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(huì)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?dòng)遭到破壞，進(jìn)而使植物自身生理代謝失調(diào)，最終阻礙植物的生長(zhǎng)發(fā)育，甚至?xí)鸹蛲蛔?；同時(shí)，土壤重金屬污染不僅會(huì)使農(nóng)作物減產(chǎn)、品質(zhì)下降，還可通過(guò)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(guó)際上研究的熱點(diǎn)問(wèn)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(tuán)每年煉鋼產(chǎn)生的高爐廢渣達(dá)百萬(wàn)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(wú)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(duì)種植在重金屬污染土壤中青菜生長(zhǎng)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(guò)觀察、數(shù)據(jù)記錄和分析比對(duì)，對(duì)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(duì)青菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響進(jìn)行探究?，F(xiàn)將相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果報(bào)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(guò)2 mm篩備用，其基本理化性狀為pH 5.6、有機(jī)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(duì)肥料中Pb、Cd、Cr、Hg和As含量的生態(tài)指標(biāo)要求。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)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(yàn)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(zhǎng)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(gè)重復(fù)盆中的土壤混勻，對(duì)土壤鮮樣進(jìn)行微生物三大類的測(cè)定，其余按四分法取土壤100 g進(jìn)行風(fēng)干，用瑪瑙研缽磨碎過(guò)100目篩，于封口塑料袋中保存，用于測(cè)定土壤養(yǎng)分和重金屬含量。各處理青菜分別進(jìn)行收獲并測(cè)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(cè)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(jī)粉碎過(guò)0.5 mm篩后放入封口塑料袋中，于干燥處保存?zhèn)溆?，用于測(cè)定青菜植株重金屬含量。

1.4 指標(biāo)測(cè)定與分析方法

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

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

用SPSS對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)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(shì)，而土壤中放線菌數(shù)量與硅肥施用量無(wú)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(duì)照，說(shuō)明施用硅肥可有效提高土壤中微生物數(shù)量，進(jìn)而提高土壤的健康程度。

圖1 不同施肥處理對(duì)青菜盆栽土壤中微生物數(shù)量的影響

2.2 對(duì)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(duì)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(shì)；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(duì)青菜盆栽土壤中養(yǎng)分含量的影響

2.3 對(duì)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(gè)處理均較對(duì)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(gè)處理均高于對(duì)照，且處理間差異達(dá)顯著水平；在盆栽青菜產(chǎn)量方面，施用硅肥的兩個(gè)處理均較對(duì)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(duì)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(gè)處理盆栽青菜中As、Pb、Cr、Cd含量均低于對(duì)照，且隨著硅肥施用量的增加，As、Pb、Cr、Cd含量均呈下降趨勢(shì)，且對(duì)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(dá)顯著水平。說(shuō)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(duì)盆栽青菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

表3 不同施肥處理對(duì)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(méi)有明顯變化規(guī)律，表明施用硅肥對(duì)重金屬污染土壤中重金屬含量的影響沒(méi)有明顯變化規(guī)律。

3 結(jié) 論

試驗(yàn)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(shí)，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(duì)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(guò)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(jì)效益。因此，可將這一技術(shù)進(jìn)行推廣應(yīng)用。

表4 不同施肥處理對(duì)青菜盆栽土壤中重金屬含量的影響（單位：mg/kg）