[發明專利]一種測定水體和土壤中有效性硅含量的方法

在審

• 申請號: 201911178093.6
• 申請日: 2019-11-26
• 公開（公告）號: CN110849776A
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 李剛;管冬興;朱永官;余光輝;徐耀陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院城市環境研究所;天津大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00;G01N21/73
• 代理公司: 焦作加貝專利代理事務所(普通合伙) 41182
• 代理人: 馮新志

本發明公開了一種測定水體和土壤中有效性硅含量的方法，屬于水體和土壤中有效性硅含量的測定方法技術領域。該方法包括如下步驟：分別制備硅酸溶液、制備擴散膜、制備PZ吸附膜；測定硅在擴散膜中的擴散系數；分別測定水體或土壤中的有效性硅含量。該方法能夠適用于不同環境條件、不同環境介質中方便、有效、準確測定硅含量。

技術領域

本發明屬于水體和土壤中有效性硅含量的測定方法技術領域，具體涉及一種測定水體和土壤中有效性硅含量的方法。

背景技術

硅是土壤中最豐富的元素之一，土壤中硅的存在形式多樣。土壤溶液中的硅，主要以單硅酸的形式存在，濃度在0.1～0.6mM之間，也是植物吸收硅的主要形式。溶解態硅和吸附態硅可以通過離子交換、吸附解吸、溶解、聚合等物理過程相互轉化，因此認為易溶解態硅包括溶解態、吸附態、非結晶態(生物源的硅和蛋白石)以及短程有序的鋁硅酸鹽。

通常將土壤有效性硅含量作為衡量土壤供硅能力的指標。土壤有效性硅是指能夠被植物直接吸收利用的硅，包括單硅酸和多硅酸以及能夠轉化為單硅酸的各種形式的硅。硅對植物的有益作用促使土壤中硅測定的發展，目前，土壤中硅元素的提取方法很多，大多是用陽離子替換被吸附的硅，然而由于不同的提取劑置換硅元素的能力不同，所提取的硅形態不同，致使提取結果差別很大。Nonaka和Takahashi用水提取土壤硅來評估是否需要施加硅肥， Haysom和Chapman對比分析了0.01M CaCl₂、0.5M乙酸銨和0.005M硫酸三種提取劑，提取土壤中植物可利用硅(plant-available Si)的能力，發現CaCl₂方法提取的硅和甘蔗中硅含量具有最好的相關性(r²＝0.82)；Imaizumi和Yoshida用乙酸鹽緩沖溶液提取土壤中的植物可利用硅，Nonaka和Takahashi發現乙酸鹽溶解了鈣硅酸鹽肥料中一些不能被利用的硅，導致施用鈣硅酸鹽的土壤硅含量偏高。De Lima Rodrigues等使用三種硅提取方法(乙酸、乙酸鹽-乙酸、CaCl₂)提取土壤硅，發現三種提取劑的提取能力大小為：乙酸鹽-乙酸>乙酸>CaCl₂，乙酸鹽-乙酸提取與CaCl₂提取結果的相關性系數r²＝0.33，說明兩種方法提取的硅形態可能有重疊，乙酸提取與乙酸鹽-乙酸和CaCl₂提取結果的相關性系數分別為r²＝0.59，r²＝0.53，說明乙酸的提取能力介于兩者之間。Saccone等用三種酸(0.2M草酸銨、0.1M檸檬酸銨、0.5M 乙酸銨)和兩種堿(0.094M Na₂CO₃、0.5M NaOH)提取土壤中的硅，結果顯示，酸性提取劑只能提取弱結合態的硅，如吸附態和被無定型鋁/鐵物質結合的硅，堿性提取劑可以提取灰化土和黑鈣土中的全部或部分非晶型硅。

綜上，用于土壤中硅元素的提取劑主要有水、CaCl₂、乙酸、乙酸銨-乙酸緩沖溶液、草酸銨-草酸緩沖溶液、硫酸、NaOH、Na₂CO₃等，提取的硅形態各種各樣，如溶解態、交換態、可吸附態、弱鐵鋁氧化物結合態、非晶型硅等。實際上，土壤環境是一個包含物理、化學和生物過程的復雜動態體系，任何土壤顆粒和土壤水溶液之間的準平衡極易受所處環境的影響，化學提取劑的添加不可避免的會破壞原有的環境條件，從而導致元素的形態分布發生變化。因而，不同的工作者采用不同的提取劑和提取方法進行土壤硅的提取，結果相差比較大。盡管如此，化學提取技術仍然被認為能為研究土壤中硅的賦存形態及可利用性提供有效信息。

梯度擴散薄膜技術(Diffusive gradients in thin-films,DGT)是1994年由William Davison 和張昊發明的一種原位被動采樣技術，DGT技術以菲克第一擴散定律為理論基礎，即單位時間內通過垂直擴散方向單位截面的物質流量(稱為擴散通量Flux，用F表示)與該截面的濃度梯度成正比。數學表達式分別為公式1.1和1.2，如下：