燃煤锅炉烟气除尘灰对豆类幼苗的生长影响研究

2017-07-05曹诗龙刘诗琪黄碧捷胡晶

绿色科技 2017年10期

曹诗龙　刘诗琪　黄碧捷　胡晶

摘要：指出了除尘灰通过各种途径进入土壤，不仅会污染土壤，还会对植物的生长造成巨大的影响。采用高锌燃煤锅炉烟气除尘灰与沙壤土混合处理后，进行了黄豆和绿豆幼苗的土壤培养试验，研究了燃煤锅炉烟气除尘灰对黄豆幼苗生长的影响。试验结果表明：加入除尘灰能显著影响幼苗的生长状况，其对豆类幼苗的生长的影响与高锌除尘灰本身的成分和浓度相关，施用较低浓度的高锌除尘灰对黄豆幼苗的鲜重、干重、株高、根生长有显著促进作用，过高的浓度则有抑制作用。

关键词：除尘灰；豆类；幼苗生长

中图分类号：TF547

文献标识码：A 文章编号：16749944（2017）10000603

1 引言

随着科技的发展，大量的冶金企业正在兴起，重金属污染越来越受到重视。燃煤锅炉烟气除尘灰是冶金工序中使用燃煤锅炉产生的一种固体废物[1]，因煤炭锅炉燃烧而产生的空气污染物是目前大气污染的重要来源。

目前，国内大多数钢铁厂均采用最普遍的返回钢铁生产工艺对含铁粉尘进行综合利用[2，3]。基于返回工艺的位置，可将其分为烧结法、炼钢法和炼铁法[4]，但除尘灰中K、Na、Zn等有害元素的富集会对高炉的运作产生不利的影响，甚至发生事故[5]。国内对除尘灰的处理工艺发展比较缓慢，导致每年除尘灰产量大于处理量[6]，大量的除尘灰被随意堆积，并通过各种途径进入土壤，当污染物数量和浓度超过了其负荷，会使土壤的自净功能失调，土壤环境恶化，从而影响植物的正常生长发育[7]。

目前国内外对于豆类植物生长影响因素的研究比较成熟，其主要集中在金属离子的影响等方面[8]，其中研究重金属离子对植株的毒性效应为大多数，一般通过幼苗的株高、干重、鲜重、叶绿素含量等生理指标的测定来分析来研究毒性效应。大气污染物如除尘灰通过各种途径沉降到土壤中，会对其幼苗生长产生影响，这一方面的研究较少，所以该次研究既可作为生态污染的参考，也对如何科学调控土壤有一定的实际意义。

2 试验材料和方法

2.1 试验材料

2.1.1 除尘灰

研究中所选用除尘灰为高锌除尘灰，其基本化学成分为：TFe、ZnO、Na2O、SiO2、Pb、CaO、MgO和C的质量分数分别为12.24%、24.81%、10.24%、6.58%、0.79%、0.90%、12.84%和30.81%。

2.1.2 土壤

供试土壤为江汉大学湖畔沙壤土，土壤基本物理性质为：含水率23.4%，pH值6.18，电导率1.05 μs/cm，氧化还原电位337 mV。

2.1.3 混合土壤

供试土壤与燃煤锅炉烟气除尘灰按5%除尘灰95%供试土壤，10%除尘灰90%供试土壤，15%除尘灰85%供试土壤，100%供试土壤分为4组不同燃煤锅炉烟气除尘灰浓度的土壤（以下称为Zn1，Zn2，Zn3和Ck04组）。

2.2 试验方法

该试验所用黄豆品种为豆浆黄豆，绿豆品种为赛银薄皮绿豆。将颗粒饱满的黄豆和绿豆于洁净的蒸馏水中浸种24 h，选择发育状况较好的豆子播种于供试土壤中，选取直径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粒豆种，并于表层覆土，施加等量蒸馏水至土壤水分饱和，放置于RQX-250B智能型人工气候箱中培养至子叶脱落即收苗，培养过程每日施浇等量水，气候箱内昼夜温度为25℃和20℃，播种培养21 d后收获幼苗。

2.3 测定方法

2.3.1 土壤性质指标的测定

用PHS-3C型pH计测定试验土样的pH值；用CON1000台式电导率仪测定试验土样的电导率；用PHS-3C型pH计配铂电极测定土样的氧化还原电位；用烘干法测定土壤的含水率。

2.3.2 幼苗生长指标的测定

用常规方法测定其株高（cm）、根系鲜重（g）、地上部分鲜重（g）。置于105℃烘箱烘干后用测定根系干重（g）、地上部分干重（g）。

3 数据分析与讨论

为Zn1，Zn2，Zn3和Ck0四组播种培养21 d后收获幼苗，测量鲜重、地上部分鲜重、干重、地上部分干重和株高的数据，采用Origin软件整理、绘图、分析规律。测定结果如图1，图2所示。

3.1 數据分析

3.1.1 对幼苗干重的影响

在黄豆苗期阶段，添加高锌除尘灰的处理Zn1，Zn2，Zn3中幼苗根系干重与地上部分干重显著高于Ck0，根系干重与Ck0相比分别增大了52.0%、24.0%、4.0%，其地上干重与Ck0相比分别增大了75%、52.2%、7.6%。在绿豆苗期阶段，Zn1，Zn2，Zn3处理中幼苗根系干重与对照处理Ck0相比分别增大了140.0%、80.0%、40.0%，地上干重与Ck0相比依次增大了83.3%、31.3%、12.5%。由此可见，高锌除尘灰能促进黄豆幼苗的干物质积累，能显著提高绿豆幼苗的干重，但随着除尘灰浓度越高，干重的增量越小。

3.1.2 对鲜重的影响

比较黄豆鲜重数据发现，添加高锌除尘灰的土壤中黄豆幼苗的鲜重与Ck0相比有较为显著的差异，其中在黄豆苗期阶段，加入高锌除尘灰处理的Zn1，Zn2，Zn3三组中幼苗根系鲜重同Ck0相比分别增大了12.2%、34.0%、12.6%，幼苗地上鲜重与Ck0相比分别增大了27.9%、12.0%、15.9%。比较绿豆鲜重数据发现，加入高锌除尘灰处理的Zn1，Zn2，Zn3三组中根系鲜重与Ck0相比依次增大了66.1%、16.1%和1.8%，地上鲜重与Ck0相比依次增大了39.0%、19.9%和15.6%。由此可见，除尘灰能不同程度的改变黄豆和绿豆幼苗的鲜重，低浓度的高锌除尘灰能促进幼苗地上部分鲜重的增加，而浓度过高则反而会抑制其生长。

3.1.3 对株高的影响

对于黄豆，加入高锌除尘灰处理的Zn1，Zn2，Zn3三组的幼苗株高都高于Ck0，与对照相比分别增大了10.3%、5.1%和0.7%，可見高锌除尘灰对黄豆株高的促进作用，但当高锌除尘灰含量越多，其促进幼苗株高增大的能力越弱。观察绿豆生长指标发现，加入高锌除尘灰处理的三组的植株株高均比Ck0的株高大，其株高与对照相比分别增大了8.1%、6.0%、0.9%，说明高锌对绿豆幼苗的株高具有一定的促进作用，并且随着此类除尘灰浓度逐渐增大，这种促进作用随之减弱。

3.2 讨论

该研究只是对于不同配比的除尘灰与土壤混合后进行的对于豆类幼苗生长的的影响研究，得到了除尘灰对于黄豆绿豆幼苗生长起高促低抑的作用。但是并没有深入研究燃煤锅炉烟气除尘灰对于土壤性质的影响。不同的土壤性质能使土壤的水分和结构产生不同程度的差异，影响土壤环境中养分供应状况，从而影响植物幼苗的生长，其中具有代表性的有含水量、pH值和电导率等。

3.2.1 土壤含水量

土壤水分是土壤组成中最为活跃的物质，土壤中养分的摄取和吸收，物质的迁移和转化都离不开水分的作用，因此土壤含水率的多少能直接影响土壤固、气、液三相的比例以及土壤的生长发育。高锌除尘灰是否对土壤的含水量带来了影响是接下来要考虑的问题。

3.2.2 土壤pH值

植物幼苗的健康生长要求土壤具有一定范围的酸碱度，pH值能影响土壤中微量元素的有效释放，比如钙、铁离子等存在于高pH值的环境中，易形成微溶或者不溶于水的固体化合物，导致难以被植物有效吸收[9]。通常认为，pH值和土壤中重金属的生物可利用性的变化规律是：伴随着土壤pH值的上升，很大一部分元素会因为吸附作用浓度降低，导致土壤中重金属的生物可利用性下降，同时，土壤有机质-金属络合物的稳定性也随pH值的升高而增强[10]。

3.2.3 土壤电导率

近年来土壤学的诸多研究结果表明，土壤电导率这一参数本身包含了反映土壤物理性质和土壤品质的丰富信息[11]。土壤电导率是反映土壤盐分状况的一项指标[12]。除尘灰中富含的金属氧化物进入酸性土壤后生成各种盐类化合物，这些可溶性盐能一定程度提高土壤的电导率，而根据刘广明，杨劲松等的研究结果表明：土壤电导率随土壤含水量的增加而呈降低趋势，并且土壤中可溶性盐类含量越少，土壤电导率随含水量的变化速率越大[13]。

4 结论

高锌除尘灰对黄豆，绿豆的幼苗生长起低促高抑的作用。笔者只探讨了高锌除尘灰在土壤中浓度不同时对2种豆类植物幼苗生长的影响，要想全面揭示燃煤锅炉烟气除尘灰的影响，除了要考虑土壤的含水率、pH值、土壤电导率等的影响，还需要进行更为深入和长期的试验，以了解其对土壤性质和不同植物的长期效应，科学地调控及改善种植土壤的土壤条件。

参考文献：

[1]

杨逢庭，赵树民，徐国庆，等.高炉除尘灰的综合利用[J].山东冶金，2015，37（1）：48～51.

[2]龚俊.从含铁尘泥回收铁的试验研究[D].包头：内蒙古科技大学，2010.

[3]郭秀键，舒型武，梁广.钢铁企业含铁尘泥处理与利用工艺[J].环境工程，2011， 29（2）：96～98.

[4]张文朴.我国含铁冶金烟尘综合利用的研发进展[J].资源再生， 2007（12）：22～24.

[5]蒋新民.钢铁厂烧结机头电除尘灰综合利用[D].湘潭：湘潭大学，2010.

[6]李拥军，刘玉，陈国康.中国钢铁工业亟需突破环保“瓶颈”[J].环境经济，2007（12）：28～31.

[7]张宁国，李志峰，李强，等.烧结机头除尘灰生产氯化钾的研究[J].莱钢科技，2010（2）：39～40，44.

[8]张琼，陈晓燕，陈梅，等.镉对绿豆幼苗生长影响的研究[J].漳州师范学院学报（自然科学版），2006（4）：106～111.

[9]王煜琴. 城郊山区型煤矿废弃地生态修复模式与技术[D].北京：中国矿业大学，2009.

[10]李国臣，李泽琴，高岚.土壤重金属生物可利用性的研究进展[J].土壤通报，2012，43（6）：1527～1531.