土壤时间旋转硅土植物周期

随着土壤年龄的增长，地球化学风化作用在向生物圈提供硅方面的作用逐渐减弱，而陆地植被则发挥了更大的作用。Félix de Tombeur和比利时列日大学的Jean-Thomas Cornelis访问了西澳大利亚大学，研究两个跨越200万年的罕见沙丘土壤年表。这些沙丘贫瘠的土壤支持着生物多样性的生态系统。他们的发现表明，植物有效硅对长期土壤形成的非线性响应，植物将硅保留在旧的和缺硅的土壤中，维持了其陆地循环。

在氧之后，硅是地壳中含量第二丰富的元素。全球硅循环与碳循环(也称为碳酸盐-硅酸盐循环)密切相关。作为碳循环的一部分，风化过程将硅酸盐岩石转化为重碳酸盐离子，再沉淀成碳酸盐，再沉淀成海洋。在地质时间尺度上，硅酸盐的化学风化作用消耗大气中的二氧化碳，进而调节地球的气候。通过化学风化作用从岩石中释放出来的硅也被陆地植物和水生生物吸收，它们从土壤中滤出进入水圈，从而影响全球的光合作用。

现在，研究表明，硅循环从地球化学过程转变为生物控制，植物似乎是调节因素。在生物时间尺度上，海洋中需要硅的硅藻(微藻)通过光合作用吸收大量二氧化碳。实际上，从陆地滤入海洋的硅控制了这些水生生物对光合作用驱动的二氧化碳的吸收。硅也是陆生植物的有益元素。含硅岩石风化过程中，在土壤溶液中转化为溶解硅，供植物吸收。

土壤方法导致硅释放到土壤溶液中作为单硅酸（Si（OH）₄)．然后，植物可以吸收单硅酸来产生植物岩，这种植物岩由在它们的叶子、茎和根中发现的二氧化硅构成。这些微观结构有助于维持植物的结构完整性。它们还能增强植物抵御盐碱地、金属毒性和极端温度等压力源，保护植物免受食草动物(被称为食草动物)的吃掉和病原体的攻击。当植物死亡和分解时，硅又返回到土壤中，这就是硅循环的生物方面。

随着时间的推移，硅循环从地球化学过程转移到生物控制，植物似乎是调节因子。

硅循环的地球化学与生物机制
随着土壤年龄的增长，化学风化在向生物圈提供硅方面的作用明显减弱，而陆生植物的作用则更大。植物植物岩比矿物硅酸盐更容易溶解，因此，据估计，从植物分解中释放硅的速度比结晶硅酸盐矿物风化的速度要高。然而，地球化学机制相对于生物机制在陆地硅循环作为土壤年龄函数的调节中的相对重要性还没有得到很好的研究。在生态系统发展过程中，硅在土壤-植物系统中的动态也没有被完全理解。

在最近的两篇论文中，de Tombeur和他的同事描述了硅循环的变化及其在长期生态系统发展中的作用。利用两个独特的土壤年代序列，他们已经能够证明土壤年龄在调节硅循环中的重要性。由于土壤硅最终是从母岩中获得的，植物有效硅浓度预计会随着土壤年龄的减少而通过脱硅(硅损失)。随着土壤老化和生态系统的发展，这将增加硅循环的生物过程的作用。

土壤的形成受到形成它的矿物物质(称为母质)以及气候、地形、生物因素和时间的影响。土壤年表是从不同时期发展起来的地点获得的，这些地点的其他土壤形成因素差异相对较小。它们可以用来研究时间作为土壤发生的一个因素，即受地方、环境和历史影响的土壤形成过程。由于西澳大利亚摆脱了更新世冰期的影响，它成为了一个理想的环境(实际上是一个室外实验室)，在这里观察土壤硅随时间的变化。

土壤年代序列揭示了土壤的形成过程
研究人员研究了来自澳大利亚西南部海岸沙丘的两个土壤年代序列，它们跨越了200万年——这是全世界土壤年龄的全部范围。这些时间序列包括世界上最古老(最风化和最贫瘠)的土壤和最年轻的土壤。这些年代序列还代表了在长期土壤形成过程中已知的三个土壤域:碳酸盐淋溶、次生矿物的形成，以及随后通过溶解和淋溶这些矿物的损失。它们是研究陆地生物地球化学的理想材料。

该研究检测了土壤理化特性，看着硅池在土壤跨度跨越硅池。进行土壤中不同硅形式的具体提取：通过用CaCl提取测定植物可用硅池₂；用乙酸萃取法测定吸附硅的池;用草酸铵-草酸提取与结晶不良成分和/或吸附在倍半氧化物上的硅。最后,Na₂有限公司_3.萃取用于估计包括土壤植物溶解的硅池。

总之，他们能证明：植物可用硅的浓度被发现是富含碳酸盐的年轻全新烯土壤中的最低;它们在中间土壤中增加（中间级卓酮）;他们在最古老的富含石英的土壤中减少（早期更新世，200万年前）。土壤植物植物通过其在最旧的土壤中的溶解来控制植物可用的硅。

土壤年龄强烈影响陆地硅生物地球化学，对生态系统运作和全球碳循环具有潜在的级联影响。

这些结果表明，随着时间的推移，硅的来源发生了变化。硅的有效性是由地球化学过程(矿物溶解)决定的，在年轻和中等年龄的土壤中，随着岩石的分解，硅含量的释放，硅含量更多。随着土壤的老化，由于雨水将其带走，土壤中硅的含量越来越少。在最古老的缺硅土壤中，硅的有效性不是由地球化学过程决定的，而是由生物过程决定的，包括植物源硅的再循环，即植物岩。

在年轻的土壤中，研究人员指出，硅的有效性较低，因为碳酸盐风化作用消耗质子，减少硅酸盐矿物的风化;也因为次生矿物对硅的吸附在碱性土壤中很高。在中年土壤中，硅有效度随着碳酸盐的流失和高岭石(一种化学成分为Al的粘土矿物)的形成而增加₂如果₂O₅(哦)₄)．如前所述，在最古老的富含石英的土壤中，是植物岩的循环利用控制了硅的有效性。

硅在陆地生态系统中的作用
在陆地生态系统中，植物可用硅对长期土壤发育或土壤发生的非线性响应——在碳酸盐流失期间增加，然后在石英富集期间减少——可能对植物与硅相关的功能具有重要的意义。这很可能反映在植物的生产和分布上，因为硅降低了生物和非生物胁迫，还可能影响牧草和灌木地生态系统中豆科或单子叶植物的优势地位。

植物种类的变化在整个序列中也与植物硅的增加有关 - 但其他重要营养素的降低，例如钙，镁，钾和磷叶片。ProteaCeae和Dilleniaceae的二象状木质种类促使叶面硅的最大增加。

这些发现点指向植物积聚在营养耗尽的土壤上的植物的选择性优势。这种积累可能是因为这些适应的物种产生更长寿命的叶子和硅累积，叶绿末累积，但也可以反映基于硅的植物功能。二氧化硅沉积在较旧的植物的植物组织中，通过最大限度地减少组织损失，造成的土壤造成的土壤的适应性值可能具有适应性的抗病食物防御，因此增加了植物中养分的持续性和营养用途的效率。