同时提升砷的去除效率和铁营养的蜈蚣草/玉米间作方法

1.本发明属于生态农业技术领域，具体而言，本发明涉及一种时提升砷的去除效率和铁营养的蜈蚣草/玉米间作方法。


背景技术：

2.能够实现“边生产边修复”，不中断农业生产的间作技术是重金属污染土壤的安全利用途径之一，现有超富集植物/作物间作模式的大面积推广受限于两个主要因素，即砷去除效率以及经济效益仍有待提高。
3.铁缺乏影响到世界上20％～50％的人群，是世界上最常见的营养缺乏症。动物性食物消费的减少将进一步导致人体摄入铁不足，我国居民贫血患病率平均为15.2％。植物铁蛋白被认为是新型的具有开发潜力的补铁功能因子。通过铁营养强化增加主食产品中的铁对于解决铁缺乏具有重要意义，也有利于进一步提升作物的经济效益。2005年，我国已启动粮食作物强化工程计划，旨在通过生物强化途径提高主要粮食作物的微量营养元素含量。国际粮食作物强化工程计划第一阶段的目标作物是水稻、小麦、玉米等，目标物质是铁、锌等微量元素。
4.已授权专利cn202010295705.6“一种利用龙葵与玉米间作植物修复镉污染土壤的方法”。该发明提出了一种利用龙葵与玉米间作植物修复镉污染土壤的方法，包括a、用浸种液浸泡龙葵种子；b、采用间作的方式播种玉米种子和龙葵种子，龙葵开花后，对玉米和龙葵施用强化肥；c、玉米的籽粒成熟后，同时收获玉米和龙葵；所述的浸种液包括质量组分比为3：(0.5-1)：(1.5-2.8)：2：10：(45-70)的普鲁兰多糖、植酸酶、赤霉素、碳酸钠、硝酸钙、无菌水。该发明解决了龙葵生物量不大，对于土壤中重金属污染物的吸收效率不够高，和玉米间作时，不能保证玉米的品质和经济效益的问题。该发明的技术要点在于设计一种玉米和龙葵种子的浸泡液，从而提高龙葵的生物量及其对砷的吸收。该间作模式的主要缺点在于与玉米间作并没有提高龙葵对砷的吸收，而与龙葵间作也没有显著提升玉米品质。该种间作方法还有提升的空间。
5.申请中专利cn202011171915.0“一种植物间作修复矿区周边重金属污染土壤的修复方法”。该发明涉及一种植物间作修复矿区周边重金属污染土壤的修复方法，在重金属污染耕地土壤中，采用间作的方式按照其自然生长期种植超积累植物和观赏植物。本发明的生态修复模式，以一年为修复周期，一季或多季种植超积累植物并间作观赏植物，二者同时修复作业可使污染耕地土壤修复效率得到提升；同时将污染耕地作为经济植物育苗区域，获得可观的经济价值，实现“边生产边修复”的生态修复模式。该专利申请的技术要点在于观赏植物的种植一方面可以保证土壤中的重金属污染物不会进入食物链，另一方面观赏植物能够带来经济收益，但是该技术的主要缺点在于超富集植物和观赏植物的种植将改变土地利用类型，不适用于农田的“边生产边修复”的目的。
6.申请中专利cn202110236145.1“一种联合蜈蚣草和叶面喷钙实现土壤修复和空心菜安全生产的方法”。该发明提出了一种联合蜈蚣草和叶面喷钙实现土壤修复和空心菜安
全生产的方法，具体包括以下操作步骤：1)砷污染土壤采集与制备：从砷污染农田或蔬菜基地采集污染土壤,经风干、去除杂物并装盒；2)温室间作种植蜈蚣草及空心菜并喷施钙肥。利用土壤砷超富集植物蜈蚣草联合园艺措施叶面喷钙肥的方式，来提高超积累植物对土壤砷的萃取效率，同时降低空心菜中砷的积累量，进而实现土壤修复和空心菜安全生产的效果，解决了我国设施农业蔬菜栽培土壤砷中轻度污染。该发明专利申请的技术要点在于通过叶面喷钙来增加蜈蚣草对砷的提取，进而保证空心菜的安全生产和设施蔬菜土壤的修复。该技术的主要缺陷在于间作及其配套喷钙措施虽然增加了蜈蚣草对砷的富集，但对于空心菜的品质没有提升作用，并且叶面喷施的手段在长效性和稳定性方面相对欠缺。
7.申请中专利201810414757.3“一种循环利用蜈蚣草套种玉米的栽培方法”。该发明公开了一种循环利用蜈蚣草套种玉米的栽培方法，分别利用玉米籽粒对重金属砷低积累和多年生植物—蜈蚣草对其高富集的特性，在重金属砷严重污染的耕地进行套作种植，其具体步骤如下：土壤深松及开沟条施玉米基肥、玉米缩株密植优化播种、玉米营养期强化栽培、蜈蚣草种苗错位法移栽、蜈蚣草田间精确管理、蜈蚣草留茬刈割及玉米秸秆覆盖和玉米循环种植及蜈蚣草持续利用。与传统习惯种植模式相比，通过本发明的具体步骤可明显增加玉米籽粒产量，显著提高蜈蚣草返青成活率、生物产量及对土壤重金属砷的吸收治理效果。
8.此外，申请中的专利201710028490.x“一种砷污染土壤的修复技术”。该发明公开了一种砷污染土壤的修复技术，其特征在于：所述砷超富集植物具体筛选过程如下：
①
购买蜈蚣草和玉龙草的幼苗，在室内盆栽种植，使其正常生长；
②
培育玉米幼苗；选取成熟饱满的新鲜种子，置于温水(25℃)中6.5h，用自来水冲掉玉米种子上的杂质，然后转移至烧杯中，倒入少量蒸馏水，不没过种子，并盖上双层纱布；将烧杯放入恒温培养箱中培养，调节温度至26℃；萌发期间每隔12h补充一次水分，每天换一次水，换水时剔除发霉的玉米种子；萌芽4～5天后，将玉米种子移植至室内盆栽种植，适时浇水，待其长出一定高度的幼苗；
③
将蜈蚣草、玉龙草和玉米幼苗移植至含砷污染为10mg/l和砷污染浓度为50mg/l土壤的箱中；蜈蚣草地上部分较茂盛，每箱每排种植3棵，分两排，共6棵；玉龙草和玉米地上部分较小，每箱每排种植4棵，分两排，共8棵；此阶段观察植物生长状况，并定期测定植物根、茎、叶中的含砷量。
9.现有技术中虽然公开了玉米和蜈蚣草间作，但是，其主要目的是治理砷污染，没有考虑两种间作植物的根系之间的交互作用，其砷去除效率、玉米铁营养和肥料利用率都还有进一步改进的空间。


技术实现要素：

10.本发明主要提供了一种同时提升砷的去除效率和铁营养的蜈蚣草/玉米间作方法。为了实现本发明的目的，拟采用如下技术方案：
11.本发明一方面涉及一种蜈蚣草/玉米间作方法，每两行玉米间作一行蜈蚣草，其特征在于在玉米的根系局部施用磷肥。本发明通过在玉米的根系局部磷的施用，能够调控超富集植物蜈蚣草的根系分布，使蜈蚣草根系的70％分布到玉米和蜈蚣草的共同根际，能够有效降低玉米对砷的累积，并增加蜈蚣草对砷的去除。相比与对照，通过局部施磷，砷去除效率能搞提高2倍。
12.在本发明的一个优选实施方式中，所述磷肥通过在播种玉米之前通过穴施至玉米根系部位。
13.在本发明的一个优选实施方式中，所述玉米的行株距为0.5-0.7m
×
0.2-0.4m，蜈蚣草的行株距为1.0-1.4m
×
0.2-0.4m。通过控制玉米和蜈蚣草的行株距，有助于蜈蚣草和玉米的根系形成共同根际。
14.在本发明的一个优选实施方式中，所述磷肥为腐殖酸磷，施用量以p2o5计为1-3g/株玉米。
15.在本发明的一个优选实施方式中，所述玉米的品种为正大999(铁敏感玉米品种)，蜈蚣草为云南生态型蜈蚣草。通过上述组合，能够更高效地去除土壤中的砷，并且玉米籽粒中的铁更高。
16.本发明的技术效果
17.本发明通过对玉米的根系进行局部施磷，不仅能够促进蜈蚣草对砷的去除，还能够提升玉米铁营养。土壤中局部活性磷的增加能够造成局部缺铁，铁敏感玉米品种能够即时响应，分泌更多的铁载体，从而增加玉米对铁的吸收。相比对对照，局部施磷能够将玉米籽粒中的铁含量增加约30％，产出铁营养强化的天然食品。
18.本发明是基于两个理论基础，如图1所示，即(1)蜈蚣草根系对磷具有觅食性；(2)玉米根系局部活性磷的增加能够造成玉米局部缺铁，从而诱导铁敏感玉米品种分泌更多的铁载体，通过品种选择通过以及巧妙的局部施磷设计，能够同时作用于蜈蚣草根系和玉米根系，使之分别在植物根系形态和根系分泌物方面做出响应，即蜈蚣草根系主动向玉米根际延展，而玉米根系分泌大量植物铁载体，实现(1)提升蜈蚣草对砷的去除效率；(2)减少玉米籽粒中的砷；(3)增加玉米铁营养。从而在实现保障安全生产的前提下，提升砷的去除效率，并产出铁营养强化玉米，实现同时增加环境效益和经济效益的同时提升。
附图说明
19.图1显示了本发明的原理示意图。
20.图2显示了大田实验照片。
21.图3显示了不同间作模式对砷的去除效率。
22.图4显示了不同间作模式对玉米铁营养的影响。
23.图5显示了蜈蚣草/玉米间作模式示意图。
24.图6显示了局部施磷促进蜈蚣草对砷的去除。
25.图7显示了局部施磷加强玉米铁营养。
具体实施方式
26.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
27.实施例1：
28.1.蜈蚣草生态型和玉米品种的选择
29.将洁净土壤上育出的不同生态型蜈蚣草苗和玉米品种进行间作小区实验(图2)。8种组合为不同蜈蚣草生态型和玉米品种的组合，25g、25y、20n、20h、18s、27l、21d和22c分别
来自广东生态型+玉米正大808、广东生态型+玉米正大999、广西生态型+玉米正大808、广西生态型+玉米正大999、湖南生态型+玉米正大808、湖南生态型+玉米正大999、云南生态型+玉米正大808、云南生态型+玉米正大999。
30.25y和22c这种组合能够高效去除土壤中的砷(图3)，但22c组合下，玉米籽粒中的铁更高(图4)，综合考虑土壤砷去除效率和玉米铁营养，选择22c作为间作模式。该优化模式下的蜈蚣草生态型为云南生态型，玉米品种为正大999。
31.2.底肥和局部施磷参数
32.种植前清除土壤上的杂草和石块，进行土壤的充分混匀，施入氮肥(尿素)150kg/hm2(以n计)和钾肥(氯化钾)90kg/hm2(以k2o)计作为底肥。
33.局部施磷：1)施用方式为玉米行，深度为25cm，时间为基肥之后播种玉米之前，施用方式为穴施；2)磷肥的类型为腐植酸磷；3)磷肥的用量为2g p2o5/株；4)对照为等量磷均匀施用，即腐植酸磷以7.5kg p2o5/亩的用量作为底肥施用，与土壤充分混匀。
34.3.种植参数
35.大概于4月初进行玉米的播种和蜈蚣草的移苗。玉米按照常规种植方式0.6m
×
0.3m的行株距，每两行间作一行蜈蚣草，蜈蚣草的行株距为1.2m
×
0.3m(图5)。播种之后保证实验小区的正常灌溉。
36.4.样品采集与测定
37.新叶活性铁和铁载体测定：在玉米拔节期采集顶部新叶，洗净后剪成约0.5cm2的碎片，采用1：10(w:w)的比例加入1mol/l盐酸消解待测。采集玉米根系分泌物，采用高效液相色谱测定植物铁载体含量。
38.土壤砷测定：土壤采样时按照五点梅花形混合取样方法采集耕层(0-20cm)土壤，每个处理1个重复。土壤样品在室内风干后，挑出石块和植物残枝，用玛瑙研钵研细过100目尼龙筛待测。土壤样品采用修改的epa 3050b方法消化，即先用1:1的hno3:h2o2(v/v)进行预消化，然后用h2o2进一步消化。
39.植物铁、砷测定：玉米收获季节采集蜈蚣草和玉米，进行生物量、重金属和含铁量检测。植物样品用自来水洗净，再用去离子水冲洗，在85℃下杀青2h，然后在65℃下烘至恒重保存待测。植物采用修改的epa 3010a方法消化，即用hno3:hclo4＝5:1(v/v)对样品进行消化。消化液定容过滤后用氢化物发生－原子荧光吸收光谱仪测定待测液中的砷浓度。采用原子吸收分光光度计测定铁浓度。
40.采用国家标准参比物质(土壤：gbw-07402，植物：gbw-07603)进行分析质量控制。标样测定结果均在允许误差范围内。
41.5.数据分析
42.采用spss和excel对数据进行计算分析。
43.砷去除量＝蜈蚣草地上部砷浓度(mg/kg)
×
蜈蚣草地上部生物量(kg/m2)
44.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。