水稻土供硅特性研究進(jìn)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。基于此，從硅在土壤中的分布、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(biāo)、硅素營養(yǎng)評價方法等方面的研究進(jìn)展進(jìn)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(xiàn)標(biāo)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(biāo)。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(biāo)，低于臨界指標(biāo)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(xì)胞，形成角質(zhì)-雙硅層，雙硅層一層位于表皮細(xì)胞壁與角質(zhì)層之間，另一層在表皮細(xì)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(xì)胞間的空隙及維管束中，水稻葉鞘中硅主要分布在表皮細(xì)胞和薄壁組織的細(xì)胞壁，莖中的硅主要在表皮細(xì)胞、厚壁組織、維管束及薄壁組織中的細(xì)胞壁上，根中的硅分布均勻。梁永超等[2]認(rèn)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(xì)胞內(nèi)，硅主要分布于細(xì)胞腔、細(xì)胞壁、胞間隙或角質(zhì)層等細(xì)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(xì)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(biāo)

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(biāo)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(biāo)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(rèn)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(jìn)光合作用

水稻供硅充足時，葉細(xì)胞中的葉綠體增大、基粒增多，葉片顏色加深，這既促進(jìn)了光合作用的進(jìn)行，又延緩了基部葉片的早衰。硅還可硅化作物表皮細(xì)胞，硅化后的細(xì)胞對散射光的透射量是普通細(xì)胞的10倍，極大地增強了光合效率。硅化細(xì)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(xì)胞，增強細(xì)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(jìn)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(dāng)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(yán)重缺硅地區(qū)效果更為明顯。有研究認(rèn)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(rèn)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(rèn)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(rèn)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(jìn)展。但當(dāng)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(jìn)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(xiàn)：

[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(xué)進(jìn)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(xué)學(xué)報，2017，39（5）：843-850.

（責(zé)任編輯：趙中正）