黏土礦物在土壤改良中的應用分析

魏樣

摘 要 黏土礦物自身獨特的晶體結構和優異的物理化學性能，在土壤改良方面具有很大的應用潛力。基于此，綜述了黏土礦物在土壤物理性狀改良，土壤肥力水平提升，污染土壤修復治理方面的研究進展，對于科學合理的利用黏土礦物材料改良土壤具有一定的借鑒作用。

關鍵詞 黏土礦物;沸石;膨潤土;凹凸棒;土壤改良

中圖分類號：S152.5;X53 文獻標識碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.06.098

世界范圍內大規模的農業生產活動以及對土壤資源掠奪式的過度利用，引起全球范圍內嚴重的土壤退化問題，包括土壤肥力貧瘠化、土壤酸化、土壤鹽堿化以及土壤污染等，直接影響著社會的可持續發展，威脅著人類的生存，引起了廣泛的關注。黏土礦物因其自身多孔的性質，具有較強的吸附性能、離子交換性能等，逐漸引起學者們的重視。利用沸石、膨潤土、凹凸棒等黏土礦物作為環境改良材料在土壤性狀改良、污染物修復治理等方面的應用日益普遍。我國黏土礦物儲量豐富，利用其進行土壤改良，對優質高產高效農業發展具有非常重要的意義。

1 黏土礦物的性質

黏土礦物是在風化成土過程中形成的次生礦物，常見的作為土壤改良材料的黏土礦物有沸石、膨潤土、凹凸棒等。

1756 年，瑞典礦物學家Freige發現了沸石;1972年，我國在浙江省縉云縣發現了第一個天然沸石礦。目前，已發現的天然沸石有50種左右[1]。沸石的表面積非常大，其比表面積可達355～1 000 m2·g-1，故而具有很大的吸附量[2]。沸石內部孔道均勻，孔徑大小0.3～1.0 nm，對離子和分子具有一定的選擇吸附性。

膨潤土具有很好的黏結性、吸附性、離子交換性等，被形象的稱為“萬能土”，其陽離子交換量一般為50～90 cmol·kg-1，保水能力非常強，吸水率高達100%～240%。

1976年，我國在江蘇地區發現了凹凸棒礦，我國凹凸棒儲量居世界前列，占全球總儲量的50%以上[3]。凹凸棒晶體有棒狀和纖維狀等，表面凹凸布滿溝槽，比表面積非常大，陽離子、水分子和一些有機分子可被吸附于孔道中[4]。

黏土礦物獨特的晶體結構和優異的物理化學性能對于協調土壤水肥氣熱，提升土壤肥力效果顯著，可當作土壤改良劑使用。

2 黏土礦物在土壤改良中的應用

2.1 改良土壤物理性狀

黏土礦物可改善土壤物理性狀，有研究者采用沸石改良土壤結構，結果顯示沸石促進了土壤團聚體的形成，施用沸石后，土壤團聚體含量明顯增多，土壤總孔隙度增加了1.7%，容重降低了0.1 g·cm-3 [5]，更加有利于作物的生長。邵玉翠等研究表明，土壤施用膨潤土可使容重降低12.23%，孔隙度增加12.28%[6]。黏土礦物可提高土壤水分儲量，對于增強土壤抗旱性具有重要意義。有研究者發現，沸石可使耕作層水分提高1%～2%[7]，耕作層田間持水量比對照提高5%～15%，最高接近28%[8];李吉進等研究發現，沙土施用膨潤土可顯著提高沙土水分含量[9];有學者指出，凹凸棒土有較高的吸水率，用凹凸棒作為土壤改良材料，可顯著減少農田灌溉量，凹凸棒可作為保水劑使用，對于提高作物產量和水肥利用率作用顯著[10]。施用黏土礦物材料，改良了土壤結構，增強了土壤抗旱性，可有效防止土壤板結現象的產生。

2.2 提升土壤肥力水平

隨著肥料在土壤中的施入，養分會因揮發、淋溶等而損失。黏土礦物具有很強的離子交換性能和吸附性能，施入土壤可起到保肥供肥，提高養分利用率的重要作用。黏土礦物還含有較高的礦物營養元素及微量元素，施入土壤后可增加土壤肥力，有效減少化肥使用量，節省農業生產成本。有研究指出，沸石對NH4+具有很強的吸附性，吸附量相當于一般土壤的9倍，所吸附的NH4+60%以上可解吸供作物利用，可有效降低揮發、淋溶等引起的氮肥損失[11]。土壤中沸石與化肥混施，玉米和水稻氮肥利用率提高8.1%以上，磷肥利用率提高6.0%以上。劉秀珍等經研究指出，膨潤土可儲存交換態鉀將磷肥以有效態和緩效態形式儲存，有效防止土壤對鉀肥和磷肥的固定，提高肥料利用率[12-13]。有研究表明，酸化處理的凹凸棒可有效防止尿素、硫酸銨、硫酸銨等肥料中的氮損失[14]。施用黏土礦物可有效提高土壤中鐵、鈣、鎂、銅等中微量元素含量，對于提升土壤肥力水平具有重要意義。

2.3 修復治理污染土壤

黏土礦物因其獨特的結構，決定了其在污染土壤修復治理方面的巨大潛力，可吸附固定土壤中的有害物質，減輕土壤污染。沸石除了用作修復Pb 、Ni等重金屬污染土壤外，還被應用于放射性污染土壤中放射物質的控制。有研究者對比了沸石、膨潤土等黏土礦物對重金屬Cd2+的吸附能力，結果顯示，二者對重金屬Cd2+均具有很好的吸附作用，但膨潤土的吸附效果優于沸石[15]。膨潤土還可用于修復治理Pb和Zn等復合污染土壤，研究指出，在pH為5的條件下，污染土壤與膨潤土的比例為5∶1時，修復效果最佳[16]。凹凸棒對重金屬Pb2+、Cd2+、Cr6+、Ni2+等均具有很好的吸附去除效果。譚科艷等研究顯示，凹凸棒石與土按照1∶20的質量配比時，對銅鋅鎘重金屬復合污染土壤的修復效果最佳[17]，熱活化后，凹凸棒的吸附能力顯著提高。應用黏土礦物修復治理污染土壤可原位進行，費用低廉，具有很大的應用潛力。

3小結

黏土礦物材料具有天然的獨特晶體結構和優異的物理化學性能，不僅能夠改善土體結構，提高土壤保水性能，增加土壤肥力，修復污染土壤，而且其儲量豐富，來源廣泛，價格低廉，本身不產生二次污染，可對土壤環境起到一定的修復作用。因此，利用環境礦物材料改良土壤具有良好的經濟效益和環境效益。

參考文獻：

[1] 郝秀珍，周東美.沸石在土壤改良中的應用研究進展[J].土壤，2003，35（2）：103-106.

[2] 李增新，張啟軍.天然沸石及其在農業中的應用[J].農業環境保護，1995（1）：41-42.

[3] 王桂苓，馬友華，江云，等.凹凸棒土在土壤改良和新型肥料開發上的應用[J].磷肥與復肥，2008，23（3）：77-78.

[4] 胡濤，錢運華，金葉玲，等.凹凸棒土的應用研究[J].中國礦業，2005，14（10）：73-76.

[5] 霍習良，周恩湘，姜淳，等.沸石改良土壤結構性狀的研究[J].河北農業大學學報，1991，20（2）：20-24.

[6] 邵玉翠，張余良，李悅，等.天然礦物改良劑在微咸水灌溉土壤中應用效果的研究[J].水土保持學報，2005（4）：100-103.

[7] 周恩湘，姜淳，霍習良，等.沸石改良濱海鹽化潮土的研究[J].河北農業大學學報，1991（1）：14-18.

[8] 姜淳，周恩湘，霍習良，等.沸石改土保肥及增產效果的研究[J].河北農業大學學報，1993（4）：48-52.

[9] 李吉進，徐秋明，倪小會，等.施用膨潤土對土壤含水量和有機質含量的影響[J].華北農學報，2002，17（2）：88-91.

[10] 佘曉云，王亞菲，石巖.凹凸棒石保水劑對旱地小麥生長發育的影響[J].耕作與栽培，2017（4）：1-3.

[11] 關連珠，梁成華，金耀青，等.天然沸石保氮供氮能力及其機制的研究[J].土壤通報，1990（2）：71-75.

[12] 劉秀珍.膨潤土對山西石灰性土壤鉀素有效性的影響[J].土壤通報，2001，32（6）：278-280.

[13] 劉秀珍，孫立艷.膨潤土和磷肥對石灰性土壤無機磷形態轉化及有效性的影響[J].核農學報，2004（1）：59-62.

[14] 范文元，史小羅，華湘翰.凹凸棒石黏土應用途徑[J].安徽科技，1997（1）：44-46.

[15] 劉秀珍，趙興杰，郭麗娜，等.膨潤土和沸石對重金屬鎘的吸附性研究[J].山西農業大學學報（自然科學版），2009，29（2）：97-99.

[16] 謝正苗，俞天明，姜軍濤.膨潤土修復礦區污染土壤的初探[J].科技通報，2009，25（1）：109-113.

[17] 譚科艷，劉曉端，劉久臣，等.凹凸棒石用于修復銅鋅鎘重金屬污染土壤的研究[J].巖礦測試，2011，30（4）：451-456.

（責任編輯：劉昀）