鋼渣硅鈣肥在南通鉛污染農(nóng)田中的應(yīng)用前景

華海霞

（南通科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 南通 226000）

1 農(nóng)田中的鉛污染

隨著全球工業(yè)化的發(fā)展，環(huán)境問題越來越受到人們的關(guān)注。在地球的五大圈中，土壤圈是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，土壤圈是各類環(huán)境污染物的最終歸宿。我國長期粗放型的發(fā)展模式造成土壤污染日趨嚴(yán)重，我國已成為目前全球土壤污染最嚴(yán)重的國家之一。由于土壤污染具有復(fù)雜、隱蔽、不可逆和后果嚴(yán)重等特點(diǎn)，土壤一旦被污染，危害無窮，不僅會(huì)給我國的糧食安全帶來隱患和威脅，還會(huì)進(jìn)入生物圈、水圈、大氣圈等，導(dǎo)致環(huán)境惡化。其中重金屬污染是農(nóng)田土壤污染中影響面積最廣、危害最大的問題之一。鉛是一種不可降解的有毒重金屬，隨著城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展，鉛污染已成為影響我國農(nóng)田土壤安全的嚴(yán)重問題。進(jìn)入農(nóng)田土壤中的鉛一部分會(huì)沉積在土壤耕作層，被農(nóng)田作物吸收，隨著農(nóng)作物的收獲進(jìn)入食物鏈或轉(zhuǎn)移到其他區(qū)域；另一部分隨著灌溉或降水滲入耕作層或地下水中，或被沖刷移出該區(qū)域，從而擴(kuò)大污染面積。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國有將近1/5的農(nóng)田土壤面積受到鉛污染的困擾，污染的土壤導(dǎo)致作物鉛超標(biāo)。資料顯示各地糧食、蔬菜等農(nóng)作物中，鉛污染都有檢出，其中江蘇省大米中鉛檢出率達(dá)66%，廣州市蔬菜中鉛檢出率達(dá)22.2%[1]。鉛污染作物后，可通過食物鏈在人體中富集，危害人體生理功能，最終威脅人們的身體健康。因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，探尋快速有效、實(shí)際可行的重金屬防治措施就顯得尤為重要，農(nóng)田土壤中鉛污染的防治刻不容緩。

2 農(nóng)田土壤鉛污染的危害

鉛是農(nóng)田中主要的污染元素之一，鉛元素在作物中累積，不僅影響作物的光合作用和蒸騰強(qiáng)度，還會(huì)影響作物根系的吸收作用，鉛在植物體內(nèi)積累，還會(huì)抑制和影響土壤中的酶轉(zhuǎn)化及氮轉(zhuǎn)化[2]。農(nóng)田中的鉛會(huì)通過食物鏈進(jìn)入人體。由于鉛在人體中沒有任何的生理功能，人體的理想鉛水平應(yīng)該為0，進(jìn)入人體的鉛一旦超過一定水平，就會(huì)對(duì)人的健康造成嚴(yán)重的危害。研究表明：鉛進(jìn)入人體，會(huì)通過干擾血紅素的合成造成貧血，危害人體的造血系統(tǒng)；會(huì)危害人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)，造成智力損傷，引起行為和生理變化；另外，鉛還會(huì)對(duì)消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等一系列系統(tǒng)產(chǎn)生危害，兒童對(duì)鉛更為敏感，鉛過量會(huì)對(duì)兒童的神經(jīng)和智力產(chǎn)生嚴(yán)重威脅[3]。

3 鋼渣硅鈣肥的作用

3.1 硅肥的有益作用

硅是地殼和土壤中含量第二多的元素，僅次于氧，土壤中硅的含量為50%～70%，但土壤中硅元素多為難溶態(tài)的，能為植物吸收利用的含量不高，因此許多土壤仍表現(xiàn)為供硅不足。大量研究資料表明硅是植物生長的有益元素，甚至還是水稻、藻類等生長的必需元素，一些研究者還提出，營養(yǎng)液配方中應(yīng)該包括硅，甚至有學(xué)者提出硅應(yīng)該是位于氮、磷、鉀（即N、P、K）之后的第四大營養(yǎng)元素，硅的有益作用越來越受到學(xué)術(shù)界的重視。

硅能夠促進(jìn)植物的生長發(fā)育，其機(jī)理主要是通過改善植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理過程和增加對(duì)有益元素的吸收從而提高產(chǎn)量。硅有利于植物的維管束加粗、莖的增粗伸長、分支數(shù)增加。硅通過增加植物葉片面積和葉綠素含量，使作物可以合成更多的有機(jī)物質(zhì)。硅能夠激活土壤中的氮和磷，增加其速效含量，促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，從而有利于植物莖、葉和根系生長。硅肥促進(jìn)作物生長、增產(chǎn)的原因主要可歸功于硅具有顯著提高作物光合作用效率，提高作物的抗病抗倒伏能力的作用。在田間條件下，水稻硅肥充足時(shí)葉片直立、植株的受光姿態(tài)好，從而間接增強(qiáng)了水稻的光合作用，并可解決高產(chǎn)栽培中由于大量供氮所造成的葉片展開度大而相互遮蔭的問題。

硅素除了具有增產(chǎn)效果外，還能幫助植物抵御病原菌、冷害、干旱、鹽堿、重金屬毒害等多種生物和非生物脅迫，維持作物健康。早在1927 年人們就發(fā)現(xiàn)病菌難以入侵含硅量高、角質(zhì)層較厚的植株。硅與植物體內(nèi)果膠酸、多糖醛酸、糖脂等物質(zhì)有較高的親和力，形成穩(wěn)定性強(qiáng)而溶解度低的單、雙、多硅酸復(fù)合物沉積在葉片、莖等處的表皮細(xì)胞內(nèi)，形成“角質(zhì)-硅質(zhì)”雙層結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)組織的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)固性，提高了植物表皮細(xì)胞抵抗細(xì)菌侵入的能力，同時(shí)使莖桿粗壯，抗倒伏能力明顯增強(qiáng)。加硅處理能夠使植物角質(zhì)層加厚，提高黃瓜、小麥、高粱、水稻等作物的抗旱性。此外，硅還可以顯著提高植物對(duì)重金屬脅迫如鉻、砷、鉛、鐵、銅、錳等過多造成毒害作用的抵御能力。例如硅能增強(qiáng)水稻根部通氣組織的剛性與體積，有利于氧的輸入，從而提高根系的氧化力，提高水稻對(duì)過量鐵、錳的忍耐性。硅能減少植物體內(nèi)重金屬的累積，提高農(nóng)產(chǎn)品食用安全性。

近年來大量研究表明硅肥在緩解和抑制作物對(duì)重金屬的吸收和累積方面有顯著作用。硅可抑制植物對(duì)重金屬的吸收，可以降低重金屬在植株內(nèi)的累積，減輕其產(chǎn)生的毒害。硅肥緩解鉛、鎘、砷等重金屬毒害的主要機(jī)理在于：硅肥中的硅酸根離子能與重金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成硅酸化合物沉淀下來，從而使其鈍化；此外硅肥能調(diào)節(jié)土壤和植物根際周圍的酸堿度，從而降低土壤中重金屬的活性，提高植物根際氧化能力，通過改變重金屬的賦能形態(tài)，最終改變其在土壤中的生物有效性。

3.2 鋼渣硅鈣肥的應(yīng)用

鋼渣硅鈣肥就是用煉鋼過程中的副產(chǎn)品鋼渣制成的肥料。鋼渣中含有豐富的硅和鈣，以及作物必需的其他中微量元素。硅可以顯著提高作物抵御多種病害與非生物脅迫的能力，緩解土壤重金屬污染，鈣是作物生長的必需元素。同時(shí)鋼渣中還有多種植物生長必需的其他營養(yǎng)元素，并且鋼渣具有表面積較大和孔隙度豐富的特點(diǎn)，可以改善土壤結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)土壤酸堿度。鋼渣的這些特點(diǎn)，使其成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)良材料，在生產(chǎn)中可以作為優(yōu)良的肥料和酸性土壤調(diào)理劑施入農(nóng)田[4]。

鋼渣硅鈣肥在我國、日本、美國等都有應(yīng)用。曾有報(bào)道指出，在日本通過施用鋼渣硅鈣肥，給水稻帶來了明顯的增產(chǎn)效果，增產(chǎn)率達(dá)到10%～20%；在美國佛羅里達(dá)缺硅嚴(yán)重的稻作地區(qū)，鋼渣肥對(duì)水稻的增產(chǎn)率達(dá)到30%；我國從上世紀(jì)八十年代開始就有利用粉煤灰、黃磷廢渣及高爐渣等作為硅肥施用，有研究發(fā)現(xiàn)施用以鋼渣為原料生產(chǎn)的硅肥，能使水稻產(chǎn)量有明顯的提升[5]。

我國是鋼鐵生產(chǎn)大國，鋼鐵產(chǎn)量與日俱增，據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，2020 年全國的粗鋼產(chǎn)量就為10.65 億噸，每噸鋼產(chǎn)生的鋼渣廢棄物約為120 ～150 kg[6]，如此算來堆存數(shù)量巨大的鋼渣不僅侵占了土地，而且對(duì)環(huán)境安全造成了極大的壓力，嚴(yán)重阻礙了我國發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的進(jìn)程。盡管目前我國在高爐水渣利用技術(shù)方面已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，如利用先進(jìn)技術(shù)工藝裝備，將高爐水渣加工為超細(xì)粉用作水泥原料，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但對(duì)于轉(zhuǎn)爐、電爐冶煉過程中產(chǎn)生的鋼渣的應(yīng)用技術(shù)還不成熟，導(dǎo)致我國鋼渣總體利用率不高，而農(nóng)業(yè)資源化利用率則更低，僅為1%左右。我國農(nóng)業(yè)中硅鈣肥的運(yùn)用嚴(yán)重不足，如按保守的2 億畝缺硅稻田計(jì)算，我國僅水稻每年所需的硅肥就存在3000 萬噸的缺口，若加上其他蔬菜、果樹和草坪等園藝作物2000 萬噸左右的硅肥需要量，我國每年硅肥缺口在5000 萬噸以上，合計(jì)能消納鋼渣4500 萬～5000 萬噸，能大大減小冶煉企業(yè)所產(chǎn)生的鋼渣廢棄物造成的環(huán)境壓力。而且利用鋼渣制作硅鈣肥、栽培基質(zhì)和多功能生態(tài)環(huán)境修復(fù)產(chǎn)品，具有能耗少、低排放等特點(diǎn)。因此，鋼渣農(nóng)業(yè)資源化利用是綜合利用工業(yè)固體廢棄物，減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和清潔生產(chǎn)的有效途徑之一，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。鋼渣硅肥也被認(rèn)為是一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的新型肥料。

我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正面臨諸多挑戰(zhàn)，如為維持作物高產(chǎn)過度依賴農(nóng)藥和氮、磷、鉀肥，從而威脅農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，并造成環(huán)境污染和土壤質(zhì)量嚴(yán)重退化。將鋼渣作為硅鈣肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境修復(fù)，不僅能夠促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展，提高作物品質(zhì)，還能改善環(huán)境，并且使廢棄的鋼渣得到了深度利用，對(duì)鋼鐵企業(yè)的發(fā)展也十分有利，是減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和清潔生產(chǎn)的有效途徑之一。

4 南通地區(qū)農(nóng)田土壤鉛污染狀況

南通濱江臨海，工業(yè)發(fā)達(dá)，農(nóng)田中的鉛污染主要通過工業(yè)“三廢”的排放，化肥、農(nóng)藥、地膜（農(nóng)業(yè)三大污染投入品）的使用，污水灌溉，畜禽糞便的不合理施用，固體廢棄物排放，大氣沉降等途徑進(jìn)入土壤。在以往的研究中發(fā)現(xiàn)南通農(nóng)田土壤存在不同程度的鉛污染，為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、保護(hù)環(huán)境、保障食品安全，采取必要的修復(fù)措施刻不容緩。

李思米[7]在對(duì)南通無公害農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地的727 個(gè)土壤樣品進(jìn)行鉛調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，南通地區(qū)農(nóng)田土壤的鉛含量主要集中在20 ～60 mg/kg。鉛污染的國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為≤35 mg/kg，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為50 ～350 mg/kg。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，可將南通農(nóng)田土壤鉛污染的程度分為兩類：其中通州、海安、如皋農(nóng)田土壤的鉛含量大多數(shù)沒有超過國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，單從鉛污染狀況評(píng)價(jià)，土壤質(zhì)量較高；啟東、如東、海門大部分農(nóng)田土壤中鉛含量超過國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，低于國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的上限。其中海門西南部（65 ～105 mg/kg）、通州和如東的沿江沿海地區(qū)、如東沿海區(qū)域（45 ～65 mg/kg）都是較為顯著的農(nóng)田土壤鉛富集區(qū)[7]。通過研究可以發(fā)現(xiàn)，南通地區(qū)農(nóng)田土壤存在一定的鉛污染，并且主要集中在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)，跟工業(yè)的發(fā)展和人口的聚集不無關(guān)系，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)采取有效措施進(jìn)行防治。

在對(duì)南通市郊的農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量進(jìn)行的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)6 類蔬菜類農(nóng)產(chǎn)品中的鉛檢出率為56.5%，鉛含量在0.024 ～0.189 mg/kg，其中鉛含量最高的是綠葉菜。葉菜類農(nóng)產(chǎn)品的鉛含量與土壤中鉛污染的累積有顯著相關(guān)性，葉菜類農(nóng)產(chǎn)品更易積累和富集鉛[8]。可見為保障農(nóng)產(chǎn)品安全，應(yīng)采取相應(yīng)治理措施。

最新調(diào)查結(jié)果顯示，在對(duì)南通市售的海產(chǎn)品的鉛檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，四類18 種海產(chǎn)品中鉛的檢出率均為100%，其中魚類中的鉛屬于中度污染[9]。這是因?yàn)槟贤ㄓ炅砍渑妫貏?shì)平坦，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的殘留污染均可通過雨水流向河流，造成水體污染，可見土壤鉛污染與環(huán)境鉛污染息息相關(guān)。

土壤中的鉛污染也不容忽視。通過對(duì)鋼絲廠附近的兒童進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)觀察組兒童頭發(fā)檢測(cè)中鉛超標(biāo)率為21.8%，可見：鋼絲廠附近很多地區(qū)鉛污染較嚴(yán)重，其附近的農(nóng)田土壤應(yīng)為治理的重中之重，應(yīng)采取措施減少鉛污染，保證民眾健康。

5 展望

在南通鉛污染的農(nóng)田中施用鋼渣硅鈣肥對(duì)農(nóng)田鉛污染土壤進(jìn)行鉛治理具有投資小、易操作、便于推廣的優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)帶來良好的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。鋼渣硅鈣肥的施用可為南通鉛污染農(nóng)田土壤提供快速、有效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的治理方案，這給推動(dòng)南通綠色農(nóng)業(yè)和無公害農(nóng)業(yè)的開展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)，增加農(nóng)民收入，繁榮農(nóng)村經(jīng)濟(jì)等方面帶來巨大的推動(dòng)力。

通過施用鋼渣硅鈣肥來治理被鉛污染的農(nóng)田土壤，對(duì)于少施、不施農(nóng)藥，發(fā)展無毒、無污染的綠色食品，保障食物的安全性具有特別重要的意義。另外土壤圈是聯(lián)系大氣圈和水圈的紐帶，通過對(duì)土壤鉛污染的治理，可大大改善大氣和水體中的鉛污染狀況，從而整體改善生態(tài)環(huán)境，這將為保護(hù)南通環(huán)境和生態(tài)建設(shè)，保證人民健康，提升城市形象奠定基礎(chǔ)。

土壤中的鉛在作物中累積進(jìn)入食物鏈將會(huì)給人的健康帶來隱患，因此在南通地區(qū)鉛污染農(nóng)田土壤中展開治理工作意義重大，可減少鉛在食物中的累積。發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，迫切需要找到一種快速、經(jīng)濟(jì)、有效、可操作性強(qiáng)的鉛污染農(nóng)田治理技術(shù)，這對(duì)于提高農(nóng)作物品質(zhì)，保障食品安全，促進(jìn)農(nóng)民增收，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。將鋼渣硅鈣肥用于緩解農(nóng)田土壤的鉛污染，一方面有利于農(nóng)業(yè)的高效、優(yōu)質(zhì)、可持續(xù)發(fā)展，另一方面又可以實(shí)現(xiàn)鋼鐵廢棄資源的循環(huán)利用，這對(duì)于發(fā)展農(nóng)業(yè)生態(tài)文明和資源的可循環(huán)利用具有非常重要的意義。