鋼渣硅鈣肥在南通鉛污染農田中的應用前景

華海霞

（南通科技職業學院，江蘇 南通 226000）

1 農田中的鉛污染

隨著全球工業化的發展，環境問題越來越受到人們的關注。在地球的五大圈中，土壤圈是人類賴以生存和發展的重要物質基礎之一。在陸地生態系統中，土壤圈是各類環境污染物的最終歸宿。我國長期粗放型的發展模式造成土壤污染日趨嚴重，我國已成為目前全球土壤污染最嚴重的國家之一。由于土壤污染具有復雜、隱蔽、不可逆和后果嚴重等特點，土壤一旦被污染，危害無窮，不僅會給我國的糧食安全帶來隱患和威脅，還會進入生物圈、水圈、大氣圈等，導致環境惡化。其中重金屬污染是農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，隨著城市化和工業化的快速發展，鉛污染已成為影響我國農田土壤安全的嚴重問題。進入農田土壤中的鉛一部分會沉積在土壤耕作層，被農田作物吸收，隨著農作物的收獲進入食物鏈或轉移到其他區域；另一部分隨著灌溉或降水滲入耕作層或地下水中，或被沖刷移出該區域，從而擴大污染面積。據統計，目前我國有將近1/5的農田土壤面積受到鉛污染的困擾，污染的土壤導致作物鉛超標。資料顯示各地糧食、蔬菜等農作物中，鉛污染都有檢出，其中江蘇省大米中鉛檢出率達66%，廣州市蔬菜中鉛檢出率達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。因此在農業生產過程中，探尋快速有效、實際可行的重金屬防治措施就顯得尤為重要，農田土壤中鉛污染的防治刻不容緩。

2 農田土壤鉛污染的危害

鉛是農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度，還會影響作物根系的吸收作用，鉛在植物體內積累，還會抑制和影響土壤中的酶轉化及氮轉化[2]。農田中的鉛會通過食物鏈進入人體。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該為0，進入人體的鉛一旦超過一定水平，就會對人的健康造成嚴重的危害。研究表明：鉛進入人體，會通過干擾血紅素的合成造成貧血，危害人體的造血系統；會危害人體中樞神經系統，造成智力損傷，引起行為和生理變化；另外，鉛還會對消化系統、泌尿系統、心血管系統、生殖系統、內分泌系統等一系列系統產生危害，兒童對鉛更為敏感，鉛過量會對兒童的神經和智力產生嚴重威脅[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的，能為植物吸收利用的含量不高，因此許多土壤仍表現為供硅不足。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，營養液配方中應該包括硅，甚至有學者提出硅應該是位于氮、磷、鉀（即N、P、K）之后的第四大營養元素，硅的有益作用越來越受到學術界的重視。

硅能夠促進植物的生長發育，其機理主要是通過改善植物的形態結構、生理過程和增加對有益元素的吸收從而提高產量。硅有利于植物的維管束加粗、莖的增粗伸長、分支數增加。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物質。硅能夠激活土壤中的氮和磷，增加其速效含量，促進作物對養分的吸收，從而有利于植物莖、葉和根系生長。硅肥促進作物生長、增產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，水稻硅肥充足時葉片直立、植株的受光姿態好，從而間接增強了水稻的光合作用，并可解決高產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 年人們就發現病菌難以入侵含硅量高、角質層較厚的植株。硅與植物體內果膠酸、多糖醛酸、糖脂等物質有較高的親和力，形成穩定性強而溶解度低的單、雙、多硅酸復合物沉積在葉片、莖等處的表皮細胞內，形成“角質-硅質”雙層結構，增強組織的機械強度和穩固性，提高了植物表皮細胞抵抗細菌侵入的能力，同時使莖桿粗壯，抗倒伏能力明顯增強。加硅處理能夠使植物角質層加厚，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，提高水稻對過量鐵、錳的忍耐性。硅能減少植物體內重金屬的累積，提高農產品食用安全性。

近年來大量研究表明硅肥在緩解和抑制作物對重金屬的吸收和累積方面有顯著作用。硅可抑制植物對重金屬的吸收，可以降低重金屬在植株內的累積，減輕其產生的毒害。硅肥緩解鉛、鎘、砷等重金屬毒害的主要機理在于：硅肥中的硅酸根離子能與重金屬發生化學反應，形成硅酸化合物沉淀下來，從而使其鈍化；此外硅肥能調節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，最終改變其在土壤中的生物有效性。

3.2 鋼渣硅鈣肥的應用

鋼渣硅鈣肥就是用煉鋼過程中的副產品鋼渣制成的肥料。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。同時鋼渣中還有多種植物生長必需的其他營養元素，并且鋼渣具有表面積較大和孔隙度豐富的特點，可以改善土壤結構，調節土壤酸堿度。鋼渣的這些特點，使其成為農業生產的優良材料，在生產中可以作為優良的肥料和酸性土壤調理劑施入農田[4]。

鋼渣硅鈣肥在我國、日本、美國等都有應用。曾有報道指出，在日本通過施用鋼渣硅鈣肥，給水稻帶來了明顯的增產效果，增產率達到10%～20%；在美國佛羅里達缺硅嚴重的稻作地區，鋼渣肥對水稻的增產率達到30%；我國從上世紀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，有研究發現施用以鋼渣為原料生產的硅肥，能使水稻產量有明顯的提升[5]。

我國是鋼鐵生產大國，鋼鐵產量與日俱增，據國家統計局統計，2020 年全國的粗鋼產量就為10.65 億噸，每噸鋼產生的鋼渣廢棄物約為120 ～150 kg[6]，如此算來堆存數量巨大的鋼渣不僅侵占了土地，而且對環境安全造成了極大的壓力，嚴重阻礙了我國發展循環經濟，建設資源節約型、環境友好型社會的進程。盡管目前我國在高爐水渣利用技術方面已經取得了突破性進展，如利用先進技術工藝裝備，將高爐水渣加工為超細粉用作水泥原料，產生了很好的經濟效益和社會效益。但對于轉爐、電爐冶煉過程中產生的鋼渣的應用技術還不成熟，導致我國鋼渣總體利用率不高，而農業資源化利用率則更低，僅為1%左右。我國農業中硅鈣肥的運用嚴重不足，如按保守的2 億畝缺硅稻田計算，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，合計能消納鋼渣4500 萬～5000 萬噸，能大大減小冶煉企業所產生的鋼渣廢棄物造成的環境壓力。而且利用鋼渣制作硅鈣肥、栽培基質和多功能生態環境修復產品，具有能耗少、低排放等特點。因此，鋼渣農業資源化利用是綜合利用工業固體廢棄物，減少資源浪費和環境污染，發展循環經濟和清潔生產的有效途徑之一，具有很高的經濟效益、社會效益和環境效益。鋼渣硅肥也被認為是一種農業生產中的新型肥料。

我國農業生產正面臨諸多挑戰，如為維持作物高產過度依賴農藥和氮、磷、鉀肥，從而威脅農產品質量安全，并造成環境污染和土壤質量嚴重退化。將鋼渣作為硅鈣肥用于農業生產和生態環境修復，不僅能夠促進農業發展，提高作物品質，還能改善環境，并且使廢棄的鋼渣得到了深度利用，對鋼鐵企業的發展也十分有利，是減少資源浪費和環境污染，發展循環經濟和清潔生產的有效途徑之一。

4 南通地區農田土壤鉛污染狀況

南通濱江臨海，工業發達，農田中的鉛污染主要通過工業“三廢”的排放，化肥、農藥、地膜（農業三大污染投入品）的使用，污水灌溉，畜禽糞便的不合理施用，固體廢棄物排放，大氣沉降等途徑進入土壤。在以往的研究中發現南通農田土壤存在不同程度的鉛污染，為了實現農業的可持續發展、保護環境、保障食品安全，采取必要的修復措施刻不容緩。

李思米[7]在對南通無公害農產品生產基地的727 個土壤樣品進行鉛調查后發現，南通地區農田土壤的鉛含量主要集中在20 ～60 mg/kg。鉛污染的國家一級標準為≤35 mg/kg，二級標準為50 ～350 mg/kg。根據此標準，可將南通農田土壤鉛污染的程度分為兩類：其中通州、海安、如皋農田土壤的鉛含量大多數沒有超過國家一級標準，單從鉛污染狀況評價，土壤質量較高；啟東、如東、海門大部分農田土壤中鉛含量超過國家一級標準，低于國家二級標準的上限。其中海門西南部（65 ～105 mg/kg）、通州和如東的沿江沿海地區、如東沿海區域（45 ～65 mg/kg）都是較為顯著的農田土壤鉛富集區[7]。通過研究可以發現，南通地區農田土壤存在一定的鉛污染，并且主要集中在經濟較為發達的地區，跟工業的發展和人口的聚集不無關系，在農業生產中應采取有效措施進行防治。

在對南通市郊的農產品重金屬含量進行的調查中發現6 類蔬菜類農產品中的鉛檢出率為56.5%，鉛含量在0.024 ～0.189 mg/kg，其中鉛含量最高的是綠葉菜。葉菜類農產品的鉛含量與土壤中鉛污染的累積有顯著相關性，葉菜類農產品更易積累和富集鉛[8]。可見為保障農產品安全，應采取相應治理措施。

最新調查結果顯示，在對南通市售的海產品的鉛檢測中發現，四類18 種海產品中鉛的檢出率均為100%，其中魚類中的鉛屬于中度污染[9]。這是因為南通雨量充沛，地勢平坦，農業生產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境鉛污染息息相關。

土壤中的鉛污染也不容忽視。通過對鋼絲廠附近的兒童進行調查，發現觀察組兒童頭發檢測中鉛超標率為21.8%，可見：鋼絲廠附近很多地區鉛污染較嚴重，其附近的農田土壤應為治理的重中之重，應采取措施減少鉛污染，保證民眾健康。

5 展望

在南通鉛污染的農田中施用鋼渣硅鈣肥對農田鉛污染土壤進行鉛治理具有投資小、易操作、便于推廣的優點，將會帶來良好的生態效益、經濟效益和社會效益。鋼渣硅鈣肥的施用可為南通鉛污染農田土壤提供快速、有效、經濟、環保的治理方案，這給推動南通綠色農業和無公害農業的開展，產業結構的調整，提高農產品的產量和品質，增加農民收入，繁榮農村經濟等方面帶來巨大的推動力。

通過施用鋼渣硅鈣肥來治理被鉛污染的農田土壤，對于少施、不施農藥，發展無毒、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。另外土壤圈是聯系大氣圈和水圈的紐帶，通過對土壤鉛污染的治理，可大大改善大氣和水體中的鉛污染狀況，從而整體改善生態環境，這將為保護南通環境和生態建設，保證人民健康，提升城市形象奠定基礎。

土壤中的鉛在作物中累積進入食物鏈將會給人的健康帶來隱患，因此在南通地區鉛污染農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。發展綠色農業，迫切需要找到一種快速、經濟、有效、可操作性強的鉛污染農田治理技術，這對于提高農作物品質，保障食品安全，促進農民增收，實現環境的可持續發展至關重要。將鋼渣硅鈣肥用于緩解農田土壤的鉛污染，一方面有利于農業的高效、優質、可持續發展，另一方面又可以實現鋼鐵廢棄資源的循環利用，這對于發展農業生態文明和資源的可循環利用具有非常重要的意義。