水稻土供硅特性研究進展

高繪文 吳建富

摘 要 硅是對水稻生長有益的元素，在水稻的生長發(fā)育、養(yǎng)分的吸收、產(chǎn)量與品質(zhì)形成以及逆境生理等方面都有極其重要的作用?；诖耍瑥墓柙谕寥乐械姆植?、土壤供硅能力、水稻吸硅特性、硅對水稻生長發(fā)育的影響、增施硅肥指標、硅素營養(yǎng)評價方法等方面的研究進展進行了綜述，同時對今后水稻土硅素營養(yǎng)研究的重點提出了構(gòu)想。

關(guān)鍵詞 水稻土；土壤供硅；水稻；硅素營養(yǎng)

中圖分類號：S511.4+2 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.27.090

1 土壤硅

1.1 硅在土壤中的含量、形態(tài)與分布

土壤中有機含硅化合物很少，大部分都是無機形態(tài)的硅，無機態(tài)硅可分為水溶態(tài)、吸附態(tài)和礦物態(tài)三種。水溶態(tài)硅是在土壤溶液中，主要以單硅酸（H4SiO4）形態(tài)存在的硅，可被植物直接吸收利用，是植物硅素的主要來源。吸附態(tài)硅是指土壤膠體表面吸附的硅酸，大部分氧化物和水化物都能夠吸附硅酸，吸附能力又以鋁氧化物為最強。礦物態(tài)硅的含量很高，SiO2占硅總量的50%～70%。

1.2 土壤供硅能力及其評價方法

土壤中硅的含量一般用土壤全硅含量、土壤有效硅含量來評價，兩者相比而言，測土壤有效硅含量更具有實際意義，一般用作土壤供硅能力的評價指標。土壤有效硅的測定主要有pH值4.0醋酸法和0.025 mol·L-1檸檬酸法兩種常規(guī)分析方法。由于醋酸緩沖液提取法測出的硅與水稻施用硅肥增產(chǎn)率的相關(guān)性最好，與稻草含硅量的相關(guān)性也較好，而且酸性、中性的水稻土都可應(yīng)用，因此這種方法被普遍采用。不同土測定方法得到不同的土壤有效硅臨界指標，低于臨界指標表示土壤需要增施硅肥。馬同生[1]研究發(fā)現(xiàn)，在富含碳酸鹽的水稻土中，土壤中的硅酸鈣鹽不會被植物吸收卻能被pH值4.0的醋酸溶液提取，導(dǎo)致測得的有效硅含量偏高。因此pH值為4.0的醋酸法對富含碳酸鹽的水稻土不適用，不能反映其真實的土壤供硅能力。

2 硅對水稻生長的影響

2.1 硅在水稻中的含量、形態(tài)與分布

水稻葉片中的硅沉積在表皮細胞，形成角質(zhì)-雙硅層，雙硅層一層位于表皮細胞壁與角質(zhì)層之間，另一層在表皮細胞壁內(nèi)與纖維素相結(jié)合。水稻谷殼中的硅主要沉積于角質(zhì)層與表皮細胞間的空隙及維管束中，水稻葉鞘中硅主要分布在表皮細胞和薄壁組織的細胞壁，莖中的硅主要在表皮細胞、厚壁組織、維管束及薄壁組織中的細胞壁上，根中的硅分布均勻。梁永超等[2]認為，水稻各部位SiO2含量由高到低依次為谷殼15%、葉片12%、葉鞘10%、莖5%、根2%。在植物細胞內(nèi)，硅主要分布于細胞腔、細胞壁、胞間隙或角質(zhì)層等細胞外層結(jié)構(gòu)中。

2.2 水稻對硅的吸收

水稻主要依靠根毛吸收礦質(zhì)元素，特別的是水稻依靠側(cè)根吸收硅，短距離運輸吸收的硅先是隨著蒸騰流運輸?shù)降厣喜浚缓笙蚪M織細胞壁外側(cè)移動，最后脫水形成二氧化硅膠沉積下來。水稻對硅的吸收不受蒸騰作用影響，但呼吸抑制劑和代謝抑制劑對其有明顯的抑制作用。

2.3 水稻補硅指標

水稻中的硅的臨界含量受地區(qū)、水稻品種、季節(jié)等多方面因素影響，所以不同地區(qū)用同一個指標是不夠全面的，目前國際上也還沒有形成一個統(tǒng)一的指標體系，可以通過測定植株含硅量來確定土壤硅素豐缺狀況。日本農(nóng)林省提出，稻草含硅量小于11%且土壤有效硅含量小于105 mg·kg-1，施用硅肥一般有效；稻草含硅量大于13%且土壤有效硅含量大于130 mg·kg-1，施用硅肥一般無效。李發(fā)林等[3]認為，水稻劍葉中SiO2含量低于12%、莖稈中低于10%可診斷為缺硅。

2.4 硅素對水稻生長的影響

2.4.1 促進光合作用

水稻供硅充足時，葉細胞中的葉綠體增大、基粒增多，葉片顏色加深，這既促進了光合作用的進行，又延緩了基部葉片的早衰。硅還可硅化作物表皮細胞，硅化后的細胞對散射光的透射量是普通細胞的10倍，極大地增強了光合效率。硅化細胞還能使葉片直立，改善葉片受光姿態(tài)，不僅能增加水稻群體的光合作用，還能減輕供氮過量而引起的葉片相互遮蔭問題。

2.4.2 硅素對水稻抗性的影響

硅有利于植物抵御病蟲害，受稻瘟病侵染的水稻葉片中硅含量低于正常的水稻葉片。硅素增強水稻抗病性一方面是硅可以在植株表皮組織中形成硅化細胞，增強細胞結(jié)構(gòu)抗性，抵御病菌的侵入，另一方面是即使病菌侵染，硅也能夠促進水稻植株分泌與釋放免疫物質(zhì)，降低并消除病菌的為害。

2.4.3 硅素對水稻產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

適當施用硅肥水稻產(chǎn)量有一定程度的提高，受氣候、水稻品種、土壤質(zhì)地、硅肥種類、栽培技術(shù)等因素影響，施硅增產(chǎn)效果不同，幅度范圍一般是10%～30%，嚴重缺硅地區(qū)效果更為明顯。有研究認為，硅肥主要是通過增加水稻結(jié)實率、每穗粒數(shù)、有效穗數(shù)、千粒質(zhì)量來增加產(chǎn)量，也有人認為硅肥主要是通過提高有效穗數(shù)和每穗實粒數(shù)來實現(xiàn)產(chǎn)量的增加，且施硅對千粒質(zhì)量無明顯影響。吳建富[4]在氮硅配施對雙季稻產(chǎn)量影響的實驗中表明，適量氮硅肥配施有利于提高單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率，從而提高水稻產(chǎn)量，且其互作效果與氮、硅肥用量有關(guān)。他還得出，在施硅量為0～0.8 g·kg-1范圍內(nèi)，施硅量與產(chǎn)量呈拋物線關(guān)系，即隨施硅量的增加，早、晚稻產(chǎn)量均表現(xiàn)為先增加到一個峰值后逐漸減少的趨勢。

3 影響土壤硅素營養(yǎng)（有效硅）的因素

3.1 母質(zhì)和土壤質(zhì)地

不同成土母質(zhì)上發(fā)育形成的土壤在含硅量上有很大差異。在花崗巖、石英斑巖和泥炭上發(fā)育形成的土壤較易缺硅，在玄武巖和新火山灰上發(fā)育形成的土壤供硅能力則較強。土壤黏粒含量是影響土壤有效硅含量的最主要因素，一般土壤砂性越強有效硅含量越低，較黏重的土壤有效硅含量較高，供硅能力也更強。

3.2 土壤pH

土壤pH值對土壤有效硅的影響至今沒有統(tǒng)一的看法，有的認為土壤pH值與土壤有效硅呈正相關(guān)，也有的持相反觀點。土壤pH值是影響土壤硅有效性的一個很復(fù)雜的因素，對于大多數(shù)水稻土來說，在一定pH值范圍內(nèi)，土壤有效硅含量與pH值呈正相關(guān)，但富含碳酸鈣的土壤或堿性土壤比較特殊，得出的結(jié)論不一致。所以，判斷pH值對土壤有效硅的影響，要結(jié)合土壤類型具體情況具體分析。

3.3 土壤Eh

一般土壤淹水剛開始的幾天，硅的濃度會較快上升，之后逐漸趨于平衡或有所下降，這是由于淹水條件下，土壤Eh值降低，土壤中鐵錳被還原，原先被鐵錳氧化物固定的硅被釋放出來，提高了土壤有效硅的含量。但淹水時間較長以后，土壤還原性過強，稻根呼吸受阻無法正常生長，不利于水稻對硅的吸收。

4 研究展望

硅是水稻生長必不可少的重要元素，隨著人們對水稻硅素營養(yǎng)認識的增強，近年來相關(guān)研究也越來越多，有關(guān)水稻硅的營養(yǎng)功能及其生理機制的研究已有突破性進展。但當前還有許多領(lǐng)域研究較少，今后的研究可在以下三個方面加強，1）進一步研究水稻硅素吸收機理和抗性機制，目前國內(nèi)外研究還沒有真正明確硅肥增強水稻“三抗”的生理機制，這一研究的深入，有利于增強水稻抗逆性，提高氮肥施用水平，實現(xiàn)水稻高產(chǎn)。2）土壤硅素豐缺有效評價體系的建立。尋求新的浸提劑，建立快速、簡便、適于評價不同土壤供Si能力的通用方法仍然是今后研究的主要方向，土壤硅素豐缺評價體系對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、土壤改良等都有重大意義。3）從水稻產(chǎn)量形成的生理生化過程探究硅肥對水稻產(chǎn)量形成的影響機制，從而更好地調(diào)控水稻產(chǎn)量形成。

參考文獻：

[1] 馬同生.我國水稻土中硅素豐缺原因[J].土壤通報，1997，28（4）：169-171.

[2] 梁永超，張永春，馬同生.植物的硅素營養(yǎng)[J].土壤學進展，1993，21（3）：7-14.

[3] 李發(fā)林.硅肥的功效及施用技術(shù)[J].云南農(nóng)業(yè)，1997（9）：16.

[4] 吳建富，謝凡，付桃秀，等.氮硅配施對雙季水稻產(chǎn)量及氮硅養(yǎng)分吸收利用的影響[J].江西農(nóng)業(yè)大學學報，2017，39（5）：843-850.

（責任編輯：趙中正）