天然沸石对土壤及养分有效性的影响

1、文章编号:1008-181X（2000）02-0163-03天然沸石对土壤及养分有效性的影响李长洪，李华兴，张新明（华南农业大学资源环境学院，广州 510642）摘要：综述了沸石的理化性质。沸石具有独特格架状结构；土壤施用沸石后，可以提高土壤保肥能力，活化土壤中难溶性磷，改良土壤结构。沸石有较强的交换吸附能力；沸石与肥料混合使用，能提高肥料利用率。关键词：沸石；土壤性质；土壤肥力中图分类号：P578.974；S156 文献标识码：AEffects of Natural Zeolite on Soil Properties and Nutrient EfficiencyLI Chang-hong

2、, LI Hua-xing, ZHANG Xin-ming( College of Natural Resources and Environment, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China )Abstract: Zeolites have natural framework of alumino-silicate minerals with high cation-exchange capacity. In this paper, the physical and chemical properties an

3、d the effects of natural zeolites on soil chemical and physical characteristics were reviewed. Zeolites application can increase fertilizer use efficiency and nutrient preserving capability of soil. The adsorption feature of zeolites can strengthen soil crumb structure, increase the cation exchange

4、capacity and base saturation percentage. Key words: zeolite; soil properties; nutrient efficiency沸石是当今世界各国极为重视的新兴矿产资源。随着人们对沸石研究的深入，它在土壤改良等方面有十分广阔的应用前景13。沸石在土壤上的应用始于60年代，首先是日本人将沸石用作土壤改良剂；1972年我国在浙江省缙云县发现了第一个天然沸石矿藏后，陆续在全国进行了一些农业应用研究。1 沸石的性质和成分目前已经发现自然界的沸石矿物42种，大约有1000多个矿产地1；实验室人工合成的沸石有100余种。已发现的天然沸石有水

5、热型和火山沉积型两种类型；具有实际意义的是火山沉积型沸石，使用较多的是以斜发沸石、丝光沸石、毛沸石和钙十字沸石等。沸石的主要成分是Si、Al和O，其中，SiO2占70%，AlO3占10%；不同产地沸石硅铝含量差别不大，但Na、K、Ca 、Fe、Mg等含量有所变化。其中含Fe2O3为0.98%1.68%，TiO2为0.1%，MgO为0.65%1.48%，CaO为1.26%2.98%，K2O为1.75%6.23%，P2O5为0.01%1.04%，Na2O为0.25%4.23%；大多数沸石中还含有Cu、Zn、B等微量元素。沸石内部的水称为沸石水，含量一般在10左右，它是一种介于结晶水和吸附水之间的特

6、殊形式的水，在干燥条件下水分子也很容易失去，但失去水分子或阳离子被交换后并不改变沸石的结晶格架45。沸石是一族多孔铝硅酸盐晶体的总称。天然沸石的结晶构造是由（Si、Al）O四面体组成的格架状结构，但它的构造开放性较大，四面体中氧原子与金属阳离子围成的空腔称为“笼”，整个晶体内部的空间达到50左右，而且这些空间组成大小均一的孔道，在这些孔道中占据有金属阳离子和水分子，其中所含的金属阳离子主要是Na+、K+、Ca2+及少量的Sr2+、Ba2+、Mg2+等。在沸石矿物四面体结构中，以Al3+取代Si4+所造成的负电荷由Na+、K+、Ca2+ 、Mg2+等去平衡，因为这些阳离子只是很松散地连接在晶体结

7、构上，不够稳定，容易与其它阳离子发生交换。由于沸石的独特的结晶构造，其内部表面积很大，每克沸石的比表面积可达3551000 m21，6，因此沸石的吸附量大，对NH4+交换量为100175 cmol/kg，K+的交换量为1325 cmol/kg，沸石对阳离子吸附顺序为：NH4+ K+Na+Ca2+ Mg2+。沸石的晶格为开放式构造，内部的孔径大小为0.31.0 nm，和普通分子大小相当；只有直径较小的分子或离子才能通过沸石的孔径被吸附，而大分子则不能进入沸石内部孔径；所以沸石对物质的吸附是有选择性的，这种选择性吸附能力称为沸石的离子交换性能。不同种类的沸石交换性能大小不同，斜发沸石的理论交换量为

8、213 cmol/kg，丝光沸石为223 cmol/kg，这种交换能力是沸石用作土壤改良剂和制造沸石肥料的理论基础。2 沸石在土壤和肥料上的应用2.1 作为土壤改良剂由于沸石具有较强的阳离子交换性，吸附选择性和自身含有作物所需的养分，将沸石直接施用于退化土壤上，可提高土壤盐基交换量。一般每公顷施用15003000 kg沸石，能提高土壤盐基交换量10%25%，增加土壤中的Na+、K+、Ca2+ 、Mg2+等盐基离子6。在旱地上施用沸石，可减少铵态氮转化为硝态氮，一方面提高氮肥利用率，另一方面能减少地表水和地下水中硝酸盐的含量2。由于沸石水的存在，施用后一般能使耕层土壤含水量增加1%2%，比对照提

9、高5%15%，对干旱地区作物生长很有益6。沸石本身的pH值为68，对于酸性土壤，施用沸石后可以提高土壤的pH值，对于碱性土壤，可以降低土壤pH值和土壤硬度7。在碱化水稻土、盐碱地和盐化潮土上施用沸石，土壤水中的K+含量比未施沸石的相同处理稍有增加，这可能是沸石本身含有较多的钾；而Na+ 、Cl-、HCO3-、SO32-则随着沸石用量的增加而下降，这对于改良碱化水稻土，改善水稻生长环境有利8。由于沸石具有较大的比表面和较强的静电场，施用沸石后结合耕作，沸石可以把细土和粘粒吸附到它的周围，渐渐形成微团聚体；另外，沸石中的阳离子与晶格架中其它质点结合不很紧密，在水溶液中与其它离子进行交换，也能使土粒

10、凝聚，促进土壤团粒结构的形成。在盐化潮土上施用沸石后，可改变土壤中团粒粒径组成，增加大团粒的比率，尤其是水稳性团聚体较对照显著增加；碱土施用沸石后，土壤体积质量下降0.1 g/cm3，土壤总孔隙度增加1.7%；冷浆型水稻土施用沸石后，土壤体积质量下降5%10%，大于0.25 mm团聚体的含量增加明显7，9，10。沸石粒径大小对作物生长量没有显著影响，但35目以上的沸石吸NH4+量较高，最佳粒径为2060目，而且不同粒径沸石表现出吸磷量随粒径减少而增加，释磷量随粒径增大而增加，因此，在生产上所施沸石的粒径最好以混合粒径为好；从经济效益上看，沸石用量以1500 kg/hm2为宜2。总的来说，沸石作

11、为土壤改良剂，对低肥力、低阳离子交换量的土壤改良效果比对中、高肥力的土壤好。2.2 作为沸石肥料添加剂天然沸石因其具有很强的吸附力，与化肥混施，可以提高肥效和延长土壤的供肥时间，从而减少氮的损失7，11，12。目前用得最多的是沸石与碳铵混合，用沸石粉与碳铵按14制成的混合肥，肥效大而稳，既可减少氨的损失，又不易结块，使用方便；既可作基肥，又可作种肥1，13。但简单地将沸石与化肥拌混施于土壤，并不能降低肥料的挥发和淋洗损失的强度，特别是在降雨量大而集中的季节和地区，或在串灌的水稻土中。此外，施用沸石碳铵仍要注意施肥的时间和用量，所以必须研制沸石制肥技术以提高抗损失的能力。沸石对尿素的吸附与土壤相

12、似，但是沸石和尿素做成沸石包膜尿素肥料，其淋溶强度远低于尿素，而且沸石包膜阻碍土壤中尿酶与尿素直接接触，减缓了尿素氮的转化，延长了肥效，同时克服了在复混肥中直接掺尿素易潮解、能耗大和易损失的缺点。目前美国已研制出一种可再生的缓释离子交换肥料，这种沸石肥料不仅可以交换出NH4+ 、K+、Ca2+ 等，还可稳定释放出磷，肥料效果可长达三个生长季节。日本研制出一种生物沸石有机肥料，含N 1.38%，P2O5 3.30%，K2O 2.13% ，是一种改良土壤的广谱性特殊肥料。保加利亚、俄罗斯等国用天然沸石制作温室营养基质，用于种植绿色食品及医药方面所需的植物原料物质。但是，沸石肥料品种在目前还不多。此

13、外，沸石还可与微量元素、有机肥、腐植酸等可配制沸石复混肥2，但这方面研究和应用尚须进一步探索。2.3 提高磷的释放能力沸石本身含磷很少，有的沸石只含有微量的磷素，但沸石或沸石交换体通过沸石上的吸附性阳离子和磷矿石中的Ca2+进行交换以重新释放石灰性土壤中累积的难溶性磷，斜发沸石可使磷肥缓慢释放出来4，14；铵饱和沸石可以改善土壤供磷状况，提高磷肥利用率，其溶解石灰性土壤中难溶性磷的能力是对照的4.812.9倍，使土壤有效磷增加14，15。在南方酸性土壤上，土壤对磷的固定能力比较强，磷肥有效性低。如果将沸石和磷矿粉混合施用，一方面可减少速效磷被铁和铝固定，另一方面又可以促进磷矿石中磷的释放，效果

14、优于过磷酸钙；但在酸性较强的土壤上，因沸石有次生固磷作用，土壤有效磷增加不明显；在碱性土壤上，沸石可减少水溶性磷转化为磷酸八钙。沸石可吸收水溶性和弱酸溶性磷，沸石施入土壤后可明显增加土壤的吸磷量，沸石增加的吸磷量有60%80%是很容易释放的，所以沸石的施用不但不会造成土壤有效磷的固定，而且还可以促进土壤有效磷的释放。但沸石吸附的阳离子种类不同，其释放难溶性磷的能力也相差较大，各种阳离子释磷能力依次为：AL-沸石>Na-沸石>NH4-沸石>-沸石>Mg-沸石>Ca-沸石。2.4 沸石的其它营养效应由于沸石含有多种盐基离子，土壤施用沸石后对土壤养分和作物生长都有不同程

15、度的影响。土壤全氮及有机质一般提高1%5%，有效态养分则差异明显，碱解氮、有效磷、有效钾和有效硅均显著提高6，16，17。这是因为除了沸石具有保氮释磷的作用之外，还因沸石中全钾含量较高有关.一般沸石全钾含量在3%5%之间，而可溶性钾占了全钾的一半，这种钾绝大部分能被植物吸收。另外，由于沸石中含有较多的Ca2+ 和Mg+2 等离子，这些离子可以提供作物有效养分，还可促进作物对磷的吸收。沸石中微量元素含量也较高。沸石的施用对各种作物生长都有不同程度的促进作用。小麦和玉米施用沸石后，能提早出苗12 d，提早成熟35 d；胡萝卜施用沸石后，除增产外，还能提高胡萝卜素的含量；沸石对大豆有蹲苗和壮苗的作用

16、，促进大豆根瘤的形成，同时能有效控制大豆落花落荚，提高大豆蛋白质的含量；冷浆型水稻土施用沸石后对水稻的生育和产量性状有明显的改善作用，并使水稻的抗性增强，产量显著提高，而且有明显的后效；碱土施用沸石后，能促进棉花生长，减少蕾铃脱落，提高棉花产量；在华南地区退化坡地上施用沸石，尿素氮的利用率可提高20%以上，减少氮的损失，增加作物生物产量；但交换性Na+ 含量高的沸石则要慎用8，10，16。3 尚须进一步研究的问题 虽然沸石作为一种新型的农用矿物，对土壤的改良和提高肥料利用率有着十分明显的作用，但在实际应用过程中仍有许多问题需要进一步明确和探索。这些问题包括沸石对硝态氮、土壤中硝化反硝化作用、土

17、壤有机质、土壤微生物、土壤酶的影响；沸石尤其是铵化沸石促进土壤中难溶性磷的释放的机制；长期使用沸石的效应；沸石与微量元素之间的关系等。这些都是今后对沸石进行研究应考虑的问题。参考文献：1 李增新, 张启军. 天然沸石及其在农业中的应用 J. 农业环境保护, 1995, 14(1): 41422 刘广余, 李吉庆. 沸石在复混肥中的作用与应用 J. 华北农学报, 1998, 13(2):93973 ALLEN E R, HOSSNER L R. Release Rates of Phosphorus, Ammonium, and Potassium in Clinoptilolite-Phosp

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