东北芦苇湿地土壤有效硅与pH值及物质组成的关系

有 机 质 在 湿 润 地 区 和 雨 季 时 间 段 与 有 效 硅 呈 现 正 相 关 ，在 半 干 旱 地 区 与 有 效 硅 为 负 相 关 ，但 关 系 复 杂 并 非 简 单 线 性 相 关
关系；钾钠比与有效硅正相关，而钙镁比与有效硅负相关。
关 键 词 ：土壤有效硅；有机质；ｐＨ 值；东北地区
硅素对于植物生长有重要的作用。植物主要 从土壤中吸收硅素为己所用，虽然土壤中硅元素 含量很丰富，但大都难以利用，只有部分能溶于水 的单分子硅酸能够被植物吸收，这一部分的硅就 被称为有效硅。有效硅含量的高低是作物是否需 要施硅肥的主要依据 。 [10] 有效硅主要来源于母质 的风化作用和高能硅化合物的分解作用 。 [10] 前人 研究表明，有效硅含量受土壤黏粒的影响较大，土 壤黏粒含量越高，有效硅的含量就越丰富 。质 [11-12] 地粗土层薄淋溶作用强烈的土壤供硅能力不强。 对于有效硅的测定，前人也曾研究过很多方法。早 在 1958 年，日本学者今泉吉郎、吉田昌一提出 pH4 的醋酸缓冲液法至今仍为有效硅测定的主要 方法[13]。前人对于南方土壤研究的较多，而对东北 地区特别是东北湿地土壤研究的较少，因此本研 究以东北地区 12 个地点的湿地土壤样品作为研 究对象，探究土壤有效硅的影响因素。
前人研究表明，硅素可以促进水稻根系生长， 增加根系活力，改善通气组织和氧化能力，提高植 物对于水分养分的吸收[1，6]，有助于水稻体型挺拔， 提高甘蔗的产量 [7]，对大豆萌 发 速 率 和 幼 苗 生 长 有明显的促进作用 [8]，促进黄 瓜 种 子 萌 发 和 幼 苗 生 长 代 谢 [9]；提 高 植 物 的 呼 吸 速 率 ，增 强 植 物 的 生 命 活 力 ，一 旦 缺 少 硅 素 ，就 会 使 植 物 出 现 褐 斑 、生 长不良等一些非典型的环境胁迫。硅和磷还存在 着一定的交互作用，硅可以抑制铁锰的毒害，部分 取代磷的作用，根据洛桑实验报告表明，缺磷条件 下硅酸盐可增加大麦产量[4]。
硅是地壳中含量第 2 的元素，是绝大多数植 物的矿质基质[1]。硅素不仅是禾本科植物必需的营 养元素,也是部分非硅富集作物的有益营养元素[2]。
植物种类不同，植物体内硅元素的含量有所 差异，单子叶植物体内硅元素的含量大于双子叶 植 物 ，一 般 有 ：水 田 禾 本 科 植 物 > 旱 地 类 型 植 物 > 豆科等双子叶植物 。 [1,3-4] 硅素在植物体内不同器
天津农业科学 Tianjin Agricultural Sciences 土壤肥料与节水灌溉
2014，20（5）：64-70
东北芦苇湿地土壤有效硅与 ｐＨ 值及物质组成的关系
史吉晨 １，介冬梅 １，２，３，李思琪 １，王嫒林 １，牛莉平 １，卢美娇 1
（1.东北师范大学 地理科学学院，吉林 长春 130000; 2.国家环境保护湿地生态与植被重点实验室，吉林 长春 130024；3.东北师范大学 草地研究所植被生态科学教育部重点实验室，吉林 长春 130024 ）
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天津农业科学
第 20 卷
及加草酸或酒石酸的方法加以消除。最后，水样中 硅含量 X(mg·L-1，以二氧化硅计)按下式计算：
X=C×a/V×1 000 式中：C 是配标准色用的二氧化硅工作溶液浓度， mg·mL-1；a 是与水样颜色相当的标准色中二氧化 硅工作溶液加入量，mL；V 是水样体积，mL。
摘 要 ：为探究土壤有效硅与土壤 ｐＨ 值及物质组成的关系，在东北地区选 １２ 个样点，采集 １ １９５ 个土壤样品，运用硅钼
蓝比色法进行有效硅含量测定，用重铬酸钾 － 硫酸溶液对有机质进行测定，用 ｐＨ 计对酸碱度进行测定，运用 ＩＣＰ 法进行
阳离子测定。研究结果表明：在湿润地区土壤 ｐＨ 值与有效硅为正相关，在半湿润半干旱地区，ｐＨ 值与有效硅为负相关；
1 材料和方法
1.1 研究区自然概况 东北地区位于我国东北部, 地处亚欧大陆东
缘,西起东经 115°37′的内蒙古新巴尔虎右旗以西 与蒙古人民共和国交界处, 东至东经 135°5′的黑
龙江省抚远以东乌苏里江汇入黑龙江处的耶字碑 东角，南起 38°40′N ，北至 53°30′N 黑龙江省漠河 县以北的黑龙江主航道中心线 （图 1）。区内东、 北、西三面为低山、中山环绕, 中部为广阔的东北 大平原。由于本地区气温较低，蒸发微弱，降水量 虽不十分丰富，但湿度仍较高，从而使本地区在气 候上具有冷湿的特征。本地区有大面积的针叶林、 针阔叶混交林和草甸草原，肥沃的黑色土壤，广泛 分布的冻土和沼泽等自然景观。
官的分布状况也因植物种类而异, 硅含量高的植 物,硅元素在地上部集中;硅含量低的植物硅素在 根部和地上部分布均匀; 而其他植物则在根部集 中[2]。植物体内硅元素的形态可分为 3 类: 不溶性 水化无定形 SiO2、可溶性胶状硅酸、游离单硅酸。 以第 1 种形态居多。
植物对硅素的运输存在 2 种机制，大多数学
收 稿 日 期 ：2014-02-14；修 订 日 期 ：2014-03-05 基 金 项 目 ：国家大学生创新创业训练计划项目（201310200059）；环保行业公益项目（201109067）；国家自然科学基金项目（40971116）；高 校基本业务费资助前瞻性基金项目（10JCXK10） 作 者 简 介 ：史吉晨（1992—），男，辽宁葫芦岛人，在读本科生，主要从事土壤元素地球化学循环研究。 通 讯 作 者 简 介 ：介冬梅（1969—），女，内蒙古阿荣旗人，教授，博士，主要从事第四纪环境方面研究。
中 图 分 类 号 ： D564+.2
文 献 标 识 码 ：A
DOI 编 码 ：10.3969/j.issn.1006－6500.2014.05.14
Relationship Between the Available Silicon of the Soil and pH and Material Composition of the Soil in the Reed Wetland in Northeast Area of China SHI Ji-chen1，JIE Dong-mei1,2,3;LI Si-qi1, WANG Ai-lin1, NIU Li-ping1,LU Mei-jiao1
2 结果与分析
采集了东北地区 12 个不同地点的土壤样品， 由西部、中部、东部分成了 3 个子区域。在地理分 布上具有地带性规律，而在时间上又从 6 月取到 10 月，横跨作物生长的不同阶段，并选取 T （岸 上）、M（中 心）、W - D（水 陆 交 汇）的 典 型 生 境 ，从 时间差异、生境差异和地点差异 3 个方面对所测 得的数据进行相关分析，以探求不同指标对土壤 有效硅含量影响，下面对数据处理的结果进行分 析与讨论。 2.1 pH 值与有效硅之间的相关关系
（1.School of Geographical Science, Northeast Normal University，Changchun, Jilin 130000, China;2.State Environmental Protection Key Laboratory of Wetland Ecology and Vegetation Restoration,Changchun,Jinlin 130024,China;3.Institute of Grassland Science,Northeast Normal University,Key Laboratory for Vegetable Ecology Ministry of Education,Changchun,Jilin 130024,China） Abstract: In 12 sites of northeastern, 1 195 soil samples were collected for the research on relationship between the available silicon of the soil and pH and material composition of the soil. The available silicon content was determined by using silicon molybdenum blue spectrophotometer. The soil cation was determined by ICP method, and pH was determined by PH meter. The result showed that there was a positive correlation between pH and the available silicon of the soil in humid area. There was a negative correlation between pH and the available silicon of the soil in the dry area. In the humid area during the rainy season, organic matter had a positive correlation to the available silicon .On the other hand, organic matter had a negative correlation to the available silicon in the semiarid zone, but the relation was complex and they do not have a simple linear relationship. There was a positive correlation between the radio of K and Na and a negative correlation between the radio of Ca and Mg. Key words: the available silicon of the soil; organic matter; pH; the northeast area
第5期
史吉晨等：东北芦苇湿地土壤有效硅与 pH 值及物质组成的关系
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者认为植物对硅素的吸收是通过对蒸腾流内单硅 酸的被动运输完成的，而有些学者认为植物对硅 的吸收也存在着另外一种方式，即受根代谢影响 下的主动运输硅素的过程[1,5]。这 2 种方式的选择 与 植 物 的 种 类 相 关 ，富 硅 植 物 对 硅 的 吸 收 是 通 过 主 动 运 输 完 成 的 ，受 蒸 腾 速 率 影 响 并 不 大 。 而 非 富硅植物对硅的吸收则是通过蒸腾流被动运输 完成的。
土壤有机质测定：在加热条件下，用一定量的 标 准 重 铬 酸 钾 - 硫 酸 溶 液 ，氧 化 土 壤 有 机 质 ，多 余 的重铬酸钾用硫酸亚铁溶液滴定，由消耗的重铬 酸钾量计算出有机碳量，再乘以常数 1.724，即为 土壤有机质量。
有效硅 的 测 定 ： 在 pH 值 为 1.2 ～1.3 的 溶 液 中，可溶硅与钼酸铵反应生成硅钼黄，再用氯化亚 锡还原生成硅钼蓝，此蓝色的色度与水样中可溶性 硅的含量有关。磷酸盐对本法的干扰可用调整酸度
图 1 研究区概况
1.2 研究方法 分别从东北地区 12 个地点不同生境条件下
采集土壤样品（图 1），其中土壤的采集分别来自 于 0～10 cm 和 10～20 cm 的上下两层。采集土壤 样品共计 1 195 个。样品采集后称质量，自然风干 保存。
首先进行样品的预处理：对土壤样品进行研 磨，过筛孔直径 0.8 mm 的筛，按水土比例 5 ∶1 配 制土壤溶液，振荡 3 min，静置 20 min，过滤，按 9 000 转·min-1 高速离心 15 min，取上清液。植物样品经 粉碎机研磨后，按 1/20 配制溶液，100 ℃水浴 2 h， 取上清液。然后采用北京普析通用有限公司 Su－ per 990F 型原子吸收分光光度计进行阳离子的测 定。用 pH 计对土壤酸碱度进行测定。