植物硅素营养与土壤硅素肥力研究现状和展望

硅作为重要的植物营养元素,近年来越来越受到人们的关注。本文从植物对硅的吸收及硅在植物体内的输送和分布、硅素在提高植物抗病虫害能力和增强植物抗逆性上的作用、影响土壤硅素肥力的因素以及硅素肥料的施用技术等几个方面,对土壤硅素肥力及植物硅素营养的研究进展进行了综述,并对今后一段时间该领域的研究趋势做了展望。     

非生物胁迫下硅素营养对植物的作用及其机理

硅是对植物生长有益的一种营养元素,能提高作物的产量,改善作物品质。目前有文献报道,硅还可以提高植物对非生物胁迫的抵抗能力。综述了国内外有关硅素营养在减轻铝、锰、盐分、重金属对植物毒害中的作用及机理方面的研究。     

作物对氯素吸收利用与分布特点的研究

应用＾３６Ｃｌ示踪研究了水稻，棉花，烟草，油菜等１０种作物对含氯化肥中氯素的吸收利用及其在植株体内的分布。结果表明：作物对氯素的吸收利用因其种类，种植茬口而不同。第１茬作物水稻、棉花、烟草和草莓的吸收率在３０％左右；第２茬作物大豆，小青菜，苋菜，莴苣的吸收率在５％－９％；第３茬作物油菜，莴苣的吸收率在１％     

硅调节植物抗病性的机理:进展与展望

【目的】硅素营养增强作物对病虫害的防御能力已得到充分证实,但其作用机理至今仍然没有明确。本文对国内外有关硅素营养与作物病害发展的相互关系及相关机理的最新研究进展进行了归纳总结,为通过植物营养调节技术来提高作物病害防御能力的研究提供理论支撑。【内容】土壤有效硅包括土壤溶液中的单硅酸和易转化为单硅酸的盐类,土壤中有效硅含量一般在50～260 mg/kg。硅虽然不是植物生长发育的必需矿质营养元素,但是硅在减轻植物多种生物和非生物胁迫以及提高植物对病菌的抵抗能力等方面起着重要作用。施硅可以显著地抑制水稻稻瘟病、 纹枯病、 白叶枯病、 胡麻叶斑病,小麦、黄瓜、番茄等植物白粉病等多种病害的发生。关于硅调节植物抗病性的机理,首先提出了机械或物理屏障假设,认为施硅促进了细胞硅化作用的增强,细胞壁角质-硅双层以及表皮细胞乳突的增强,对病菌的入侵起到了物理防御作用。但随着研究的深入,发现物理屏障并非唯一机制,而后提出硅积极参与了生物化学防御过程,发现硅可以诱导感病植物产生酚醛类、黄酮类等抗毒素物质,以及施硅可以提高植物中几丁质酶、过氧化物酶、多酚氧化酶的活性、苯丙氨酸解氨酶等感病植物中病程相关蛋白酶的活性,从而通过化学防御过程提高植物对病害的抵抗能力。随着现代分子技术的发展,从基因组、转录组水平对其防御机制进行了阐明。研究认为硅通过主动的上调感病植物防卫基因及病程相关蛋白基因的表达,以应对病菌侵染。硅诱导植物产生乙烯、茉莉酸、活性氧等系列信号,使植物处于预激活化状态,从而减轻生物胁迫,但是硅在调节植物胁迫信号转导方面的机制还需要深入的研究。【结论】在缺硅土壤中施用硅肥,可以增强作物对病害的抵抗能力,从而大量降低杀菌剂的使用。关于硅调节植物抗病性机理,不能单一归因于某一方面,物理屏障防御机制与生物化学防御过程兼在。硅可能与关键的植物胁迫信号系统相互作用,而最终诱导产生对病原菌的抵抗, 但是这方面的确切机制还不是很清楚,是今后的研究重点。     

枸溶性钾肥对作物生物量及作物–土壤系统钾素平衡的影响

通过盆栽试验研究了不同形态钾肥的施用对连续3季作物(油菜、油菜、水稻)生物量、钾素(K2O)吸收量、作物-土壤系统钾素平衡以及土壤速效钾和缓效钾含量的影响。研究结果表明,不同形态钾肥施用后,枸溶性钾硅肥(K枸)与水溶性钾肥(K水)效果一致,与不施钾相比,3季作物生物量都显著增加,钾素总吸收量增加155%,钾素平衡系数为0.79,钾素的供应缓解了土壤钾素亏缺,利于维持土壤钾素平衡;而粉碎性钾矿粉(K矿)钾素不能被作物充分吸收利用,增产效果不显著。第一季油菜收获后K枸、K水处理土壤速效钾、缓效钾含量显著高于K0、K矿,但随着作物的收获各处理间差异逐渐变小,最终趋于一致。枸溶性钾硅肥和水溶性钾肥均能补充土壤的有效钾素,缓解土壤钾素的消耗,维持土壤钾素肥力水平的稳定,有利于作物增产。     

酸性和中性水田土壤施用硅肥的效应研究 Ⅱ.对水稻吸收硅素及产量的影响

分别选取酸性和中性水田土壤进行盆栽试验,研究施用硅肥对水稻不同生育期硅素吸收状况及产量的影响,以期揭示施用硅肥提高不同类型土壤供硅能力、改善植株硅素营养及增加产量的作用机制。结果表明,从拔节期到抽穗期水稻植株体内硅的含量有较大幅度的降低,而后又逐渐升高。施用硅肥可明显提高水稻植株体内硅的含量,尤以高炉渣与葡萄糖配合施用和单施高炉渣两个处理效果最好,极显著高于对照及其他处理。在酸性水田土壤上施用硅肥的增产效果较为明显,高炉渣与葡萄糖配施处理的增产率高达16.99%,且成熟期水稻植株含硅量与稻谷产量间存在显著的直线正相关关系;在中性水田土壤上施硅则无显著增产效果。总之,高炉渣与葡萄糖配合施用能更有效地改善土壤的供硅能力,进而提高水稻产量,其在酸性水田土壤上的施用效果尤为显著。     

土壤和植物中的镍及其相互关系

本文较为系统地论述了土壤中镍的来源、含量、镍在土壤固相和溶液中的化学组成；镍在作物体内的含量，镍对作物的作用及其在作物体内的迁移；土壤镍和植物镍的关系等。     

辽宁省水稻土供硅能力及硅肥肥效的研究

辽宁不同类型水稻土供硅能力及硅肥肥效试验结果表明 ,采用pH4醋酸缓冲液法测定的土壤有效硅含量能够反映非碱性水稻土的硅素肥力水平 ,但不能够反映碱性水稻土的硅素肥力水平 ,碱性水稻土测定结果高 ,但硅素肥力水平低。施用硅肥能够增加植株体内硅的含量 ,改善水稻的生长状况 ,提高水稻的产量 ,增产幅度最高可达 3 0 .1%。     

粉煤灰的理化性质与农业化学行为的研究

对粉煤灰的理化性质和农业化学行为研究结果表明，粉煤灰颗粒以物理性砂粒为主体，主要物相为玻璃体（或无定形物质）。硅、铁、铝、磷、钙、镁的含量与土壤大致相同;锌、铜、钼、硼等微量元素高于土壤中的含量;重金属元素含量均未超过国家规定的控制标准，并以集合体的形态存在，活性低。粉煤炭有效硅（SiO2）含量在2.56～11.57g／kg之间，其硅的释放速度比土壤高2.0～11.0倍，施用量在75t／hm2以上能为水稻等禾本科作物提供相当数量的硅素。Elovich方程比较适合描述粉煤灰硅的释放过程，其b值能反映硅释放能力的大小。粉煤灰中磷的有效性低，对加入磷具有较强的吸附固定作用，并随粉煤灰含水量增加而显著增大。粉煤灰无论是作为土壤改良剂还是复合肥填充料，都必须考虑粉煤炭对磷的固定作用。     

水稻土供硅特性研究进展

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。     

Histochemistry of Silicon in Rice Plant

As seen in the previous paper¹⁾ the use of HF-etching method has added much information to the mode of silicon deposition in rice tissues. The results obtained cover a wide range from root to husk. However, the importance of silicon deposition in epidermis in relation to the resistance of plants to diseases or insect pests makes it desirable to continue further studies of the mode of silicon deposition in outer region of epidermis. The study of microstructure of epidermis in connection with silicon deposition will provide valuable information to the mechanism of resistance rice plant to blast disease, because penetration of the rice leaf by piricularia oryzae is ordinarily through the cuticle rather than via the stomata. It will be of importance also to the study of a possible role of silicon in water economy of rice plant as already suggested by the present authors.     

Beneficial effects of silicon on abiotic stress tolerance in legumes

Soil salinity, drought, metal toxicity, and ultraviolet-B radiation were major abiotic stresses that limit plant growth and productivity by disrupting the plants' cellular ionic and osmotic balance; legumes, a diverse plant family, suffered from these abiotic stresses. Although silicon (Si) is generally considered non-essential for plant growth and development, Si uptake by plants could facilitate plant growth by reducing biotic and abiotic stresses. There is however, a lack of systematic study on Si uptake benefits and mechanism on legumes because legumes reject Si uptake. Here, we reviewed the beneficial role of Si in enhancing abiotic stress tolerance in legumes and highlighted the mechanisms through which Si could improve abiotic stress tolerance in legumes. Future research needs for Si mediated alleviation of abiotic stresses in legumes are also discussed.     

Effect of Moisture Deficiency and Increased Salt Content on Silicon State of Some Soils of European Part of Russia and Central China

Soluble forms of silicon affect a number of physical, chemical, and biological soil properties. Optimization of silicon nutrition enhances plant tolerance to biotic and abiotic stresses. Current climate change and anthropogenic impacts can alter the soil silicon state. Model laboratory experiments conducted with upper horizons of sod-podzolic soil, gray forest soil under different plant associations, chernozem, paddy soil, and red subtropical soil showed that insufficient soil moistening led to a reduction in soil monosilicic acid by 15 to 36% and simultaneous increases in polysilicic acid by 9 to 45%. Soil cultivation resulted in a decrease in plant-available soil silicon. An increase in NaCl concentration in the soil caused an increase in both monomers and polymers of silicic acid by 6 to 79%. The mobile equilibrium and lability of the numerical values of the parameters of the silicon state of the soil–plant system are revealed. These factors should be taken into account when implementing the 4R-STRATEGY for optimizing mineral nutrition in agricultural crops.     

Release of silicon from rice straw under flooded conditions

It is estimated that nearly 20 kg of SiO₂ is removed from the soil by rice plants for producing 100 kg brown rice (Takahashi 1987). Although there is a large amount of silicon in soil, little is available to the rice plant. To supply a sufficient amount of silicon to the rice plant for healthy growth, therefore, it is nccessary to supply various silicon materials to the soil. Rice straw application to the soil is one of the means.     

中国不同生态系统土壤硅的研究进展

硅是土壤和岩石的一种基本成分,具有促进植物的生长、增强植物抗性、参与生物地球化学循环过程、调节全球碳循环和缓解全球气候变暖趋势等方面的作用.本文在全面介绍土壤硅的形态、有效性及生物循环特征基础上,分析了我国不同生态系统中土壤硅及植硅体含量状况,阐明了影响土壤有效硅及植硅体的因素,重点阐述了近年来有关稻田土壤有效硅与水稻...     

硅对大葱矿质元素吸收、 分配特性及产量和品质的影响

【目的】大葱因含有机硫化合物等功效成分而具有重要的保健和药用价值,为此,前人曾就氮、 磷、 钾、 硫等矿质元素与大葱产量、 品质及风味物质的关系进行了一些研究。硅作为一种公认的有益元素,在提高作物产量、 改善品质等方面具有重要作用,本试验研究了硅对大葱矿质元素吸收、 分配特性和产量及品质的影响,以期为大葱高效施肥提供科学依据。【方法】本研究以‘天光’和‘章丘’两个不同类型大葱品种为试材,供试硅源均为Na2SiO3·9H2O,通过盆栽Hoagland营养液培养和大田土壤栽培相结合的方法,分别研究了营养液不同硅水平(SiO2 0、 0.6、 1.2、 1.8 mmol/L)和土壤不同施硅量(SiO2 0、 150、 300、 450 kg/hm2)对大葱生长、 产量、 品质及硅、 氮、 磷、 钾含量、 吸收量的影响。【结果】营养液硅水平在1.8 mmol/L范围内,‘天光’和‘章丘’两品种大葱株高、 假茎长、 假茎粗、 植株干重以及单株产量均随硅浓度升高呈先上升后下降的趋势,且均以1.2 mmol/L的处理表现最好,其单株产量分别较不施硅提高了19.4%和30.9%; 适量施硅还显著提高了大葱游离氨基酸、 可溶性糖、 丙酮酸等含量,表明施硅有利于改善大葱品质。随营养液硅水平的升高,两大葱品种各器官硅含量均显著增加,在1.8 mmol/L处理时达最高,而钾含量则与之相反,氮、 磷含量则呈先上升后下降的趋势,均以1.2 mmol/L处理含量较高; 由于施硅促进了大葱生长,所以大葱对硅及氮、 磷、 钾的吸收量则均随硅水平的升高呈增加趋势。大田施硅试验表明,‘天光’和‘章丘’两品种大葱均以施硅量(SiO2)300 kg/hm2时产量较高,分别比对照增产15.4%和25.6%。【结论】大葱增施硅可显著增加大葱对硅及氮、 磷、 钾的吸收量,促进植株生长,提高产量和品质,但同一硅水平的增产率以‘章丘’品种显著高于‘天光’,且二者随硅水平变化的幅度也不相同,表明不同大葱品种对硅的反应敏感性存在显著差异。本试验条件下,以营养液硅水平1.2 mmol/L、 土壤施硅300 kg/hm2时较有利于大葱的生长及产量和品质的提高。     

碱性水田土壤施用硅肥的效应

选取碱性水田土壤,采用盆栽试验的方法,研究了施用硅肥后水稻生育期土壤溶液pH、Eh、硅浓度及对水稻产量的影响。结果表明,各处理pH经历了一个迅速降低,趋于中性的过程。单施硅肥对pH影响不大;施用葡萄糖或葡萄糖与高炉渣配施可明显降低水稻生育前期土壤溶液pH。各处理Eh的变化基本呈现为近似“W”形。淹水初期,施肥各处理土壤Eh均低于对照;后期施硅处理的Eh高于对照,而单施葡萄糖和高炉渣与葡萄糖配施处理Eh低于对照。各处理土壤溶液硅的浓度都经历了一个先上升达到高峰,然后逐渐下降,最终趋于稳定的过程。与对照相比,施用硅肥可不同程度地提高水稻生育期土壤溶液硅的浓度和不同生育期水稻植株含硅量;施用葡萄糖可提高水稻营养生长期土壤溶液中硅的浓度,但对提高水稻植株硅含量的作用不大;施用硅肥可以显著提高水稻产量,施用葡萄糖没有增产作用。     

粳稻硅素积累与分配对氮素的反应及其基因型差异

以15个常规粳稻品种为材料,设置0 、150、225、300 kg/hm2四种氮素水平,研究水稻硅素积累与分配对氮素的反应及其基因型差异。结果表明,不同生育时期,硅在水稻各器官、全株中的积累量均随氮素水平的提高而增加。随氮素水平的提高,水稻在移栽-拔节和抽穗-成熟阶段的积累比例增加而拔节-抽穗阶段的积累比例减少,在茎鞘中的分配比例减少而叶片和穗中的分配比例增加。不同生育时期,硅在茎鞘、叶片和全株中的含量均随氮素水平的提高而下降,抽穗和成熟期,穗中的硅素含量随氮素水平的提高而下降,至中肥最低,高肥条件下略有回升。不同氮素条件下,水稻硅素的积累与分配特性存在显著的基因型差异,同时各基因型硅素积累与分配对氮素的反应也存在差异。其中,武育粳7号、华粳3号、武香粳9号、香粳20-18、武育粳3号、晚粳4003、早丰9号、华粳2号的硅素积累效率具有随氮素水平的提高保持稳定或相对提高的特性,对于氮肥用量不断增加条件下水稻植株的抗逆性改良具有较好的遗传潜力。