[发明专利]一种测定水体和土壤中有效性硅含量的方法

说明书

本发明公开了一种测定水体和土壤中有效性硅含量的方法，属于水体和土壤中有效性硅含量的测定方法技术领域。该方法包括如下步骤：分别制备硅酸溶液、制备扩散膜、制备PZ吸附膜；测定硅在扩散膜中的扩散系数；分别测定水体或土壤中的有效性硅含量。该方法能够适用于不同环境条件、不同环境介质中方便、有效、准确测定硅含量。

技术领域

本发明属于水体和土壤中有效性硅含量的测定方法技术领域，具体涉及一种测定水体和土壤中有效性硅含量的方法。

背景技术

硅是土壤中最丰富的元素之一，土壤中硅的存在形式多样。土壤溶液中的硅，主要以单硅酸的形式存在，浓度在0.1～0.6mM之间，也是植物吸收硅的主要形式。溶解态硅和吸附态硅可以通过离子交换、吸附解吸、溶解、聚合等物理过程相互转化，因此认为易溶解态硅包括溶解态、吸附态、非结晶态(生物源的硅和蛋白石)以及短程有序的铝硅酸盐。

通常将土壤有效性硅含量作为衡量土壤供硅能力的指标。土壤有效性硅是指能够被植物直接吸收利用的硅，包括单硅酸和多硅酸以及能够转化为单硅酸的各种形式的硅。硅对植物的有益作用促使土壤中硅测定的发展，目前，土壤中硅元素的提取方法很多，大多是用阳离子替换被吸附的硅，然而由于不同的提取剂置换硅元素的能力不同，所提取的硅形态不同，致使提取结果差别很大。Nonaka和Takahashi用水提取土壤硅来评估是否需要施加硅肥， Haysom和Chapman对比分析了0.01M CaCl₂、0.5M乙酸铵和0.005M硫酸三种提取剂，提取土壤中植物可利用硅(plant-available Si)的能力，发现CaCl₂方法提取的硅和甘蔗中硅含量具有最好的相关性(r²＝0.82)；Imaizumi和Yoshida用乙酸盐缓冲溶液提取土壤中的植物可利用硅，Nonaka和Takahashi发现乙酸盐溶解了钙硅酸盐肥料中一些不能被利用的硅，导致施用钙硅酸盐的土壤硅含量偏高。De Lima Rodrigues等使用三种硅提取方法(乙酸、乙酸盐-乙酸、CaCl₂)提取土壤硅，发现三种提取剂的提取能力大小为：乙酸盐-乙酸>乙酸>CaCl₂，乙酸盐-乙酸提取与CaCl₂提取结果的相关性系数r²＝0.33，说明两种方法提取的硅形态可能有重叠，乙酸提取与乙酸盐-乙酸和CaCl₂提取结果的相关性系数分别为r²＝0.59，r²＝0.53，说明乙酸的提取能力介于两者之间。Saccone等用三种酸(0.2M草酸铵、0.1M柠檬酸铵、0.5M 乙酸铵)和两种碱(0.094M Na₂CO₃、0.5M NaOH)提取土壤中的硅，结果显示，酸性提取剂只能提取弱结合态的硅，如吸附态和被无定型铝/铁物质结合的硅，碱性提取剂可以提取灰化土和黑钙土中的全部或部分非晶型硅。

综上，用于土壤中硅元素的提取剂主要有水、CaCl₂、乙酸、乙酸铵-乙酸缓冲溶液、草酸铵-草酸缓冲溶液、硫酸、NaOH、Na₂CO₃等，提取的硅形态各种各样，如溶解态、交换态、可吸附态、弱铁铝氧化物结合态、非晶型硅等。实际上，土壤环境是一个包含物理、化学和生物过程的复杂动态体系，任何土壤颗粒和土壤水溶液之间的准平衡极易受所处环境的影响，化学提取剂的添加不可避免的会破坏原有的环境条件，从而导致元素的形态分布发生变化。因而，不同的工作者采用不同的提取剂和提取方法进行土壤硅的提取，结果相差比较大。尽管如此，化学提取技术仍然被认为能为研究土壤中硅的赋存形态及可利用性提供有效信息。

梯度扩散薄膜技术(Diffusive gradients in thin-films,DGT)是1994年由William Davison 和张昊发明的一种原位被动采样技术，DGT技术以菲克第一扩散定律为理论基础，即单位时间内通过垂直扩散方向单位截面的物质流量(称为扩散通量Flux，用F表示)与该截面的浓度梯度成正比。数学表达式分别为公式1.1和1.2，如下：