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硅(Silicon)作为植物生长的有益元素之一,可以促进作物生长发育、提高作物产量及品质、增强作物对外界环境胁迫(生物和非生物)的抗逆性。近年来,随着稳定同位素研究技术的迅速发展,利用硅稳定同位素示踪方法来研究植物硅生物地球化学行为成为热点之一。然而迄今为止,有关植物硅稳定同位素的研究仍相对较少。为此,本文以水稻、黄瓜、番茄为研究对象,开展不同植物硅同位素分馏机理及不同土壤类型对其影响的相关研究,以期为理解植物硅吸收、运输、沉积的机制提供可靠证据。得到的主要结论如下:1.通过水培试验,发现硅在植物体内运输、沉积的过程中会产生生物作用的硅同位素分馏效应。在0.08 mM、0.8 mM、1.6 mM供硅浓度条件下,水稻地上部δ30Si值分别为-0.17‰、-0.46‰和-0.66‰,黄瓜地上部δ30Si值分别为-0.08‰、-0.25‰和-0.3 8‰,番茄地上部δ30Si值分别为-0.32‰、-0.34‰和-0.44‰,三种作物地上部δ30Si值均符合“末端分布规律”,即呈现出“从基部器官到顶部器官逐渐升高”的变化趋势;对于根部而言,在0.08 mM、0.8 mM、1.6 mM供硅浓度条件下,水稻根部δ30Si值分别为0.05‰、-0.16‰和-0.23‰,黄瓜根部δ30Si值分别为0.01‰、-0.06‰和-0.109‰,番茄根部δ30Si值分别为-0.199‰、-0.34‰和-0.39‰,三种作物根部δ30Si值均高于其地上部。且三种作物根部均存在溶解硅,溶解硅δ30Si值高于地上部。2.通过水培试验,发现植物与营养液之间会产生生物作用的硅同位素分馏效应。对于水稻而言,在0.8 mM和1.6 mM供硅浓度下,水稻整株与营养液之间硅同位素分馏系数30plant-sourca分别为-0.5 1‰和-0.70‰,表明相对重硅同位素,水稻优先吸收轻硅同位素。对于黄瓜和番茄而言,在0.08 mM、0.8 mM、1.6 mM供硅浓度条件下,黄瓜整株与营养液之间硅同位素分馏系数30εplant-source分别为-0.14‰、-0.30‰和-0.43‰,番茄整株营养液之间硅同位素分馏系数30εplant-source分别为-0.40‰、-0.43‰和-0.52‰,显示出与水稻一样,黄瓜、番茄也是优先吸收轻硅同位素。3.通过土壤盆栽试验,发现不同土壤类型对水稻体内硅同位素分馏效应影响显著。红壤、黑土、褐土上栽培的水稻体内沉淀硅与溶解硅之间硅同位素分馏系数αPre-Dis分别为0.9988、0.9978、0.9975,表明褐土上种植的水稻体内硅同位素分馏程度最大,黑土次之,红壤最小;相关性分析发现,水稻δ30Si值(叶片和整株)与土壤溶液pH值、有机质、有效硅、游离氧化铁、游离氧化铝含量之间均存在显著的相关性(P<0.01),由于土壤游离氧化铁、游离氧化铝含量随土壤风化程度的升高而升高,表明水稻硅同位素信号可能主要受土壤溶液pH值、有机质、有效硅含量以及土壤风化程度的影响。