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沸石与农业土壤治理

发布时间:2019-06-11     浏览次数:2673

沸石,是一类天然矿物的总称,最早由瑞典矿物学家克朗思提发现其灼烧时会产生沸腾现象,因此得名“沸石”。沸石在工业的应用广泛,常常被用来“净化”或“分离”混合成分的物质,如气体分离、石油净化、处理工业污染等。但沸石在国内农业中的用途并没有真正得到人们的重视,沸石能够提供的农业作用远远超过我们的想象,特别是在近几年土壤施肥过量的情况下,沸石的推广应用更值得技术人员思考,如沸石的改良土壤、保肥、肥料缓释、降低重金属危害等功能。

1.沸石具有卓越的保肥功能

沸石能够提高土壤保持氮、钾和钙等养分的能力,而且沸石在空气湿度很小的情况下,也能极其有效地从空气中吸取水分。在持续少雨期内,这种吸取外来水分的能力对作物生长十分有利。

卓越的保肥功能来源于沸石巨大的比表面积(比表面积是指单位质量物料所具有的总面积)。沸石不仅具有我们肉眼可见的外表面,还具有许多通道的内表面。每克沸石具有500-1000平方米的比表面积!且沸石内50%以上是孔穴和通道。这些物理性状,使沸石可以作为出色的吸附剂。以浙江缙云丝光沸石为例,吸附氧化钙为150.01mg/g,吸铵量177.47mmol/100g,SO2120mg/g,氮吸附量(STP)为12.93~17.11 mg/g。在水处理方面,有沸石粉 每亩每米水深使用25-50公斤,可起到除去水中95%氨氮。

 

2.沸石能够改良土壤

沸石施入土壤可以提高土壤的离子交换量,从而改良土壤。在沸石晶格中的空腔(孔穴)中K、Na、Ca等阳离子和水分子与格架结合得不紧,极易与其周围水溶液里的阳离子发生交换作用,交换后的沸石晶格结构也不被破坏,因此这个作用是长效的。据查证,国内斜发沸石岩对NH4+离子的总交换容量在50~220 mmol/100g之间变化,对K+离子的总交换容量一般为9~26mg/g,极少数在9mg/g以下。而丝光沸石岩对NH4+离子的总交换容量一般为50~188.73 mmol/100g,K+离子的总交换容量一般为1~9mg/g,极少数在9mg/g以上。

这很容易让我们联想到CEC(土壤阳离子交换量),沸石的离子交换量也可以简单的理解成吸附和释放两个过程:吸附的概念---将暂时不被利用的肥料离子吸过来,不被水冲走;解析(释放)的概念---肥料离子被其他离子代替,肥料离子释放到土壤中的过程。

沸石土壤修复

国内外多年生产实践表明,施入土地的肥料,有相当部分甚至大部分(氮肥)因淋滤或地面排水损失。通常传统肥料损失的途径为:挥发、降解、沉淀、径流、渗流等。每年我国农田氮素损失高达1300万吨折合人民币约500亿元。施用含沸石的肥料能够保持肥料损失减少。作为肥料添加物使用,沸石能够容纳相当数量的离子,因而能够促使土壤化学反应在其表面进行。

①提高土壤养分有效性;

②使被淋滤、固定和分解等造成的损失缩至很小;

③可减少施肥数量,降低成本;

④使肥料不挥发、不结块,除去氨味而不刺鼻,使用方便。

3.沸石具体改良农业土壤治理的应用

(1)用于改善土壤养分状况

由于土地的不合理利用,土壤中的养分元素日益贫乏。而肥料施入土壤后,又会发生挥发、淋溶等损失。利用沸石具有较强的吸附能力和离子交换能力的特性,将沸石加到土壤中,可起到保肥供肥的作用,提高养分的生物有效性。

(2)改良盐碱地

盐碱地中由于盐分含量高,排水不畅,导致植物生长过程中细胞渗透压增加,失水严重,同时养分和氧气供应受阻,引起植物生长不良,甚至枯死。沸石能改善土壤通透性,提高排水渗透能力。沸石的骨架拓步结构决定了内部孔隙的容积和通道,孔隙容积由孔道和孔穴构成,孔穴通过窗口互相连接。各种沸石都有一定大小的窗口,土壤中的Na+、Cl-都可以通过此窗口进入沸石内部被沸石吸附,这种作用成为分子筛作用。施用沸石可使土壤中的盐分趋于减少,碱化度降低,并对土壤的pH值起到缓冲作用。

(3)土壤物理性状的改良

团粒结构是旱田土壤最理想的结构,但是无论团粒怎样稳定,在自然因素和农业措施的作用下,不可避免的要遭受破坏,不能持久维持。土壤团聚体是以一质点为核把土壤颗粒聚集胶结形成的。由于沸石具有很大的比表面和较强的静电场,通过土壤的耕翻,沸石颗粒就把胶体粘土颗粒吸附到它的周围,逐渐聚集形成土壤团聚体。

施入土壤的沸石类似一种疏松多孔的海绵体,起着水肥贮蔵库的作用,能提高耕层含水量,有利于蓄水保墒。沸石一般含水10%,沸石水充填于矿物晶体格架的空穴和通道中,不进入结晶格架,且与内部的引力比较弱,当外界条件改变时,沸石水可以较自由地排出或重新释放,而不破坏其晶体的结构。由于土壤水分的变化改善了耕层水分状况,减弱了水分蒸发,为作物的生长创造良好的水分条件。

(4)污染土壤的修复

在工农业快速发展过程中,由于没有采用及时有效地控制措施,使得污染物质在土壤中大量累积。这些有害物质通过植物吸收,进入食物链,影响人类健康。利用沸石作为改良剂,可固定土壤中的有害物质,减少被植物吸收的可能性。

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