变土壤的结构，缓解土壤板结，长期保持疏松状态，增大土壤的孔隙度。同时地膜覆盖作为一项有效旱作增产技术，具有明显增温保墒效果，有利于促进农作物生长和增产，对于干旱区节水和土壤改良具有重要现实意义。王秀康等曾以覆膜方式和风化煤用量之间的互作为切入点，开展玉米生长菌根效应对覆膜方式响应的研究、以及覆膜与微生物接种对大田玉米生长和水分利用效率影响的研究，结果显示玉米株高、生物量、产量与水分利用效率均随无覆膜-半覆膜-全覆膜方式呈现增加趋势。此相关研究表明覆膜总体上可以维持土壤氮储量，促进根系生长，提高氮肥的利用效率。总体而言，覆膜对农作物的生长和土壤的影响可能具有积极的一面，但
关于覆膜对土壤-油料作物系统的重金属镉修复效率仍然未知。
技术实现要素：
5.本发明的目的是针对上述现有修复技术的不足，提供一种利用油莎豆修复重金属镉污染土壤的方法，通过油莎豆的种植栽培，利用油莎豆的富集作用富集重金属镉污染土壤中的镉；并进一步利用覆膜技术提高现有重金属污染土壤修复技术中油莎豆的生长发育、生物量、吸收积累的重金属镉总量。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种利用油莎豆修复重金属镉污染土壤的方法，该方法步骤如下：
7.a.根据油莎豆的种植季节，于种植前一周内对重金属镉污染大田进行翻耕、施肥、起垄；
8.b.垄上种植富集植物油莎豆，进行常规栽培管理，在油莎豆成长过程中，利用油莎豆的富集作用富集重金属镉污染土壤中的镉；
9.c.油莎豆成熟后进行收割；
10.d.按油莎豆种植季节进行下一轮种植。
11.进一步，于步骤a的起垄后使用地膜完全覆盖垄和沟表面。
12.上述种植在重金属镉污染大田土壤中的油莎豆为对重金属耐性强的高富集植物，在重金属镉污染土壤中能正常生长。按油莎豆的种植季节，一般选择在五月上旬于重金属镉污染地区进行野外大田种植，依照当地农艺措施管理进行肥(于翻耕后一次性施用750kg
·
ha-1
的三元复合肥，油莎豆开花期补施尿素150kg
·
ha-1
)、水等其他常规田间管理，做好后续的病虫害管理以及田间墒情管理。
13.油莎豆种子含有大量脂肪，镉主要富集在叶中，榨取食物油后，油中重金属含量极低，可达到国家安全使用标准。油莎豆对重金属镉有较强的富集能力，尤其在覆膜处理后，地上部和果的生物量显著增加，各部位镉积累量明显提高，且不同油莎豆品种在相同处理下的生物量和镉积累量存在差异，但均呈现覆膜处理高于未覆膜处理趋势。种植油莎豆后重金属镉污染土壤的总镉含量下降，且覆膜处理的重金属镉污染土壤低于未覆膜处理的。
14.本发明的有益效果是：通过试验研究发现，油莎豆对镉具有显著的富集特性，能在重金属污染的土壤中正常生长，并在覆膜处理下，表现出更强的对镉的富集能力。本发明正是利用油莎豆的富集特性及覆膜技术与油莎豆富集能力结合后表现出的修复特性，通过对成熟油莎豆的收获和处理，达到吸收富集重金属镉，修复重金属污染土壤并获得经济效益的双重目的。油莎豆生物量大，环境适应力强，便于种植管理，富集能力强，作为油料作物可以产生较高的经济价值，兼顾生态修复和经济收入，在生态学和经济学上均具有优秀的推广价值。
具体实施方式
15.下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细描述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
16.实施例1污染矿区土壤修复试验
17.试验场地位于湖南省长沙市浏阳市焦溪镇受重金属污染的农田，该农田土壤的重
金属镉浓度为1.08mg
·
kg-1
，其中有效态镉含量为0.24mg
·
kg-1
。
18.试验方法：试验品种的油莎豆为豫油莎1号和豫油莎3号，于河南省农科院购买。选择重金属镉污染地区进行野外大田进行试验。试验共设置2种处理：覆膜与未覆膜处理，各处理重复3次。试验小区采用宽
×
长为1m
×
25m的垄沟模式，共设置19个小区，其中包括1个空白地块对照，各小区随机区组排列。在覆膜处理中，垄、沟表面完全覆盖0.014mm厚的黑色聚乙烯膜。作物种植前一周内，对大田进行翻耕、施肥，750kg
·
ha-1
的三元复合肥被一次性施撒入大田。2020年5月8日，油莎豆种子被直接播种至小区中，油莎豆种植间隔为0.4(m)
×
0.3(m)每株。在作物生长前期对小区进行杂草去除，在开花期对油莎豆补施尿素150kg
·
ha-1
。其他农艺措施如灌溉、除虫害等按照当地习惯进行。在油莎豆成熟期采集样品，采用五点取样法对每小区供试作物和土壤进行采样，每小区共收集5株完整植株与其对应的根际土壤。
19.试验结果如下：
20.表1显示了两种处理下两种油莎豆各部位生物量情况。不同处理下的根生物量差异不大，但覆膜处理下的叶和果生物量明显高于未覆膜处理。表2显示了两种处理下油莎豆各部位镉含量。总体而言，与未覆膜处理相比，覆膜处理提升油莎豆各个部位的cd含量，其中油莎豆1号、油莎豆3号的根和叶有显著的提升，而豫油莎1号和豫油莎3号总的cd含量分别提升了33.7％、和79.3％。表明：不同品种油莎豆的根和叶中cd含量存在差异，但覆膜处理下cd含量均能提高。
21.表1覆膜和未覆膜处理下油莎豆各部位生物量(t
·
ha-1
)
22.各部位生物量根叶果未覆膜油莎豆1号1.11
±
0.193.79
±
0.521.89
±
0.35未覆膜油莎豆3号1.01
±
0.212.09
±
0.392.04
±
0.27覆膜油莎豆1号1.11
±
0.184.58
±
0.263.24
±
0.36覆膜油莎豆3号1.09
±
0.194.26
±
0.392.26
±
0.27
23.表2覆膜和未覆膜处理下油莎豆各部位镉含量(mg
·
kg-1
)
24.各部位镉含量根叶果未覆膜豫油莎1号9.79
±
0.198.7
±
0.232.24
±
0.17未覆膜豫油莎3号8.37
±
1.225.56
±
0.091.68
±
0.06覆膜豫油莎1号12.81
±
0.3612.59
±
0.692.32
±
0.13覆膜豫油莎3号13.73
±
0.8711.45
±
0.282.81
±
0.11
25.表3显示了两种处理下镉在两种油莎豆中的积累情况。与未覆膜处理相比，覆膜处理下两种油莎豆各部位的cd积累量均显著提升。因此，覆膜帮助油莎豆对镉的积累作用极为明显。可以看出覆膜处理促进了两种油莎豆(豫油莎1号，3号)的cd累积，表明：覆膜处理能够有效提升油莎豆镉积累能力。
26.表3覆膜和未覆膜处理下油莎豆各部位镉积累量(g
·
ha-1
)
27.各部位cd积累量根叶果未覆膜豫油莎1号10.82
±
1.6833.09
±
5.484.31
±
0.44未覆膜豫油莎3号8.46
±
2.3611.67
±
2.143.77
±
0.36
覆膜豫油莎1号14.28
±
2.6057.71
±
6.077.55
±
1.35覆膜豫油莎3号15.07
±
2.9148.72
±
4.206.33
±
0.43
28.表4显示了两种处理下重金属污染土壤中总镉含量，相对于未覆膜处理，覆膜处理下种植豫油莎1号和豫油莎3号的土壤中总cd降低。结果显示，覆膜处理下种植豫油莎1号和豫油莎3号的土壤中总cd都有所下降，说明覆膜处理对种植油莎豆去除土壤总cd有好的作用，并且对豫油莎1号的作用效果最明显。
29.表4覆膜和未覆膜处理下土壤中总镉含量(mg
·
kg-1
)
30.土壤中总镉豫油莎1号豫油莎3号覆膜0.56
±
0.110.77
±
0.23未覆膜0.79
±
0.570.96
±
0.14
31.本发明利用油莎豆对中度cd污染土壤进行了原位修复试验，并探究了覆膜处理对2种油莎豆修复效应的影响，主要结论如下：
32.(1)油莎豆生物量大，对重金属镉有较好的富集能力，是高富集植物。
33.(2)覆膜能够有效提升油莎豆的生物量。
34.(3)与未覆膜处理相比，覆膜处理可以有效提高油莎豆各部位的镉含量，增加总镉累积量，提高修复效率，降低土壤总镉含量。
35.(4)本修复方法中覆膜处理对油料作物修复cd污染农田具有促进作用。油莎豆生物量大，能够吸收积累的重金属量达到富集植物标准，经过脱毒处理后可以达到安全标准，取得很高的经济效益。因此采用覆膜技术种植油莎豆在修复重金属镉污染方面和经济收益方面均有可观成效。