水稻土供硅特性研究进展

　　摘 要 硅是对水稻生长有益的元素，在水稻的生长发育、养分的吸收、产量与品质形成以及逆境生理等方面都有极其重要的作用。基于此，从硅在土壤中的分布、土壤供硅能力、水稻吸硅特性、硅对水稻生长发育的影响、增施硅肥指标、硅素营养评价方法等方面的研究进展进行了综述，同时对今后水稻土硅素营养研究的重点提出了构想。

　　关键词 水稻土;土壤供硅;水稻;硅素营养

　　1 土壤硅

　　1.1 硅在土壤中的含量、形态与分布

　　土壤中有机含硅化合物很少，大部分都是无机形态的硅，无机态硅可分为水溶态、吸附态和矿物态三种。水溶态硅是在土壤溶液中，主要以单硅酸(H4SiO4)形态存在的硅，可被植物直接吸收利用，是植物硅素的主要来源。吸附态硅是指土壤胶体表面吸附的硅酸，大部分氧化物和水化物都能够吸附硅酸，吸附能力又以铝氧化物为最强。矿物态硅的含量很高，SiO2占硅总量的50%～70%。

　　1.2 土壤供硅能力及其评价方法

　　土壤中硅的含量一般用土壤全硅含量、土壤有效硅含量来评价，两者相比而言，测土壤有效硅含量更具有实际意义，一般用作土壤供硅能力的评价指标。土壤有效硅的测定主要有pH值4.0醋酸法和0.025 mol·L-1柠檬酸法两种常规分析方法。由于醋酸缓冲液提取法测出的硅与水稻施用硅肥增产率的相关性最好，与稻草含硅量的相关性也较好，而且酸性、中性的水稻土都可应用，因此这种方法被普遍采用。不同土测定方法得到不同的土壤有效硅临界指标，低于临界指标表示土壤需要增施硅肥。马同生[1]研究发现，在富含碳酸盐的水稻土中，土壤中的硅酸钙盐不会被植物吸收却能被pH值4.0的醋酸溶液提取，导致测得的有效硅含量偏高。因此pH值为4.0的醋酸法对富含碳酸盐的水稻土不适用，不能反映其真实的土壤供硅能力。

　　2 硅对水稻生长的影响

　　2.1 硅在水稻中的含量、形态与分布

　　水稻叶片中的硅沉积在表皮细胞，形成角质-双硅层，双硅层一层位于表皮细胞壁与角质层之间，另一层在表皮细胞壁内与纤维素相结合。水稻谷壳中的硅主要沉积于角质层与表皮细胞间的空隙及维管束中，水稻叶鞘中硅主要分布在表皮细胞和薄壁组织的细胞壁，茎中的硅主要在表皮细胞、厚壁组织、维管束及薄壁组织中的细胞壁上，根中的硅分布均匀。梁永超等[2]认为，水稻各部位SiO2含量由高到低依次为谷壳15%、叶片12%、叶鞘10%、茎5%、根2%。在植物细胞内，硅主要分布于细胞腔、细胞壁、胞间隙或角质层等细胞外层结构中。

　　2.2 水稻对硅的吸收

　　水稻主要依靠根毛吸收矿质元素，特别的是水稻依靠侧根吸收硅，短距离运输吸收的硅先是随着蒸腾流运输到地上部，然后向组织细胞壁外侧移动，最后脱水形成二氧化硅胶沉积下来。水稻对硅的吸收不受蒸腾作用影响，但呼吸抑制剂和代谢抑制剂对其有明显的抑制作用。

　　2.3 水稻补硅指标

　　水稻中的硅的临界含量受地区、水稻品种、季节等多方面因素影响，所以不同地区用同一个指标是不够全面的，目前国际上也还没有形成一个统一的指标体系，可以通过测定植株含硅量来确定土壤硅素丰缺状况。日本农林省提出，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，施用硅肥一般无效。李发林等[3]认为，水稻剑叶中SiO2含量低于12%、茎秆中低于10%可诊断为缺硅。

　　2.4 硅素对水稻生长的影响

　　2.4.1 促進光合作用

　　水稻供硅充足时，叶细胞中的叶绿体增大、基粒增多，叶片颜色加深，这既促进了光合作用的进行，又延缓了基部叶片的早衰。硅还可硅化作物表皮细胞，硅化后的细胞对散射光的透射量是普通细胞的10倍，极大地增强了光合效率。硅化细胞还能使叶片直立，改善叶片受光姿态，不仅能增加水稻群体的光合作用，还能减轻供氮过量而引起的叶片相互遮荫问题。

　　2.4.2 硅素对水稻抗性的影响

　　硅有利于植物抵御病虫害，受稻瘟病侵染的水稻叶片中硅含量低于正常的水稻叶片。硅素增强水稻抗病性一方面是硅可以在植株表皮组织中形成硅化细胞，增强细胞结构抗性，抵御病菌的侵入，另一方面是即使病菌侵染，硅也能够促进水稻植株分泌与释放免疫物质，降低并消除病菌的为害。

　　2.4.3 硅素对水稻产量与品质的影响

　　适当施用硅肥水稻产量有一定程度的提高，受气候、水稻品种、土壤质地、硅肥种类、栽培技术等因素影响，施硅增产效果不同，幅度范围一般是10%～30%，严重缺硅地区效果更为明显。有研究认为，硅肥主要是通过增加水稻结实率、每穗粒数、有效穗数、千粒质量来增加产量，也有人认为硅肥主要是通过提高有效穗数和每穗实粒数来实现产量的增加，且施硅对千粒质量无明显影响。吴建富[4]在氮硅配施对双季稻产量影响的实验中表明，适量氮硅肥配施有利于提高单位面积有效穗数、每穗粒数、结实率，从而提高水稻产量，且其互作效果与氮、硅肥用量有关。他还得出，在施硅量为0～0.8 g·kg-1范围内，施硅量与产量呈抛物线关系，即随施硅量的增加，早、晚稻产量均表现为先增加到一个峰值后逐渐减少的趋势。

　　3 影响土壤硅素营养(有效硅)的因素

　　3.1 母质和土壤质地

　　不同成土母质上发育形成的土壤在含硅量上有很大差异。在花岗岩、石英斑岩和泥炭上发育形成的土壤较易缺硅，在玄武岩和新火山灰上发育形成的土壤供硅能力则较强。土壤黏粒含量是影响土壤有效硅含量的最主要因素，一般土壤砂性越强有效硅含量越低，较黏重的土壤有效硅含量较高，供硅能力也更强。

　　3.2 土壤pH

　　土壤pH值对土壤有效硅的影响至今没有统一的看法，有的认为土壤pH值与土壤有效硅呈正相关，也有的持相反观点。土壤pH值是影响土壤硅有效性的一个很复杂的因素，对于大多数水稻土来说，在一定pH值范围内，土壤有效硅含量与pH值呈正相关，但富含碳酸钙的土壤或碱性土壤比较特殊，得出的结论不一致。所以，判断pH值对土壤有效硅的影响，要结合土壤类型具体情况具体分析。

　　3.3 土壤Eh

　　一般土壤淹水刚开始的几天，硅的浓度会较快上升，之后逐渐趋于平衡或有所下降，这是由于淹水条件下，土壤Eh值降低，土壤中铁锰被还原，原先被铁锰氧化物固定的硅被释放出来，提高了土壤有效硅的含量。但淹水时间较长以后，土壤还原性过强，稻根呼吸受阻无法正常生长，不利于水稻对硅的吸收。

　　4 研究展望

　　硅是水稻生长必不可少的重要元素，随着人们对水稻硅素营养认识的增强，近年来相关研究也越来越多，有关水稻硅的营养功能及其生理机制的研究已有突破性进展。但当前还有许多领域研究较少，今后的研究可在以下三个方面加强，1)进一步研究水稻硅素吸收机理和抗性机制，目前国内外研究还没有真正明确硅肥增强水稻“三抗”的生理机制，这一研究的深入，有利于增强水稻抗逆性，提高氮肥施用水平，实现水稻高产。2)土壤硅素丰缺有效评价体系的建立。寻求新的浸提剂，建立快速、简便、适于评价不同土壤供Si能力的通用方法仍然是今后研究的主要方向，土壤硅素丰缺评价体系对农业生产、土壤改良等都有重大意义。3)从水稻产量形成的生理生化过程探究硅肥对水稻产量形成的影响机制，从而更好地调控水稻产量形成。

　　参考文献：

　　[1] 马同生.我国水稻土中硅素丰缺原因[J].土壤通报，1997，28(4)：169-171.

　　[2] 梁永超，张永春，马同生.植物的硅素营养[J].土壤学进展，1993，21(3)：7-14.

　　[3] 李发林.硅肥的功效及施用技术[J].云南农业，1997(9)：16.

　　[4] 吴建富，谢凡，付桃秀，等.氮硅配施对双季水稻产量及氮硅养分吸收利用的影响[J].江西农业大学学报，2017，39(5)：843-850.

　　推荐阅读：水稻科学(英文版)主要刊登以水稻为研究对象的未经发表的英文原始论文、综述、研究简报、学术活动简讯等，内容涉及水稻研究的各个领域。

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