鋼廠高爐渣源硅對重金屬污染土壤上青菜生長及其品質(zhì)的影響

胡丞皓 （華東師范大學(xué)第二附屬中學(xué)，上海市浦東新區(qū) 201203）

植物種植在被重金屬污染的土壤中，會導(dǎo)致植物直接從土壤中吸收重金屬離子并在植物體內(nèi)積累，使植物細(xì)胞的正?；顒釉獾狡茐?，進而使植物自身生理代謝失調(diào)，最終阻礙植物的生長發(fā)育，甚至?xí)鸹蛲蛔?；同時，土壤重金屬污染不僅會使農(nóng)作物減產(chǎn)、品質(zhì)下降，還可通過食物鏈直接影響人類健康；此外，土壤一旦受到重金屬污染，將極難恢復(fù)。因此，防治土壤重金屬污染一直是國際上研究的熱點問題。

鋼廠高爐渣是鋼廠產(chǎn)生的工業(yè)廢棄物，如上海寶鋼集團每年煉鋼產(chǎn)生的高爐廢渣達百萬噸以上，其主要成分為SiO2和CaO。寶鋼現(xiàn)有的技術(shù)已經(jīng)能把高爐渣經(jīng)無害化處理后提取為高純度含二氧化硅的高爐渣硅灰石粉，并經(jīng)造粒而成寶鋼硅。有研究表明[1,2]，硅素能顯著降低玉米植株內(nèi)的重金屬含量，減少重金屬向玉米植株上部的遷移；硅素也能降低甘蔗汁及蔗渣中重金屬鎘的含量。但目前鮮有硅素對種植在重金屬污染土壤中青菜生長影響的研究[3-6]，為此，筆者將寶鋼硅施用于供試重金屬污染紅壤（采自湖南）上，并栽培青菜，通過觀察、數(shù)據(jù)記錄和分析比對，對土壤中微生物、養(yǎng)分含量、重金屬含量的變化，以及施用寶鋼硅對青菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響進行探究。現(xiàn)將相關(guān)試驗結(jié)果報道如下。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試青菜品種為“上海矮抗青”。 供試土壤為采自湖南的重金屬污染紅壤，土壤經(jīng)風(fēng)干、粉碎后過2 mm篩備用，其基本理化性狀為pH 5.6、有機質(zhì)含量11.87 g/kg、速效氮含量87.98 mg/kg，速效磷含量24.59 mg/kg、速效鉀含量37.86 mg/kg、總Pb含量1605.54 mg/kg、總Cd含量 11.18 mg/kg、總Cr含量 27.86 mg/kg、總Hg含量0.26 mg/kg、總As含量 201.72 mg/kg。

供試鋼廠高爐渣源硅為以寶鋼高爐渣為原料提取的高純度含SiO2的高爐渣硅灰石粉經(jīng)造粒而成的硅肥，有效硅含量31%，CaO含量38%，pH 9.7，其重金屬含量均符合GB/T 23349-2009對肥料中Pb、Cd、Cr、Hg和As含量的生態(tài)指標(biāo)要求。

1.2 試驗設(shè)計和方法

試驗設(shè)3個處理：（1）常規(guī)施肥（CK，不施硅肥）、（2）硅肥施用量為土壤量的0.2%（每盆土施用硅肥6 g）、（3）硅肥施用量為土壤量的0.4%（每盆土施用硅肥12 g），每處理重復(fù)5次。試驗采用盆栽方法，在直徑為20 cm的塑料花盆內(nèi)栽培青菜；3月每盆裝紅壤土3 kg并基施尿素6 g，使土壤中的氮素水平滿足青菜正常生長所需，硅肥隨基肥一起施入。青菜于2017年3月中旬籽播，4月初間苗，定植5株/盆，5月底采收，其他日常管理措施一致。

1.3 采 樣

青菜收獲后，各處理將5個重復(fù)盆中的土壤混勻，對土壤鮮樣進行微生物三大類的測定，其余按四分法取土壤100 g進行風(fēng)干，用瑪瑙研缽磨碎過100目篩，于封口塑料袋中保存，用于測定土壤養(yǎng)分和重金屬含量。各處理青菜分別進行收獲并測定其地上部鮮重；青菜收獲后，各處理分別取一定量的葉片鮮樣，測定其維生素、葉綠素、硝酸鹽含量；另取一部分葉片放于80 ℃烘箱內(nèi)恒溫殺青30 min，再將溫度調(diào)至60 ℃將葉片烘干至恒重，用不銹鋼粉碎機粉碎過0.5 mm篩后放入封口塑料袋中，于干燥處保存?zhèn)溆?，用于測定青菜植株重金屬含量。

1.4 指標(biāo)測定與分析方法

土壤：用平板培養(yǎng)計數(shù)法測定土壤中微生物三大類的數(shù)量，用電位法（pH計法）測定土壤pH，用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容重法測定土壤有機質(zhì)含量，用堿解擴散法測定堿解氮含量，用鉬銻抗比色法測定速效磷含量，用火焰光度法測定有效鉀含量，用原子吸收分光光度法測定土壤重金屬含量。

青菜：用SPAD葉綠素儀測定青菜葉綠素含量，用2,6-二氯酚靛酚滴定法測定青菜中的維生素C含量，用水楊酸法測定青菜中硝酸鹽含量，用原子吸收分光光度法測定青菜中重金屬含量。

用SPSS對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 對青菜盆栽土壤中微生物數(shù)量的影響

由圖1可知，土壤中細(xì)菌和真菌數(shù)量均隨硅肥施用量的增加呈遞增的趨勢，而土壤中放線菌數(shù)量與硅肥施用量無關(guān)，處理（2）（添加0.2%硅肥）的土壤中放線菌數(shù)量高于處理（3）（添加0.4%硅肥）。處理（2）和處理（3）的土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量均高于對照，說明施用硅肥可有效提高土壤中微生物數(shù)量，進而提高土壤的健康程度。

圖1 不同施肥處理對青菜盆栽土壤中微生物數(shù)量的影響

2.2 對青菜盆栽土壤中養(yǎng)分含量的影響

由表1可知，施用硅肥能提高污染土壤pH，改良酸性土壤，但對土壤電導(dǎo)率的影響不明顯；施用硅肥能夠顯著增加土壤堿解氮和速效磷含量，且隨硅肥施用量的增加，土壤堿解氮和速效磷含量呈遞增趨勢；各處理間土壤有效鉀含量差異不顯著。

表1 不同施肥處理對青菜盆栽土壤中養(yǎng)分含量的影響

2.3 對盆栽青菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

由表2可知，在盆栽青菜葉綠素含量方面，施用硅肥的兩個處理均較對照有不同程度的提高；在盆栽青菜維生素C含量方面，各處理間差異不大；在盆栽青菜硝酸鹽含量方面，隨著硅肥施用量的增加，硝酸鹽含量降低明顯，其中處理（3）的盆栽青菜中硝酸鹽含量最低；在盆栽青菜株高方面，施用硅肥的兩個處理均高于對照，且處理間差異達顯著水平；在盆栽青菜產(chǎn)量方面，施用硅肥的兩個處理均較對照有不同程度的提高。綜上所述，施用硅肥能提高盆栽青菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。

2.4 對盆栽青菜和土壤中重金屬含量的影響

2.4.1 盆栽青菜

由表3可知，各處理盆栽青菜中，除了Hg均未檢出外，施用硅肥的兩個處理盆栽青菜中As、Pb、Cr、Cd含量均低于對照，且隨著硅肥施用量的增加，As、Pb、Cr、Cd含量均呈下降趨勢，且對照的重金屬含量均為最高，處理（3）的重金屬含量均為最低，其中各處理間Pb、Cr含量差異達顯著水平。說明施用硅肥可以降低盆栽青菜中主要重金屬的含量，且隨著硅肥施用量的增加，降低效果也相應(yīng)增加。

表2 不同施肥處理對盆栽青菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

表3 不同施肥處理對盆栽青菜中重金屬含量的影響（單位：mg/kg）

2.4.2 盆栽土壤

由表4可知，各處理間青菜盆栽土壤中重金屬（As、Pb、Cr、Hg、Cd）含量均沒有明顯變化規(guī)律，表明施用硅肥對重金屬污染土壤中重金屬含量的影響沒有明顯變化規(guī)律。

3 結(jié) 論

試驗結(jié)果表明，施用鋼廠高爐渣源硅，能顯著提高重金屬污染土壤中堿解氮和速效磷的含量，增加土壤養(yǎng)分含量，改良土壤酸性；同時，能提高土壤微生物數(shù)量，提升土壤健康程度；而且，可以有效降低盆栽青菜中主要重金屬含量，顯著提高葉綠素含量，有效降低硝酸鹽含量，對青菜有明顯的增產(chǎn)和品質(zhì)提升作用；此外，鋼廠高爐渣可通過這一途徑得到循環(huán)利用，不僅能降低廢棄物處置量和土地占用面積，還能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。因此，可將這一技術(shù)進行推廣應(yīng)用。

表4 不同施肥處理對青菜盆栽土壤中重金屬含量的影響（單位：mg/kg）