外源硅施加對(duì)酸雨脅迫下水稻生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

梁國(guó)華 湯瑞瓊 伍子茵

摘 要 研究在不同pH值的酸雨下，外源硅施加對(duì)水稻生長(zhǎng)指標(biāo)（株重、株長(zhǎng)、葉綠體含量）的影響。結(jié)果顯示，強(qiáng)度不同的酸雨對(duì)水稻的影響不同：輕度酸雨的處理，對(duì)促進(jìn)水稻生長(zhǎng)起著一定作用;中度酸雨則對(duì)水稻產(chǎn)生脅迫效應(yīng)，顯著抑制水稻的生長(zhǎng)。經(jīng)硅的施加后，水稻各生長(zhǎng)指標(biāo)在不同程度都有所提高，并且可減緩中度酸雨處理對(duì)水稻生長(zhǎng)的抑制作用。同時(shí)，外源硅施加能提高水稻葉綠體含量，這意味著硅緩解酸雨對(duì)水稻傷害的機(jī)理可能與促進(jìn)光合作用有關(guān)。

關(guān)鍵詞 硅;酸雨脅迫;水稻;生長(zhǎng)指標(biāo)

中圖分類號(hào)：S511 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.14.066

硅在地殼中的含量?jī)H次于氧，屬第二大元素。硅雖然不是植物所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，但對(duì)植物的生長(zhǎng)過(guò)程起著重要的作用，因此一直備受關(guān)注。硅通常以一種有益元素存在植物中，在非生物脅迫方面，能使植物的抗旱性等有所提高[1]，而在生物脅迫方面，可以提高植物對(duì)病蟲害的抵抗能力。許多研究表明，硅可降低水稻、小麥、黃瓜、西紅柿等作物的一些重要病害。如在黃瓜種植時(shí)，加入適量的硅可以使葉片上白粉病斑的數(shù)目、面積和分生孢子的萌發(fā)等有所減少，促進(jìn)植物更好地生長(zhǎng)。

酸雨已是世界上公認(rèn)的最嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題之一。近年來(lái)，我國(guó)南方酸雨區(qū)的降水pH值在逐漸下降，降水pH值大多在4.5以下[2]。伴隨持續(xù)酸雨而來(lái)的是土壤酸化的問(wèn)題，即酸雨通過(guò)土壤酸化脅迫影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，使土壤中的營(yíng)養(yǎng)元素流失，有效金屬元素和微量元素減少，導(dǎo)致土壤里的養(yǎng)分質(zhì)量下降[3]。在酸雨的影響下，我國(guó)南方地區(qū)在過(guò)去30多年間也已發(fā)生大面積酸化[4]，如有研究指出，過(guò)去的20年里，由于酸性降水的影響，我國(guó)的主要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域的土壤pH值顯著下降[5]。

在我國(guó)，水稻位列五大糧食作物之首，而約94%的種植區(qū)與酸雨區(qū)重疊。酸雨脅迫對(duì)水稻的影響主要包括：1）酸雨中的H+、SO42-、NO3-等離子直接影響水稻植株[6];2）酸雨通過(guò)影響土壤的pH值、營(yíng)養(yǎng)離子和有毒離子的有效濃度，間接對(duì)稻田系統(tǒng)內(nèi)的水稻產(chǎn)生影響[7]。總而言之，酸雨是水稻重要的環(huán)境脅迫因子，而水稻是喜硅的一種作物，硅能促進(jìn)植物生長(zhǎng)，對(duì)長(zhǎng)期處于酸雨脅迫下的水稻生長(zhǎng)可能具有緩解作用，但這方面缺乏研究。因此，研究外源硅施加對(duì)酸雨脅迫下水稻生長(zhǎng)的影響具有現(xiàn)實(shí)的意義。

1 材料與方法

1.1 水稻育苗與移栽

以水稻作為試驗(yàn)材料，試驗(yàn)在溫室內(nèi)進(jìn)行，以避免自然降雨影響。首先將準(zhǔn)備好的水稻種子置于裝有H2O2（10%， v/v）的培養(yǎng)皿中，對(duì)其進(jìn)行表面消毒。等待預(yù)發(fā)芽2 d后，再把已發(fā)芽的種子轉(zhuǎn)移到含有0.5倍的改良木村B溶液的大培養(yǎng)皿中，繼續(xù)培養(yǎng)7 d，然后將秧苗移栽到1 L/格的6格塑料桶中，每格各3株基本一致的小苗。在種植6 d后，將營(yíng)養(yǎng)液改為1倍的改良木村B溶液，同時(shí)進(jìn)行加硅處理+Si，方法為：加入2.0 mmol·L-1 Na2SiO3·9H2O[8]，不加硅處理-Si則加入等摩爾濃度的NaCl來(lái)平衡Na+濃度。

1.2 試驗(yàn)處理

設(shè)置模擬酸雨梯度為對(duì)照（CK）、T1和T2，其中CK為pH值約為6.0的自來(lái)水，T1為pH=4.0（輕度酸雨處理），T2為pH=3.5（中度酸雨處理）。處理方法為水稻地上部分酸雨噴淋和地下部分調(diào)節(jié)培養(yǎng)液pH值，用酸雨母液調(diào)節(jié)模擬酸雨pH值為上述3個(gè)梯度，作為噴施的酸雨溶液，酸雨噴施每天1次。結(jié)合上述加硅處理，試驗(yàn)處理數(shù)為6個(gè)，即CK-Si、CK+Si、T1-Si、T1+Si、T2-Si和T2+Si，同時(shí)在每個(gè)處理設(shè)置6個(gè)重復(fù)。每3 d更換一次所有水稻的營(yíng)養(yǎng)液，更換時(shí)重新調(diào)整pH值。

1.3 水稻生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定

上述處理持續(xù)30 d后測(cè)定各處理下的水稻生長(zhǎng)指標(biāo)，包括總株長(zhǎng)、總株重、根長(zhǎng)、根重、莖長(zhǎng)、莖重、根莖比（長(zhǎng)度）、根莖比（重量），方法如下：隨機(jī)在每個(gè)處理中抽取6株水稻，即每個(gè)重復(fù)1株，每株水稻地上和地下部分測(cè)量長(zhǎng)度，將地上和地下部分的長(zhǎng)度相加，計(jì)為單株的總株長(zhǎng);測(cè)量長(zhǎng)度后讓水稻在60 ℃恒溫烘箱中烘24 h，稱重后，將地上和地下部分的干重相加，計(jì)為單株的總重量。每株水稻分根冠重量/長(zhǎng)度比為地下部分與地上部分的重量/長(zhǎng)度的比值。在每株水稻隨機(jī)取酸處理后的成熟葉片5片，用葉綠素儀測(cè)定。測(cè)量時(shí)，選取冠層展開的第2、3片葉，并注意避開葉脈。

2 結(jié)果與分析

2.1 施硅對(duì)酸雨脅迫下水稻株重和株長(zhǎng)的影響

圖1和圖2顯示了酸雨和硅作用下水稻生長(zhǎng)指標(biāo)（株重和株長(zhǎng)）的變化。酸雨對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響呈現(xiàn)明顯的劑量效應(yīng)，隨著酸雨pH降低，生長(zhǎng)指標(biāo)均呈先升高后降低的趨勢(shì)，輕度酸雨（pH=4.0）處理能促進(jìn)水稻幼苗的生長(zhǎng)，中度酸雨（pH=3.5）處理顯著抑制水稻幼苗生長(zhǎng)。這說(shuō)明酸雨雖然是環(huán)境脅迫的重要因子，但酸雨強(qiáng)度不同對(duì)植物影響作用不同，輕度酸雨對(duì)植物生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，當(dāng)酸雨的強(qiáng)度超過(guò)一定閾值時(shí)，植物的生長(zhǎng)會(huì)受抑制，其產(chǎn)量也會(huì)因此降低。水稻在輕度酸雨噴施下各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)在不同程度都有所提高，原因可能在于輕度酸雨未對(duì)水稻產(chǎn)生脅迫效應(yīng)，同時(shí)在酸雨中含有大量的S、N營(yíng)養(yǎng)元素，改善了水稻的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，使其養(yǎng)分增加，促進(jìn)了水稻的生長(zhǎng)。而在中度酸雨施噴的影響下，其卻對(duì)水稻產(chǎn)生了脅迫效應(yīng)，使水稻的生長(zhǎng)明顯受到抑制。

而無(wú)論是株長(zhǎng)還是株重，硅處理均能顯著提高水稻生長(zhǎng)指標(biāo)，促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，尤其是在株重上，與CK處理相比，總株重在硅處理下增加了18.9%;而對(duì)比植株長(zhǎng)度和重量上的根冠比，可看出中度酸雨處理對(duì)水稻根系生長(zhǎng)的抑制主要體現(xiàn)在對(duì)根長(zhǎng)的抑制，與對(duì)照相比，中度酸雨處理下水稻根長(zhǎng)減小了49.9%。施硅處理可減緩中度酸雨處理對(duì)水稻生長(zhǎng)的抑制作用，使其株重和莖長(zhǎng)恢復(fù)到對(duì)照水平。尤其是對(duì)比植株長(zhǎng)度和重量上的根冠比，可看出，硅處理對(duì)中度酸雨脅迫下水稻生長(zhǎng)的促進(jìn)作用主要體現(xiàn)在增加水稻地下部分長(zhǎng)度上（根冠重量比不明顯，根冠長(zhǎng)度比顯著增加），即酸雨脅迫下，施硅使得水稻根長(zhǎng)得更長(zhǎng)，以更好吸收營(yíng)養(yǎng)。

2.2 施硅對(duì)酸雨脅迫下水稻葉綠素含量的影響

光合作用是植物生存的基礎(chǔ)，通過(guò)光合作用可以將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，為植物的生長(zhǎng)和代謝提供能量。研究在酸雨脅迫下，外源硅的施加處理對(duì)水稻光合作用的影響，可以從能量消耗的角度，來(lái)探究施硅對(duì)水稻在酸雨脅迫下的緩解機(jī)制。由圖3可看出，與CK相比，在單一硅處理下的水稻葉綠素的含量顯著增加;而在單一酸雨的噴施下水稻葉綠素的含量，隨著酸雨pH值的逐漸降低，水稻葉綠素的含量也會(huì)隨之逐漸降低，并在中度酸雨噴施處理下達(dá)到差異的顯著水平，下降幅度為19.4%。經(jīng)中度酸雨與硅的復(fù)合處理的水稻，其葉綠素的含量雖然仍比對(duì)CK的葉綠素含量低，但卻顯著高于單一中度酸雨處理下的葉綠素含量。可見，外源硅的施加明顯緩解了水稻遭酸雨噴淋造成的水稻葉綠素含量降低的趨勢(shì)，促進(jìn)光合作用。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)通過(guò)檢測(cè)與分析施硅對(duì)不同梯度模擬酸雨下水稻生長(zhǎng)指標(biāo)的變化，探討硅對(duì)水稻在酸雨脅迫下的影響機(jī)制，為酸雨區(qū)水稻的種植與硅肥的合理有效利用提供理論與技術(shù)支持。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，酸雨對(duì)水稻生長(zhǎng)指標(biāo)的影響存在著一定閥值，輕度的酸雨能促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，當(dāng)酸雨強(qiáng)度超過(guò)一定閥值時(shí)，會(huì)影響水稻的正常生理活動(dòng)。適量施硅能緩解酸雨脅迫對(duì)水稻的脅迫。綜上歸納得出，為提升酸雨區(qū)水稻的生長(zhǎng)水平，可以適量地使用硅肥，該措施在未來(lái)農(nóng)田綜合治理中具有杰出的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 扈曉杰，朱祝軍.硅對(duì)黃瓜白粉病抗性及葉片質(zhì)外體抗氧化酶活性的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008（1）：67-71.

[2] 吳丹，王式功，尚可政.我國(guó)酸雨研究綜述[J].干旱氣象，2006，24（2）：70-77.

[3] 凌大炯，章家恩，歐陽(yáng)穎.酸雨對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)影響的研究進(jìn)展[J].土壤，2007，39（4）：514-521.

[4] 劉源月，江洪，李雅紅，等.模擬酸雨對(duì)杉木幼苗-土壤復(fù)合體系土壤呼吸的短期效應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30（8）：2010-2017.

[5] 馮宗煒.我國(guó)酸雨對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響和防治對(duì)策[J].我國(guó)工程科學(xué)，2000，2（9）：5-11，28.

[6] 張軍林，申進(jìn)玲，李曉玲，等.我國(guó)酸雨的危害及控制現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境，2006，10（10）：47-49.

[7] 王雯，李曼，王麗紅，等.酸雨對(duì)全生育時(shí)期水稻葉綠素?zé)晒獾挠绊慬J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2014，23（1）：80-85.

[8] 琚淑明.硅緩解水稻酸雨脅迫效應(yīng)及機(jī)制研究[D].北京：我國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2018.

（責(zé)任編輯：趙中正）