海南島水稻田有效硅含量及其影響因素分析

張冬明++謝良商++肖彤斌

摘要 為揭示海南島水稻田土壤有效硅含量水平及其影響因素，并為海南省硅肥的合理開發(fā)利用和種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)，采用野外采樣調(diào)查、室內(nèi)分析及GIS作圖相結(jié)合的方法，在分析各市縣水稻田土壤有效硅含量基礎(chǔ)上，研究成土母質(zhì)、海拔高度和降雨量對(duì)土壤有效硅含量的影響程度。結(jié)果表明，全島僅?？谑泻团R高縣的平均含量超過了70 mg/kg，海南島屬土壤有效硅嚴(yán)重缺乏地區(qū)；低海拔地區(qū)土壤有效硅含量普遍高于高海拔地區(qū)，但隨著海拔高度增加，土壤有效硅含量先減少后增加；年降雨量少于900 mm時(shí)，土壤有效硅含量波動(dòng)性??；年降雨量在1 300～1 900 mm之間時(shí)，土壤有效硅波動(dòng)變大；當(dāng)年降雨量超過1 600 mm時(shí)，其波動(dòng)幅度最大。

關(guān)鍵詞 水稻田；有效硅；影響因素；海南島

中圖分類號(hào) S153.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）08-0197-02

Analysis on Available Silicon Content and Its Influencing Factors of Rice Field in Hainan Island

ZHANG Dong-ming XIE Liang-shang XIAO Tong-bin FU Chuan-liang ZENG Jian-hua JI Qing-mei ZHANG Wen *

（Key Laboratory of Arable Land Conservation of Hainan Province/Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation（Hainan），Ministry of Agriculture /Agricultural Environment and Soil Research Institute of Hainan Academy of Agricultural Sciences，Haikou Hainan 571100）

Abstract To reveal the content level and its influencing factors of soil available silicon in the paddy field of Hainan Island，and provide scientific basis for reasonable exploitation and utilization of silicon fertilizer and the planting structure adjustment.Field sampling，indoor analysis and GIS mapping were used，the effects of soil parent material，altitude and rainfall on the soil available silicon contents were stuedied based on the soil available silicon contents in rice fields among different counties. The results showed that only the average contents of Haikou City and Lingao County were over 70 mg/kg，Hainan Island was seriously lack of available silicon. The content of available silicon in high altitude area was higher than that in low altitude area.However，with the increase of altitude，the content of available silicon in soil decreased firstly then increased. When the annual rainfall was less than 900 mm，the content of available silicon in soil showed small fluctuation，but there was a large fluctuation when the annual rainfall was between 1 300 mm and 1 900 mm，and the fluctuation was the largest when the annual rainfall exceeded 1 600 mm.

Key words rice field；available silicon；influencing factor；Hainan Island

硅是植物生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素之一，是植物體的重要組成部分[1]。已有研究證實(shí)，硅能使作物表皮細(xì)胞硅質(zhì)化，保持作物的莖、葉挺直，顯著增加光能吸收，提高光合效率。硅素還能促進(jìn)作物根系生長，增強(qiáng)根系活力，有利于作物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收利用，提高作物抗逆性；同時(shí)，還能改善作物礦質(zhì)養(yǎng)分狀況，增加作物產(chǎn)量[2-4]。

硅在地殼中的含量居第2位，僅次于氧元素，豐度為29.50%，約占土壤組成物質(zhì)的1/4。土壤中有效硅（二氧化硅）含量占固體重量的50%～70%。土壤中含硅的礦物質(zhì)很多，如石英質(zhì)硅氧化物和硅鋁酸鹽礦物等，都是難溶性硅化合物，并高度抗風(fēng)化，不能被作物所吸收利用，僅有少量能溶于水中的單分子硅酸才能被植物吸收。我國缺硅土壤分布廣泛，其中耕作土壤缺硅面積大約為1/2，土壤有效硅含量變化范圍為15.7～725.5 mg/kg，缺硅土壤（土壤有效硅含量低于100 mg/kg）占農(nóng)業(yè)土壤面積的40%以上[5]；對(duì)水稻土而言，有效硅含量低于臨界指標(biāo)的土壤占總面積的50%以上。湖北、湖南、安徽的調(diào)查結(jié)果表明，土壤中有效硅含量低于100 mg/kg的面積占40%左右；江西土壤有效硅含量低于100 mg/kg的面積占80%以上，福建土壤有效硅含量多在100 mg/kg以下；主要灌溉水系長江、黃河、淮河、海河的干流及支流的水體中硅含量均較低，也是造成作物缺硅的原因之一[6]。而海南作為我國唯一的熱區(qū)省份，有關(guān)區(qū)域內(nèi)土壤硅素的分布與含量情況目前尚未清楚。筆者采用田間調(diào)查與室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，探討分析海南水稻田有效硅含量及分布特征。由于海南島面積較小，光、溫、日等環(huán)境因子差異不明顯，而降雨和海拔是全島差異性較大的環(huán)境因子，所以把成土母質(zhì)、年降雨量、海拔高度等因素對(duì)有效硅含量的影響作為本研究重點(diǎn)，以期為海南省硅肥的合理開發(fā)利用及種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

海南島是海南省的主體，是中國第二大島嶼，總面積約3.4萬km2，東西長約240 km，南北寬約210 km，呈雪梨狀。地處熱帶，介于東經(jīng)108°37′～111°03′、北緯18°10′～20°10′之間，北靠廣東、廣西，西與越南隔海相望，東為臺(tái)灣、呂宋島，南臨東南亞諸國。地勢由中部高山向四周沿海逐漸降低，島上最高峰五指山海拔為1 867 m，年平均氣溫為23.8 ℃，夏無酷暑，冬無嚴(yán)寒，雨量充沛，干濕季分明，具有得天獨(dú)厚的氣候優(yōu)勢。在海南島特定的環(huán)境條件影響下，島上土壤類型表現(xiàn)非常豐富。按全國第二次土壤普查工作方案要求，全島土壤共劃分為15個(gè)土類27個(gè)亞類87個(gè)土屬[7]，其中磚紅壤和水稻土是海南島的主要土壤類型，全島18個(gè)市縣均有分布。

1.2 土壤樣品的采集

本次采樣采用GPS定位，于2015年10—12月進(jìn)行，樣點(diǎn)布設(shè)充分考慮到地形地貌、成土母質(zhì)和降雨分布等，并且兼顧空間分布的均勻性，共布設(shè)了169個(gè)樣點(diǎn)（圖1）。在每一樣點(diǎn)直徑100 m×100 m的范圍內(nèi)采用“S”型采樣法選擇15～20個(gè)點(diǎn)，采集0～20 cm表土混合均勻，用四分法棄取，使各混合土樣保留1 kg左右?guī)Щ厥覂?nèi)進(jìn)行處理與檢測。

1.3 分析方法

將土樣風(fēng)干、研磨、過篩后混勻裝袋，硅的測定方法參照土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[8]。①制備待測液。稱取粒徑<2 mm的供試土壤5 g（精確到0.01 g）于150 mL塑料瓶中，加入25 mL的0.025 mol/L檸檬酸溶液，塞好瓶塞，搖勻，于30 ℃恒溫箱中保溫5 h，每隔1 h搖動(dòng)1次，取出后干過濾，同時(shí)做空白試驗(yàn)；②繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線；③比色。吸取1.00 mL濾液，依次加入鉬氨酸溶液、草酸溶液和抗壞血酸溶液，定容后在分光光度計(jì)700 nm波長處進(jìn)行比色讀數(shù)；④根據(jù)公式計(jì)算質(zhì)量分?jǐn)?shù)。其他成分的測定均采用常規(guī)分析方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用Excel 2007繪制柱狀圖和折線圖，而采樣點(diǎn)位分布圖、土壤有效硅含量分布圖則采用ArcGIS 9.3繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有效硅的描述性統(tǒng)計(jì)分析

從表1可以看出，土壤有效硅含量較豐富的為瓊北地區(qū)的海口市和臨高縣，但土壤有效硅含量均未達(dá)到水稻生產(chǎn)時(shí)硅的土壤臨界值100 mg/kg；有11個(gè)市縣土壤有效硅含量處于20～50 mg/kg之間，屬于硅嚴(yán)重缺乏區(qū)，直接影響水稻生產(chǎn)；有6個(gè)市縣的土壤有效硅含量低于20 mg/kg，約占全省總市縣數(shù)的31.6%；全省有效硅含量最低的為昌江縣，僅7.5 mg/kg?？傮w來說，海南島是土壤有效硅含量缺乏地區(qū)，硅肥的施用對(duì)于農(nóng)作物尤其是水稻的增產(chǎn)效果潛力巨大[9]。

2.2 成土母質(zhì)對(duì)水稻田土壤有效硅的影響

從表2可以看出，玄武巖發(fā)育的水稻田土壤有效硅含量最高，平均值為51.21 mg/kg；其次是火山灰發(fā)育的水稻田，平均值為47.16 mg/kg，但這2種成土母質(zhì)發(fā)育的水稻田有效硅也均處于中度缺乏狀態(tài)；而其余成土母質(zhì)發(fā)育的水稻田土壤有效硅均值均不超過40 mg/kg，處于嚴(yán)重缺乏狀態(tài)。從土壤有效硅最大值來看，土壤有效硅含量最大的是火山灰，為113.79 mg/kg；其次是河流沖積物，為95.68 mg/kg；最小是珊瑚礁，僅為23.93 mg/kg。所有成土母質(zhì)發(fā)育的水稻田土壤有效硅大小順序依次是火山灰>河流沖積物>玄武巖>砂頁巖>花崗巖>海相沉積物>安山巖>石灰?guī)r>珊瑚礁。從最小值來看，其土壤有效硅分布規(guī)律基本上與最大值成相反的規(guī)律，即最大值越大的成土母質(zhì)其最小值反而較小，說明土壤有效硅含量的穩(wěn)定性受成土母質(zhì)作用最強(qiáng)，其中珊瑚礁發(fā)育的水稻田其有效硅含量最穩(wěn)定，玄武巖、河流沖積物和海相沉積物發(fā)育的水稻田土壤有效硅的變異最大。

2.3 海拔對(duì)水稻田土壤有效硅的影響

海南島土地面積不大，僅3.4萬km2，但是地形地貌復(fù)雜多樣，全島呈現(xiàn)出以五指山為最高峰逐漸向四周沿海平緩降低的錐形地貌。由圖2可以看出，隨著海拔的增加，土壤有效硅含量出現(xiàn)先減少后增加的規(guī)律，低海拔地區(qū)土壤有效硅含量普遍高于高海拔地區(qū)，當(dāng)海拔超過300 m時(shí)土壤有效硅含量又出現(xiàn)增加的現(xiàn)象；從標(biāo)準(zhǔn)差來看，海拔高度超過200 m后土壤有效硅的含量比低海拔地區(qū)穩(wěn)定，海拔越低，土壤有效硅含量的穩(wěn)定性越差。其原因筆者認(rèn)為有2點(diǎn)：一是低海拔地區(qū)由于地下水位較高，加上近年來水利設(shè)施的不斷完善，水稻田土壤自然含水量略大于高海拔地區(qū)，土壤中水分運(yùn)動(dòng)較高海拔地區(qū)強(qiáng)烈，影響土壤有效硅的含量；二是人為措施影響了土壤有效硅含量的穩(wěn)定性，即不同海拔的水稻田，其分布面積差異較大，加上光溫條件的變化，導(dǎo)致水稻田耕作制度及其精細(xì)化程度不一致，造成了土壤有效硅含量的差異性。

2.4 降雨量對(duì)水稻田土壤有效硅的影響

海南屬熱帶季風(fēng)氣候，全年高濕多雨；受風(fēng)向和五指山山脈的影響，全島降雨很不均勻、差異較大，中部的瓊中、五（下轉(zhuǎn)第206頁）

指山地區(qū)屬降雨最大地區(qū)，全年降雨基本超過2 000 mm，其次是東部沿海地區(qū)；降雨量最少的是西北部，包括東方市、樂東縣等，年降雨量不足1 000 mm。從圖3可以看出，隨著降雨量的增加，全島水稻田土壤有效硅含量呈現(xiàn)出下降—升高—下降的規(guī)律。年降雨量在1 600～1 900 mm之間的地區(qū)土壤有效硅含量達(dá)到最高值，為36.50 mg/kg；年降雨量在900～1 300 mm的地區(qū)土壤有效硅含量最小，僅為22.28 mg/kg，屬嚴(yán)重缺乏狀態(tài)。不同年降雨量土壤有效硅含量標(biāo)準(zhǔn)差表明，海南島干旱地區(qū)（即西北地區(qū)），年降雨量<900 mm，土壤有效硅含量波動(dòng)性?。欢杲涤炅? 300～1 900 mm之間的地區(qū)土壤有效硅波動(dòng)最大，尤其當(dāng)年降雨量超過1 600 mm時(shí)，其波動(dòng)幅度更大。

3 結(jié)論

從水稻田土壤有效硅的描述性統(tǒng)計(jì)分析來看，全島水稻田土壤有效硅含量屬于嚴(yán)重缺乏水平和缺乏水平，僅?？谑泻团R高縣的平均含量超過了70 mg/kg，海南島是土壤有效硅較為缺乏的地區(qū)，在進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)應(yīng)注重硅肥的施用。

不同影響因素對(duì)土壤有效硅含量的影響研究表明：玄武巖、河流沖積物和海相沉積物發(fā)育的水稻田土壤有效硅平均含量最大，變異最強(qiáng)。海拔高度也是影響土壤有效硅含量的主要影響因素之一，低海拔地區(qū)土壤有效硅含量普遍高于高海拔地區(qū)，但隨著海拔高度增加，土壤有效硅含量先減少后增加。年降雨量也能較大程度地影響土壤有效硅含量，年降雨量<900 mm，土壤有效硅含量波動(dòng)性??；而年降雨量在1 300～1 900 mm之間，土壤有效硅波動(dòng)更大；當(dāng)年降雨量超過1 600 mm時(shí)，其波動(dòng)幅度最大[8-9]。

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