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 :Si3Si4Si5Si2Si1Si0, 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 的作用。生物硅肥是由矿渣硅、 粉煤灰和生

4、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 5.2mg L -1, 土 壤肥力的基本状况

5、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 2, 单排单灌。 试验小区基础 供肥水

6、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 , 分光光度比色法 7; 过氧化氢酶活性的测定采用高

7、 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

8、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 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 : Si3Si4Si2Si

9、1Si0Si5, 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 Si3Si4Si2Si1Si0Si5, 拔 节 期 和 乳 熟 期 为 Si3Si2Si4Si1Si0Si5; 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

10、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 :Si3Si4Si2Si1Si5Si0, 并且基肥的下降速度 要大于返

11、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 fertilizer 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 stage6.43fF6.64eE7.04cC6.88dD7.46

12、aA7.34bB6.12fD6.23eC6.58cB6.67bA6.74aA6.52dB抽穗期Heading stage9.31fF9.57eE10.18dD10.29cC10.82aA10.69bB8.46fF8.67eE9.09dD9.38aA9.34bB9.23cC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.

13、36bA3.25cB2.34eE2.44dD2.51cC2.71aA2.60bB2.71aA抽穗期 -成熟期Heading stage-maturity stage7.96fF8.24eE8.47dD9.21cC10.11aA9.80bB5.89fF6.46dD6.55cC6.60bB7.20aA6.18eE拔节期Shooting stage4.89eE4.94dD5.03cC5.21aA5.16bB4.81fF4.24eE4.36dD4.52bB4.64aA4.43cC4.21fF抽穗期Heading stage4.71eE4.78dD4.96cC5.16aA5.04bB4.68fF4.03

14、eE4.14dD4.26cC4.37aA4.31bB3.92fF乳熟期 M ilking stage 3.86eE3.99dD4.06cC 4.16aA 4.10bB 3.79fF 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

15、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

16、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 13.4%。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

17、性最 高 ,各 时 期 CAT 活 性 大 小 依 次 为 :拔 节 期 为Si4Si3Si5Si2SSi1Si0, 抽穗期为 Si3Si4Si2Si5Si1Si0, 成熟期为 Si3Si4Si5Si2Si1Si0, 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

18、2中可以看出 , 水 稻叶片 POD 活性随着生物硅肥施用量的增加先降低 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。

19、2.7生物硅肥对水稻叶片中丙二醛 (MDA 含量的影 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 :Si0Si1Si5Si4Si2Si3, 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

20、和 Si4处 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 Si3Si4Si5Si2Si1Si0, 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 , 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

21、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

22、 ; 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

23、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Shootingstage10.10eE10.19eE10.69dD1

24、2.81bB14.24aA11.47cC11.52fF11.85eE12.21dD12.87bB13.16aA12.34cC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Shootingstage89.42cC84.44eE86.35dD9

25、9.26aA92.81bB84.03eE92.05fE93.14eD95.86cB98.34aA96.36bB94.27dC抽穗期Headingstage112.06bB102.26fF107.66dD133.08aA110.25cC105.69eE114.35eD116.25dC118.95cB131.34aA119.40bB113.94fD成熟期M aturitystage84.99cC79.07dD78.22eD93.18aA86.31bB76.84fE90.15cC85.26dD84.19eD98.21aA92.35bB81.67fE拔节期Shootingstage39.45aA35.

26、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 62.75aA 58.92bB 57.15cC CAT 活性 CAT a

27、ctivity(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 , 同时降低了 M DA 的含量 , 提高了 CAT 、 POD 的

28、 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, 21(3 :75-77.3杨 良 金 , 唐 宗 阳 , 韦 德 海 ,

29、 等 . 水 稻 施 用 硅 肥 的 增 产 效 果 J. 土 壤 , 2001, 3:166-168. 4JIM WANG , SYAM K DODLA. Soil silicon extractability with seven selected extractants in retermination J. Soil Science ,2004, 169(12 : 861-870.5SAKAE A GARIE , WAICHI AGATA , HIDEKI UCHIDA. Function of silica bodes in the epidermal system of rice:

30、testing the window hypoth-esisJ. Journal of Experimental Botany , 1996, 298(47 :655-660. 6李 军 , 张玉龙 , 沈 宏 , 等 . 辽宁省水稻生产中硅肥施用技术的研 究 J. 土壤通报 , 2004, 35(3 :327-330.7张 宪 政 . 作 物 生 理 研 究 法 M . 北 京 :农 业 出 版 社 , 1992, 49-50, 210-212, 215-216.8张 志 良 . 植 物 生 理 学 实 验 指 导 M . 北 京 :高 等 教 育 出 版 社 , 2003, 224-225

31、9张国良 , 戴其根 , 张洪程 , 等 . 硅肥和接种纹枯病菌对水稻膜脂过氧 化和防御酶活性的影响 J. 扬州大学学报 (农业与生命科学版 , 2006, 27(1 :49-53.10杨艳芳 , 梁永超 , 娄运生 , 等 . 硅对小麦过氧化物酶、 超氧化物岐化 酶 和 木 质 素 的 影 响 及 与 抗 白 粉 病 的 关 系 J. 中 国 农 业 科 学 , 2003, 36(7 :813-817.11刘 萍 , 郭文善 , 浦汉春 , 等 . 灌浆期高温对小麦剑叶抗氧化酶及膜 脂过氧化的影响 J. 中国农业科学 , 2005, 38(12 :2403-2407.Physiologica

32、l Effect of Biological Silicon Fertilizer on Albic Rice Soil REN Xue-kun 1, YIN Wei-wei 2, HU Yuan-fu 2, ZHANG He-yu 2, LIU M eng-hong 2,ZHAO Shu 1, YE Xi-wen 2*(1.Department of agronomy, Heilongjiang Agricultural College of Vocational Technology, Heilongjiang Jiamusi 154007;2. Heilongjiang August First Lang Reclamation University , Heilongjiang Daqing 163319Abstract:The field tested results showed the suitable biolo