中国农业在过去20 年来实现了农业奇迹, 即只用了全球7%的耕地, 生产了全球20% 的粮食, 但与此同时, 也消耗了全球35%的化学肥料。化肥的对土壤生态的破坏早已不言而喻, 加上天候环境的恶变, 许多良田沃土在本世纪面临了严峻的退化形势, 而缓/ 控释肥也因精准的抓住了现代农业的需求而迎来起飞点。
根据国际肥料工业2010 年专题报导, 使用包衣性的缓/ 控释肥, 每年每公顷于土壤中所残留的化学树脂材料为50 ~500 公斤。然而, 二害相权取其轻, 对比传统化肥在效益, 成本和对环境的冲击面等, 包衣性的缓/ 控释肥仍有其重要的发展契机, 且仍不断改进当中。迈入了3.0 版的缓释肥料, 强调的是带来对土壤更少负担, 且有助于土壤可持续性利用的缓释肥料产品。早在2004 年即已有企业使用沸石 (zeolite) 为载体, 成功开发吸附型沸石缓释性肥料, 并在东南亚国家成功应用于多种经济作物。以下仅从沸石的结构性质、资源分布、应用领域等方面解析沸石在农业领域的应用情况。
沸石的结构性质
沸石是一种多孔状碱金属和碱土金属的硅铝酸盐矿物, 其主要成分是氧化硅 ( 约70%) 、氧化铝 ( 约10%) , 加上钠、钾、钙、铁、铜、硼、锌等氧化物, 共同组成的硅氧四面体、铝水四面体[Si, Al]O4结晶体。化学式以 (Na, K) x、 (Mg, Ca) y [Al x+2y Sin- (x+2y) O2n].m H2O表示。这种结构可供阳离子和水分子所占据。由于阳离子和水分子有较大的移动性, 经由加热使水分从沸石中脱水后, 其骨架结构的形状保持不变, 每公克沸石的比表面积可达300 ~1000 平方米, 因此沸石的有极高的吸附能力, 也被比喻成“晶体棉”。天然沸石的阳离子交换和溶液的p H值、交换溶液的浓度、用量以及阴离子类型等因素有关。离子交换一般在p H值为4 ~12 的溶液中进行。因此, 较高阳离子交换能力和极强的吸附能力造就其作为土壤改良和制造沸石肥料的理论基础。
沸石资源的分布概况
天然沸石来源于火山喷出物, 在沸石资源广泛分布于世界各地, 但主要集中于环太平洋国家, 如日本、印度尼西亚等, 也造就马来西亚名就近的资源优势。中国也有许多沸石矿产, 并出口世界各地作为农、工业使用。国内的产地包括浙江、河北、河南、山东、黑龙江、辽宁、吉林、内蒙、广西等省区, 尤其是丝光沸石和斜发沸石矿床, 另外还有钠沸石、杆沸石、辉沸石、浊沸石、方沸石、束沸石、片沸石等许多品种。由于各有不同的理化特性, 被广泛的应用于石化工业、环保工业、农牧业、建材工业、轻工业及尖端技术等诸多领域。
沸石资源在农业上的应用
近年来在农田改良的需求上, 也开始将天然沸石作为农业资材, 作为肥料的生产和施用, 主要集中于以下两方面:
第一, 作为土壤改良添加剂, 直接掺入土壤, 优点有三点。
(1) 提高土壤离子交换容量, 沸石本身也含有作物需要的微量养分, 可供应植物所需。
(2) 中和土壤酸性, 有效地控制肥料中氨态氮和钾的释放, 从而延长养分在土壤中的保留时间。
(3) 吸附土壤有害物质和气体, 减少对作物的伤害。
第二, 作为复混肥料添加剂, 成为沸石肥料。
(1) 因天然沸石具有很强的吸附力, 与化肥复合后, 即产生缓效的效果, 从而减少氮、磷、钾等的流失。
(2) 除长效供应肥分外, 提高土壤盐基交换量 (CEC) 达10% ~25%。
(3) 促进细土和粘粒形成微团粒。增加透水性和通气性, 从而改善了土壤的化学和物理性质。真正为土壤带来化肥减量、释出固定化元素, 带来无环境负担的益处。
如马来西亚绿丰农业 (Greenfeed Sdn Bhd) 在许多实务应用的数据表明, 沸石与化肥制成复混肥, 可以减少有效营养元素的流失, 针对油棕果树, 2002 ~2012连续十年追踪田间表现结果表明, 沸石肥料只需传统化肥的10% ~15%, 但产果量提升了11%, 不但大大减少油棕园土壤的负荷, 更为种植者带省下大笔因无效施肥的高昂成本。用在经济果树香蕉上时, 针对香蕉的生理性状如光合速率和叶绿素含量等指标, 均较传统化肥提升了75% 以上, 产量增加了26%。对大田作物玉米而言, 以上田间生长指标也都18% 提升的表现, 且产量增加了20%。