海南岛水稻田有效硅含量及其影响因素分析

张冬明++谢良商++肖彤斌

摘要 为揭示海南岛水稻田土壤有效硅含量水平及其影响因素，并为海南省硅肥的合理开发利用和种植业结构调整提供科学依据，采用野外采样调查、室内分析及GIS作图相结合的方法，在分析各市县水稻田土壤有效硅含量基础上，研究成土母质、海拔高度和降雨量对土壤有效硅含量的影响程度。结果表明，全岛仅海口市和临高县的平均含量超过了70 mg/kg，海南岛属土壤有效硅严重缺乏地区；低海拔地区土壤有效硅含量普遍高于高海拔地区，但随着海拔高度增加，土壤有效硅含量先减少后增加；年降雨量少于900 mm时，土壤有效硅含量波动性小；年降雨量在1 300～1 900 mm之间时，土壤有效硅波动变大；当年降雨量超过1 600 mm时，其波动幅度最大。

关键词 水稻田；有效硅；影响因素；海南岛

中图分类号 S153.6 文献标识码 A 文章编号 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

硅是植物生長发育必需的营养元素之一，是植物体的重要组成部分[1]。已有研究证实，硅能使作物表皮细胞硅质化，保持作物的茎、叶挺直，显著增加光能吸收，提高光合效率。硅素还能促进作物根系生长，增强根系活力，有利于作物对水分和养分的吸收利用，提高作物抗逆性；同时，还能改善作物矿质养分状况，增加作物产量[2-4]。

硅在地壳中的含量居第2位，仅次于氧元素，丰度为29.50%，约占土壤组成物质的1/4。土壤中有效硅（二氧化硅）含量占固体重量的50%～70%。土壤中含硅的矿物质很多，如石英质硅氧化物和硅铝酸盐矿物等，都是难溶性硅化合物，并高度抗风化，不能被作物所吸收利用，仅有少量能溶于水中的单分子硅酸才能被植物吸收。我国缺硅土壤分布广泛，其中耕作土壤缺硅面积大约为1/2，土壤有效硅含量变化范围为15.7～725.5 mg/kg，缺硅土壤（土壤有效硅含量低于100 mg/kg）占农业土壤面积的40%以上[5]；对水稻土而言，有效硅含量低于临界指标的土壤占总面积的50%以上。湖北、湖南、安徽的调查结果表明，土壤中有效硅含量低于100 mg/kg的面积占40%左右；江西土壤有效硅含量低于100 mg/kg的面积占80%以上，福建土壤有效硅含量多在100 mg/kg以下；主要灌溉水系长江、黄河、淮河、海河的干流及支流的水体中硅含量均较低，也是造成作物缺硅的原因之一[6]。而海南作为我国唯一的热区省份，有关区域内土壤硅素的分布与含量情况目前尚未清楚。笔者采用田间调查与室内分析相结合的方法，探讨分析海南水稻田有效硅含量及分布特征。由于海南岛面积较小，光、温、日等环境因子差异不明显，而降雨和海拔是全岛差异性较大的环境因子，所以把成土母质、年降雨量、海拔高度等因素对有效硅含量的影响作为本研究重点，以期为海南省硅肥的合理开发利用及种植业结构调整提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

海南岛是海南省的主体，是中国第二大岛屿，总面积约3.4万km2，东西长约240 km，南北宽约210 km，呈雪梨状。地处热带，介于东经108°37′～111°03′、北纬18°10′～20°10′之间，北靠广东、广西，西与越南隔海相望，东为台湾、吕宋岛，南临东南亚诸国。地势由中部高山向四周沿海逐渐降低，岛上最高峰五指山海拔为1 867 m，年平均气温为23.8 ℃，夏无酷暑，冬无严寒，雨量充沛，干湿季分明，具有得天独厚的气候优势。在海南岛特定的环境条件影响下，岛上土壤类型表现非常丰富。按全国第二次土壤普查工作方案要求，全岛土壤共划分为15个土类27个亚类87个土属[7]，其中砖红壤和水稻土是海南岛的主要土壤类型，全岛18个市县均有分布。

1.2 土壤样品的采集

本次采样采用GPS定位，于2015年10—12月进行，样点布设充分考虑到地形地貌、成土母质和降雨分布等，并且兼顾空间分布的均匀性，共布设了169个样点（图1）。在每一样点直径100 m×100 m的范围内采用“S”型采样法选择15～20个点，采集0～20 cm表土混合均匀，用四分法弃取，使各混合土样保留1 kg左右带回室内进行处理与检测。

1.3 分析方法

将土样风干、研磨、过筛后混匀装袋，硅的测定方法参照土壤农业化学分析方法[8]。①制备待测液。称取粒径<2 mm的供试土壤5 g（精确到0.01 g）于150 mL塑料瓶中，加入25 mL的0.025 mol/L柠檬酸溶液，塞好瓶塞，摇匀，于30 ℃恒温箱中保温5 h，每隔1 h摇动1次，取出后干过滤，同时做空白试验；②绘制标准曲线；③比色。吸取1.00 mL滤液，依次加入钼氨酸溶液、草酸溶液和抗坏血酸溶液，定容后在分光光度计700 nm波长处进行比色读数；④根据公式计算质量分数。其他成分的测定均采用常规分析方法。

1.4 数据处理

试验数据采用SPSS 16.0软件进行統计分析，运用Excel 2007绘制柱状图和折线图，而采样点位分布图、土壤有效硅含量分布图则采用ArcGIS 9.3绘制。

2 结果与分析

2.1 土壤有效硅的描述性统计分析

从表1可以看出，土壤有效硅含量较丰富的为琼北地区的海口市和临高县，但土壤有效硅含量均未达到水稻生产时硅的土壤临界值100 mg/kg；有11个市县土壤有效硅含量处于20～50 mg/kg之间，属于硅严重缺乏区，直接影响水稻生产；有6个市县的土壤有效硅含量低于20 mg/kg，约占全省总市县数的31.6%；全省有效硅含量最低的为昌江县，仅7.5 mg/kg。总体来说，海南岛是土壤有效硅含量缺乏地区，硅肥的施用对于农作物尤其是水稻的增产效果潜力巨大[9]。

2.2 成土母质对水稻田土壤有效硅的影响

从表2可以看出，玄武岩发育的水稻田土壤有效硅含量最高，平均值为51.21 mg/kg；其次是火山灰发育的水稻田，平均值为47.16 mg/kg，但这2种成土母质发育的水稻田有效硅也均处于中度缺乏状态；而其余成土母质发育的水稻田土壤有效硅均值均不超过40 mg/kg，处于严重缺乏状态。从土壤有效硅最大值来看，土壤有效硅含量最大的是火山灰，为113.79 mg/kg；其次是河流冲积物，为95.68 mg/kg；最小是珊瑚礁，仅为23.93 mg/kg。所有成土母质发育的水稻田土壤有效硅大小顺序依次是火山灰>河流冲积物>玄武岩>砂页岩>花岗岩>海相沉积物>安山岩>石灰岩>珊瑚礁。从最小值来看，其土壤有效硅分布规律基本上与最大值成相反的规律，即最大值越大的成土母质其最小值反而较小，说明土壤有效硅含量的稳定性受成土母质作用最强，其中珊瑚礁发育的水稻田其有效硅含量最稳定，玄武岩、河流冲积物和海相沉积物发育的水稻田土壤有效硅的变异最大。

2.3 海拔对水稻田土壤有效硅的影响

海南岛土地面积不大，仅3.4万km2，但是地形地貌复杂多样，全岛呈现出以五指山为最高峰逐渐向四周沿海平缓降低的锥形地貌。由图2可以看出，随着海拔的增加，土壤有效硅含量出现先减少后增加的规律，低海拔地区土壤有效硅含量普遍高于高海拔地区，当海拔超过300 m时土壤有效硅含量又出现增加的现象；从标准差来看，海拔高度超过200 m后土壤有效硅的含量比低海拔地区稳定，海拔越低，土壤有效硅含量的稳定性越差。其原因笔者认为有2点：一是低海拔地区由于地下水位较高，加上近年来水利设施的不断完善，水稻田土壤自然含水量略大于高海拔地区，土壤中水分运动较高海拔地区强烈，影响土壤有效硅的含量；二是人为措施影响了土壤有效硅含量的稳定性，即不同海拔的水稻田，其分布面积差异较大，加上光温条件的变化，导致水稻田耕作制度及其精细化程度不一致，造成了土壤有效硅含量的差异性。

2.4 降雨量对水稻田土壤有效硅的影响

海南属热带季风气候，全年高湿多雨；受风向和五指山山脉的影响，全岛降雨很不均匀、差异较大，中部的琼中、五（下转第206页）

指山地区属降雨最大地区，全年降雨基本超过2 000 mm，其次是东部沿海地区；降雨量最少的是西北部，包括东方市、乐东县等，年降雨量不足1 000 mm。从图3可以看出，随着降雨量的增加，全岛水稻田土壤有效硅含量呈现出下降—升高—下降的规律。年降雨量在1 600～1 900 mm之间的地区土壤有效硅含量达到最高值，为36.50 mg/kg；年降雨量在900～1 300 mm的地区土壤有效硅含量最小，仅为22.28 mg/kg，属严重缺乏状态。不同年降雨量土壤有效硅含量标准差表明，海南岛干旱地区（即西北地区），年降雨量<900 mm，土壤有效硅含量波动性小；而年降雨量1 300～1 900 mm之间的地区土壤有效硅波动最大，尤其当年降雨量超过1 600 mm时，其波动幅度更大。

3 结论

从水稻田土壤有效硅的描述性统计分析来看，全岛水稻田土壤有效硅含量属于严重缺乏水平和缺乏水平，仅海口市和临高县的平均含量超过了70 mg/kg，海南岛是土壤有效硅较为缺乏的地区，在进行农业生产时应注重硅肥的施用。

不同影响因素对土壤有效硅含量的影响研究表明：玄武岩、河流冲积物和海相沉积物发育的水稻田土壤有效硅平均含量最大，变异最强。海拔高度也是影响土壤有效硅含量的主要影响因素之一，低海拔地区土壤有效硅含量普遍高于高海拔地区，但随着海拔高度增加，土壤有效硅含量先减少后增加。年降雨量也能较大程度地影响土壤有效硅含量，年降雨量<900 mm，土壤有效硅含量波动性小；而年降雨量在1 300～1 900 mm之间，土壤有效硅波动更大；当年降雨量超过1 600 mm时，其波动幅度最大[8-9]。

4 参考文献

[1] 何珊琼，孟赐福，黄张婷，等.土壤植硅体碳稳定性的研究进展与展望[J].浙江农林大学学报，2016（3）：506-515.

[2] 贾国涛，顾会战，许自成，等.作物硅素营养研究进展[J].山东农业科学，2016（5）：153-158.

[3] 田福平，陈子萱，苗小林，等.土壤和植物的硅素营养研究[J].山东农业科学，2007（1）：81-84.

[4] 王飞，秦方锦，庄亚其，等.宁波市水稻土壤硅素丰缺指标体系研究初报[J].土壤通报，2014（6）：1491-1495.

[5] 冯元琦.硅肥：土壤不可或缺[J].中国石油和化工，2001（1）：33-35.

[6] 王伟，张合心，黄承和，等.海南硅高效水稻的筛选及硅吸收特征[J].中国农学通报，2014（3）：61-65.

[7] 海南省农业厅土肥站.海南土壤[M].海口：海南出版社，1993.

[8] 鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京：中国农业出版社，1999.

[9] 王远敏.硅对水稻生长发育及产量品质的影响研究[D].重庆：西南大学，2007.