沸石因其特定的三维结构而起到分子筛的作用。天然沸石具有高孔隙率。它们在土壤中的筛分行为允许特定大小的颗粒选择性渗透、晶体脱水和水合、水与其他分子的交换以及离子与不同分子的交换。与其他已知的吸收剂(如活性炭或活性氧化铝)相比,Zeolite具有规则的、可复制的内部孔隙结构和0.3至0.15纳米的通道。
一、降低土壤容重,提高土壤保水能力
由于多孔性质,沸石矿物的堆积密度可低至0.8Mgm-3。吉辛吉等人报道将沸石(0.55-0.6mm)以15%(vv-1)的比例应用于砂(0.31mm)介质,可将堆积密度从1.67Mgm-3降低到1.56Mgm-3并增加可用水含量2次。由于晶体结构的高孔隙率,沸石可以容纳其重量一半以上的水。用沸石修正沙子可使植物的可用水量增加50%。沸石可用作持久的水库。水在小毛细管中滞留时间更长,重新润湿土壤并在高峰时段通过利用水来改善根区面积。在长时间的水分干燥期,帮助植物维持植物细胞内的膨胀。
提高土壤的pH值和阳离子交换能力。纯沸石材料通常具有高CEC,范围为220至570cmolckg-1。在大多数情况下,向土壤中添加沸石可以提高土壤的整体CEC和pH值(Ming和Allen,2001),从而增强土壤的养分保持能力。沸石材料的大表面积在自然界中具有微碱性,可作为土壤中的缓冲剂。沸石具有弱碱性反应,pH值约为8.0,可与矿物肥料结合使用以保持土壤缓冲并间接调节土壤pH值,从而减少对石灰施用的需求。根据Colella(1999)的说法,使用沸石火山凝灰岩调节酸性土壤可产生有效的pH缓冲,中和土壤的水解和可交换酸度。
二、污染土壤修复
由于重工业化,重金属污染日益加剧。它们在土壤中的浓度过高通常是由人为活动造成的,例如采矿业和金属矿石加工、废物焚烧、道路运输以及化肥和农用化学品的使用。重金属可能会在土壤中存留数百年,这与它们包含在营养链中的风险有关。为了清洁这些重污染物,沸石是一类具有带负电荷的晶格的碱性多孔铝硅酸盐,通过结构腔中存在的交换阳离子进行中和[18,19]。它们被证明是改善土壤质量的良好改良材料。它们会降低金属的溶解度,从而降低其生物利用度:盐类、络合物、以及氧化物和金属碳酸盐沉淀物与沸石一起形成。沸石可以作为一种有效的添加剂来控制气味,因为它们可以吸附挥发性物质(Rodriguez等人,1994年),如乙酸、丁酸、异戊酸、吲哚、粪臭素,并提高了臭味的有效性。据报道,在印度土壤中使用富含钙的沸石可以改善高pH、钠、镁和排水不良的不良影响。
三、营养池的富集
沸石被认为是“智能肥料”,因为它们可以交换阳离子,使植物中的氮、钙、铁、镁、钾和水等养分可以利用并缓慢消除。养分逐渐释放,不仅在植被期的第一年,而且在第二年或随后的几年。植物正常生长和发育所必需的最重要的营养素是氮、钾、钙和镁。其中,斜发沸石可以稳定硝酸盐的浸出,是优良的砂子改良材料。它们不仅会影响作物的大小,还会影响其质量。沸石可以保留表土中的养分,这些养分从土壤中慢慢地逐渐浸出。这允许使用较小剂量的肥料,
四、对微生物群落的影响
在污染地区去除重金属一直很困难,因为它们在土壤中存在的时间很长。使有机物矿化的能力是土壤微生物的一个关键功能,它对金属污染的敏感性一直是许多研究的主题(Giller等人,1998年)。SusanaSfechis发现在农业中使用天然沸石(斜发沸石)的适用性,对植物营养和微生物群落稳定性具有积极作用。在春大麦中用30%沸石+70%尿素处理对微生物群落产生积极影响。土壤类型中发现的微生物(氨基糖、除L-精氨酸以外的氨基酸、所有羧酸和中性糖)代谢了范围广泛的碳源。在另一项研究中,由于孔径小,硝化细菌不能使用沸石中的粪氨。Chander和Joergensen得出结论,沸石对土壤微生物种群及其活动的影响是未知的。微生物种群可以以不同的方式对沸石改良剂做出反应,但应进行进一步的研究以更好地了解沸石对土壤微生物特性的影响。