沸石与改性沸石在土壤质量改良中的应用研究进展

1 4 沸石在土壤重金属污染改良中的应用 我国土 壤环境重金属污 染已十 分普遍。进 入土壤 中
的重金属不仅 能抑 制植 物生 长发 育, 并 能通 过食 物链 传 递与富 集, 最 终危 害 人 体健 康。 如日 本 21 世 纪 发 生 的 骨痛病! 就是因食用含镉大 米所致。由 此可见 重金属 污 染严重影响了 人们 的健 康和 生存 , 土壤 中的 重金 属污 染 的治理势必会引起人们的普遍关注。
究资料 报道, 土 壤中 施用 沸石 不会 引起 有效 磷和 肥料 中 水溶性 磷的固定, 还 能改善 土壤 供钾状 况[ 11] 。施 用沸 石 降低了碱化水 稻土 中土 壤 淋溶 水中 氯离 子、钠离 子和 碳
酸氢根离子的含量, 改善了 植物营 养环境, 有利 于水稻 生 长[ 15] 。
1 2 沸石在土壤物化性质改良中的应用 周恩湘等在滨 海盐 化潮 土上 施用 沸石 的试 验 表明,
摘要 : 非金属矿物沸石在我国资源丰富, 分布十分广泛, 因其独特的 晶体结构, 具有较 强的离子 交换能力和 吸
附能力, 为此有关学者进行了大量的研究。简要综述了沸 石、改性沸石对提高土壤养分有效性、改良土壤理化
性质和改善土壤环境质量等方面的国内外研究进展。
关键词: 沸石; 改性沸石; 土壤改良
中图分类号: S143. 1+ 1
的损失, 提高氮肥利用率。
将沸石与化肥 混合 施入 土壤 后, 可增 加玉 米的 生 物
量, 并提高了玉米 对 N、P 、K 吸 收量, 并 显著 提高 氮肥 的
利用率[ 12] 。在田间条件下, 玉米和水稻 对 N 肥 的利用 率
提高 8. 1% ~ 10. 3% , P 肥利用 率提高 6. 0% ~ 6. 3% [ 13] 。
关于改性沸石 的研 究目 前多 集中 在铵 饱和 的 沸石。 天然沸石氨化后制成铵饱和沸 石, 当它施 入土壤后 , 可 使 土壤积累的难溶性 P 重新 释放, 并作为 植物有 效 N 、P 的 供应源 。铵饱和 沸石能显著增 加粉砂质 壤土中 苏丹草 的 产量和对氮的 吸收 , 在壤 土中 随着 沸石 与磷 矿石 比例 的 增大, 苏丹草对磷的吸收量增 加[ 9] 。李录 久等人[ 31~ 32] 在 砂姜黑土上的研究结果表明, 铵饱和沸石 具有很强的释 P 作用, 溶解磷灰 石和 土壤 难溶 性 P 能 力比 对照 高 3. 9 ~ 11. 9 倍。铵饱和 沸石 能使 作物 吸、收 利用 更多 的土 壤 P 素, 促进 N 、P 养分 从根 部运 转到 地上 部茎 叶, 提高 N 肥 和 P 肥的利用率。
施用沸石后明 显提 高了 土 壤的 盐基 交换 能力, 使 土壤 中
可溶性盐分减少, 同时随着 土壤阳 离子交 换容量增 大, 土 壤的保水保肥能 力增加, 也 使盐化 潮土得 到进一 步改良。 同时还 发现施用沸石 可使 耕层土 壤水 分提 高 1% ~ 2% 。
姜淳的研究同样也证明了土壤 施入沸石 后能增 加土壤 的
盐基饱和度 和土 壤 pH 值。温室 大棚 以沸 石为土 壤改 良 剂也可 有效改良土壤, 使土质疏 松, pH 值 得到调解 , 阳 离
收稿日期: 2005- 12- 23
第2期
解占军等: 沸石与改性沸石在土壤质量改良 中的应用研究进展
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子交换量增加, 土壤的保水 保肥性 得到提 高, 土 壤的结 构 得到改善。可使蔬 菜产 量增 加, 平均 施用 沸石 22 500~ 30 000 kg / hm2, 较对照组增产 20% 左右[ 18] 。 1 3 沸石在植物生理性状改良中的应用
目前, 沸石的改性方法 主要有 酸处理 改性法、高温 活 化改 性 和 将 其 用 N aOH、Cu ( N O3 ) 2 、NaCl、NH4Cl、HCl、 CaCl2等溶液处理改性为 P 型、Cu 型、Na 型、NH4 型、H 型 和 Ca 型。天然沸石经过改 性或改 型后, 可以明 显提高 其 孔隙率及表面 活性 , 从而 大大 提高 吸附 性能 和离 子交 换 能力。
保水能力, 在很干旱的条件 下, 沸石处理 的耕层 土壤田 间 持水量 一般比对照提高 5% ~ 15% 。在 CEC 较 小的土 壤 中施用 沸石, 具有较 好的保 水蓄肥 作用[ 16] , 并可使 小麦、 水稻等 作物 增产 10% 左右[ 17] 。李 华兴 等人 发现[ 14] , 在 酸性赤 红壤上施 用天 然沸 石可 提高 土壤 阳离 子交 换量、
李华兴等人[ 14] 利用沸石对酸性土壤改良的淋洗试验研 究
发现, 土柱淋洗液中 N 和 K 的 含量随着 沸石用 量水平 的 增加而下降, 淋洗后土壤中的有效 N、有效 P 和有效 K 含 量随着沸石用 量的 增加 而 提高, 表 明不 同水 平沸 石处 理 对提高土壤保肥能力均具有 不同程 度的促 进作用。据 研
NH
+ 4
吸 附符 合
lan g
muir 方程, 最大吸附量 为 105. 7~ 137. 1 cmol/ kg, 相当 于
一般土壤的 9
倍左右,
所吸附的
NH
+ 4
有 60% 左右为可解
吸态,
说明沸石既有
对
N
H
+ 4
较强 的吸 附能力,Fra bibliotek又 有释 放
NH
+ 4
为作物 利用的功能,
可 减少
N
肥 因挥发、渗 漏造 成
汪金舫等[ 33] 研究表明在石灰性土壤中施入锰饱和 沸 石后, 外源锰迅速向还原态 锰转化, 使土 壤中易 还原态 锰 的含量增 加, 差异 达极 显著。 由于 还原 态锰 也是 作物 吸 收利用的有效态 锰, 所以, 施入 锰饱和沸 石即能 保持土 壤 中较高的交换 态锰 含量 , 也能 较长 时间 保持 较充 足的 有 效态锰供 给作 物生 长需 要。施 用尿 素沸 石后, 改 善了 玉 米、大豆的营养状况, 提高了玉 米大豆 对 N 、P、K 吸收, 进 而提高了养分的利用率。玉米植株含 N 量及吸 N 总量明 显提高, 与对照相比分别增加 39. 0% 和 60. 4% [ 34]。
利用沸 石治 理 重 金 属污 染 土 壤, 经 济 有 效、易 于 实 施, 特别 是 对 于 轻 中 度 污 染, 不 失 为 一 种 适 宜 的 方 法。 G worek[ 20~ 22] 将合成沸石加到 Cd 污染土壤中明显降低了 莴苣、燕麦和黑麦草根和茎 中的 Cd 浓度。当沸 石施用 量 为土重的 1% 时, 与对照相比, 盆 栽莴苣叶片中的 Cd 浓 度 降低 了 86% 。Haidout i[ 23] 设 计 了天 然 沸 石 占 土重 1% 、 2% 、和 5% 的 3 个水平的试验, 得出 在 5% 水平下, 紫花苜 蓿茎和根中 的 Hg 浓 度分 别减 少了 86. 0% 和 55. 4% , 黑 麦草的 Hg 浓度降低了 84. 2% 和 58. 2% 。Zorpas[ 24] 等 研 究了沸石在污 泥腐 熟过 程中 吸附 重 金属 的情 况, 结果 发 现随着混合物中天然沸石含量 ( 0~ 30% ) 的增加, 腐熟 后 混合物中重金属的浓度明显 减少。沸石 吸附了 污泥中 交 换态 和 碳 酸 盐 结 合 态 的 重 金 属。 Nissen[ 25] 发 现 添 加 0. 5% 和 1. 0% 的沸石在 90 d 内可显著降低 污泥中可移动 的 Zn, 同时也显 著 降低 土 壤中 重金 属 向黑 麦草 的 迁移。 李国学等[ 26] 研究了添加钝化剂对污泥堆肥处理中重金 属 形态影响, 发现沸石可以在 一定程 度上改 变重金 属形态。 沸石处理污泥可降低污泥中 Cu、Zn 的活性含 量及小麦 对 重金属的吸收。Garcia Sanchez 发现[ 27] , 使用由 粉煤灰 人 工合成的 NaP1 型沸 石对 一价 和二价 的重 金属离 子都 显 示处很好的保 留特 性, 淋 洗和 离子 交换 实验 都表 明它 能 有效地减少 Zn、Cd、M n、Co 的 移动性( 63% ~ 100% ) 。郝 秀珍等研究了沸石处理对黑麦草 在铜矿 尾矿砂 上生长 影 响。结果表 明, 沸 石 改良 对黑 麦草 的地 上部 生物 量没 有 显著影响, 但改变了黑麦草 的根重; 沸石 的加入 显著降 低 了尾矿砂的有 效态 铜和 锌的 含量 ; 降低 了黑 麦草 根中 的
文献标识码: B
沸石最 早是由 瑞典矿 物学家 Freige 于 1756 年发 现 的。目前已经发现的天然沸石 矿物有 近 50 种, 实验室 人 工合成 的也有 100 余 种, 但是无 论天 然的还 是人 工合 成 的沸石都是一 族多 孔的 碱金 属和 碱 土金 属盐 的总 称, 分 子式通式为 M n/ 2 Al2 O3 x SiO 2 yH2O[ 1] , 式 中 M 为 碱 土 金属和碱金属离子, n, x, y 代表结合系数。 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 间 构 成 了 具 有 无 限 扩 展 的 三 维 空 间 架 状 构 造[ 2~ 3] 。这种构造 开放 性较 大, 整个 晶体 内部 有相 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+ 、M g 2+ 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[ 4] , 因此, 沸石具 有较强 的离子 交 换能力和吸附能力[ 5~ 6] 。
杂粮作物 R ain F ed Crops
2006, 26( 2) : 142~ 144
文章编号: 1003- 4803( 2006) 02- 0142- 03
沸石与改性沸石在土壤质量改良中的 应用研究进展