燃煤鍋爐煙氣除塵灰對豆類幼苗的生長影響研究

曹詩龍　劉詩琪　黃碧捷　胡晶

摘要：指出了除塵灰通過各種途徑進入土壤，不僅會污染土壤，還會對植物的生長造成巨大的影響。采用高鋅燃煤鍋爐煙氣除塵灰與沙壤土混合處理后，進行了黃豆和綠豆幼苗的土壤培養(yǎng)試驗，研究了燃煤鍋爐煙氣除塵灰對黃豆幼苗生長的影響。試驗結果表明：加入除塵灰能顯著影響幼苗的生長狀況，其對豆類幼苗的生長的影響與高鋅除塵灰本身的成分和濃度相關，施用較低濃度的高鋅除塵灰對黃豆幼苗的鮮重、干重、株高、根生長有顯著促進作用，過高的濃度則有抑制作用。

關鍵詞：除塵灰；豆類；幼苗生長

中圖分類號：TF547

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2017）10000603

1 引言

隨著科技的發(fā)展，大量的冶金企業(yè)正在興起，重金屬污染越來越受到重視。燃煤鍋爐煙氣除塵灰是冶金工序中使用燃煤鍋爐產(chǎn)生的一種固體廢物[1]，因煤炭鍋爐燃燒而產(chǎn)生的空氣污染物是目前大氣污染的重要來源。

目前，國內(nèi)大多數(shù)鋼鐵廠均采用最普遍的返回鋼鐵生產(chǎn)工藝對含鐵粉塵進行綜合利用[2，3]?；诜祷毓に嚨奈恢?，可將其分為燒結法、煉鋼法和煉鐵法[4]，但除塵灰中K、Na、Zn等有害元素的富集會對高爐的運作產(chǎn)生不利的影響，甚至發(fā)生事故[5]。國內(nèi)對除塵灰的處理工藝發(fā)展比較緩慢，導致每年除塵灰產(chǎn)量大于處理量[6]，大量的除塵灰被隨意堆積，并通過各種途徑進入土壤，當污染物數(shù)量和濃度超過了其負荷，會使土壤的自凈功能失調(diào)，土壤環(huán)境惡化，從而影響植物的正常生長發(fā)育[7]。

目前國內(nèi)外對于豆類植物生長影響因素的研究比較成熟，其主要集中在金屬離子的影響等方面[8]，其中研究重金屬離子對植株的毒性效應為大多數(shù)，一般通過幼苗的株高、干重、鮮重、葉綠素含量等生理指標的測定來分析來研究毒性效應。大氣污染物如除塵灰通過各種途徑沉降到土壤中，會對其幼苗生長產(chǎn)生影響，這一方面的研究較少，所以該次研究既可作為生態(tài)污染的參考，也對如何科學調(diào)控土壤有一定的實際意義。

2 試驗材料和方法

2.1 試驗材料

2.1.1 除塵灰

研究中所選用除塵灰為高鋅除塵灰，其基本化學成分為：TFe、ZnO、Na2O、SiO2、Pb、CaO、MgO和C的質量分數(shù)分別為12.24%、24.81%、10.24%、6.58%、0.79%、0.90%、12.84%和30.81%。

2.1.2 土壤

供試土壤為江漢大學湖畔沙壤土，土壤基本物理性質為：含水率23.4%，pH值6.18，電導率1.05 μs/cm，氧化還原電位337 mV。

2.1.3 混合土壤

供試土壤與燃煤鍋爐煙氣除塵灰按5%除塵灰95%供試土壤，10%除塵灰90%供試土壤，15%除塵灰85%供試土壤，100%供試土壤分為4組不同燃煤鍋爐煙氣除塵灰濃度的土壤（以下稱為Zn1，Zn2，Zn3和Ck04組）。

2.2 試驗方法

該試驗所用黃豆品種為豆?jié){黃豆，綠豆品種為賽銀薄皮綠豆。將顆粒飽滿的黃豆和綠豆于潔凈的蒸餾水中浸種24 h，選擇發(fā)育狀況較好的豆子播種于供試土壤中，選取直徑12 cm的塑料花盆，每盆中加入等量不同配比的混合土壤，各播6粒豆種，并于表層覆土，施加等量蒸餾水至土壤水分飽和，放置于RQX-250B智能型人工氣候箱中培養(yǎng)至子葉脫落即收苗，培養(yǎng)過程每日施澆等量水，氣候箱內(nèi)晝夜溫度為25℃和20℃，播種培養(yǎng)21 d后收獲幼苗。

2.3 測定方法

2.3.1 土壤性質指標的測定

用PHS-3C型pH計測定試驗土樣的pH值；用CON1000臺式電導率儀測定試驗土樣的電導率；用PHS-3C型pH計配鉑電極測定土樣的氧化還原電位；用烘干法測定土壤的含水率。

2.3.2 幼苗生長指標的測定

用常規(guī)方法測定其株高（cm）、根系鮮重（g）、地上部分鮮重（g）。置于105℃烘箱烘干后用測定根系干重（g）、地上部分干重（g）。

3 數(shù)據(jù)分析與討論

為Zn1，Zn2，Zn3和Ck0四組播種培養(yǎng)21 d后收獲幼苗，測量鮮重、地上部分鮮重、干重、地上部分干重和株高的數(shù)據(jù)，采用Origin軟件整理、繪圖、分析規(guī)律。測定結果如圖1，圖2所示。

3.1 數(shù)據(jù)分析

3.1.1 對幼苗干重的影響

在黃豆苗期階段，添加高鋅除塵灰的處理Zn1，Zn2，Zn3中幼苗根系干重與地上部分干重顯著高于Ck0，根系干重與Ck0相比分別增大了52.0%、24.0%、4.0%，其地上干重與Ck0相比分別增大了75%、52.2%、7.6%。在綠豆苗期階段，Zn1，Zn2，Zn3處理中幼苗根系干重與對照處理Ck0相比分別增大了140.0%、80.0%、40.0%，地上干重與Ck0相比依次增大了83.3%、31.3%、12.5%。由此可見，高鋅除塵灰能促進黃豆幼苗的干物質積累，能顯著提高綠豆幼苗的干重，但隨著除塵灰濃度越高，干重的增量越小。

3.1.2 對鮮重的影響

比較黃豆鮮重數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，添加高鋅除塵灰的土壤中黃豆幼苗的鮮重與Ck0相比有較為顯著的差異，其中在黃豆苗期階段，加入高鋅除塵灰處理的Zn1，Zn2，Zn3三組中幼苗根系鮮重同Ck0相比分別增大了12.2%、34.0%、12.6%，幼苗地上鮮重與Ck0相比分別增大了27.9%、12.0%、15.9%。比較綠豆鮮重數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，加入高鋅除塵灰處理的Zn1，Zn2，Zn3三組中根系鮮重與Ck0相比依次增大了66.1%、16.1%和1.8%，地上鮮重與Ck0相比依次增大了39.0%、19.9%和15.6%。由此可見，除塵灰能不同程度的改變黃豆和綠豆幼苗的鮮重，低濃度的高鋅除塵灰能促進幼苗地上部分鮮重的增加，而濃度過高則反而會抑制其生長。

3.1.3 對株高的影響

對于黃豆，加入高鋅除塵灰處理的Zn1，Zn2，Zn3三組的幼苗株高都高于Ck0，與對照相比分別增大了10.3%、5.1%和0.7%，可見高鋅除塵灰對黃豆株高的促進作用，但當高鋅除塵灰含量越多，其促進幼苗株高增大的能力越弱。觀察綠豆生長指標發(fā)現(xiàn)，加入高鋅除塵灰處理的三組的植株株高均比Ck0的株高大，其株高與對照相比分別增大了8.1%、6.0%、0.9%，說明高鋅對綠豆幼苗的株高具有一定的促進作用，并且隨著此類除塵灰濃度逐漸增大，這種促進作用隨之減弱。

3.2 討論

該研究只是對于不同配比的除塵灰與土壤混合后進行的對于豆類幼苗生長的的影響研究，得到了除塵灰對于黃豆綠豆幼苗生長起高促低抑的作用。但是并沒有深入研究燃煤鍋爐煙氣除塵灰對于土壤性質的影響。不同的土壤性質能使土壤的水分和結構產(chǎn)生不同程度的差異，影響土壤環(huán)境中養(yǎng)分供應狀況，從而影響植物幼苗的生長，其中具有代表性的有含水量、pH值和電導率等。

3.2.1 土壤含水量

土壤水分是土壤組成中最為活躍的物質，土壤中養(yǎng)分的攝取和吸收，物質的遷移和轉化都離不開水分的作用，因此土壤含水率的多少能直接影響土壤固、氣、液三相的比例以及土壤的生長發(fā)育。高鋅除塵灰是否對土壤的含水量帶來了影響是接下來要考慮的問題。

3.2.2 土壤pH值

植物幼苗的健康生長要求土壤具有一定范圍的酸堿度，pH值能影響土壤中微量元素的有效釋放，比如鈣、鐵離子等存在于高pH值的環(huán)境中，易形成微溶或者不溶于水的固體化合物，導致難以被植物有效吸收[9]。通常認為，pH值和土壤中重金屬的生物可利用性的變化規(guī)律是：伴隨著土壤pH值的上升，很大一部分元素會因為吸附作用濃度降低，導致土壤中重金屬的生物可利用性下降，同時，土壤有機質-金屬絡合物的穩(wěn)定性也隨pH值的升高而增強[10]。

3.2.3 土壤電導率

近年來土壤學的諸多研究結果表明，土壤電導率這一參數(shù)本身包含了反映土壤物理性質和土壤品質的豐富信息[11]。土壤電導率是反映土壤鹽分狀況的一項指標[12]。除塵灰中富含的金屬氧化物進入酸性土壤后生成各種鹽類化合物，這些可溶性鹽能一定程度提高土壤的電導率，而根據(jù)劉廣明，楊勁松等的研究結果表明：土壤電導率隨土壤含水量的增加而呈降低趨勢，并且土壤中可溶性鹽類含量越少，土壤電導率隨含水量的變化速率越大[13]。

4 結論

高鋅除塵灰對黃豆，綠豆的幼苗生長起低促高抑的作用。筆者只探討了高鋅除塵灰在土壤中濃度不同時對2種豆類植物幼苗生長的影響，要想全面揭示燃煤鍋爐煙氣除塵灰的影響，除了要考慮土壤的含水率、pH值、土壤電導率等的影響，還需要進行更為深入和長期的試驗，以了解其對土壤性質和不同植物的長期效應，科學地調(diào)控及改善種植土壤的土壤條件。

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