1、第十一章第十一章 土壤硅的轉化與利用土壤硅的轉化與利用1章節課件植物的有益元素植物的有益元素有益元素的概念有益元素的概念 某些元素適量存在時能促進植物的生某些元素適量存在時能促進植物的生長發育；或者是某些特定的植物、在某些特長發育；或者是某些特定的植物、在某些特定條件下所必需的，這些類型的元素稱為定條件下所必需的，這些類型的元素稱為“有益元素有益元素”，也稱，也稱“農學必需元素農學必需元素”。2章節課件有益元素的生理功能有益元素的生理功能元素元素主要生理功能主要生理功能主要受益植物主要受益植物硅硅(si)參與細胞壁的組成參與細胞壁的組成(增強植物的硬度增強植物的硬度);影響植物光合作用與蒸騰作

2、用影響植物光合作用與蒸騰作用;提高植物的抗逆性提高植物的抗逆性; 與其它養分相互作用與其它養分相互作用禾本科植物禾本科植物(如如水稻水稻、小麥、大麥、小麥、大麥)鈉鈉(na)刺激植物生長刺激植物生長; 調節細胞滲透壓調節細胞滲透壓;影響植物水分平衡與細胞伸展影響植物水分平衡與細胞伸展;代替鉀代替鉀行使營養功能行使營養功能, 如如部分酶激活部分酶激活等等c4或或cam類植物類植物(如如甜菜甜菜等等)鈷鈷(co)參與豆科植物根瘤固氮參與豆科植物根瘤固氮;調節酶或激素活性調節酶或激素活性, 刺激植物生長刺激植物生長;穩定葉綠素穩定葉綠素豆科豆科固氮植物固氮植物(必需必需)鎳鎳(ni)刺激種子發芽和幼

3、苗生長刺激種子發芽和幼苗生長;催化尿素降解催化尿素降解; 防治某些病害防治某些病害一般植物一般植物(已歸入必需元素已歸入必需元素)硒硒(se)刺激植物生長刺激植物生長; 增強植物體的抗氧化作用增強植物體的抗氧化作用百合科、十字花科、豆百合科、十字花科、豆科、禾本科科、禾本科(低濃度低濃度)鋁鋁(al)刺激植物生長刺激植物生長; 影響植物顏色影響植物顏色; 某些酶的激活劑某些酶的激活劑喜酸性植物喜酸性植物(如如茶樹茶樹)3章節課件有益元素在植物體內的含量、分布和形態有益元素在植物體內的含量、分布和形態元素元素含含 量量分分 布布形形 態態硅硅(si)莎草科莎草科,禾本科禾本科：10-15旱地禾本

4、科等：旱地禾本科等：1-3豆科植物等：豆科植物等：1 000mg/kg離子態離子態硒硒(se)高硒累積型：數千高硒累積型：數千mg/kg非硒累積型：非硒累積型：葉、莖、葉、莖、根根無機態（無機態（seo42-)有機態有機態揮發態揮發態鋁鋁(al)一般含量：一般含量：20-200mg/kg鋁累積型：鋁累積型：0.1%非累積型：非累積型：葉部葉部老葉老葉幼葉幼葉離子態離子態(al3+)4章節課件一、土壤中硅的含量與影響因素一、土壤中硅的含量與影響因素 含量：土壤中硅的含量和地殼含量大致相含量：土壤中硅的含量和地殼含量大致相 似。地殼平均含硅量為似。地殼平均含硅量為270.6 g/kg， 折合折合s

5、io2為為590.7 g/kg。大多數土壤。大多數土壤 含含sio2為為500.0-700.0 g/kg，平均為，平均為 60 g/kg左右。左右。 影響因素：影響因素： 土壤中硅的含量主要受成土母質和成土過程的影土壤中硅的含量主要受成土母質和成土過程的影響響5章節課件1、成土母質、成土母質 一般酸性巖石如花崗巖、流紋巖等含一般酸性巖石如花崗巖、流紋巖等含sio2較多，而閃長巖、較多，而閃長巖、輝長巖、玄武巖等基性巖石含輝長巖、玄武巖等基性巖石含sio2較少。較少。 紅壤：紅壤： 砂巖砂巖：843 g/kg， 頁巖頁巖：707 g/kg， 玄武巖玄武巖：307 g/kg， 石灰巖石灰巖：293

6、 g/kg。 6章節課件2、成土過程、成土過程 風化作用風化作用 濕熱地帶的硅酸鹽原生礦物遭到強烈風化，部濕熱地帶的硅酸鹽原生礦物遭到強烈風化，部分二氧化硅成為溶解狀態而從土壤中流失所致。分二氧化硅成為溶解狀態而從土壤中流失所致。 上層土壤中的上層土壤中的sio2含量較低，隨著剖面深度含量較低，隨著剖面深度而增加，母質層的而增加，母質層的sio2含量較高，表明有明顯的含量較高，表明有明顯的脫硅過程。脫硅過程。7章節課件2、成土過程、成土過程 淋溶淋溶淀積過程淀積過程 淋溶改變了母質中的淋溶改變了母質中的sio2成分。如在具有強烈酸性淋溶作用的灰成分。如在具有強烈酸性淋溶作用的灰化土中，化土中，

7、sio2在其礦物含量組成中所占的達在其礦物含量組成中所占的達90%以上，但以淋溶層最以上，但以淋溶層最高，淀積層和母質層則逐漸減少，這是由于在酸性條件下，鐵鋁氧化高，淀積層和母質層則逐漸減少，這是由于在酸性條件下，鐵鋁氧化物由淋溶層洗出，而物由淋溶層洗出，而sio2則相對積累所致。則相對積累所致。 淋溶層所積累的淋溶層所積累的sio2主要是石英一類的游離二氧化硅；而礦物質主要是石英一類的游離二氧化硅；而礦物質中的化合態二氧化硅則仍受到一定程度的淋溶。在灰化土中盡管中的化合態二氧化硅則仍受到一定程度的淋溶。在灰化土中盡管sio2的總含量很高，但是其中活性的總含量很高，但是其中活性sio2的含量卻

8、仍是很低的的含量卻仍是很低的 8章節課件表表1 我國云南省山地森林灰化紅壤的我國云南省山地森林灰化紅壤的sio2的含量（張萬儒，的含量（張萬儒，1962）土層土層深度深度（厘米）（厘米） a1 mg、ca na、k16章節課件風化難易程度風化難易程度 各種硅酸鹽礦物中所含鍵的風化難易程度：各種硅酸鹽礦物中所含鍵的風化難易程度： si-o-m鍵（橄欖石鍵（橄欖石)，最易解體，最易解體 鏈式硅酸鹽鏈式硅酸鹽(輝石和角閃石等輝石和角閃石等)，較易，較易 si-o-al鍵鍵(長石和云母長石和云母)，較難，較難 si-o-si鍵鍵(石英石英), 最難風化。最難風化。17章節課件三、硅酸鹽礦物的風化三、硅

9、酸鹽礦物的風化 1、水解作用、水解作用 是使一些硅酸鹽礦風化的重要原因，長石的水是使一些硅酸鹽礦風化的重要原因，長石的水解作用是常被引用的一個例子，水解的結果產生解作用是常被引用的一個例子，水解的結果產生含水氧化硅、氧化鋁及其他鹽類。含水氧化硅、氧化鋁及其他鹽類。 在自然界中，水解作用常和碳酸化作用聯系在自然界中，水解作用常和碳酸化作用聯系在一起，即屬酸性水解。在堿性條件下則可能促在一起，即屬酸性水解。在堿性條件下則可能促進其水解。進其水解。18章節課件2、螯合作用、螯合作用 大多數能和大多數能和fe3+、al3+、ca2+、mg2+等金屬等金屬離子形成穩定螯合物的螯合劑都能破壞硅離子形成穩定

10、螯合物的螯合劑都能破壞硅酸鹽礦物而釋出硅。像這一類螯合劑在土酸鹽礦物而釋出硅。像這一類螯合劑在土壤有機質中是很豐富的，如檸檬酸、酒石壤有機質中是很豐富的，如檸檬酸、酒石酸、水楊酸等等。酸、水楊酸等等。 對硅的釋放來說，最有效的螯合劑可對硅的釋放來說，最有效的螯合劑可能是二羥基苯的衍生物，如鄰苯二酚能是二羥基苯的衍生物，如鄰苯二酚c6h4(oh)2不但能分解各種硅酸鹽礦物，不但能分解各種硅酸鹽礦物，而且也能使石英分解。而且也能使石英分解。 19章節課件3、代換風化、代換風化 si4+和和p5+的離子半徑相近，有產生同晶置的離子半徑相近，有產生同晶置換的可能。換的可能。si4+的離子半徑是的離子半

11、徑是0.41，而，而p5+則是則是0.34，正好適合四面體中間的孔隙，正好適合四面體中間的孔隙（孔隙的球面半徑為（孔隙的球面半徑為0.30），因此這種置），因此這種置換反應完全可以在保持原來晶格形狀的情換反應完全可以在保持原來晶格形狀的情況下進行。況下進行。 20章節課件4、氧化還原作用、氧化還原作用 對于含有像對于含有像fe這樣易于變化的陽離子的硅酸鹽礦這樣易于變化的陽離子的硅酸鹽礦物也有促進風化作用。物也有促進風化作用。 此外，溫度、濕度這些能促進化學反應的因素，此外，溫度、濕度這些能促進化學反應的因素，在硅酸鹽礦物的化學風化中都是非常重要的。在硅酸鹽礦物的化學風化中都是非常重要的。 高度

12、風化并不意味著有效硅豐富，還必須聯系高度風化并不意味著有效硅豐富，還必須聯系淋溶和吸附強度。淋溶和吸附強度。 21章節課件四、土壤溶液中的硅及其平衡四、土壤溶液中的硅及其平衡 土壤溶液中的含硅量（以土壤溶液中的含硅量（以sio2表示）相差表示）相差也很大，變幅可達也很大，變幅可達7-80 mg/kg，大多在，大多在20-40 mg/kg 左右，左右， 影響因子：影響因子： 1、母質類型、母質類型 2、膠體種類、膠體種類 3、ph值值 4、漬水及氧化還原條件、漬水及氧化還原條件 22章節課件 1、母質類型 含高嶺石類粘垃礦物為主的土壤，其水溶含高嶺石類粘垃礦物為主的土壤，其水溶性硅的含量顯著低于

13、含蒙脫石類型為主的性硅的含量顯著低于含蒙脫石類型為主的土壤。同樣，含鐵、鋁氧化物高的土壤，土壤。同樣，含鐵、鋁氧化物高的土壤，溶液中硅的含量較低。溶液中硅的含量較低。23章節課件淹水條件和淹水條件和ph值值 淹水條件下，溶液中淹水條件下，溶液中sio2的濃度增加，的濃度增加， 一般有機質含量較高和一般有機質含量較高和ph值較低的土壤淹值較低的土壤淹水后溶液中水后溶液中sio2含量增加較多含量增加較多 24章節課件圖圖1 土壤土壤ph值與溶液中值與溶液中sio2濃度關系濃度關系（jones，1965）在在ph5-8范圍內，隨著范圍內，隨著ph值的增加，溶液中值的增加，溶液中sio2的含量降低。的

14、含量降低。 25章節課件五、土壤固體對硅的吸附和固定五、土壤固體對硅的吸附和固定 土壤溶液中的硅在一般土壤溶液中的硅在一般ph條件下是以單硅酸形態存在的，條件下是以單硅酸形態存在的，因此對硅的吸附主要不是離子狀態的代換吸附，這是和其因此對硅的吸附主要不是離子狀態的代換吸附，這是和其他養分離子吸附平衡不同的。他養分離子吸附平衡不同的。 固體物質能夠吸附單硅酸固體物質能夠吸附單硅酸si(oh)4， 高吸附容量：沉淀的水氧化鐵、鋁，高吸附容量：沉淀的水氧化鐵、鋁， 中等吸附容量：鋁土礦，褐鐵礦，赤鐵礦，針鐵礦中等吸附容量：鋁土礦，褐鐵礦，赤鐵礦，針鐵礦 低吸附容量：二氧化鈦，三水鋁石，鈉長石，低吸附

15、容量：二氧化鈦，三水鋁石，鈉長石， 不吸附的：石英，方解石，菱鎂礦，白云石不吸附的：石英，方解石，菱鎂礦，白云石26章節課件圖圖 2 氧化鐵、鋁對硅酸鹽的吸附與氧化鐵、鋁對硅酸鹽的吸附與ph的關系的關系（jones，1963）1結晶好的氧化鐵； 2結晶好的氧化鋁； 3無定形氧化鐵；4無定形氧化鋁27章節課件圖圖3 針鐵礦的顆粒大小對硅酸鹽吸附的影響針鐵礦的顆粒大小對硅酸鹽吸附的影響（mckeague，1963）28章節課件（一）（一） 、植物體內的含量、形態和分布、植物體內的含量、形態和分布含量，含量，1520 (水稻水稻) (%) 形態形態 硅膠硅膠分布分布 水稻水稻 地上部地上部根部根部

16、豆科豆科 根部根部地上部地上部六、土壤中硅的有效硅六、土壤中硅的有效硅生理作用：能提高其細胞壁的強度，增強抵抗病蟲害的侵入；生理作用：能提高其細胞壁的強度，增強抵抗病蟲害的侵入； 有助于株形挺拔、葉面伸展和光的吸收利用，促進有助于株形挺拔、葉面伸展和光的吸收利用，促進 其生育。其生育。對于水稻等淹水條件下生長的作物，增進植株中的硅，可導致對于水稻等淹水條件下生長的作物，增進植株中的硅，可導致水稻根部氧化能力增強，減少植株對鐵、錳的吸收和積累，因水稻根部氧化能力增強，減少植株對鐵、錳的吸收和積累，因此降低這些成分的毒害。此降低這些成分的毒害。29章節課件表表2 土壤有效硅與水稻劍葉含硅量的關系土

17、壤有效硅與水稻劍葉含硅量的關系土壤種類土壤種類土壤有效硅含量土壤有效硅含量（mg/kg）劍葉含硅量劍葉含硅量（sio2g/kg）谷頂砂礫土谷頂砂礫土谷底砂礫土谷底砂礫土沖積壤質土沖積壤質土洪積粘質土洪積粘質土47.254.6105.5285.585.4128.6173.8188.630章節課件（二）影響土壤硅有效性的因素（二）影響土壤硅有效性的因素（1） 土壤類型土壤類型（2） ph值值 （3） 氧化鐵、鋁氧化鐵、鋁 （4） 粘粒礦物種類粘粒礦物種類 （5） 有機質有機質 （6） 淹水條件與氧化還原狀況淹水條件與氧化還原狀況 （7） 溫度溫度 （8） 其他養料影響其他養料影響 31章節課件1、

18、土壤母質與類型、土壤母質與類型 巖石類型來看，發育在花崗巖、石英斑巖巖石類型來看，發育在花崗巖、石英斑巖和泥炭上的上壤易缺硅，和泥炭上的上壤易缺硅， 發育在玄武巖以及新火山灰上的土壤供硅發育在玄武巖以及新火山灰上的土壤供硅能力較強能力較強;強風化和強淋溶的水稻上易缺硅，強風化和強淋溶的水稻上易缺硅，而弱風化和弱淋溶水稻土硅的有效性較高而弱風化和弱淋溶水稻土硅的有效性較高32章節課件2、土壤、土壤ph 一般在一般在ph2-9范圍內，硅的有效性隨范圍內，硅的有效性隨ph值值的升高而降低。因此在同一土壤中，如果的升高而降低。因此在同一土壤中，如果施用石灰等影響土壤酸堿性的物質，則有施用石灰等影響土壤

19、酸堿性的物質，則有使土壤有效硅含量改變的作用。使土壤有效硅含量改變的作用。 一些試驗證明：在酸性土壤中施用石灰一些試驗證明：在酸性土壤中施用石灰則降低水稻、甘蔗、大麥、燕麥和三葉草則降低水稻、甘蔗、大麥、燕麥和三葉草等作物的吸硅量；相反，降低土壤等作物的吸硅量；相反，降低土壤ph值，值，則使植物體中的氧化硅濃度增加。則使植物體中的氧化硅濃度增加。33章節課件3、氧化鐵、鋁、氧化鐵、鋁 氧化鐵、鋁對硅有強烈的吸收作用，因此氧化鐵、鋁對硅有強烈的吸收作用，因此含氧化鐵、鋁多的土壤，有減少有效硅含含氧化鐵、鋁多的土壤，有減少有效硅含量的趨勢。尤其是活性鐵、鋁氧化物對有量的趨勢。尤其是活性鐵、鋁氧化物

20、對有效硅的影響更大。效硅的影響更大。 34章節課件4.粘粒礦物類型粘粒礦物類型 土壤中所含的主要粘粒礦物種類對有效硅土壤中所含的主要粘粒礦物種類對有效硅量也有一定影響。量也有一定影響。 一般含有大量高嶺石的土壤，其可溶性一般含有大量高嶺石的土壤，其可溶性硅低于含蒙脫石類型的土壤。其原因可能硅低于含蒙脫石類型的土壤。其原因可能和上述因素聯系，一般以高嶺石為主的土和上述因素聯系，一般以高嶺石為主的土壤含鐵、鋁氧化物是比較多的。此外也可壤含鐵、鋁氧化物是比較多的。此外也可能和蒙脫、高嶺等粘粒礦物控制溶液中的能和蒙脫、高嶺等粘粒礦物控制溶液中的si(oh)4溶度有關。溶度有關。35章節課件5、土壤有機

21、質、土壤有機質 含有機質較多的土壤，有效硅較多。這一含有機質較多的土壤，有效硅較多。這一方面是有機質本身含有一定數量的硅可供方面是有機質本身含有一定數量的硅可供釋出。另一方面，有機質分解時產生絡合釋出。另一方面，有機質分解時產生絡合酸和還原條件，起了破壞鐵酸和還原條件，起了破壞鐵硅復合體的硅復合體的作用，可能有助于氧化硅的溶解。作用，可能有助于氧化硅的溶解。36章節課件6. 土壤氧化土壤氧化-還原狀況還原狀況 在淹水還原的條件下，土壤在淹水還原的條件下，土壤eh降低，鐵、降低，鐵、錳等元素被還原，因而被其固定的硅可得錳等元素被還原，因而被其固定的硅可得到釋放，導致土壤溶液中硅的濃度升高。到釋放

22、，導致土壤溶液中硅的濃度升高。一般在土壤淹水后的開始幾天內硅的濃度一般在土壤淹水后的開始幾天內硅的濃度土升較快，以后漸趨平衡或有所下降土升較快，以后漸趨平衡或有所下降37章節課件7、土壤溫度、土壤溫度 上壤溫度升一高，可以促進硅的溶出，如鋁硅酸鹽在20oc時溶出硅的濃度為20mg/kg，在100時硅為40mg/kg，38章節課件8、土壤其它養分土壤其它養分 土壤硅的有效性與其它養分離子的關系主土壤硅的有效性與其它養分離子的關系主要表現在硅與磷的相互促效作用上。磷酸要表現在硅與磷的相互促效作用上。磷酸盤能夠促使硅從土壤或粘土礦物中釋放出盤能夠促使硅從土壤或粘土礦物中釋放出來，如將磷酸溶液加到高嶺

23、石中，磷酸根來，如將磷酸溶液加到高嶺石中，磷酸根被固定，硅被釋放出來。被固定，硅被釋放出來。 另外，土壤中碳酸鈣等物質含量過高，另外，土壤中碳酸鈣等物質含量過高，也會與硅形成非活性化合物而降低硅也會與硅形成非活性化合物而降低硅的有效性的有效性39章節課件1、水稻需要硅肥的診斷標準、水稻需要硅肥的診斷標準 稻草中全硅量稻草中全硅量 土壤中可給態土壤中可給態sio2含量含量 硅酸肥料效果硅酸肥料效果 () (mgkg-1) 11 13 130 預期無效預期無效 七、硅營養診斷與硅肥七、硅營養診斷與硅肥40章節課件不同生育階段供硅對水稻生長與產量的影響不同生育階段供硅對水稻生長與產量的影響營養生長階

24、段營養生長階段-si+si*-si+si生殖生長階段生殖生長階段*-si-si+si+sisio2%（地上部干重）（地上部干重） 0.052.26.90.4干重干重（g/盆）盆）根根4.04.34.24.7莖莖23.526.531.033.6籽粒籽粒5.36.610.310.3*+si：100mg/lsio2；*抽穗開始抽穗開始41章節課件水水 稻稻 缺缺 硅硅42章節課件 2、硅肥、硅肥 (silicon fertilizers) 是指一類是指一類ph8、含枸溶性無定型玻璃體的肥料、含枸溶性無定型玻璃體的肥料(一一) 種類與性質種類與性質 種類種類 sio2(%) 性質性質 硅酸鈉硅酸鈉 5

25、560 白色粉末白色粉末 微堿性微堿性 硅鎂鉀肥硅鎂鉀肥 3546白色粉末白色粉末 至堿性、至堿性、 鈣鎂磷肥鈣鎂磷肥 40灰棕色粉末灰棕色粉末 不吸潮、不吸潮、 鋼渣磷肥鋼渣磷肥 2427深棕色粉末深棕色粉末 不結塊、不結塊、 粉煤灰粉煤灰 5060 黑色粉末黑色粉末 不流失不流失43章節課件(二二) 硅肥的施用技術硅肥的施用技術1. 合理施用硅肥應考慮的因素合理施用硅肥應考慮的因素(1) 土壤條件土壤條件土壤有效硅含量土壤有效硅含量 土壤質地：土壤質地：土壤質地影響有效硅的含量。粒級越細，土壤質地影響有效硅的含量。粒級越細，有效硅含量越高。有效硅含量越高。土壤酸堿度：土壤酸堿度：土壤土壤p

26、h值高，有效硅亦增加。值高，有效硅亦增加。 (2) 作物種類作物種類對硅肥反應良好：對硅肥反應良好：水稻水稻、甘蔗甘蔗、大豆、油菜、番、大豆、油菜、番茄、黃瓜、甜菜、綠肥等；茄、黃瓜、甜菜、綠肥等；有一定的效果：有一定的效果：玉米、高粱、谷子、小麥等玉米、高粱、谷子、小麥等種植上述作物時，宜根據土壤中有效硅水平，種植上述作物時，宜根據土壤中有效硅水平，酌情施酌情施用硅肥用硅肥。44章節課件2. 施用量施用量 (缺硅地區缺硅地區) 高效硅肥高效硅肥 (含水溶性含水溶性sio2 為為50%60sio2) ：150kg/hm2 普通硅肥普通硅肥 (含枸溶性含枸溶性sio2為為19%20): 1 50

27、0kg/hm2 硅肥的當季利用率為硅肥的當季利用率為10%30%，其后效可維持數，其后效可維持數年，年，無需年年施用無需年年施用4. 施用方法：施用方法：一般宜作一般宜作基肥基肥 在水稻的分蘗至拔節前施用；結合作物種類和栽在水稻的分蘗至拔節前施用；結合作物種類和栽培方式，可以培方式，可以撒施，條施或穴施撒施，條施或穴施，但不能和種子直接，但不能和種子直接接觸，以免影響發芽。接觸，以免影響發芽。 水溶性的高效硅肥也可作根外追肥水溶性的高效硅肥也可作根外追肥，如水稻在分，如水稻在分蘗期至孕穗期可用蘗期至孕穗期可用34溶液噴施溶液噴施;為充分為發揮這類為充分為發揮這類肥料的作用，宜配合有機肥料施用。肥料的作用，宜配合有機肥料施用。45章節課件復習題復習題1 1、土壤中的層狀硅酸鹽有那幾類？試以高嶺石、伊利石和蒙脫石為例，說明土壤中常見、土壤中的層狀硅酸鹽有那幾類？試以高嶺石