沸石来源广泛、价格低廉且无毒无害,通常具有优良的离子交换能力和吸附能力,作为环境友好型的土壤改良剂逐步引起了人们的广泛重视,充分利用中国各地丰富的天然沸石资源进行土壤改良,这对于土壤质量和农业生产具有十分重要的意义。

沸石结构是由3种元素Si、Al和O组成的四面体,其中硅氧四面体和铝氧四面体构成了具有无限扩展的三维空间架状构造。这种构造开放性较大,整个晶体内部有大小均一且相互连接的通道和孔隙,在这些孔道中占据有碱金属阳离子和水分子。在沸石的四面体结构中,以铝离子取代硅离子所造成的负电荷由Na +、K +、Ca2 +、Mg2 +等平衡,因为这些阳离子只是很松散地连接在晶体结构上,不够稳定, 易与其它阳离子发生交换, 所以沸石具有较强的离子交换能力和吸附能力。由于沸石独特的结构,其内部表面积很大,因此沸石对离子的吸附量很大。沸石内部的通道大小均匀、固定,小于其直径的物质能被吸附,大于其直径的物质则不能被吸附,所以其对离子和分子的吸附具有选择性。这种选择性和沸石的晶体结构有关,也和阳离子的有关特性(电荷数、离子半径、水合度等)以及交换条件有关。

重金属的毒性与其在土壤中存在的各种形态密切相关。土壤中的重金属可分为交换态、碳酸盐结合态、铁锰结合态、有机结合态和残渣态,植物吸收的重金属主要是交换态重金属。控制土壤重金属的有效形态,是降低植物对重金属吸收的核心关键。沸石具有较大的比表面积和阳离子交换量,施加适当量的沸石可促进土壤中重金属由交换态和碳酸盐结合态向铁锰结合态、有机态和残渣态转化,即由生物有效态向非生物有效态的转化,降低重金属在土壤环境中的生物有效性,有效地钝化土壤中的重金属,降低重金属的可迁移性,增加重金属污染土壤中重金属离子的地球化学稳定性,从而减轻重金属对动植物的毒害性,抑制植物对重金属的吸收,维护土壤生态平衡,经济有效地治理重金属污染土壤。

研究表明在石灰性土壤中施入锰饱和沸石后,土壤中的锰较多地向有效性较低的残留态转化。王浩等研究了天然矿物对茶园土壤中铅的固定作用,其结果表明施加一定量粒径较小的沸石可有效降低茶园土壤中的交换态铅和水溶性铅。刘秀珍等研究了沸石在镉污染土壤治理中的应用,结果表明沸石在轻、中度镉污染的土壤中可以促进镉向非生物有效态转化。