钢渣硅钙肥在南通铅污染农田中的应用前景

华海霞

（南通科技职业学院，江苏 南通 226000）

1 农田中的铅污染

随着全球工业化的发展，环境问题越来越受到人们的关注。在地球的五大圈中，土壤圈是人类赖以生存和发展的重要物质基础之一。在陆地生态系统中，土壤圈是各类环境污染物的最终归宿。我国长期粗放型的发展模式造成土壤污染日趋严重，我国已成为目前全球土壤污染最严重的国家之一。由于土壤污染具有复杂、隐蔽、不可逆和后果严重等特点，土壤一旦被污染，危害无穷，不仅会给我国的粮食安全带来隐患和威胁，还会进入生物圈、水圈、大气圈等，导致环境恶化。其中重金属污染是农田土壤污染中影响面积最广、危害最大的问题之一。铅是一种不可降解的有毒重金属，随着城市化和工业化的快速发展，铅污染已成为影响我国农田土壤安全的严重问题。进入农田土壤中的铅一部分会沉积在土壤耕作层，被农田作物吸收，随着农作物的收获进入食物链或转移到其他区域；另一部分随着灌溉或降水渗入耕作层或地下水中，或被冲刷移出该区域，从而扩大污染面积。据统计，目前我国有将近1/5的农田土壤面积受到铅污染的困扰，污染的土壤导致作物铅超标。资料显示各地粮食、蔬菜等农作物中，铅污染都有检出，其中江苏省大米中铅检出率达66%，广州市蔬菜中铅检出率达22.2%[1]。铅污染作物后，可通过食物链在人体中富集，危害人体生理功能，最终威胁人们的身体健康。因此在农业生产过程中，探寻快速有效、实际可行的重金属防治措施就显得尤为重要，农田土壤中铅污染的防治刻不容缓。

2 农田土壤铅污染的危害

铅是农田中主要的污染元素之一，铅元素在作物中累积，不仅影响作物的光合作用和蒸腾强度，还会影响作物根系的吸收作用，铅在植物体内积累，还会抑制和影响土壤中的酶转化及氮转化[2]。农田中的铅会通过食物链进入人体。由于铅在人体中没有任何的生理功能，人体的理想铅水平应该为0，进入人体的铅一旦超过一定水平，就会对人的健康造成严重的危害。研究表明：铅进入人体，会通过干扰血红素的合成造成贫血，危害人体的造血系统；会危害人体中枢神经系统，造成智力损伤，引起行为和生理变化；另外，铅还会对消化系统、泌尿系统、心血管系统、生殖系统、内分泌系统等一系列系统产生危害，儿童对铅更为敏感，铅过量会对儿童的神经和智力产生严重威胁[3]。

3 钢渣硅钙肥的作用

3.1 硅肥的有益作用

硅是地壳和土壤中含量第二多的元素，仅次于氧，土壤中硅的含量为50%～70%，但土壤中硅元素多为难溶态的，能为植物吸收利用的含量不高，因此许多土壤仍表现为供硅不足。大量研究资料表明硅是植物生长的有益元素，甚至还是水稻、藻类等生长的必需元素，一些研究者还提出，营养液配方中应该包括硅，甚至有学者提出硅应该是位于氮、磷、钾（即N、P、K）之后的第四大营养元素，硅的有益作用越来越受到学术界的重视。

硅能够促进植物的生长发育，其机理主要是通过改善植物的形态结构、生理过程和增加对有益元素的吸收从而提高产量。硅有利于植物的维管束加粗、茎的增粗伸长、分支数增加。硅通过增加植物叶片面积和叶绿素含量，使作物可以合成更多的有机物质。硅能够激活土壤中的氮和磷，增加其速效含量，促进作物对养分的吸收，从而有利于植物茎、叶和根系生长。硅肥促进作物生长、增产的原因主要可归功于硅具有显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。在田间条件下，水稻硅肥充足时叶片直立、植株的受光姿态好，从而间接增强了水稻的光合作用，并可解决高产栽培中由于大量供氮所造成的叶片展开度大而相互遮荫的问题。

硅素除了具有增产效果外，还能帮助植物抵御病原菌、冷害、干旱、盐碱、重金属毒害等多种生物和非生物胁迫，维持作物健康。早在1927 年人们就发现病菌难以入侵含硅量高、角质层较厚的植株。硅与植物体内果胶酸、多糖醛酸、糖脂等物质有较高的亲和力，形成稳定性强而溶解度低的单、双、多硅酸复合物沉积在叶片、茎等处的表皮细胞内，形成“角质-硅质”双层结构，增强组织的机械强度和稳固性，提高了植物表皮细胞抵抗细菌侵入的能力，同时使茎杆粗壮，抗倒伏能力明显增强。加硅处理能够使植物角质层加厚，提高黄瓜、小麦、高粱、水稻等作物的抗旱性。此外，硅还可以显著提高植物对重金属胁迫如铬、砷、铅、铁、铜、锰等过多造成毒害作用的抵御能力。例如硅能增强水稻根部通气组织的刚性与体积，有利于氧的输入，从而提高根系的氧化力，提高水稻对过量铁、锰的忍耐性。硅能减少植物体内重金属的累积，提高农产品食用安全性。

近年来大量研究表明硅肥在缓解和抑制作物对重金属的吸收和累积方面有显著作用。硅可抑制植物对重金属的吸收，可以降低重金属在植株内的累积，减轻其产生的毒害。硅肥缓解铅、镉、砷等重金属毒害的主要机理在于：硅肥中的硅酸根离子能与重金属发生化学反应，形成硅酸化合物沉淀下来，从而使其钝化；此外硅肥能调节土壤和植物根际周围的酸碱度，从而降低土壤中重金属的活性，提高植物根际氧化能力，通过改变重金属的赋能形态，最终改变其在土壤中的生物有效性。

3.2 钢渣硅钙肥的应用

钢渣硅钙肥就是用炼钢过程中的副产品钢渣制成的肥料。钢渣中含有丰富的硅和钙，以及作物必需的其他中微量元素。硅可以显著提高作物抵御多种病害与非生物胁迫的能力，缓解土壤重金属污染，钙是作物生长的必需元素。同时钢渣中还有多种植物生长必需的其他营养元素，并且钢渣具有表面积较大和孔隙度丰富的特点，可以改善土壤结构，调节土壤酸碱度。钢渣的这些特点，使其成为农业生产的优良材料，在生产中可以作为优良的肥料和酸性土壤调理剂施入农田[4]。

钢渣硅钙肥在我国、日本、美国等都有应用。曾有报道指出，在日本通过施用钢渣硅钙肥，给水稻带来了明显的增产效果，增产率达到10%～20%；在美国佛罗里达缺硅严重的稻作地区，钢渣肥对水稻的增产率达到30%；我国从上世纪八十年代开始就有利用粉煤灰、黄磷废渣及高炉渣等作为硅肥施用，有研究发现施用以钢渣为原料生产的硅肥，能使水稻产量有明显的提升[5]。

我国是钢铁生产大国，钢铁产量与日俱增，据国家统计局统计，2020 年全国的粗钢产量就为10.65 亿吨，每吨钢产生的钢渣废弃物约为120 ～150 kg[6]，如此算来堆存数量巨大的钢渣不仅侵占了土地，而且对环境安全造成了极大的压力，严重阻碍了我国发展循环经济，建设资源节约型、环境友好型社会的进程。尽管目前我国在高炉水渣利用技术方面已经取得了突破性进展，如利用先进技术工艺装备，将高炉水渣加工为超细粉用作水泥原料，产生了很好的经济效益和社会效益。但对于转炉、电炉冶炼过程中产生的钢渣的应用技术还不成熟，导致我国钢渣总体利用率不高，而农业资源化利用率则更低，仅为1%左右。我国农业中硅钙肥的运用严重不足，如按保守的2 亿亩缺硅稻田计算，我国仅水稻每年所需的硅肥就存在3000 万吨的缺口，若加上其他蔬菜、果树和草坪等园艺作物2000 万吨左右的硅肥需要量，我国每年硅肥缺口在5000 万吨以上，合计能消纳钢渣4500 万～5000 万吨，能大大减小冶炼企业所产生的钢渣废弃物造成的环境压力。而且利用钢渣制作硅钙肥、栽培基质和多功能生态环境修复产品，具有能耗少、低排放等特点。因此，钢渣农业资源化利用是综合利用工业固体废弃物，减少资源浪费和环境污染，发展循环经济和清洁生产的有效途径之一，具有很高的经济效益、社会效益和环境效益。钢渣硅肥也被认为是一种农业生产中的新型肥料。

我国农业生产正面临诸多挑战，如为维持作物高产过度依赖农药和氮、磷、钾肥，从而威胁农产品质量安全，并造成环境污染和土壤质量严重退化。将钢渣作为硅钙肥用于农业生产和生态环境修复，不仅能够促进农业发展，提高作物品质，还能改善环境，并且使废弃的钢渣得到了深度利用，对钢铁企业的发展也十分有利，是减少资源浪费和环境污染，发展循环经济和清洁生产的有效途径之一。

4 南通地区农田土壤铅污染状况

南通滨江临海，工业发达，农田中的铅污染主要通过工业“三废”的排放，化肥、农药、地膜（农业三大污染投入品）的使用，污水灌溉，畜禽粪便的不合理施用，固体废弃物排放，大气沉降等途径进入土壤。在以往的研究中发现南通农田土壤存在不同程度的铅污染，为了实现农业的可持续发展、保护环境、保障食品安全，采取必要的修复措施刻不容缓。

李思米[7]在对南通无公害农产品生产基地的727 个土壤样品进行铅调查后发现，南通地区农田土壤的铅含量主要集中在20 ～60 mg/kg。铅污染的国家一级标准为≤35 mg/kg，二级标准为50 ～350 mg/kg。根据此标准，可将南通农田土壤铅污染的程度分为两类：其中通州、海安、如皋农田土壤的铅含量大多数没有超过国家一级标准，单从铅污染状况评价，土壤质量较高；启东、如东、海门大部分农田土壤中铅含量超过国家一级标准，低于国家二级标准的上限。其中海门西南部（65 ～105 mg/kg）、通州和如东的沿江沿海地区、如东沿海区域（45 ～65 mg/kg）都是较为显著的农田土壤铅富集区[7]。通过研究可以发现，南通地区农田土壤存在一定的铅污染，并且主要集中在经济较为发达的地区，跟工业的发展和人口的聚集不无关系，在农业生产中应采取有效措施进行防治。

在对南通市郊的农产品重金属含量进行的调查中发现6 类蔬菜类农产品中的铅检出率为56.5%，铅含量在0.024 ～0.189 mg/kg，其中铅含量最高的是绿叶菜。叶菜类农产品的铅含量与土壤中铅污染的累积有显著相关性，叶菜类农产品更易积累和富集铅[8]。可见为保障农产品安全，应采取相应治理措施。

最新调查结果显示，在对南通市售的海产品的铅检测中发现，四类18 种海产品中铅的检出率均为100%，其中鱼类中的铅属于中度污染[9]。这是因为南通雨量充沛，地势平坦，农业生产中的残留污染均可通过雨水流向河流，造成水体污染，可见土壤铅污染与环境铅污染息息相关。

土壤中的铅污染也不容忽视。通过对钢丝厂附近的儿童进行调查，发现观察组儿童头发检测中铅超标率为21.8%，可见：钢丝厂附近很多地区铅污染较严重，其附近的农田土壤应为治理的重中之重，应采取措施减少铅污染，保证民众健康。

5 展望

在南通铅污染的农田中施用钢渣硅钙肥对农田铅污染土壤进行铅治理具有投资小、易操作、便于推广的优点，将会带来良好的生态效益、经济效益和社会效益。钢渣硅钙肥的施用可为南通铅污染农田土壤提供快速、有效、经济、环保的治理方案，这给推动南通绿色农业和无公害农业的开展，产业结构的调整，提高农产品的产量和品质，增加农民收入，繁荣农村经济等方面带来巨大的推动力。

通过施用钢渣硅钙肥来治理被铅污染的农田土壤，对于少施、不施农药，发展无毒、无污染的绿色食品，保障食物的安全性具有特别重要的意义。另外土壤圈是联系大气圈和水圈的纽带，通过对土壤铅污染的治理，可大大改善大气和水体中的铅污染状况，从而整体改善生态环境，这将为保护南通环境和生态建设，保证人民健康，提升城市形象奠定基础。

土壤中的铅在作物中累积进入食物链将会给人的健康带来隐患，因此在南通地区铅污染农田土壤中展开治理工作意义重大，可减少铅在食物中的累积。发展绿色农业，迫切需要找到一种快速、经济、有效、可操作性强的铅污染农田治理技术，这对于提高农作物品质，保障食品安全，促进农民增收，实现环境的可持续发展至关重要。将钢渣硅钙肥用于缓解农田土壤的铅污染，一方面有利于农业的高效、优质、可持续发展，另一方面又可以实现钢铁废弃资源的循环利用，这对于发展农业生态文明和资源的可循环利用具有非常重要的意义。