东北芦苇湿地土壤有效硅与pH值及物质组成的关系

东北芦苇湿地土壤有效硅与pH值及物质组成的关系

作者：史吉晨介冬梅李思琪王嫒林牛莉平卢美娇

来源：《天津农业科学》2014年第05期

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；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

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

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。

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[11-12]。质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。

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。

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Super 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。

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。

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

土壤pH值是土壤的一个重要化学指标，土壤的pH值影响土壤矿物质的分解速度和土壤有机质的转化，影响土壤溶液中化合物的溶解和沉淀，影响土壤的离子交换作用，也影响植物养分的有效性。本试验测得pH值与有效硅含量并作相关分析，结果如表1。下面按照子区域差异、时间差异、生境差异3个角度来探讨pH值与有效硅的相关关系。

2.1.1 不同子区域内pH值与有效硅的相关关系子区域的划分在上文已经说明，不同子区域的pH值与有效硅的相关分析结果见图2的三角形部分。

由图2的三角形点及表1可知，东部地区pH值与有效硅呈显著正相关，中部地区相关性不明显，而西部地区pH值与有效硅的关系则为显著负相关。东部和西部的显著性水平都小于0.01，表现为极显著关系。

对于pH值与有效硅的关系，国内很多学者都对不同地区的土壤做了相应的研究，华中农业大学的贺立源等[12]对湖北省20个县水稻土的有效硅与pH值的关系的研究表明，pH值与有效硅呈现显著正相关关系，湖北农业大学的胡定金和王富华[14]在水稻硅素营养中也指出，在酸性、中性和微碱性土壤条件下，土壤的有效硅与pH值呈现正相关关系，向万胜等[15]对湖南省土壤中硅的形态与土壤性质的关系进行研究，也得出相似结论，可见pH值与有效硅确实存在着很强的相关关系，并且本文在对东部地区进行相关分析时也得出有效硅与pH值呈正相关的规律，这与前人的研究结果是一致的。

东部地区土壤淋溶程度大，土壤呈酸性、中性，土壤pH值越大则淋溶作用越弱，硅越不容易被淋失，因此呈现正相关关系。本文与前人观点所不同的是在东北地区的西部区域pH值与有效硅的关系呈现的是强烈的负相关，通过比较分析可知，上述学者的研究也都集中在较湿