沸石是一類天然礦物的總稱,最早由瑞典礦物學家克朗思提發現其灼燒時會產生沸騰現象,因此得名“沸石”。沸石在工業的應用廣泛,常常被用來“凈化”或“分離”混合成分的物質,如氣體分離、石油凈化、處理工業污染等。但沸石在國內農業中的用途并沒有真正得到人們的重視,沸石能夠提供的農業作用遠遠超過我們的想象,特別是在近幾年土壤施肥過量的情況下,沸石的推廣應用更值得技術人員思考,如沸石的改良土壤、保肥、肥料緩釋、降低重金屬危害等功能。

1.沸石具有卓越的保肥功能

沸石能夠提高土壤保持氮、鉀和鈣等養分的能力,而且沸石在空氣濕度很小的情況下,也能極其有效地從空氣中吸取水分。在持續少雨期內,這種吸取外來水分的能力對作物生長十分有利。

卓越的保肥功能來源于沸石巨大的比表面積(比表面積是指單位質量物料所具有的總面積)。沸石不僅具有我們肉眼可見的外表面,還具有許多通道的內表面。每克沸石具有500-1000平方米的比表面積!且沸石內50%以上是孔穴和通道。這些物理性狀,使沸石可以作為出色的吸附劑。以浙江縉云絲光沸石為例,吸附氧化鈣為150.01mg/g,吸銨量177.47mmol/100g,SO2120mg/g,氮吸附量(STP)為12.93~17.11?mg/g。在水處理方面,有沸石粉?每畝每米水深使用25-50公斤,可起到除去水中95%氨氮。

2.沸石能夠改良土壤

沸石施入土壤可以提高土壤的離子交換量,從而改良土壤。在沸石晶格中的空腔(孔穴)中K、Na、Ca等陽離子和水分子與格架結合得不緊,極易與其周圍水溶液里的陽離子發生交換作用,交換后的沸石晶格結構也不被破壞,因此這個作用是長效的。據查證,國內斜發沸石巖對NH4+離子的總交換容量在50~220?mmol/100g之間變化,對K+離子的總交換容量一般為9~26mg/g,極少數在9mg/g以下。而絲光沸石巖對NH4+離子的總交換容量一般為50~188.73?mmol/100g,K+離子的總交換容量一般為1~9mg/g,極少數在9mg/g以上。

這很容易讓我們聯想到CEC(土壤陽離子交換量),沸石的離子交換量也可以簡單的理解成吸附和釋放兩個過程:吸附的概念—將暫時不被利用的肥料離子吸過來,不被水沖走;解析(釋放)的概念—肥料離子被其他離子代替,肥料離子釋放到土壤中的過程。

國內外多年生產實踐表明,施入土地的肥料,有相當部分甚至大部分(氮肥)因淋濾或地面排水損失。通常傳統肥料損失的途徑為:揮發、降解、沉淀、徑流、滲流等。每年我國農田氮素損失高達1300萬噸折合人民幣約500億元。施用含沸石的肥料能夠保持肥料損失減少。作為肥料添加物使用,沸石能夠容納相當數量的離子,因而能夠促使土壤化學反應在其表面進行。

①提高土壤養分有效性;

②使被淋濾、固定和分解等造成的損失縮至很小;

③可減少施肥數量,降低成本;

④使肥料不揮發、不結塊,除去氨味而不刺鼻,使用方便。

3.沸石具體改良農業土壤治理的應用

(1)用于改善土壤養分狀況

由于土地的不合理利用,土壤中的養分元素日益貧乏。而肥料施入土壤后,又會發生揮發、淋溶等損失。利用沸石具有較強的吸附能力和離子交換能力的特性,將沸石加到土壤中,可起到保肥供肥的作用,提高養分的生物有效性。

(2)改良鹽堿地

鹽堿地中由于鹽分含量高,排水不暢,導致植物生長過程中細胞滲透壓增加,失水嚴重,同時養分和氧氣供應受阻,引起植物生長不良,甚至枯死。沸石能改善土壤通透性,提高排水滲透能力。沸石的骨架拓步結構決定了內部孔隙的容積和通道,孔隙容積由孔道和孔穴構成,孔穴通過窗口互相連接。各種沸石都有一定大小的窗口,土壤中的Na+、Cl-都可以通過此窗口進入沸石內部被沸石吸附,這種作用成為分子篩作用。施用沸石可使土壤中的鹽分趨于減少,堿化度降低,并對土壤的pH值起到緩沖作用。

(3)土壤物理性狀的改良

團粒結構是旱田土壤最理想的結構,但是無論團粒怎樣穩定,在自然因素和農業措施的作用下,不可避免的要遭受破壞,不能持久維持。土壤團聚體是以一質點為核把土壤顆粒聚集膠結形成的。由于沸石具有很大的比表面和較強的靜電場,通過土壤的耕翻,沸石顆粒就把膠體粘土顆粒吸附到它的周圍,逐漸聚集形成土壤團聚體。

施入土壤的沸石類似一種疏松多孔的海綿體,起著水肥貯蔵庫的作用,能提高耕層含水量,有利于蓄水保墑。沸石一般含水10%,沸石水充填于礦物晶體格架的空穴和通道中,不進入結晶格架,且與內部的引力比較弱,當外界條件改變時,沸石水可以較自由地排出或重新釋放,而不破壞其晶體的結構。由于土壤水分的變化改善了耕層水分狀況,減弱了水分蒸發,為作物的生長創造良好的水分條件。

(4)污染土壤的修復

在工農業快速發展過程中,由于沒有采用及時有效地控制措施,使得污染物質在土壤中大量累積。這些有害物質通過植物吸收,進入食物鏈,影響人類健康。利用沸石作為改良劑,可固定土壤中的有害物質,減少被植物吸收的可能性。