钢厂高炉渣源硅对重金属污染土壤上青菜生长及其品质的影响

胡丞皓 （华东师范大学第二附属中学，上海市浦东新区 201203）

植物种植在被重金属污染的土壤中，会导致植物直接从土壤中吸收重金属离子并在植物体内积累，使植物细胞的正常活动遭到破坏，进而使植物自身生理代谢失调，最终阻碍植物的生长发育，甚至会引起基因突变；同时，土壤重金属污染不仅会使农作物减产、品质下降，还可通过食物链直接影响人类健康；此外，土壤一旦受到重金属污染，将极难恢复。因此，防治土壤重金属污染一直是国际上研究的热点问题。

钢厂高炉渣是钢厂产生的工业废弃物，如上海宝钢集团每年炼钢产生的高炉废渣达百万吨以上，其主要成分为SiO2和CaO。宝钢现有的技术已经能把高炉渣经无害化处理后提取为高纯度含二氧化硅的高炉渣硅灰石粉，并经造粒而成宝钢硅。有研究表明[1,2]，硅素能显著降低玉米植株内的重金属含量，减少重金属向玉米植株上部的迁移；硅素也能降低甘蔗汁及蔗渣中重金属镉的含量。但目前鲜有硅素对种植在重金属污染土壤中青菜生长影响的研究[3-6]，为此，笔者将宝钢硅施用于供试重金属污染红壤（采自湖南）上，并栽培青菜，通过观察、数据记录和分析比对，对土壤中微生物、养分含量、重金属含量的变化，以及施用宝钢硅对青菜产量和品质的影响进行探究。现将相关试验结果报道如下。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试青菜品种为“上海矮抗青”。 供试土壤为采自湖南的重金属污染红壤，土壤经风干、粉碎后过2 mm筛备用，其基本理化性状为pH 5.6、有机质含量11.87 g/kg、速效氮含量87.98 mg/kg，速效磷含量24.59 mg/kg、速效钾含量37.86 mg/kg、总Pb含量1605.54 mg/kg、总Cd含量 11.18 mg/kg、总Cr含量 27.86 mg/kg、总Hg含量0.26 mg/kg、总As含量 201.72 mg/kg。

供试钢厂高炉渣源硅为以宝钢高炉渣为原料提取的高纯度含SiO2的高炉渣硅灰石粉经造粒而成的硅肥，有效硅含量31%，CaO含量38%，pH 9.7，其重金属含量均符合GB/T 23349-2009对肥料中Pb、Cd、Cr、Hg和As含量的生态指标要求。

1.2 试验设计和方法

试验设3个处理：（1）常规施肥（CK，不施硅肥）、（2）硅肥施用量为土壤量的0.2%（每盆土施用硅肥6 g）、（3）硅肥施用量为土壤量的0.4%（每盆土施用硅肥12 g），每处理重复5次。试验采用盆栽方法，在直径为20 cm的塑料花盆内栽培青菜；3月每盆装红壤土3 kg并基施尿素6 g，使土壤中的氮素水平满足青菜正常生长所需，硅肥随基肥一起施入。青菜于2017年3月中旬籽播，4月初间苗，定植5株/盆，5月底采收，其他日常管理措施一致。

1.3 采 样

青菜收获后，各处理将5个重复盆中的土壤混匀，对土壤鲜样进行微生物三大类的测定，其余按四分法取土壤100 g进行风干，用玛瑙研钵磨碎过100目筛，于封口塑料袋中保存，用于测定土壤养分和重金属含量。各处理青菜分别进行收获并测定其地上部鲜重；青菜收获后，各处理分别取一定量的叶片鲜样，测定其维生素、叶绿素、硝酸盐含量；另取一部分叶片放于80 ℃烘箱内恒温杀青30 min，再将温度调至60 ℃将叶片烘干至恒重，用不锈钢粉碎机粉碎过0.5 mm筛后放入封口塑料袋中，于干燥处保存备用，用于测定青菜植株重金属含量。

1.4 指标测定与分析方法

土壤：用平板培养计数法测定土壤中微生物三大类的数量，用电位法（pH计法）测定土壤pH，用高温外热重铬酸钾氧化-容重法测定土壤有机质含量，用碱解扩散法测定碱解氮含量，用钼锑抗比色法测定速效磷含量，用火焰光度法测定有效钾含量，用原子吸收分光光度法测定土壤重金属含量。

青菜：用SPAD叶绿素仪测定青菜叶绿素含量，用2,6-二氯酚靛酚滴定法测定青菜中的维生素C含量，用水杨酸法测定青菜中硝酸盐含量，用原子吸收分光光度法测定青菜中重金属含量。

用SPSS对试验数据进行统计分析和差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 对青菜盆栽土壤中微生物数量的影响

由图1可知，土壤中细菌和真菌数量均随硅肥施用量的增加呈递增的趋势，而土壤中放线菌数量与硅肥施用量无关，处理（2）（添加0.2%硅肥）的土壤中放线菌数量高于处理（3）（添加0.4%硅肥）。处理（2）和处理（3）的土壤中细菌、真菌、放线菌数量均高于对照，说明施用硅肥可有效提高土壤中微生物数量，进而提高土壤的健康程度。

图1 不同施肥处理对青菜盆栽土壤中微生物数量的影响

2.2 对青菜盆栽土壤中养分含量的影响

由表1可知，施用硅肥能提高污染土壤pH，改良酸性土壤，但对土壤电导率的影响不明显；施用硅肥能够显著增加土壤碱解氮和速效磷含量，且随硅肥施用量的增加，土壤碱解氮和速效磷含量呈递增趋势；各处理间土壤有效钾含量差异不显著。

表1 不同施肥处理对青菜盆栽土壤中养分含量的影响

2.3 对盆栽青菜产量及品质的影响

由表2可知，在盆栽青菜叶绿素含量方面，施用硅肥的两个处理均较对照有不同程度的提高；在盆栽青菜维生素C含量方面，各处理间差异不大；在盆栽青菜硝酸盐含量方面，随着硅肥施用量的增加，硝酸盐含量降低明显，其中处理（3）的盆栽青菜中硝酸盐含量最低；在盆栽青菜株高方面，施用硅肥的两个处理均高于对照，且处理间差异达显著水平；在盆栽青菜产量方面，施用硅肥的两个处理均较对照有不同程度的提高。综上所述，施用硅肥能提高盆栽青菜的产量和品质。

2.4 对盆栽青菜和土壤中重金属含量的影响

2.4.1 盆栽青菜

由表3可知，各处理盆栽青菜中，除了Hg均未检出外，施用硅肥的两个处理盆栽青菜中As、Pb、Cr、Cd含量均低于对照，且随着硅肥施用量的增加，As、Pb、Cr、Cd含量均呈下降趋势，且对照的重金属含量均为最高，处理（3）的重金属含量均为最低，其中各处理间Pb、Cr含量差异达显著水平。说明施用硅肥可以降低盆栽青菜中主要重金属的含量，且随着硅肥施用量的增加，降低效果也相应增加。

表2 不同施肥处理对盆栽青菜产量及品质的影响

表3 不同施肥处理对盆栽青菜中重金属含量的影响（单位：mg/kg）

2.4.2 盆栽土壤

由表4可知，各处理间青菜盆栽土壤中重金属（As、Pb、Cr、Hg、Cd）含量均没有明显变化规律，表明施用硅肥对重金属污染土壤中重金属含量的影响没有明显变化规律。

3 结 论

试验结果表明，施用钢厂高炉渣源硅，能显著提高重金属污染土壤中碱解氮和速效磷的含量，增加土壤养分含量，改良土壤酸性；同时，能提高土壤微生物数量，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属含量，显著提高叶绿素含量，有效降低硝酸盐含量，对青菜有明显的增产和品质提升作用；此外，钢厂高炉渣可通过这一途径得到循环利用，不仅能降低废弃物处置量和土地占用面积，还能产生一定的经济效益。因此，可将这一技术进行推广应用。

表4 不同施肥处理对青菜盆栽土壤中重金属含量的影响（单位：mg/kg）