常规肥料到沸石肥料的发展: 从″多、快、耗、差″进化成″少、缓、省、好″-世界农化网

吴展才

秘书长

常规复合肥料的用量多、流失快、人工耗、效果差，在国家减肥增效的政策下，新型肥料的发展方兴未艾。沸石肥料一直为科研上的热门题目，无论在理论和实践中都取得了令人满意的效果。由东南亚进口至中国的沸石复合肥料，近年来已在全国各地试用超过40种主要经济作物，足迹遍布全国170个据点，均收获良好的反应。前文已介绍其发展的契机和机遇。就其机理方面，本篇就沸石肥料的“吸附性”和 “溶解性”两方面进一步说明。

沸石为含硅铝盐结晶体，在高温的地底温境的压力和温度的形成过程中，水份经由急速的蒸发而留下了晶体结构上的多孔隙特性。常规的天然沸石含有钙、镁、钾、钠等离子，这些带正电荷离子和沸石上的负电荷进行正负电相吸，当这样的状况受到外界的阳离子浓度差时影响时，尤其是钙、镁离子就会释出，而把其他的阳离子和自己的位置进行“交换”，即形成所谓的阳离子交换能力。常规的沸石具有的交换能力介于100-300 cmolc/kg，国际统一表示的单位的意思就是每1公斤的沸石带有多少百分莫耳的电价，更常见的另一个单位是meq/100g，表达的意义就是每100克的沸石有多少毫当量的电价。因此，重点来了，2种单位代表的都是“电价”为计量的要素，所以，交换量固然是重点，但重中之重是交换了什么(电价)? 什么时候交换了? 在什么情况下交换得顺利? 以上三个问题直接响应到目前中国土壤施肥的三大问题: 元素是否失衡? 用肥时机对不对? 土壤环境是否恶劣?

沸石的吸附的作用，严格上来说，是一种“物理吸附”，具有可逆性。沸石为多孔隙的结构，孔隙的大小为奈米(10^-9米)等级，这些带负电荷孔隙表面，可轻易的让粒径只有数十到数百皮米(pm，10^-12米)的正电的离子如铵、钾、镁、钙、铁、锌等等离子进入，形成盐键(一种次级键结)。相较于共价键、离子键等较强的化学键，它们更易于解离、分散和重组吸附。此为吸附性肥料所发挥得第一层主力作用, 也就是供应肥力。进一步理解第2层的作用，当养分离子都已被作物消化完，沸石的孔隙就扮演吸附杂质的功能，土壤中的有害物质、有害气体、过量的元素等，就象在具有吸力的环境一样，被收集和吸附起来。常也有人会问到，被吸附起来的有害物质跑哪去了? 这样造成土壤产生高浓度毒害? 事实上我们可以这样来理解，土壤是非常具有缓冲性的复杂环境，有自身的机制来调节各种发生的状况。前述所提到的有害物质，事实上是常年的施肥失当，使土壤相对的累积了过剩的元素，它们导致元素发生拮抗、铬合、减低利用率，因此，在经由沸石的吸附和 “暂存”的这些元素，假以时日，仍是可被土壤和作物所代谢和利用的。

既然有物理吸附，就也有所谓的 “化学吸附”。

单纯从定义上的理解，它是指载体带有特定功能基形式的氧和氢基，如羧基、羟基、酚类、这些官能基氧化物或络合物。可与被吸附的产生化学反应，且通常为不可逆性。沸石某种程度上不发生此类 “化学吸附”。但在加工工艺上，将腐植酸、菌株导入的沸石肥料，可扮演此类功能。想象沸石就是艘航空母舰，可搭配各种长短装备武器，也承载各式战机。所以如果比喻沸石肥料是航母，必然没有速效肥或常规肥料如机动舰艇来得快速和机动。但以长效、高效和省能源的角度来看，沸石肥料是具有强大优势的。

下来可以谈谈肥料颗粒的大小。看到了大颗粒的沸石肥料，常常我们会听到农民问: “肥料好不好溶?”。

其实，这个问题可仔细分拆为2个问题，也就是「溶多少」以及「溶多快」两个完全不同的概念。没理解提问者问问题的本质，通常都给不出令人满意的答案。「溶多少」指的是溶解度，也就是固态物质在定量的溶剂中到达饱和时所呈现的质量。既然有溶解，就表示有相对应的溶剂。沸石肥料作为土壤穴施，土壤的大环境包括雨水、土壤团粒等就是广义延伸的溶剂。沸石肥料需要做成大颗粒，利用和溶解度有关的Noyes-Whitney方程式，也就是「溶多快」，此公式可以一次的交代清楚「溶多少」和「溶多快」的影响因素。

dC/dt = DS(Cs-C)/(Vh)

dC/dt: 溶解速率

S: 可接触表面积

D: 为扩散系数

V: 溶剂体积

h: 扩散层厚度

Cs: 溶质在该溶剂中的溶解度

C: t时间溶液中溶质的浓度

从方程中可以看出，溶出速率与溶质的可接触表面积、扩散系数、浓度差成正比，而与扩散层厚度及溶出介质的体积成反比。

> 可接触表面积S：当颗粒愈小，可接触表面积越大，溶解愈快。反之，当沸石肥料颗粒愈大，比表面积愈小，S愈小，所以 “溶解”愈慢。也解释为什么要做大颗粒的原因。

> 溶剂体积V: 可以看作是施肥量和土壤空间的关系，也就是说作物株龄愈大，如施肥料不足，将和效果成反比。

> 扩散系数D：土质、温度、土壤离子浓度差都有影响。在沙质地和粘土，在冬或夏天，在常年耕作或新种土当中，表现都不同。