一种基于多功能作物甜高粱的镉污染农田安全利用方法技术

本发明专利技术提供了一种基于多功能作物甜高粱的镉污染农田安全利用方法，通过在镉污染农田上种植不同品种的甜高粱，对比分析其吸收的镉分布情况选出最适宜种植的甜高粱品种，实现了对镉污染农田安全利用，同时产生一定的经济效益，解决了重金属污染土地治理的经济效益问题，并且还可以有效扩大多功能作物的种植面积，对土壤中的镉进行有效地提取分离，真正实现边生产变修复的目的。本方法技术简便、方法易行，在广大的镉污染地区具有极其广阔的应用前景。

A method for safe utilization of Cadmium Contaminated Farmland Based on multi-functional crop sweet sorghum

The present invention provides a method for the safe use of cadmium pollution of farmland based on multifunctional sorghum, by planting different varieties in cadmium contaminated soil on sweet sorghum, comparative analysis of the absorption of Cd distribution to select the most appropriate varieties of Sweet Sorghum Planting, to achieve the use of cadmium pollution of farmland safety, also have certain economic benefits, solve the economic benefits of heavy metal contamination in land management, and also can effectively expand the function of crop planting area, the separation and extraction of cadmium in soil effectively, realize the purpose of restoring the production side variable. This method is simple and easy to use, and has a very broad application prospect in the vast area of cadmium polluted areas.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多功能作物甜高粱的镉污染农田安全利用方法
本专利技术涉及重金属污染农田的环境修复领域，具体涉及利用多功能作物甜高粱实现对镉污染农田的安全利用方法，属于环境污染治理和新能源

技术介绍
土壤是人类赖以生存的物质基础。然而，环境保护部和国土资源部公布的《全国土壤污染状况调查公报》(2014年)显示：我国土壤污染问题十分严重，总的超标率为16.1％，其中，镉的超标问题最为严重，超标点位达到7.0％，其主要来源是：工业“三废”的排放，以及农业上污水灌溉、污泥和磷肥的施用等。镉很容易被植物吸收，从而进入食物链，威胁人类健康，因此镉污染的农田具有隐蔽性、长期性和不可逆性等特点，然而，结合我国人多地少的国情，使我们不能简单的采取弃耕修复等手段，所以如何利用或修复镉污染农田，实现对污染土地的可持续利用是我们急需要解决的问题。虽然重金属污染土壤的修复方法有很多种，包括物理法、化学法、生物法和多种技术联合法等，但是由于物理法和化学法往往具有修复成本较高、对土壤植被破坏性较大、二次污染严重等特点，主要适用于小面积污染土壤的修复，制约了其在大面积重金属污染农田修复中的应用。与物理法和化学法相比，虽然植物修复具有成本低、环境友好、无二次污染、对土壤结构不产生破坏等优点，但是植物修复周期较长、修复效率低、经济效益低等缺点，严重制约了其推广和应用。因此针对镉污染农田，需要同时兼顾粮食安全和经济效益两个方面，避免产出的含重金属污染物农产品进入食物链，保证农田的经济产出。甜高粱(Sorghumbicolor(Linn.)Moench)作为重要的能源植物和粮食作物，具有光合效率高、生物产量高、抗逆性强、适应性广等特点，并对锌、砷、铜、镉等重金属具有很强的吸收能力和耐性，可亩产含糖12-14％的茎秆5-6吨。因此甜高粱生产乙醇被认为是极有潜力的替代石油途径之一，其发酵工艺成熟、生产周期短、生产成本相对低廉的优势。因此，需要一种能对镉污染农田进行修复，实现有效的镉回收，并能带来一定的经济效益的基于多功能作物甜高粱的镉污染农田安全利用方法。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于多功能作物甜高粱的镉污染农田安全和经济利用方法，该方法包括以下步骤：步骤一：在镉污染农田上种植多功能作物甜高粱，有效吸收土壤中的重金属镉，修复土壤；所述种植甜高粱的品种为N31F2087。步骤二：采用适当的栽培管理措施种植甜高粱，保证甜高粱的正常生长；步骤三：成熟后收获地上部，将甜高粱籽粒用于食用或饲用；步骤四：将甜高粱茎秆用于作为固态发酵技术的原料生产乙醇，并且燃烧发酵渣回收重金属镉，从而避免土壤中的镉进入食物链。在步骤一中，在镉污染农田中种植能源植物甜高粱。甜高粱不同品种对于镉的吸收特征并不相同，选择积累量高、生物量大的甜高粱品种。优选地，所述甜高粱的品种选用N31F2087，从甜高粱自身的遗传种质资源角度分析得出：该品种的甜高粱生物量大，能最大限度的吸收重金属镉，同时籽粒中的重金属镉的含量最低。一般情况下，N31F2087茎秆中镉含量达2.60mg/kg，而籽粒中的镉含量少于0.02mg/kg，其含量远低于粮食污染物检出标准(GB-2762-2012)0.1mg/kg。若N31F2087干物重量为270g/株，茎秆中镉含量达2.60mg/kg，每株可吸收镉702μg。在步骤二中，采用适当的栽培管理措施，保证甜高粱的正常生长。优选地，种植甜高粱采用适当的管理措施包括以下步骤：种植前期：1、深耕细作：深耕用于创造疏松的土层，改善土壤肥气热状况，有利于根系的伸展和土壤微生物的活动；优选地，耕翻深度30-35cm。2、除草剂处理：按照说明使用。3、施用底肥：尿素20-25公斤，磷酸二铵20-25公斤。播种期：精量点播，优选地，种植密度为0.2m×0.5m；播种深度为3-4cm；每穴2-3粒，亩播量0.8-1公斤。间苗定苗期：优选地，在2-3叶时期进行间苗；在4-5叶期进行定苗，每穴留一株。苗期的水肥管理：在苗期，根据降水情况和土壤墒情及植株长势适时浇头水。优选地，在孕穗期，结合浇水亩追施硫酸铵10-15公斤。苗期至成株期的病虫害防治：一是蚜虫的防治：在苗期至成株期，每亩分别用10％吡虫啉可湿性粉剂30-90g。3％阿维高氯乳油20-60ml，40％毒死稗乳油10-30ml，根据植株大小任选一种药剂兑水30-90公斤进行叶面喷雾。甜高粱含糖量高，易受蚜虫危害，7月中下旬是防治蚜虫的关键时期，此时如遇高温干旱，降水偏少天气，极易造成蚜虫偏重发生，应及早防治。二是红蜘蛛的防治：苗期、成株期每亩分别用1.8％阿维菌素乳油15-30ml，73％克螨特乳油15-45ml，兑水30-90公斤叶面喷雾防治。该类虫害主要放生在叶片背面，发生危害程度较玉米轻。收获时期：根据甜高粱生长情况适时收获。在所述步骤二中，所述栽培管理措施通过在孕穗期向土壤中施加硫酸铵，可以提高土壤中的有效态镉含量，从而提高甜高粱地上部对重金属的吸收量，进一步提高其修复效率。在步骤三中，甜高粱成熟后，收获地上部以获得固体发酵技术生产的原料茎秆和符合我国粮食标准的籽粒。收获甜高粱的地上部分，其中茎秆能够最大限度的吸收土壤中的重金属镉，达到修复土地的作用，吸收重金属的茎秆再用于通过固态发酵技术生产具有经济价值的乙醇；其中籽粒中镉含量极低，符合粮食污染物检出标准(GB-2762-2012)可食用或饲用，实现对产出植物的合理利用。在步骤四中，将甜高粱茎秆用于作为固态发酵技术原料生产乙醇，并且燃烧发酵渣生产热或电，同时回收重金属镉。其中固态发酵技术为ASSF连续固态发酵，所述ASSF连续固态发酵不使用防腐剂，不涉及秸秆压榨，无废水排放，采用自控连续固态发酵装置，实现固态发酵工艺的连续化、自动化；发酵罐体回转速度、布料板角度可调，加强了生产的可调可控性。所述ASSF连续固态发酵中使用的菌种为酿酒酵母TSH2，保藏编号：CGMCC14223，保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期为2017年06月06日；所述酿酒酵母TSH2为经过特殊驯化、遗传改造的特有菌种，在固体发酵条件下可耐受高温，且吸收可发酵糖速率高效，从而固体发酵效率明显高于其它工业酵母，将发酵时间由现有技术的24h缩短为20h，为高产乙醇酵母菌种，有效解决了以往的菌种针对固体发酵的发酵热累积(高温)、传质效果差的问题。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、针对存在镉污染的农田，本专利技术采用改变农业种植结构，种植抗性能源植物甜高粱，在现有技术的基础上筛选出最适宜的甜高粱品种，将其茎秆用于生产乙醇，其籽粒用于食用或饲用，进一步提高了产出植物的经济价值。2、采用先进的固态发酵技术处理富含重金属的甜高粱茎秆，其中所采用的菌种为特有酿酒酵母菌种，发酵时间由原来24h减少到20h。3、种植甜高粱可以对镉污染土壤起到修复作用，与传统的修复方法相比，具有成本低、环境友好、无二次污染、对土壤结构不产生破坏，同时产生了一定的经济效益，真正做到了对于镉污染农田的边生产边修复。4、方法技术简便、方法易行，在广大的镉污染地区具有极其广阔的应用前景。应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多功能作物甜高粱的镉污染农田安全利用方法，该方法包括以下步骤：步骤一：在镉污染农田上种植多功能作物甜高粱，所述种植的甜高粱的品种为N31F2087；步骤二：采用适当的栽培管理措施种植甜高粱，保证甜高粱的正常生长；步骤三：成熟后收获地上部，将甜高粱籽粒用于食用或饲用；步骤四：将甜高粱茎秆作为原料采用固态发酵技术生产乙醇，并且燃烧发酵渣生产热用于乙醇生产及发电或供热，同时回收重金属镉，从而避免从土壤中吸收的镉进入食物链。

【技术特征摘要】
1.一种基于多功能作物甜高粱的镉污染农田安全利用方法，该方法包括以下步骤：步骤一：在镉污染农田上种植多功能作物甜高粱，所述种植的甜高粱的品种为N31F2087；步骤二：采用适当的栽培管理措施种植甜高粱，保证甜高粱的正常生长；步骤三：成熟后收获地上部，将甜高粱籽粒用于食用或饲用；步骤四：将甜高粱茎秆作为原料采用固态发酵技术生产乙醇，并且燃烧发酵渣生产热用于乙醇生产及发电或供热，同时回收重金属镉，从而避免从土壤中吸收的镉进入食物链。2.根据权利要求1所述的镉污染农田安全利用方法，其中步骤二中所述栽培管理措施包括以下步骤：种植前期：深耕细作，耕翻深度30-35cm；施用底肥：尿素20-25公斤，磷酸二铵20-25公斤；播种期：精量点播，种植密度为0.2m×0.5m；播种深度为3-4cm；每穴2-3粒，亩播量0.8-1公斤；间苗定苗期：在2-3叶时期进行间苗；在4-5叶期进行定苗，每穴留一株；在苗期，根据降水情况和土壤墒情及植株长势适时浇头水；在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李十中，李纪红，薛忠财，仉磊，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11