伴矿景天的栽培和修复原理与应用/土壤环境与污染修复丛书

第 1 章 伴矿景天的重金属积累性与修复应用模式 1.1 伴矿景天生物学特征与重金属积累性简介 1.1.1 伴矿景天生物学特征描述 伴矿景天 (图 1.1)，景天科，景天属，多年生草本植物，喜生于富含铅 (Pb)、锌 (Zn) 矿地区。假根状茎，须状根。花茎直立，常 1~3 枝，高 22~45.5 cm。叶互生卵状长圆形或匙形，长 1~5 cm，宽 0.5~1.5 cm，先端圆钝，基部楔形。花序为多回聚伞花序，有花多数，密集；苞片匙形或线状披针形，长 5~10 mm，宽3~8 mm；花为 4 基数；花梗无；萼片狭三角形，长 1~2 mm，宽 0.2~1.1 mm，先端圆钝；花瓣黄色，披针形，长 4~6 mm，宽 1~1.5 mm；雄蕊 8，两轮，略短于花瓣，内轮基部与花瓣连生；鳞片 4，倒梯形，长 0.3~1.0 mm，宽 0.25~0.8 mm；心皮 4，略叉开，长 5.4~11.1 mm，宽 0.4~0.9 mm，合生 1.5~3 mm，花柱长约 1.3~1.8 mm。蓇葖叉开四芒状，蓇葖果有种子多数；种子长椭圆形，深棕褐色，长 0.71~ 0.91 mm，有乳头状凸起。花期为 6~7 月，果期为 7~9 月。伴矿景天分布于我国长江中下游和华南等地区。 图 1.1 原居地环境中的伴矿景天 1.1.2 伴矿景天重金属积累性 自然生长于矿区污染土壤中的伴矿景天，其地上部镉 (Cd) 浓度可达几百上千毫克每千克，地上部锌 (Zn) 浓度可达到几万毫克每千克；在实验室水培条件下，伴矿景天可耐受溶液中 20~40 mg/L 的 Cd，地上部 Cd 浓度可达到几千毫克每千克；在 Cd 污染农田土壤上，伴矿景天对 Cd 的富集系数 (即地上部 Cd 浓度与土壤 Cd 浓度的比值) 通常为 100 或更高。鉴于拥有对 Cd 的超积累能力，伴矿景天被广泛应用于 Cd 污染土壤的修复 (图 1.2)。 图 1.2 湖南某镉污染农田上伴矿景天的长势 1.2 伴矿景天 “边生产、边修复” 应用模式 1.2.1 伴矿景天与水稻轮作修复模式 在我国南方大部分地区，伴矿景天可与水稻进行轮作。6 月初至 7 月初伴矿景天收获后种植水稻，到 10 月水稻收获后再继续种植伴矿景天。在污染农田土壤上，与伴矿景天轮作的水稻应尽量选择对重金属吸收低的品种，同时在水稻种植前施用少量磷肥以降低土壤重金属有效性，有利于减少水稻的 Cd 吸收量。 1.2.2 伴矿景天与旱地作物间套作修复模式 伴矿景天可与玉米、高粱等农作物间套作，也可与茄子、辣椒、黄瓜、丝瓜等蔬菜作物间套作 (图 1.3、图 1.4)。与伴矿景天间套作的大田粮食作物和蔬菜作物，可视气候条件，在春季种植，夏秋季收获。间套作时，作物种植密度可与常规方法相同或略稀疏，施肥量应比常规用量增加 10％~20％。在污染土壤上，与伴矿景天进行间套作的农作物应选择对重金属吸收低的品种。 图 1.3 伴矿景天与玉米间套作 图 1.4 伴矿景天与蔬菜间套作 1.2.3 伴矿景天一年两季连续修复模式 江南地区，每年 10~11 月种植伴矿景天，次年6月底~7月初收获；此后可重新移栽一批，也可在收获时留茬 3~5 cm。因夏季高温，应适当给予遮阴处理，如搭建 1~1.5 m 高的遮阳网，防止伴矿景天因太阳直射而晒死晒伤，10~20 天后即可自行长出新的枝条；9 月气温适宜后伴矿景天迅速生长；10~11 月即可收获第二茬，或作为种苗扩大种植。 1.2.4 “伴矿景天 + 光伏发电” 农光互补模式 “伴矿景天 + 光伏发电” 农光互补模式 (图 1.5)，就是在污染耕地上建设光伏发电设施，并在其下预留空间开展污染土壤的植物吸取修复。这是一种全新的土地利用模式。光伏组件会对光伏板下空间的光照强度产生一定的影响，但不会对超积累植物伴矿景天的生长及其对 Cd、Zn 的吸收产生不利影响，反而有助于伴矿景天越夏，实现连续种植。这主要是由于伴矿景天是耐阴植物，适度遮阴更有利于其生长和对重金属的吸收。 图 1.5 “伴矿景天 + 光伏发电” 农光互补模式田间景观 “伴矿景天 + 光伏发电” 模式不仅生产出清洁的电能，增加了污染耕地的经济效益，还通过在光伏板下种植超积累植物进行污染土壤的高效修复，利用光伏发电的部分收益补贴污染修复投入，实现了良性循环，成为解决污染土壤问题的一种颇具前景的修复模式。 1.3 伴矿景天育苗技术 伴矿景天可采取种子育苗、扦插或组培等方式进行繁育。种子育苗为有性繁殖方式，育苗的周期相对较长，但种子苗的长势更好；扦插育苗速度快、成本低，但苗势相对弱、抗逆能力差，在极端环境下容易早衰。 1.3.1 种子育苗 选择规格大小适宜的穴盘，将蛭石、珍珠岩、泥炭土或腐殖土等按合适配比拌匀，作为育苗基质 (图 1.6)。将混合基质装入穴盘，并进行压盘，然后播种。由于伴矿景天的种子较小，故将其与细土按 1:6 左右的比例混合，之后取少量细土种子混合物撒于每穴，以保证每穴可出苗 1~3 株，期间进行适宜的水分管理。经过 2~3 个月的培养，待伴矿景天幼苗长出 4~6 片叶后，移入生长环境适宜的苗床。移栽时，利用合适的工具从穴盘下方的透水小孔下面向上顶起，使每穴幼苗连同基质一起拔出，然后直接埋于苗床土壤中，确保幼苗根系的完整。 图 1.6 伴矿景天种子育苗 1.3.2 扦插育苗 伴矿景天适合利用枝条进行扦插育苗。带少量叶的茎段和全量叶茎段的成活率分别达到 95.1％和 96.1％，生根率分别达到 93.1％和 94.4％，无叶茎段的成活率也可达到 81％，生根率达到 79.1％。温室大棚伴矿景天的育苗可以将枝条直接扦插到土壤中，也可利用穴盘或花盆进行扦插 (图 1.7)。育苗基质可利用土壤、蛭石、珍珠岩、泥炭土、腐殖土等，按合适比例混合。大田修复过程中，也可以留出一部分伴矿景天作为苗床，苗床与大田的比例以 1:15 ~ 1:30 为宜。 图 1.7 伴矿景天扦插育苗 1.3.3 组培育苗 组培繁育，根据培养采用的伴矿景天组织不同，可分为茎尖组织培养、叶片愈伤组织诱导培养和茎段愈伤组织诱导培养。主要是将伴矿景天带腋芽的茎段或茎尖、茎段切去叶片和侧芽、叶片切去侧缘后，在培养基及一定的光照条件下进行培养。待发育出一定长度的幼根后，将幼苗移栽至全营养素的有机基质 (pH 为7.0 左右) 中培养一段时间即可得到种苗 (图 1.8)。 图 1.8 伴矿景天的组培育苗 采用种子苗进行组培育苗，可克服扦插苗的早衰问题，且如果在上半年转暖时种植，可避免因冬季 “春化” 而在夏季开花和大部分死亡的现象，延迟到第二年开花，即可以延长生长期，提高吸取修复效率；但组培技术的成本相对较高。