沸石是一類天然礦物的總稱,最早由瑞典礦物學(xué)家克朗思提發(fā)現(xiàn)其灼燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象,因此得名“沸石”。沸石在工業(yè)的應(yīng)用廣泛,常常被用來(lái)“凈化”或“分離”混合成分的物質(zhì),如氣體分離、石油凈化、處理工業(yè)污染等。但沸石在國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)中的用途并沒(méi)有真正得到人們的重視,沸石能夠提供的農(nóng)業(yè)作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們的想象,特別是在近幾年土壤施肥過(guò)量的情況下,沸石的推廣應(yīng)用更值得技術(shù)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(yǎng)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(xù)少雨期內(nèi),這種吸取外來(lái)水分的能力對(duì)作物生長(zhǎng)十分有利。
卓越的保肥功能來(lái)源于沸石巨大的比表面積(比表面積是指單位質(zhì)量物料所具有的總面積)。沸石不僅具有我們?nèi)庋劭梢?jiàn)的外表面,還具有許多通道的內(nèi)表面。每克沸石具有500-1000平方米的比表面積!且沸石內(nèi)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(yáng)離子和水分子與格架結(jié)合得不緊,極易與其周?chē)芤豪锏年?yáng)離子發(fā)生交換作用,交換后的沸石晶格結(jié)構(gòu)也不被破壞,因此這個(gè)作用是長(zhǎng)效的。據(jù)查證,國(guó)內(nèi)斜發(fā)沸石巖對(duì)NH4+離子的總交換容量在50~220?mmol/100g之間變化,對(duì)K+離子的總交換容量一般為9~26mg/g,極少數(shù)在9mg/g以下。而絲光沸石巖對(duì)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(shù)在9mg/g以上。
這很容易讓我們聯(lián)想到CEC(土壤陽(yáng)離子交換量),沸石的離子交換量也可以簡(jiǎn)單的理解成吸附和釋放兩個(gè)過(guò)程:吸附的概念—將暫時(shí)不被利用的肥料離子吸過(guò)來(lái),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(guò)程。
國(guó)內(nèi)外多年生產(chǎn)實(shí)踐表明,施入土地的肥料,有相當(dāng)部分甚至大部分(氮肥)因淋濾或地面排水損失。通常傳統(tǒng)肥料損失的途徑為:揮發(fā)、降解、沉淀、徑流、滲流等。每年我國(guó)農(nóng)田氮素?fù)p失高達(dá)1300萬(wàn)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(dāng)數(shù)量的離子,因而能夠促使土壤化學(xué)反應(yīng)在其表面進(jìn)行。
①提高土壤養(yǎng)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(shù)量,降低成本;
④使肥料不揮發(fā)、不結(jié)塊,除去氨味而不刺鼻,使用方便。
3.沸石具體改良農(nóng)業(yè)土壤治理的應(yīng)用
(1)用于改善土壤養(yǎng)分狀況
由于土地的不合理利用,土壤中的養(yǎng)分元素日益貧乏。而肥料施入土壤后,又會(huì)發(fā)生揮發(fā)、淋溶等損失。利用沸石具有較強(qiáng)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(yǎng)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(dǎo)致植物生長(zhǎng)過(guò)程中細(xì)胞滲透壓增加,失水嚴(yán)重,同時(shí)養(yǎng)分和氧氣供應(yīng)受阻,引起植物生長(zhǎng)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(jié)構(gòu)決定了內(nèi)部孔隙的容積和通道,孔隙容積由孔道和孔穴構(gòu)成,孔穴通過(guò)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(guò)此窗口進(jìn)入沸石內(nèi)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(duì)土壤的pH值起到緩沖作用。
(3)土壤物理性狀的改良
團(tuán)粒結(jié)構(gòu)是旱田土壤最理想的結(jié)構(gòu),但是無(wú)論團(tuán)粒怎樣穩(wěn)定,在自然因素和農(nóng)業(yè)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(tuán)聚體是以一質(zhì)點(diǎn)為核把土壤顆粒聚集膠結(jié)形成的。由于沸石具有很大的比表面和較強(qiáng)的靜電場(chǎng),通過(guò)土壤的耕翻,沸石顆粒就把膠體粘土顆粒吸附到它的周?chē)饾u聚集形成土壤團(tuán)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(kù)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(jìn)入結(jié)晶格架,且與內(nèi)部的引力比較弱,當(dāng)外界條件改變時(shí),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(jié)構(gòu)。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(fā),為作物的生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的水分條件。
(4)污染土壤的修復(fù)
在工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展過(guò)程中,由于沒(méi)有采用及時(shí)有效地控制措施,使得污染物質(zhì)在土壤中大量累積。這些有害物質(zhì)通過(guò)植物吸收,進(jìn)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(zhì),減少被植物吸收的可能性。