天然沸石對肥料的控釋作用

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，肥料的高效利用始終是提升農(nóng)作物產(chǎn)量與質(zhì)量、保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我國農(nóng)業(yè)肥料用量巨大，但化肥利用率卻不盡人意，氮、鉀利用率僅在30％ - 35％，磷的利用率更是低至10％ - 20％。大量未被利用的肥料不僅造成資源浪費(fèi)，還引發(fā)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。緩/控釋肥料的出現(xiàn)為解決這一困境帶來了曙光，而天然沸石作為一種獨(dú)特的礦物材料，在肥料控釋領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的潛力。

天然沸石的特性與優(yōu)勢

天然沸石是一種具有特殊晶體結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽礦物，其內(nèi)部擁有豐富且大小均一的孔隙和通道，這賦予了它良好的吸附性能和陽離子交換性能。這些特性使得沸石能夠與肥料中的養(yǎng)分發(fā)生相互作用，成為理想的肥料載體及控釋材料調(diào)理劑。從信陽上天梯非金屬礦獲取的天然沸石，經(jīng)研磨后分析其化學(xué)組成，包含SiO?（70.45）、Al?O?（13.16）、Fe?O?（1.02）等多種成分，還含有一定量的堿金屬和堿土金屬氧化物，這些成分共同作用，為沸石在肥料領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)探究天然沸石的控釋效果

（一）實(shí)驗(yàn)材料與方法

原料與試劑：選用信陽上天梯非金屬礦的天然沸石研磨成粉末（-0.074mm），搭配優(yōu)級純的四氯化碳，分析純的正硅酸乙酯、乙醇、磷酸鈣、硝酸鉀、尿素等試劑。實(shí)驗(yàn)儀器包括PE - 680型紅外光譜儀、D8／Advance型x一射線衍射儀以及THZ - 82型恒溫振蕩器等。

控釋肥制備：稱取3g天然沸石，加入含有75mL去離子水、四氯化碳、95％乙醇的具塞錐形瓶中振蕩5h，隨后分別加入10g磷酸鈣、尿素、硝酸鉀攪拌5h，再添加15mL正硅酸乙酯繼續(xù)攪拌5h，抽濾、干燥、研碎后得到編號為P301、N301、K301的樣品；不添加正硅酸乙酯重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到編號為P3012、N3012、K3012的樣品。

性能測試：通過控制分液漏斗中去離子水以1滴／20S的速率滴下，對0.5g緩控釋肥樣品進(jìn)行滴淋實(shí)驗(yàn)，計(jì)算不同時間段的樣品淋失率，同時以普通肥料樣品作對照。利用XRD和紅外吸收光譜對樣品進(jìn)行表征分析。

（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

對磷肥的作用：隨著淋失時間延長，所有磷肥樣品淋失率逐漸增大。經(jīng)正硅酸乙酯粘結(jié)后的樣品肥料淋失率最大，而用沸石處理過的肥料淋失率整體大于純磷肥，呈現(xiàn)出促釋效果。這是因?yàn)榉惺厥獾募軤疃嗫捉Y(jié)構(gòu)使其能吸附陽離子，促使磷酸鈣（Ca?(PO?)??3Ca2? + 2PO?3?）的解離平衡向解離方向進(jìn)行，增大其溶解度，正硅酸乙酯的粘結(jié)作用進(jìn)一步增強(qiáng)了解離度，使得P301促釋效果更顯著。對于難溶性的磷酸鈣肥料來說，這種促釋作用有助于提高其在土壤中的有效性，避免因釋放過慢導(dǎo)致的肥料浪費(fèi)。

對氮肥的作用：純尿素樣品在12min內(nèi)已淋失完全，加入沸石的樣品淋失率明顯降低，實(shí)現(xiàn)了良好的緩釋效果。添加正硅酸乙酯粘結(jié)保護(hù)層的N301淋失率低于N3012，緩釋效果更佳。尿素不溶于四氯化碳，合適尺寸的尿素晶體顆粒被吸附到沸石孔道內(nèi)，沸石的包裹減少了外部離子與尿素的交換，加入正硅酸乙酯水解生成的二氧化硅連接沸石孔道兩端，進(jìn)一步隔絕尿素與外界，降低了其流失速率，延長了氮肥的肥效期，減少了頻繁施肥的人工成本和肥料揮發(fā)損失。

對鉀肥的作用：純硝酸鉀在18min時淋失率達(dá)到99.66％，添加沸石的鉀肥淋失率顯著降低，體現(xiàn)出一定的控釋作用，且添加正硅酸乙酯的鉀肥控釋效果更優(yōu)。這使得鉀肥能夠在土壤中緩慢釋放，持續(xù)為作物提供鉀元素，滿足作物不同生長階段的需求，提高了鉀肥的利用效率，減少了因淋失造成的土壤和水體污染。

天然沸石在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的展望

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，天然沸石在肥料控釋方面表現(xiàn)出獨(dú)特的性能，對不同肥料具有不同的調(diào)控效果。雖然目前以天然沸石為包裹劑的緩/控釋肥料應(yīng)用還不夠廣泛，但隨著研究的深入和技術(shù)的發(fā)展，其前景十分廣闊。一方面，天然沸石儲量豐富、成本相對較低，大規(guī)模應(yīng)用有助于降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本；另一方面，其對肥料的控釋作用能夠有效提高肥料利用率，減少環(huán)境污染，符合綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。未來，可以進(jìn)一步研究沸石與其他材料的復(fù)合使用，優(yōu)化控釋肥的配方和制備工藝，以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)、高效的肥料控釋效果，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供更有力的支持。