白浆型水稻土生物硅肥生理效应的研究

1、白浆型水稻土生物硅肥生理效应的研究任学坤 1, 殷微微 2, 胡远富 2, 张合豫 2, 刘梦红 2, 赵 姝 1, 叶喜文 2*(1. 黑龙江农业职业技术学院 农学系 , 黑龙江 佳木斯 154007; 2. 黑龙江八一农垦大学 , 黑龙江 大庆 163319摘 要 :采用田间试验以基肥和返青肥两种施肥方式 , 施生物硅肥量为 0、 150、 300、 450、 600、 750kg hm -2六个水平 , 研 究了白浆型水稻土不同生物硅肥施用量对水稻生理指标的影响。 结果表明 , 适宜的生物硅肥施用量 (450kg hm -2 对水稻叶片 叶绿素含量有显著的影响 , 可使叶绿素的含量提高

2、9.6%, 从而延缓了水稻功能叶片的光合功能期 ; 水稻叶片的保护酶 (CAT 、 POD 在施用生物硅肥后可维持较高的活性或受到抑制程度较低 , 使所受膜脂过氧化程度 (M DA 的含量 相对较低 , 生物硅肥 施用量为 450kg hm -2时水稻叶片的 CAT 、 POD 活性达最大值 , M DA 的含量达到最低值 , 这说明施用生物硅肥促进了膜脂脱 氧化作用 , 延缓功能叶片的衰老 ; 施用生物硅肥后提高了植株干物质的合成与积累 , 促进了可溶性糖向淀粉的转移和碳水 化合物的运输 , 协调了源、库关系。在本试验中 , 生物硅肥施用量为 450kg hm -2效果最好 , 施肥效果各处

3、理表现为 :Si3>Si4>Si5>Si2>Si1>Si0, 各处理间差异达到极显著 , 两种施肥方式做基肥的要比返青肥的效果好。关键词 :白浆型水稻土 ; 水稻 ; 生物硅肥 ; 生理效应中图分类号 :S144.9;Q945.12文献标识码 :A文章编号 :0564-3945(2008 02-0364-05硅肥对水稻的增产作用 , 国内外有很多的报道 16, 日本、 朝鲜等一些国家已经把硅素列为水稻必需的大 量元素之一。很多研究结果表明 , 在土壤硅素供应不 足的情况下 , 在水稻土壤中施用硅肥对促进水稻的生 长发育、 增强抗病性、 提高水稻产量等方面具有重要

4、的作用。生物硅肥是由矿渣硅、 粉煤灰和生物制剂等 成分为原料 , 采用先进的生物发酵复合技术加工而 成 , 其有效硅含量高 , 肥效显著 , 具有抗病害、 促进作 物早熟等作用。本试验在三江平原特定的生态环境及气候条件 下 , 研究施用生物硅肥对水稻生理指标的影响 , 进一 步揭示施硅的增产作用机理。1试验材料与方法1.1试验设计本研究是 20042006年连续 3年的 试验 结 果 ,试验田设在黑龙江省建三江管理局七星农业分公司 研发中心科技园区 , 土壤类型为草甸白浆土 (漂白冷 凉淋溶土 , 母质为第四纪黄土沉积物 , 前茬为水稻 , 试验田肥力均匀 , 灌溉水中 SiO 2含量为 5.

5、2mg L -1, 土 壤肥力的基本状况为 :全氮 1.6g kg -1、碱解氮 146.2mg kg -1、有效磷 20.2mg kg -1、 有效钾 81.1mgkg -1、 有效硅 123.5mg kg -1、 有机质 36.2g kg -1、 pH5.97。 供试生物硅肥 由黑龙江八一农垦大学植研中心研制 , 其有效硅含量为 25%。 水稻品种为龙交 00B-2862, 生育期 128天 , 主 茎 11片叶 , 在 4月 12日播种 , 4月 25日移栽 , 5月 17日插秧 , 每穴 4株苗。试验采用田间小区设计 , 6个处理 , 三次重复 , 随 机区组排列 , 小区面积 39m

6、 2, 单排单灌。 试验小区基础 供肥水平相同 , 氮肥 50%做基肥、 30%做蘖肥、 20%做 穗肥 , 磷肥全部作基肥 , 钾肥 70%做基肥、 30%做穗肥 , 用量为 :尿素 200kg hm -2, 磷酸二铵 100kg hm -2, 硫酸钾50kg hm -2; 各处理生物硅肥的施用量水平为 :0(Si0 、150(Si1 、 300(Si2 、 450(Si3 、 600(Si4 、 750(Si5kg hm -2,分别作基肥和返青肥两种施肥方式施入土壤中。整个 生育期按照当地大田标准方式管理。1.2分析测定方法叶绿素含量的测定采用丙酮和乙醇混合液 (1:1 提取 , 分光光度

7、比色法 7; 过氧化氢酶活性的测定采用高 锰酸钾滴定法 , 以每分钟每克鲜重叶片组织分解 H 2O 2的毫克数表示酶活性大小 7; 过氧化物酶活性的测定 采用愈创木酚法 , 以单位鲜重叶片组织每分钟吸光度 的变化值表示酶活性大小 8; 丙二醛含量的测定采用 硫代巴比妥酸 (TBA 比色法 7; 可溶性糖和淀粉的测定 采用蒽酮比色法 7; 干物质积累量采用烘干重量法。所得数据采用 EXCEL2003软件和 DPS6.05分析 数据软件包进行处理和多重比较 , 用 Duncan 新复极 差法进行平均数的显著检验 (P<0.05 。Vol .39,No.2Apr.,2008土 壤 通 报Chi

8、nese Journal of Soil Science第 39卷第 2期 2008年 4月收稿日期 :2006-12-06; 修订日期 :2007-01-07基金项目 :农业部“ 948”项目“ 环保型生物降解增效剂的开发生产技术” (WC02208 作者简介 :任学坤 :(1983- , 男 , 黑龙江依兰人 , 硕士 , 助教 , 主要从事绿色食品、植物营养与土壤肥力的教学与科研工作。 E-mail:renxuekun_00 *通讯作者2期2结果与分析2.1生物硅肥对水稻植株干物质积累的影响植株干物质积累能力的大小是衡量群体光合效 率高低和物质生产能力大小的重要标志 , 在一定程度 上代

9、表了同化产物的累积量 , 与产量的形成具有直接 影响 , 是水稻高产稳产的本质特征。从表 1中可以看出 , 施用生物硅肥在各个时期增 加干物质积累量方面有着明显的促进效应 , 各处理干 物质积累量明显增加 , 基肥和返青肥表现出相同的趋 势 , 在拔节期、 抽穗期和成熟期以基肥 Si4处理的干物 质积累量最高 , 返青肥以 Si3处理为最高 ; 在拔节期 -抽穗期过程中基肥和返青肥均以 Si3处理干物质积累 量最大 , 为 3.41t hm -2和 2.71t hm -2, 分别比 Si0处理提 高了 18.4%和 15.8%, 而到了抽穗期 -成熟期过程中 Si4处理的积累量最大 , 积累量

10、为 10.11t hm -2和 7.20 t hm -2, 比 Si0处理提高了 27.0%和 22.2%, 施肥积累量 基肥 >返青肥 , 各处理间差异达到了极显著水平。这 说明适宜的生物硅肥施用量改善了植株生育后期的 营养状况和生理活性 , 从而提高了抽穗期至成熟期阶 段的群体光合生产能力。2.2生物硅肥对水稻功能叶片叶绿素含量的影响 两种施肥方式不同处理各时期主茎功能叶片叶 绿素含量 (表 1 变化趋势基本一致 , 随着生物硅肥施用 量的增加叶绿素含量先增加后下降。两种施肥方式各 时期均以 Si3处理叶绿素含量为最大 , Si4处理也表现 出较高的趋势 ; 基肥 4个生物硅肥处理

11、Si1、 Si2、 Si3、 Si4的叶绿素含量明显高于 Si0处理 , 拔节期、 抽穗期 和成熟期分别比 Si0处理增加了 1.1%6.5%、 1.5% 9.6%、 3.4%7.7%, 各 处 理 之 间 比 较 , 表 现 为 : Si3>Si4>Si2>Si1>Si0>Si5, 返青肥上述 4个生物硅肥处 理分别比 Si0处理增加了 2.8%9.4%、 2.7%8.4%、 3.7%7.7%, 各 处 理 之 间 大 小 依 次 为 :抽 穗 期 为 Si3>Si4>Si2>Si1>Si0>Si5, 拔 节 期 和 乳 熟 期 为

12、 Si3>Si2>Si4>Si1>Si0>Si5; 而且作基肥叶绿素含量要高 于返青肥 , 说明基肥的效果要好于返青肥 , 同时 Si5处 理的叶绿素含量比 Si0处理的略低 , 这说明生物硅肥 的施用量在一定的范围内可以提高叶片中叶绿素的 含量 , 但施用量过大反而会降低叶绿素的含量。2.3生物硅肥对水稻植株中可溶性糖含量的影响 可溶性糖含量反映了光合产物的合 成及向籽粒 中的供应状况 , 图 1是各个处理不同时期可溶性糖含 量变化情况 , 可以看出 , 无论是做基肥还是返青肥 , 在 拔节期 , 各处理的可溶性糖含量均高于 Si0处理 , 说明 施用生物硅肥能

13、促进可溶性糖的形成 , 其中拔节期基 肥和返青肥均以 Si3处理积累的最多 , 分别比 Si0处 理提高了 19.1%和 12.6%, 抽穗后可溶性糖含量开始 下降 , 其中 Si0处理的可溶性糖 含量下降平 缓 , Si1、 Si2、 Si3、 Si4、 Si5处理下降的速度比较迅速 , 下降的速 度为 :Si3>Si4>Si2>Si1>Si5>Si0, 并且基肥的下降速度 要大于返青肥的速度 , 到了成熟期下降到最低点 , 这表 1生物硅肥对水稻不同生育期干物质积累和叶绿素含量的影响Table 1Impact of biological silicon fer

14、tilizer on dry matter accumulation and chlorophyll contents for different growth periods方式 Fertilization method基肥返青肥处理TreatmeantSi0Si1Si2Si3Si4Si5Si0Si1Si2Si3Si4Si5拔节期Shooting stage6.43fF6.64eE7.04cC6.88dD7.46aA7.34bB6.12fD6.23eC6.58cB6.67bA6.74aA6.52dB抽穗期Heading stage9.31fF9.57eE10.18dD10.29cC10.82

15、aA10.69bB8.46fF8.67eE9.09dD9.38aA9.34bB9.23cC成熟期M aturity stage17.27fF17.81eE18.65dE19.50bB20.93aA20.49cC14.36fF15.13eE15.64cC15.98aA16.54bB15.41dD拔节期 -抽穗期Shooting stage-heading stage2.88fD2.93eD3.14dC3.41aA3.36bA3.25cB2.34eE2.44dD2.51cC2.71aA2.60bB2.71aA抽穗期 -成熟期Heading stage-maturity stage7.96fF8.2

16、4eE8.47dD9.21cC10.11aA9.80bB5.89fF6.46dD6.55cC6.60bB7.20aA6.18eE拔节期Shooting stage4.89eE4.94dD5.03cC5.21aA5.16bB4.81fF4.24eE4.36dD4.52bB4.64aA4.43cC4.21fF抽穗期Heading stage4.71eE4.78dD4.96cC5.16aA5.04bB4.68fF4.03eE4.14dD4.26cC4.37aA4.31bB3.92fF乳熟期 M ilking stage 3.86eE3.99dD4.06cC 4.16aA 4.10bB 3.79fF

17、3.26eE 3.38dD 3.46bB 3.51aA 3.42cC 3.22fF 干物质积累量 Dry matter accumulation (t hm -2 叶绿素含量 Chlorophyll contents(mg g -1注 :数字后大小写字母分别表示 1%和 5%水平上的差异显著性 , 下同。任学坤等 :白浆型水稻土生物硅肥生理效应的研究 365第 39卷土 壤 通 报 表明施用生物硅肥后植株中可溶性糖的迅速下降 , 能 更快地向籽粒贮藏物质转化。2.4生物硅肥对水稻植株中淀粉含量的影响 水稻植株中淀粉含量多少直接关系 到产量的高 低 , 可溶性糖是淀粉合成的底物。 从图 2中可以

18、看出 , 基肥和返青肥表现出相似的趋势 , 植株中总淀粉含量 在拔节后迅速上升 , 到达成熟期淀粉的积累基本停 止 , 在拔节期 Si4处理的淀粉含量最高 , 表现出较高 的淀粉积累 , 而 Si0处理的含量最低 ; 在抽穗后 Si0处 理上升缓慢 , 表现出较低的积累量 , 而 Si3、 Si4处理表现出较高的增长量 ; 到了成熟期 Si3处理上升 , 超过 了 Si4处理 , 达到了最大点 , 表现出最高的淀粉积累 量 ; 成熟期 , 做基肥的淀粉积累量 Si3处理比 Si0处理 提高了 33.4%, 返青肥的积累量要比基肥低 , 最大积 累量也为 Si3处理 , 比 Si0处理高 13.

19、4%。这表明施用 生物硅肥能使籽粒的淀粉合成速度加快 , 促进了籽粒 的物质积累。 2.5生物硅肥对水稻叶片中过氧化氢酶 (CAT 活性 的影响 CAT 活性的增强可以提高水稻抗衰老及抵抗逆境的能力。 水稻叶片 CAT 活性随着生物硅肥施用量的 增加呈现先增加后下降低的趋势 (表 2 , 不同施肥量处 理间表现为 :拔节期以 Si4处理表现出较高的 CAT 活 性 ; 在抽穗期和成熟期均以 Si3处理的 CAT 活性最 高 ,各 时 期 CAT 活 性 大 小 依 次 为 :拔 节 期 为Si4>Si3>Si5>Si2S>Si1>Si0, 抽穗期为 Si3>

20、Si4>Si2>Si5>Si1>Si0, 成熟期为 Si3>Si4>Si5>Si2>Si1>Si0, 在拔节期 Si1处理和 Si0处理在 1%和 5%水平上差异不明显 , 其余各处理间差异达极显著差异 , 这说明适宜的生物硅 肥施用量可以提高水稻叶片中的 CAT 活性 , 促进了膜脂脱氧化作用。2.6生物硅肥对水稻叶片中过氧化物酶 (POD 活性的影响POD 是植物体内普遍存在的一种氧化还原酶 , 并且还在酚类物质聚合为木质素的过程中及植保素的 合成过程中起着重要的作用。从表 2中可以看出 , 水 稻叶片 POD 活性随着生物硅肥施用量的

21、增加先降低 后上升再下降 , 各时期表现出相同的趋势 , 其中均以Si3处理的 POD 活性最高 , 基肥和返青肥方式中拔节期 Si1和 Si5处理、 Si2和 Si4处理在 1%和 5%水平上 差异不明显 ; 返青肥方式中抽穗期 Si2和 Si4处理在1%水平上差异不显著 ; 两种施肥方式成熟期 Si1和 Si2处理在 1%水平上差异不显著 , 其余各处理间差异 达极显著水平。两种施肥方式 POD 活性基肥>返青3662期肥。这说明适宜的生物硅肥施用量可以提高功能叶片 POD 活性 , 减轻其木质化程度 , 有利于延缓叶片的早 衰。2.7生物硅肥对水稻叶片中丙二醛 (MDA 含量的影

22、响MDA 是膜脂过氧化的主要产物之一 , 其含量的高 低和细胞质膜透性的变化是反映细胞膜质过氧化作 用强弱和质膜破坏程度的重要指标。各处理不同时期 功能叶片中 M DA 含量结果 (表 2 显示 , 在拔节期、 抽穗 期各处理水稻叶片 MDA 含量随着生物硅肥施用量的 增加先降低 , 以 Si3处理降至最快 , 然后再上升 , 基肥 方 式 中 拔 节 期 和 抽 穗 期 各 处 理 MDA 含 量 大 小 依 次 为 :Si0>Si1>Si5>Si4>Si2>Si3, 且各处理间差异达到极 显著 ; 返青肥方式拔节期 Si1和 Si5处理、 Si2和 Si4处

23、理间差异不明显 , 其他时期各处理间差异显著 ; 这是 由于施用生物硅肥降低了 MDA 含量在衰老过程中的 上升。而在成熟期却相反 , 各处理 M DA 含量先增加达 最大值 , 然后下降 , 以 Si3处理的 MDA 含量为最高 , 基 肥和返青肥表现出相同的趋势 , 各处理 MDA 含量大 小为 Si3>Si4>Si5>Si2>Si1>Si0, 且各处理间差异显著 , 这可能是由于生物硅肥促进水稻提前进入成熟期 , 叶 片老化 , MDA 含量随叶片衰老而明显升高。拔节期和 抽穗期 MDA 含量大小为基肥 <返青肥 , 成熟期为基 肥 >返青肥 ,

24、 说明生物硅肥做基肥的效果好于返青肥 的效果。 3结论水稻受外界因子的影响而使其许多 生理反应发 生变化 , 这也就促使水稻的营养生长和生殖生长发生 变化 , 间接影响着水稻植株的养分积累和运转。水稻 叶片中叶绿素含量的下降可作为衡量叶片衰老的可 靠指标 , 叶片的衰老常常伴随着光合作用的下降和叶 绿素的丧失。叶绿素含量的升高 , 可以增加功能叶中 光合产物的形成与积累 , 增强生育阶段光合产物的同 化能力 , 有利于光合产物直接运往穗部 , 促进穗部干 物质积累 , 从而有利于籽粒灌浆成熟和产量的形成。 适宜硅肥的施入量 , 降低了水稻叶片 M DA 的含 量 , 减轻水稻叶片细胞膜脂过氧化

25、程度 9, 使质膜相对 透性降低 , 减少了植物体内氧自由基含量的积累 ; CAT 是植物细胞中普遍存在的过氧化氢解毒剂 , 存在植株 体内清除活性氧的重要酶之一 , 其活性的强弱可以反 映水稻抗衰老及抵抗逆境的能力 ; POD 是植物体内普 遍存在的一种氧化还原酶 , 它可以清除氧代谢中产生 的 H 2O 2, 以及由此产生的有机 过氧化物 ROOH , 并 且 还在酚类物质聚合为木质素的过程中及植保素的合 成过程中起着重要的作用 10。硅肥的施入在一定程度 上提高了 CAT 、 POD 的活性 , 刺激了膜脂脱氧化作用 11, 产生了大量的活性氧 , 延缓功能叶片的衰老 , 从而 提高了后

26、期植株干物质的合成和积累 , 促进了籽粒中 可溶性糖向淀粉的转移和碳水化合物的运输 , 协调 源、 库关系。表 2两种施肥方式不同施肥量对各时期 CAT 活性、 POD 活性和 MDA 含量的影响Table 2Impact of applying two fertilization methods to CAT activity 、 POD activity and M DA contents in different periods方式 Fertilization method基肥 返青肥 处理TreatmeantSi0Si1Si2Si3Si4Si5Si0Si1Si2Si3Si4Si5拔节期

27、Shootingstage10.10eE10.19eE10.69dD12.81bB14.24aA11.47cC11.52fF11.85eE12.21dD12.87bB13.16aA12.34cC抽穗期Headingstage11.53fF11.90eE13.95cC16.14aA15.25bB13.49dD13.46fF13.58eE14.09dD16.43aA16.16bB14.59cC成熟期M aturitystage13.19fF13.77eE14.94dD17.72aA15.84bB15.27cC14.86fF15.16eE16.85bB18.21aA16.35cC16.16dD拔节期

28、Shootingstage89.42cC84.44eE86.35dD99.26aA92.81bB84.03eE92.05fE93.14eD95.86cB98.34aA96.36bB94.27dC抽穗期Headingstage112.06bB102.26fF107.66dD133.08aA110.25cC105.69eE114.35eD116.25dC118.95cB131.34aA119.40bB113.94fD成熟期M aturitystage84.99cC79.07dD78.22eD93.18aA86.31bB76.84fE90.15cC85.26dD84.19eD98.21aA92.35

29、bB81.67fE拔节期Shootingstage39.45aA35.84bB31.29eE26.69fF33.08dD34.38cC42.36aA40.72bB38.34dC35.21eD39.08cC40.74bB抽穗期Headingstage46.86aA44.46bB39.66eE35.48fF41.92dD43.02cC46.75aA45.34bB43.20cC40.04fF42.81eE45.33dD成熟期 M aturity stage 49.05eE 50.89dD 56.88cC 67.29aA 62.43bB 57.16cC52.16fF 54.48eE 56.41dD 6

30、2.75aA 58.92bB 57.15cC CAT 活性 CAT activity(H 2O 2mg g -1FW min -1POD 活性 POD activity (U g -1FW min -1 M DA 含量 M DA contents (mol g -1 任学坤等 :白浆型水稻土生物硅肥生理效应的研究 367第 39卷 土 壤 通 报本研究表明 , 在土壤有效硅含量在 123.5mg kg -1的草甸白浆土上施用生物硅肥提高了水稻叶片中的 叶绿素含量 , 降低了叶绿素在衰老过程中的降解速 度 , 降低了细胞膜相对透性 , 从而延长了水稻功能叶 片的光合功能期 , 有利于延缓叶片衰老

31、 , 同时降低了 M DA 的含量 , 提高了 CAT 、 POD 的 活性 , 促进了 膜脂 过氧化和脱氧化作用。各时期不同处理以 Si3处理的 效果最好 , 也就是说含有效硅 25%的生物硅肥施用量 为 450kg hm -2时促进水稻的代谢活动最显著 , 有利于 水稻的生长发育 , 而且生物硅肥做基肥的效果要比返 青肥的效果好。参考文献 :1张国良 , 戴其根 , 周 青 , 等 . 硅肥对水稻群体质量及产量影响研究 J. 中国农学通报 , 2004, 20(3 :114-117.2蔡德龙 , 李继明 , 周敬波 . 硅肥在杂交水稻上的肥效研究 J. 地域研 究与开发 , 2002, 2

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