第十二章-硅的利用与转化ppt课件.ppt
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1、我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物第十一章第十一章 土壤硅的转化与利用土壤硅的转化与利用我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物植物的有益元素植物的有益元素有益元素的概念有益元素的概念 某些元素适量存在时能促进植物的生某些元素适量存在时能促进植物的生长发育;或者是某些特定的植物、在某些特长发育;或者是某些特定的植物、在某些特定条件下所必需的,这些类型的元素称为定条件下所必需的,这些类型的元素称为“有
2、益元素有益元素”,也称,也称“农学必需元素农学必需元素”。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物有益元素的生理功能有益元素的生理功能元素元素主要生理功能主要生理功能主要受益植物主要受益植物硅硅(Si)参与细胞壁的组成参与细胞壁的组成(增强植物的硬度增强植物的硬度);影响植物光合作用与蒸腾作用影响植物光合作用与蒸腾作用;提高植物的抗逆性提高植物的抗逆性; 与其它养分相互作用与其它养分相互作用禾本科植物禾本科植物(如如水稻水稻、小麦、大麦、小麦、大麦)钠钠(Na)刺激植物生长刺激植物生长; 调节细胞渗
3、透压调节细胞渗透压;影响植物水分平衡与细胞伸展影响植物水分平衡与细胞伸展;代替钾行使营养功能代替钾行使营养功能, 如部分酶激活等如部分酶激活等C4或或CAM类植物类植物(如如甜菜甜菜等等)钴钴(Co)参与豆科植物根瘤固氮参与豆科植物根瘤固氮;调节酶或激素活性调节酶或激素活性, 刺激植物生长刺激植物生长;稳定叶绿素稳定叶绿素豆科豆科固氮植物固氮植物(必需必需)镍镍(Ni)刺激种子发芽和幼苗生长刺激种子发芽和幼苗生长;催化尿素降解催化尿素降解; 防治某些病害防治某些病害一般植物一般植物(已归入必需元素已归入必需元素)硒硒(Se)刺激植物生长刺激植物生长; 增强植物体的抗氧化作用增强植物体的抗氧化作
4、用百合科、十字花科、豆百合科、十字花科、豆科、禾本科科、禾本科(低浓度低浓度)铝铝(Al)刺激植物生长刺激植物生长; 影响植物颜色影响植物颜色; 某些酶的激活剂某些酶的激活剂喜酸性植物喜酸性植物(如如茶树茶树)我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物有益元素在植物体内的含量、分布和形态有益元素在植物体内的含量、分布和形态元素元素含含 量量分分 布布形形 态态硅硅(Si)莎草科莎草科,禾本科禾本科:10-15旱地禾本科等:旱地禾本科等:1-3豆科植物等:豆科植物等:1 000mg/Kg离子态离子态硒硒
5、(Se)高硒累积型:数千高硒累积型:数千mg/Kg非硒累积型:非硒累积型:叶、茎、叶、茎、根根无机态(无机态(SeO42-)有机态有机态挥发态挥发态铝铝(Al)一般含量:一般含量:20-200mg/Kg铝累积型:铝累积型:0.1%非累积型:非累积型:叶部叶部老叶老叶幼叶幼叶离子态离子态(Al3+)我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物一、土壤中硅的含量与影响因素一、土壤中硅的含量与影响因素 含量:土壤中硅的含量和地壳含量大致相含量:土壤中硅的含量和地壳含量大致相 似。地壳平均含硅量为似。地壳平均含
6、硅量为270.6 g/kg, 折合折合SiO2为为590.7 g/kg。大多数土壤。大多数土壤 含含SiO2为为500.0-700.0 g/kg,平均为,平均为 60 g/kg左右。左右。 影响因素:影响因素: 土壤中硅的含量主要受成土母质和成土过程的影土壤中硅的含量主要受成土母质和成土过程的影响响我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物1、成土母质、成土母质 一般酸性岩石如花岗岩、流纹岩等含一般酸性岩石如花岗岩、流纹岩等含SiO2较多,而闪长岩、较多,而闪长岩、辉长岩、玄武岩等基性岩石含辉长岩、玄
7、武岩等基性岩石含SiO2较少。较少。 红壤:红壤: 砂岩砂岩:843 g/kg, 页岩页岩:707 g/kg, 玄武岩玄武岩:307 g/kg, 石灰岩石灰岩:293 g/kg。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物2、成土过程、成土过程 风化作用风化作用 湿热地带的硅酸盐原生矿物遭到强烈风化,部湿热地带的硅酸盐原生矿物遭到强烈风化,部分二氧化硅成为溶解状态而从土壤中流失所致。分二氧化硅成为溶解状态而从土壤中流失所致。 上层土壤中的上层土壤中的SiO2含量较低,随着剖面深度含量较低,随着剖面深度
8、而增加,母质层的而增加,母质层的SiO2含量较高,表明有明显的含量较高,表明有明显的脱硅过程。脱硅过程。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物2、成土过程、成土过程 淋溶淋溶淀积过程淀积过程 淋溶改变了母质中的淋溶改变了母质中的SiO2成分。如在具有强烈酸性淋溶作用的灰成分。如在具有强烈酸性淋溶作用的灰化土中,化土中,SiO2在其矿物含量组成中所占的达在其矿物含量组成中所占的达90%以上,但以淋溶层最以上,但以淋溶层最高,淀积层和母质层则逐渐减少,这是由于在酸性条件下,铁铝氧化高,淀积层和母质层则
9、逐渐减少,这是由于在酸性条件下,铁铝氧化物由淋溶层洗出,而物由淋溶层洗出,而SiO2则相对积累所致。则相对积累所致。 淋溶层所积累的淋溶层所积累的SiO2主要是石英一类的游离二氧化硅;而矿物质主要是石英一类的游离二氧化硅;而矿物质中的化合态二氧化硅则仍受到一定程度的淋溶。在灰化土中尽管中的化合态二氧化硅则仍受到一定程度的淋溶。在灰化土中尽管SiO2的总含量很高,但是其中活性的总含量很高,但是其中活性SiO2的含量却仍是很低的的含量却仍是很低的 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物表表1 我国云南
10、省山地森林灰化红壤的我国云南省山地森林灰化红壤的SiO2的含量(张万儒,的含量(张万儒,1962)土层土层深度深度(厘米)(厘米) A1 Mg、Ca Na、K我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物风化难易程度风化难易程度 各种硅酸盐矿物中所含键的风化难易程度:各种硅酸盐矿物中所含键的风化难易程度: Si-O-M键(橄榄石键(橄榄石),最易解体,最易解体 链式硅酸盐链式硅酸盐(辉石和角闪石等辉石和角闪石等),较易,较易 Si-O-Al键键(长石和云母长石和云母),较难,较难 Si-O-Si键键(石英
11、石英), 最难风化。最难风化。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物三、硅酸盐矿物的风化三、硅酸盐矿物的风化 1、水解作用、水解作用 是使一些硅酸盐矿风化的重要原因,长石的水是使一些硅酸盐矿风化的重要原因,长石的水解作用是常被引用的一个例子,水解的结果产生解作用是常被引用的一个例子,水解的结果产生含水氧化硅、氧化铝及其他盐类。含水氧化硅、氧化铝及其他盐类。 在自然界中,水解作用常和碳酸化作用联系在自然界中,水解作用常和碳酸化作用联系在一起,即属酸性水解。在碱性条件下则可能促在一起,即属酸性水解。在
12、碱性条件下则可能促进其水解。进其水解。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物2、螯合作用、螯合作用 大多数能和大多数能和Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+等金属等金属离子形成稳定螯合物的螯合剂都能破坏硅离子形成稳定螯合物的螯合剂都能破坏硅酸盐矿物而释出硅。像这一类螯合剂在土酸盐矿物而释出硅。像这一类螯合剂在土壤有机质中是很丰富的,如柠檬酸、酒石壤有机质中是很丰富的,如柠檬酸、酒石酸、水杨酸等等。酸、水杨酸等等。 对硅的释放来说,最有效的螯合剂可对硅的释放来说,最有效的螯合剂可能是二羟基苯的衍生
13、物,如邻苯二酚能是二羟基苯的衍生物,如邻苯二酚C6H4(OH)2不但能分解各种硅酸盐矿物,不但能分解各种硅酸盐矿物,而且也能使石英分解。而且也能使石英分解。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物3、代换风化、代换风化 Si4+和和P5+的离子半径相近,有产生同晶置的离子半径相近,有产生同晶置换的可能。换的可能。Si4+的离子半径是的离子半径是0.41,而,而P5+则是则是0.34,正好适合四面体中间的孔隙,正好适合四面体中间的孔隙(孔隙的球面半径为(孔隙的球面半径为0.30),因此这种置),因此
14、这种置换反应完全可以在保持原来晶格形状的情换反应完全可以在保持原来晶格形状的情况下进行。况下进行。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物4、氧化还原作用、氧化还原作用 对于含有像对于含有像Fe这样易于变化的阳离子的硅酸盐矿这样易于变化的阳离子的硅酸盐矿物也有促进风化作用。物也有促进风化作用。 此外,温度、湿度这些能促进化学反应的因素,此外,温度、湿度这些能促进化学反应的因素,在硅酸盐矿物的化学风化中都是非常重要的。在硅酸盐矿物的化学风化中都是非常重要的。 高度风化并不意味着有效硅丰富,还必须联系
15、高度风化并不意味着有效硅丰富,还必须联系淋溶和吸附强度。淋溶和吸附强度。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物四、土壤溶液中的硅及其平衡四、土壤溶液中的硅及其平衡 土壤溶液中的含硅量(以土壤溶液中的含硅量(以SiO2表示)相差表示)相差也很大,变幅可达也很大,变幅可达7-80 mg/kg,大多在,大多在20-40 mg/kg 左右,左右, 影响因子:影响因子: 1、母质类型、母质类型 2、胶体种类、胶体种类 3、pH值值 4、渍水及氧化还原条件、渍水及氧化还原条件 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐
16、怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 1、母质类型 含高岭石类粘垃矿物为主的土壤,其水溶含高岭石类粘垃矿物为主的土壤,其水溶性硅的含量显著低于含蒙脱石类型为主的性硅的含量显著低于含蒙脱石类型为主的土壤。同样,含铁、铝氧化物高的土壤,土壤。同样,含铁、铝氧化物高的土壤,溶液中硅的含量较低。溶液中硅的含量较低。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物淹水条件和淹水条件和pH值值 淹水条件下,溶液中淹水条件下,溶液中SiO2的浓度增加,
17、的浓度增加, 一般有机质含量较高和一般有机质含量较高和pH值较低的土壤淹值较低的土壤淹水后溶液中水后溶液中SiO2含量增加较多含量增加较多 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物图图1 土壤土壤pH值与溶液中值与溶液中SiO2浓度关系浓度关系(Jones,1965)在在pH5-8范围内,随着范围内,随着pH值的增加,溶液中值的增加,溶液中SiO2的含量降低。的含量降低。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个
18、活的生物五、土壤固体对硅的吸附和固定五、土壤固体对硅的吸附和固定 土壤溶液中的硅在一般土壤溶液中的硅在一般pH条件下是以单硅酸形态存在的,条件下是以单硅酸形态存在的,因此对硅的吸附主要不是离子状态的代换吸附,这是和其因此对硅的吸附主要不是离子状态的代换吸附,这是和其他养分离子吸附平衡不同的。他养分离子吸附平衡不同的。 固体物质能够吸附单硅酸固体物质能够吸附单硅酸Si(OH)4, 高吸附容量:沉淀的水氧化铁、铝,高吸附容量:沉淀的水氧化铁、铝, 中等吸附容量:铝土矿,褐铁矿,赤铁矿,针铁矿中等吸附容量:铝土矿,褐铁矿,赤铁矿,针铁矿 低吸附容量:二氧化钛,三水铝石,钠长石,低吸附容量:二氧化钛,
19、三水铝石,钠长石, 不吸附的:石英,方解石,菱镁矿,白云石不吸附的:石英,方解石,菱镁矿,白云石我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物图图 2 氧化铁、铝对硅酸盐的吸附与氧化铁、铝对硅酸盐的吸附与pH的关系的关系(Jones,1963)1结晶好的氧化铁; 2结晶好的氧化铝; 3无定形氧化铁;4无定形氧化铝我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物图图3 针铁矿的颗粒大小对硅酸盐吸附的影响针铁矿的颗粒大小对
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