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「淨化」或「分離」混合成分的物質,如氣體分離、石油淨化、處理工業汙染等。但沸石在國內農業中的用途並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像,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我們農業技術人員思考,如沸石的改良土壤、保肥、肥料緩釋、降低重金屬危害等功能。本文通過對部分文獻匯總並結合實際應用,對沸石在土壤中的作用和原理略微探討,以供參考。
圖1 不同的種類的沸石加工形態
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,而且沸石在空氣溼度很小的情況下,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。
圖2 一種沸石的分子篩結構圖
卓越的保肥功能來源於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)。如圖2所示,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。以浙江縉雲絲光沸石為例,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裡的陽離子發生交換作用,交換後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。
圖3 土壤陽離子交換示意圖
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,不被水衝走;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。
圖4 進入土壤中肥料流失途徑
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、沉澱、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。
馬來西亞綠豐農業公司是較早將沸石應用到肥料中去的企業之一,其通過特殊工藝將氮磷鉀中微量元素與沸石相結合,生產出的顆粒狀肥料很好的驗證了沸石對農業生產的重要作用。
圖5 種植戶在應用添加沸石並通過特殊工藝製成的肥料:更簡便,更省力,更省時
圖6 種植戶觀察使用添加沸石的產品區域與普通複合肥效果區別
圖7 種植戶對最終產量和品質進行驗收
如果您想了解更多關於沸石產品的應用,可以點擊下面連結進一步了解。
肥料零增長背景下的產品產品創新與應用-新型塊狀緩釋肥大力丸簡介