沸石因其特定的三維結構而起到分子篩的作用。天然沸石具有高孔隙率。它們在土壤中的篩分行為允許特定大小的顆粒選擇性滲透、晶體脫水和水合、水與其他分子的交換以及離子與不同分子的交換。與其他已知的吸收劑(如活性炭或活性氧化鋁)相比,沸石具有規(guī)則的、可復制的內部孔隙結構和0.3至0.15納米的通道。
一、降低土壤容重,提高土壤保水能力
由于多孔性質,沸石礦物的堆積密度可低至0.8Mgm-3。吉辛吉等人報道將沸石(0.55-0.6mm)以15%(vv-1)的比例應用于砂(0.31mm)介質,可將堆積密度從1.67Mgm-3降低到1.56Mgm-3并增加可用水含量2次。由于晶體結構的高孔隙率,沸石可以容納其重量一半以上的水。用沸石修正沙子可使植物的可用水量增加50%。沸石可用作持久的水庫。水在小毛細管中滯留時間更長,重新潤濕土壤并在高峰時段通過利用水來改善根區(qū)面積。在長時間的水分干燥期,幫助植物維持植物細胞內的膨脹。
提高土壤的pH值和陽離子交換能力。純沸石材料通常具有高CEC,范圍為220至570cmolckg-1。在大多數(shù)情況下,向土壤中添加沸石可以提高土壤的整體CEC和pH值(Ming和Allen,2001),從而增強土壤的養(yǎng)分保持能力。沸石材料的大表面積在自然界中具有微堿性,可作為土壤中的緩沖劑。沸石具有弱堿性反應,pH值約為8.0,可與礦物肥料結合使用以保持土壤緩沖并間接調節(jié)土壤pH值,從而減少對石灰施用的需求。根據(jù)Colella(1999)的說法,使用沸石火山凝灰?guī)r調節(jié)酸性土壤可產生有效的pH緩沖,中和土壤的水解和可交換酸度。
二、污染土壤修復
由于重工業(yè)化,重金屬污染日益加劇。它們在土壤中的濃度過高通常是由人為活動造成的,例如采礦業(yè)和金屬礦石加工、廢物焚燒、道路運輸以及化肥和農用化學品的使用。重金屬可能會在土壤中存留數(shù)百年,這與它們包含在營養(yǎng)鏈中的風險有關。為了清潔這些重污染物,沸石是一類具有帶負電荷的晶格的堿性多孔鋁硅酸鹽,通過結構腔中存在的交換陽離子進行中和[18,19]。它們被證明是改善土壤質量的良好改良材料。它們會降低金屬的溶解度,從而降低其生物利用度:鹽類、絡合物、以及氧化物和金屬碳酸鹽沉淀物與沸石一起形成。沸石可以作為一種有效的添加劑來控制氣味,因為它們可以吸附揮發(fā)性物質(Rodriguez等人,1994年),如乙酸、丁酸、異戊酸、吲哚、糞臭素,并提高了臭味的有效性。據(jù)報道,在印度土壤中使用富含鈣的沸石可以改善高pH、鈉、鎂和排水不良的不良影響。
三、營養(yǎng)池的富集
沸石被認為是“智能肥料”,因為它們可以交換陽離子,使植物中的氮、鈣、鐵、鎂、鉀和水等養(yǎng)分可以利用并緩慢消除。養(yǎng)分逐漸釋放,不僅在植被期的第一年,而且在第二年或隨后的幾年。植物正常生長和發(fā)育所必需的最重要的營養(yǎng)素是氮、鉀、鈣和鎂。其中,斜發(fā)沸石可以穩(wěn)定硝酸鹽的浸出,是優(yōu)良的砂子改良材料。它們不僅會影響作物的大小,還會影響其質量。沸石可以保留表土中的養(yǎng)分,這些養(yǎng)分從土壤中慢慢地逐漸浸出。這允許使用較小劑量的肥料,
四、對微生物群落的影響
在污染地區(qū)去除重金屬一直很困難,因為它們在土壤中存在的時間很長。使有機物礦化的能力是土壤微生物的一個關鍵功能,它對金屬污染的敏感性一直是許多研究的主題(Giller等人,1998年)。SusanaSfechis發(fā)現(xiàn)在農業(yè)中使用天然沸石(斜發(fā)沸石)的適用性,對植物營養(yǎng)和微生物群落穩(wěn)定性具有積極作用。在春大麥中用30%沸石+70%尿素處理對微生物群落產生積極影響。土壤類型中發(fā)現(xiàn)的微生物(氨基糖、除L-精氨酸以外的氨基酸、所有羧酸和中性糖)代謝了范圍廣泛的碳源。在另一項研究中,由于孔徑小,硝化細菌不能使用沸石中的糞氨。Chander和Joergensen得出結論,沸石對土壤微生物種群及其活動的影響是未知的。微生物種群可以以不同的方式對沸石改良劑做出反應,但應進行進一步的研究以更好地了解沸石對土壤微生物特性的影響。