第十二章-硅的利用与转化.ppt

1、第十一章土壤硅的转化和利用，植物有益元素有益元素的概念，当某些元素的适量存在时，可以促进植物的生长和发育。或特定的植物，在特定条件下需要的这种类型的元素称为“有益元素”或“农学本质元素”。有益元素的生理功能，植物体内有益元素的含量，分布，形态，1，土壤中硅的含量和影响因素，含量：土壤中硅的含量和地壳的含量大体相似。地壳的平均硅含量为270.6 g/kg，折叠SiO2为590.7 g/kg。大部分土壤的SiO2为500.0-700.0 g/kg，平均为60 g/kg左右。影响因素：土壤中的硅含量主要受填方毛质和填方过程的影响。1、成土摩质、一般酸性岩、花岗岩、流纹岩等SiO2较多，闪长岩、辉长岩

2、、玄武岩等基础成岩的SiO2较少。洪阳：砂岩：843 g/kg，页岩：707 g/kg，玄武岩：307 g/kg，石灰岩：293 g/kg。2，填方过程，风化作用湿热带的硅酸盐原生矿物遭到强风化，部分硅化成溶解状态，在土壤中流失。上层土壤的SiO2含量低，随剖面深度增加，母层的SiO2含量高，可见有明显的脱硅过程。2，填方过程、浸出和沉积过程浸出改变了母材的SiO2成分。在具有强酸性浸出作用的火山化土壤中，SiO2占矿物含量构成的90%以上，但浸出层最高，沉淀层和变质层逐渐减少。这是因为在酸性条件下，铁铝氧化物在浸出层被冲洗，SiO2相对累积。溶解层中积累的SiO2主要是石英等玻璃二氧化硅。矿

3、物质的化合状态二氧化硅仍然在一定程度上溶解。在绘画土壤中，SiO2的总含量高，但其中活性SiO2的含量仍然低。表1我国云南山地林会话红壤的SiO2含量(张曼玉，1962)，部分土壤SiO2的含量与硅的有效性没有直接关系。第二，土壤中硅的形态，2，2，但有机物中的硅大部分仍以无机状态存在，只有少数可能与蛋白质结合。农作物中的禾本科植物比豆科和其他双子叶植物高。例如，稻草含有硅达20-50 g/kg，豆科植物可能会降低到2 g/kg以下。(b)土壤无机部分的硅，1，矿物部分主要为石英和硅酸盐矿物，按晶格结构划分，主要为正规酸盐：橄榄石(Mg，Fe)2SiO4链式硅酸盐：如辉石(Mg，FE) 2SI

4、S F单硅酸(H4SiO4)可以聚合成多晶硅酸，分子变大后形成硅酸，土壤中经常存在胶体状态的二氧化硅。胶体状态下的二氧化硅通常以SiO2nH2O的形式表示，容易溶解，是活性二氧化硅的重要组成部分。3，土壤溶液中的硅是植物营养的主要部分。在矿物部分或胶体状态的二氧化硅和硅酸盐中溶解，保持一定的动态平衡。溶液中二氧化硅的含量一般为几到几十个mg/kg。在土壤溶液中硅的形态主要是单硅氧烷，其分子式为H4SiO4，是一种很弱的酸，离解常数很小，在pH9以下很少解。土壤溶液中的硅在pH 9以下几乎都是单硅酸形态。3，硅酸盐矿物的化学风化，1，硅酸盐的晶格结构(1)由单四面体形成的硅酸盐。也就是说，每个硅

5、四面体都单独存在，有橄榄石(Mg，Fe)2SiO4、智英石(ZrSiO4)等。(2)双四面体和环四面体硅酸盐。也就是说，两个四面体共享一个氧原子，或3-6个四面体共享氧原子，以环状连接，这种类型包括钪硅、蓝锥矿、绿柱石等。(3)链硅酸盐。硅四面体由单链(辉石榴)或双链(岛石榴)连接。链条和链条之间有金属阳离子，起到联系作用。(4)片状硅酸盐。硅氧四面体的三个氧原子都与其他四面体共享，链的相互交叉形成片状结构。阳离子存在于雕塑和雕塑之间，用静电连接，但容易裂开。这种硅酸盐有云母和二次粘性矿物。(5)车床硅酸盐。每个硅四面体的氧与其他四面体共享。也就是说，每个氧原子由石英(SiO2)等两个硅原子共

6、享。2，硅酸盐晶格的破裂原理，硅酸盐矿物的晶格分解，主要是Si-O-Si，Si-O-Al，Si-O-M(M是各种金属离子)的三种结合的化学键破裂。化学键的牢度和键能的关系比较大。氧和各种阳离子形成的结合，其结合能量大小与阳离子的电负性相关，阳离子的导电性越大，与氧的电荷差异(E)越小，其键能就越大。硅酸盐矿物中常见的几种阳离子和氧形成的键大体可以排序。Si A1 Mg，Ca Na，K，风化难度，各种硅酸盐矿物中包含的键的风化难度：Si-O-M键(橄榄石)，链式硅酸盐(辉石和角闪石等)，3，硅酸盐矿物的风化，1，水解的结果产生水性二氧化硅、氧化铝和其他盐类。在自然界中，水解作用总是与碳酸化作用联

7、系在一起，即酸性水解。碱性条件下能促进水解。2，螯合合作用，大部分能与Fe3，Al3，Ca2，Mg2等金属离子形成稳定化合物的螯合剂，破坏硅酸盐矿物，释放硅。这种螯合剂在柠檬酸、酒石酸、水杨酸等土壤有机质中很丰富。为了硅的释放，最有效的螯合剂可能是二羟基苯的衍生物。例如，邻苯二酚C6H4(OH)2不仅能分解各种硅酸盐矿物，还能分解石英。3，替代风化，Si4，P5的离子半径相似，有可能发生相同的结晶交替。Si4的离子半径为0.41，P5为0.34，正好匹配四面体中间的孔(孔的球形半径为0.30)，因此此位移反应可以完全进行，同时保持原始晶格形状。4，氧化还原作用，含Fe等易变阳离子的硅酸盐矿物也

8、有风化促进作用。另外，温度、湿度等促进化学反应的因素在硅酸盐矿物的化学风化中非常重要。高度风化不意味着富含有效的硅，还必须连接浸出和吸附强度。4，土壤溶液中的硅及其平衡，土壤溶液中硅量(用SiO2表示)的差异也很大。边幅可达7-80 mg/kg，大部分为20-40 mg/kg左右。影响因素：1，毛质类型2，同样，铁和铝氧化物高的土壤在溶液中硅的含量低。在浸水条件和pH值、浸水条件下，溶液中SiO2的浓度增加，一般有机质含量高、pH值低的土壤浸水后溶液中SiO2含量增加很多，图1土壤pH值与溶液中SiO2浓度的关系(Jones，1965)，pH5-8范围内5。土壤固体对硅的吸附和固定，土壤溶液中

9、的硅在一般pH条件下以单硅酸形态存在，因此对硅的吸附主要不是离子状态的置换吸附。这不同于其他养分离子吸附平衡。固体物质可以吸附单硅酸Si(OH)4，高吸附容量：沉淀氧化铁、铝、中间吸附容量：铝土矿、褐铁矿、赤铁矿、针铁矿低吸附容量：二氧化钛、三水化物、钠长石、不吸附：铝土矿3非晶氧化铁；4无定形氧化铝，图3针铁矿的颗粒大小对硅酸盐吸附的影响(McKeague，1963)，(1)植物体内含量、形态和分布含量，1520(水稻)(%)株型高耸，叶面伸展，叶型对在水稻等淹水条件下生长的作物，提高植物的硅可以增强水稻根系氧化能力，减少植物对铁、锰的吸收和积累，减少这些成分的毒害。表2土壤有效硅与水稻剑叶

10、含硅的关系，(2)影响土壤硅效能的因素，(1)土壤类型，(2) pH值，(3)氧化铁，(4)铝，(5)粘矿物种类，(6)有机质因此，在同一土壤中施用石灰等影响土壤酸碱性的物质，有改变土壤有效硅含量的效果。也有实验表明，将石灰应用于酸性土壤会减少水稻、甘蔗、大麦、燕麦、三叶草等作物对硅的吸收量。相反，降低土壤pH值会提高植物体的氧化硅浓度。3，氧化铁、铝、氧化铁、铝对硅有强烈的吸收作用，因此，氧化铁、铝较多的土壤倾向于降低有效的硅含量。特别是活性铁，铝氧化物对有效硅有更大的影响。4 .粘土矿物类型，土壤中包含的主要粘土矿物种类也影响有效硅量。一般含有大量高岭石的土壤，可溶性硅低于蒙脱土类型的土壤

11、。其原因可能与上述因素有关，一般以高岭石为主的土壤中铁、铝氧化物较多。另外，可能与蒙脱石、高岭土等粘性矿物控制溶液中的Si(OH)4溶解度有关。5，土壤有机质，有机质多的土壤，有效硅多。这方面是有机物质本身含有一定量的硅，可以释放。另一方面，有机质在分解时会产生络合和还原条件，起到破坏铁硅复合物的作用，有助于硅的溶解。6 .在土壤氧化-还原状态、浸水还原条件下，土壤EH还原、铁、锰等元素恢复，释放固定硅，提高土壤溶液中硅的浓度。一般来说，土壤浸泡几天后硅的浓度迅速上升，以后逐渐平衡或下降，7，土壤温度，上阳温度升高，可以促进硅的溶解。例如，铝硅酸盐在20OC熔化硅时，在20mg/kg，100时

12、，硅在40mg/kg，磷酸盘中硅从土壤或粘土矿物中释放出来。例如，将磷酸溶液添加到高岭石中，磷酸根固定，硅释放。另外，土壤中碳酸钙资源等物质含量过高，会形成硅和非活性化合物，降低硅的效果。1、大米在需要硅肥的诊断标准稻草中，预计在整个硅量土壤中硅肥效应(mgkg-1) 13 130无效，7、硅营养诊断和硅肥，在不同生育阶段供应硅，Si *，-，Si，生殖生长阶段* *以撒开始发芽，大米中硅含量不足。2.硅肥(silicon fertilizers)是指pH8，含具溶性无定形玻璃体的肥料(1)种类和性质种SiO2(%)性质硅酸钠5560白色粉末微碱性硅镁钾肥3546白色粉末到碱性、钙镁磷肥40灰

13、褐色粉末不吸收湿气土壤ph:土壤pH值高，有效硅也增加。(2)作物种类对硅肥反应良好：种植水稻、甘蔗、大豆、油菜籽、西红柿、黄瓜、甜菜、绿肥等玉米、高粱、谷子、小麦等这种作物时，有根据土壤有效硅水平适当施用硅肥的效果。2 .试容量(硅部落地区)高效硅肥(含水溶性SiO2的50SiO2):150公斤/hm2普通硅肥(含九溶性SiO 2的19)3360 1 500公斤/HM2硅肥的季节利用率为100，将作物种类和栽培方式结合起来，购买时，早水溶性的高效硅肥也可以是根外追肥，例如水稻从分蘖到穗期用34溶液喷洒。为了充分发挥这种肥料的作用，最好配合有机肥料施用。审查问题1，土壤的层状硅酸盐有几种类型？以高岭石、伊利石、蒙脱土为例，说明土壤中常见的硅酸盐矿物的性质。2、什么是土壤胶体电荷零点(PZC)？金属离子价格和土壤离子的专业化吸附对PZC有何影响？3、养分转移有两种方法吗？近根土壤磷的分布和迁移特征是什么？因此，您认为如何合理施用磷？与s，Mg等元素相比，为什么提高VA菌根的磷利用率最有效？4.以土壤氮素转化损失的一种方法(硝化、反硝化、氨挥发)为例，论述如何合理施肥，才能有效地控