沸石缓释化肥缓释农药以及改善生态环境的土壤保水剂等方面也有广泛的应用。例如沸石长效复混肥获得国家发明专利(ZL92110951.2)和1995年北京发明展览会优秀发明金牌奖,并被评为1996年国家级新产品,不仅畅销国内市场而且出口马来西亚。沸石长效复混肥是以沸石包衣尿素作为主要的氮原料,并与其他氮磷钾化肥及其有机肥、微量元素等混配造粒而成。它最大的特点是氮长效,当把该肥施人土壤中,由于尿素表面有一层沸石包衣,可以大大减少尿素中的氮流失;可以减缓尿素中的氮转化成NH4+-N的速度;当尿素中的氮转化为NH4+-N时,NH4+进入沸石“分子筛”,硝化菌进不去被排除在外,当作物需要时NH4+被解吸出来。这又减缓NH4+-N转化为NO3–N的速度,防止过多的NO3–N随水流失污染环境。沸石“分子筛”还能吸收H2PO4-HPO42-并能解吸,可以起到减少磷固定的作用。还可以减少钾在砂质土壤中的流失,促进作物对钾的吸收。另外沸石中含有多种对作物生长有益的矿物质,如Ca、Mg、Na、P、K、Zn、Mn、Fe、Cu、Ti等,并具有可溶性,作物能够部分吸收,特别是Zn。此外,该肥具有双向调节pH值功能、保水抗早功能以及不适宜地下害虫生长等特点。多种作物可实现一次性施肥,不用追肥,不脱肥。沸石包裹尿素是在充分发挥沸石作用下最精量有效使用的唯一方法,可以减少成本,它还解决了在复棍肥中直接掺混尿素潮解、把尿素粉碎后造粒耗能大、经过高温氮损失严重等许多问题。沸石又是农药的良好载体,把农药如除草剂喷洒在沸石包衣的尿素中配制出的是一种药效、肥效浑为一体的长效肥,可以简化栽培,提高劳动生产力。此种肥料改变了传统的施肥方式,通过调解包衣材料,可施用一次底肥后不再进行追肥。肥料在土壤中的缓释速度与作物的养分吸收速度同步。另外,可以直接把肥料施用在作物根上而不伤根,这样可大大提高肥料利用率。田间试验表明可提高肥料利用率一倍左右,氮肥利用率可提高10%;在减少肥料用量的情况下比同养分的其他普通复肥增产10%以上。此外,它还可节省劳动力、减少化肥对环境的污染。在水田、沙质土壤上种植的作物以及蔬菜上效果尤其明显。田间试验表明可节省1邝左右的肥料而不减产。在包衣肥料方面,采用廉价的包衣材料,在不降低使用效果的前提下,大幅度降低了生产成本。另外一种新肥料,沸石硝铵〔NH4N03·Ca(NaK)4·Al6·Si30·O72·4H2O〕是沸石与普通硝铵按一定比例混合造粒形成,其中沸石吸附NO3-和交换NH4+离子而将硝铁中的氮素束缚起来。施用后随着作物根部周围氮素浓度的降低,NH4+缓慢地被释放出来,供作物分阶段吸收,从而能防止氮素被水淋失,显著提高化肥利用率。经大田试验,增产效果也明显优于普通硝铵。这两种新型长效肥的研制成功,在调整化肥生产的结构、改进农作物上的分配体制、维持生态环境等方面具有广阔的发展前景和市场。

中国水资源分布不均,尤其是西北地区及云贵高原等地区水资源匾乏,极不利于农作物的生长。因此,如何充分利用我国的水资源,如何保住土壤中的水份已成为人们日益关注的问题。目前主要是使用“保水剂”来改善这种状态。天然腐植质是最好的保水剂,属于亲水性多孔胶体,能吸附20%的气态水或500%的液态水;然而天然产品毕竟有限,如果在西北地区通过人工制作则成本太高。用高分子亲水材料吸水以防止蒸发能够在一定程度上保水保湿。保水剂要求至少保持10-15天;其水含量的衰减要平缓。

可是国外产品不仅成本高,而且高分子材料有二次污染的潜在危险,不符合目前积极倡导的“绿色化学”要求。国内缺水地区面积广大,如要大面积地推广应用该种新材料,就不得不考虑其成本和环境的协调性。国外用5%的沸石材料与土混合,能将土壤保湿性增加7-8倍,好于传统的具有网状结构的聚丙烯酸保水剂。

沸石是晶体硅铝酸盐,由硅氧和铝氧四面体构成开放性结构,含有空腔和孔道以及很大的比表面,可发生离子交换及可逆吸附-脱附水。土壤本身的保湿性只有3h。美国公司提供的保水剂,其主要成分为网状结构的聚丙烯酸,保湿能力也只有12h。相反,A型沸石在同样条件下,却能保湿4-7天。

将沸石的钠离子交换为钙离子,保湿性能显著增加(图6)。A型沸石结构是以p笼之间通过四元环用四个氧桥相互联结起来的三维晶体结构,由8个日笼相互联结后,在它们当中又形成一个a笼;它是A型沸石的主晶穴,内含可交换阳离子,阳离子为Na+则称为NaA型沸石,又由于其有效孔径为0.42nm,又称为4A沸石。

NaA沸石的孔道结构为三维直孔道,并含有最多的可交换阳离子,能进行快速而大量的离子交换。在现有的沸石产品中,4A沸石价格最低,在室温下水的压力仅为2.67kaP时,每克4A沸石就能吸附0.28g水。如果将沸石和高分子亲水材料通过组装、分散等处理之后,制成功能性复合材料施用在植物根苗附近,就可望形成调控水含量的小环境。例如使用聚丙烯酸之类的强吸水剂在雨天尽量多吸附水,再通过植物根系的作用和沸石等各种复合材料的传递,将所蓄水份缓慢释放。这样一来就有可能帮助缺水地区的树苗成活,进而恢复植被,防沙治沙。