秸稈還田對辣椒根系活力和植株不同部位硅含量的影響

吳紅艷　馮敏　王志學　于淼　郭玲玲

摘要：分析了秸稈還田后辣椒品種“北京紅”生長過程中在不同取樣時間不同部位硅含量與其根系活力的關系，以期為進一步研究秸稈還田對植株整個生長過程的影響機制提供理論依據；測定秸稈還田后不同取樣時間的辣椒根系活力及不同部位硅含量，并將結果與無秸稈的空白對照區進行比較、分析。結果表明，秸稈還田能明顯提高辣椒的根系活力，最高值達到30%，約為同期空白對照的2倍；秸稈還田增加了葉片和果實中的硅含量，其中9月11日葉片中硅含量是空白對照的2倍，說明秸稈還田作用明顯；根、莖部硅含量無明顯變化，根系活力的提高促進了植株對硅的吸收，而足量的硅可刺激根系，使其活力增強。

關鍵詞：秸稈還田；根系活力；硅含量；辣椒

中圖分類號： S641.304文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）02-0153-03

收稿日期：2014-10-30

基金項目：遼寧省自然科學基金（編號：20102115）。

作者簡介：吳紅艷（1967—），女，遼寧朝陽人，研究員，主要從事微生物、土壤肥料、生物技術方向的研究與應用工作。E-mail：lnwuhy@163.com。 根系是作物吸收水分、養分及固定植株的器官，它不僅具有吸收功能，而且具有重要的合成和代謝功能。根系活力是指根系新陳代謝活動的強弱，是反映根系吸收功能的一項綜合指標[1]。根系作為植物重要的吸收器官和代謝器官，其生長發育直接影響到地上部莖葉的生長和作物產量的高低。越來越多的研究表明，根系對葉片衰老具有重要的調節作用，根系活力是根的吸收、合成與生長等生理活動的綜合表現，因此旺盛的根系活力對作物的生長、產量形成以及肥料利用率的提高等具有重要意義[2-3]。隨著作物生產水平的不斷提高和栽培生理研究的不斷深入，作物根系的研究已經成為作物栽培研究中的一個較活躍領域。

土壤營養元素含量高低可以調控作物根系的生長發育，并顯著影響根系活力[4]。地殼中硅的含量豐富，生長在土壤中的植物體內都含有不同量的硅元素；然而由于硅的廣泛存在且植物缺乏硅時沒有明顯的癥狀，長期以來硅元素對植物生長的影響并沒有引起人們的重視，與必需營養元素相比，作為有益元素的硅元素，在過去研究得不多[5]。隨著全球氣候的變化、科學技術的飛速發展，人們對硅元素的認識發生了轉變，各國科學家對硅元素的研究產生了濃厚的興趣，對于硅的有益作用有了更多的認識，例如硅對植物的形態結構會產生影響，吸硅充足的植株較健壯，能夠增強植物對病原菌和害蟲的抵抗能力，可以防止作物根系及輸導組織在逆境條件下遭擠壓，減輕由氮素過多引起的病蟲害病癥，調節植物的光合作用和蒸騰作用，增強植物的抗倒性和抗旱性。此外有研究表明，高濃度的硅對真菌孢子的萌發和菌絲的生長有抑制作用等等[6-7]。

目前對秸稈還田的研究大多局限于土壤理化性狀，生物學性質及當季、后茬作物產量、質量方面，而從作物生理代謝角度探討秸稈還田對植株生長發育影響的研究報道較少。本研究闡述了秸稈還田后辣椒植株生長過程中不同部位硅含量及根系活力的測定方法與結果，分析其對辣椒根系活力和硅含量的影響，以期為進一步研究秸稈還田對辣椒植株整個生長過程的影響機制提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗概況

試驗于2013年5月28日至10月15日在遼寧省北票市馬友營鄉進行。

1.2材料與儀器

1.2.1試驗樣品“北京紅”辣椒植株（在1個生長季的時間內定期取樣，即每20～30 d取樣1次），所取樣品為秸稈還田處理和無秸稈的空白對照處理。

1.2.2試驗試劑甲烯藍、二氧化硅、鉬酸銨、硫酸鹽鐵銨、濃硫酸等。

1.2.3試驗儀器T6新悅可見分光光度計、恒溫振蕩器等。

1.3試驗方法

1.3.1不同取樣時間辣椒植株根系活力測定采用甲烯藍染色法測定辣椒植株的根系活力，用根系活躍吸收面積占根系總吸收面積的百分比表示。

1.3.1.1溶液配制0.2 mmol/L甲烯藍溶液：精確稱取748 mg甲烯藍（C16H18N3SCl·3H2O），加水溶解并定容至1 000 mL，此溶液含甲烯藍0.074 8 mg/mL。0.010 mg/mL甲烯藍溶液：吸取13.37 mL 0.2 mmol/L甲烯藍溶液并定容至100 mL，搖勻。

1.3.1.2甲烯藍標準曲線的制作取7支試管，分別按順序加入0、1、2、4、6、8、10 mL 0.01 mg/mL甲烯藍溶液，再用蒸餾水補足至10 mL，用分光光度計于660 nm處測定吸光度D660 nm，以甲烯藍濃度為橫坐標、吸光度D660 nm為縱坐標繪制標準曲線，并得出回歸方程。

1.3.1.3樣品的測定操作與標準曲線制作采用的方法相同。

1.3.2不同取樣時間辣椒植株不同部位硅含量測定辣椒植株不同部位硅含量的測定采用硅鉬藍分光光度法。

1.3.2.1溶液的配制SiO2標準儲備液：外購，溶液中SiO2含量為0.1 mg/mL；SiO2標準工作液：吸取25.0 mL SiO2 標準儲備液于250 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度后搖勻，立即轉入聚乙烯瓶中密閉保存，此溶液含0.10 mg/mL SiO2。0.5 mol/L 鹽酸溶液、1.2 mol/L鹽酸溶液、5%鉬酸銨、硫-草混酸（硫酸 ∶草酸=1 ∶3，其中硫酸先用硫酸 ∶水=1 ∶3的比例稀釋）、6%硫酸亞鐵銨、5%草酸等的配制方法均按常規操作進行。

1.3.2.2二氧化硅標準曲線的制作在預先加入1.2 mol/L鹽酸溶液的容量瓶中分別按順序加入0.00、0.20、0.50、100、2.00、3.00、4.00、5.00 mL標準工作液，再分別加入鉬酸銨、硫-草混酸、硫酸亞鐵銨，充分反應后，在分光光度計下于630 nm處測定吸光度D630 nm，以二氧化硅濃度為x軸、吸光度D630 nm為y軸繪制標準曲線，并得出回歸方程。endprint

1.3.2.3樣品處理及供試液的制備與測定樣品的處理采用灰化法，溶液采用樣品灰化后酸溶解制備，測定方法參照標準曲線制作相關步驟。

2結果與分析

2.1甲烯藍標準曲線

以甲烯藍濃度為橫坐標x、吸光度D660 nm為縱坐標y繪制的甲烯藍染色法標準曲線見圖1。

2.2不同取樣時間辣椒根系活力的測定結果

由圖2可以看出，秸稈還田后植株的根系活力在測定過程中大都明顯高于空白對照；7月12日左右測定時根系活力相近，以后逐漸升高，秸稈還田處理的根系活力明顯高于空白對照，直到最高值達到約30%，是空白對照的2倍；隨后逐漸下降，但是活力仍然高于空白對照。

2.3二氧化硅標準曲線

以二氧化硅濃度為x軸、吸光度值D630 nm為y軸繪制的二氧化硅標準曲線見圖3。

2.4不同取樣時間辣椒植株不同部位硅含量的測定結果

2.4.1不同取樣時間辣椒植株根部硅含量的測定結果從圖4結果看，試驗組硅含量比空白對照略有升高，在生長中期還有持平，說明秸稈還田后對于植株根部硅含量影響不明顯。

2.4.2不同取樣時間辣椒植株莖部硅含量的測定結果從圖5結果可以看出，在生長中期處理組高于對照，而前期和后期低于對照組，說明秸稈還田對于植株生長過程中植株莖部硅含量影響不明顯。

2.4.3不同取樣時間辣椒植株葉片中硅含量的測定結果由圖6結果可以看出，在植株整個生長過程中，葉片中硅含量表現為處理組明顯高于對照組，最開始與對照組持平，之后差異逐漸增大，說明秸稈還田對于植株葉片中硅含量的增加作用明顯，與對照組相比差異明顯。

2.4.4不同取樣時間辣椒果實中硅含量的測定結果由圖7結果可以看出，處理組果實中硅含量從果實形成初期（7月30日）就明顯高于對照組，以后依然保持這個狀態。而果實中富含硅，可以刺激果實中維生素C的形成，從而改善果實的品質。

3結論

秸稈還田能明顯提高辣椒植株的根系活力。農作物秸稈含有豐富的氮、磷、鉀和微量元素，是一種重要的可再生資源，秸稈還田后增強了土壤的保溫和保墑能力，能顯著促進土壤微生物活動，提高土壤速效養分釋放量，改善土壤理化性狀，增加土壤對硝態氮的固持能力，后期能夠使土壤養分供給與植株吸收之間到達一種平衡狀態；同時能增加植株體內氮、磷、鉀、鈣、鎂、鋅、錳等元素的累積[8]，明顯改善經濟性狀，促進增產優質，從而優化根系生長的土壤環境，使植株根系活力提高。

秸稈還田能明顯提高辣椒植株葉片和果實的硅含量。秸稈還田后大大提高了植株根系活力，增強了植株吸收養分的能力，而且秸稈中含有一定量的硅，因而增加了土壤中有效硅的含量和植株對硅的吸收。

總之，秸稈還田后顯著提高辣椒的根系活力，促進植株對養分的吸收，這樣就使作物富集較多的硅，而作為植物有益營養元素的硅反過來刺激根系的生長，激發根系活力；同時硅能提高作物的抗病蟲害能力，增強植物抵抗水分和鹽分脅迫能力，增強作物抗倒伏能力以及減輕低價鐵、錳、鋁等過多而造成的毒害作用[9]；此外，硅含量的增加可以增加植株中的干物質量，有利于果實中蛋白質和淀粉等的形成，促使果實飽滿，提高作物產量。植物吸硅以后使葉細胞中的葉綠體增大、基粒增多，抑制基部葉片過氧化物酶（POD） 活性，減輕木質化程度，有利于延緩基部葉片的早衰，增加對光的吸收。還有研究表明，硅有助于光從表皮到葉片光合葉肉細胞、莖稈皮層組織的傳遞，從而促進植物光合作用，進而促進植物的生長[10]。因此可以看出，秸稈還田增加了硅含量，可增加辣椒產量并同時提高果實品質。

參考文獻：

[1]陳雄偉，鄭春梅，李曉丹，等. 不同氮營養水平對水葫蘆根系活力的影響[J]. 安徽農業科學，2012，40（3）：1657-1659.

[2]孫曰波，趙從凱，趙蘭勇.不同施肥量對玫瑰幼苗根構型及根系活力的影響[J]. 江蘇農業科學，2013，41（3）：163-164，211.

[3]胡敏，賀德先，蔣向，等. 不同研究方式和方法對小麥根系活力及根質量測量準確度的影響[J]. 華北農學報，2012，27（z1）：127-130.

[4]丁桂生. 根際微生態調節對楊樹根系活力及土壤有效P轉化的效應[J]. 中國林副特產，2011（2）：17-21.

[5]閆萌萌，王銘倫，王洪波，等. 光質對花生幼苗根系生長與根系活力的影響[J]. 農學學報，2013，3（8）：17-20.

[6]武永軍，沈玉芳，顏秦峰，等. 缺氮復氮處理對玉米根系生長、根系活力、硝態氮及氨基酸含量的影響[J]. 西北農業學報，2012，21（12）：61-64.

[7]李衛寧，郗國宏，李超，等. 微量元素鐵對蘆薈根系活力及活性物質含量的影響[J]. 安徽農業科學，2010，38（20）：10619-10621.

[8]曹逼力，徐坤，石健，等. 硅對番茄生長及光合作用與蒸騰作用的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2013，19（2）：354-360.

[9]張倩，陳佳娜，李建民. 植物硅轉運蛋白的研究進展[J]. 中國農學通報，2013，29（12）：150-156.

[10]張玉秀，劉金光，柴團耀，等. 植物對硅的吸收轉運機制研究進展[J]. 生物化學與生物物理進展，2011，38（5）：400-407.馮營，胡新燕，馮清偉，等. 不同熟期辣椒果實農藝性狀和維生素C含量動態變化[J]. 江蘇農業科學，2015，43（2）：156-157.endprint