外源硅施加對酸雨脅迫下水稻生長指標的影響

梁國華 湯瑞瓊 伍子茵

摘 要 研究在不同pH值的酸雨下，外源硅施加對水稻生長指標（株重、株長、葉綠體含量）的影響。結果顯示，強度不同的酸雨對水稻的影響不同：輕度酸雨的處理，對促進水稻生長起著一定作用;中度酸雨則對水稻產生脅迫效應，顯著抑制水稻的生長。經硅的施加后，水稻各生長指標在不同程度都有所提高，并且可減緩中度酸雨處理對水稻生長的抑制作用。同時，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水稻傷害的機理可能與促進光合作用有關。

關鍵詞 硅;酸雨脅迫;水稻;生長指標

中圖分類號：S511 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.14.066

硅在地殼中的含量僅次于氧，屬第二大元素。硅雖然不是植物所必需的營養元素，但對植物的生長過程起著重要的作用，因此一直備受關注。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，加入適量的硅可以使葉片上白粉病斑的數目、面積和分生孢子的萌發等有所減少，促進植物更好地生長。

酸雨已是世界上公認的最嚴重的環境問題之一。近年來，我國南方酸雨區的降水pH值在逐漸下降，降水pH值大多在4.5以下[2]。伴隨持續酸雨而來的是土壤酸化的問題，即酸雨通過土壤酸化脅迫影響植物的生長發育，使土壤中的營養元素流失，有效金屬元素和微量元素減少，導致土壤里的養分質量下降[3]。在酸雨的影響下，我國南方地區在過去30多年間也已發生大面積酸化[4]，如有研究指出，過去的20年里，由于酸性降水的影響，我國的主要農業生產區域的土壤pH值顯著下降[5]。

在我國，水稻位列五大糧食作物之首，而約94%的種植區與酸雨區重疊。酸雨脅迫對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）酸雨通過影響土壤的pH值、營養離子和有毒離子的有效濃度，間接對稻田系統內的水稻產生影響[7]。總而言之，酸雨是水稻重要的環境脅迫因子，而水稻是喜硅的一種作物，硅能促進植物生長，對長期處于酸雨脅迫下的水稻生長可能具有緩解作用，但這方面缺乏研究。因此，研究外源硅施加對酸雨脅迫下水稻生長的影響具有現實的意義。

1 材料與方法

1.1 水稻育苗與移栽

以水稻作為試驗材料，試驗在溫室內進行，以避免自然降雨影響。首先將準備好的水稻種子置于裝有H2O2（10%， v/v）的培養皿中，對其進行表面消毒。等待預發芽2 d后，再把已發芽的種子轉移到含有0.5倍的改良木村B溶液的大培養皿中，繼續培養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，將營養液改為1倍的改良木村B溶液，同時進行加硅處理+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來平衡Na+濃度。

1.2 試驗處理

設置模擬酸雨梯度為對照（CK）、T1和T2，其中CK為pH值約為6.0的自來水，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節培養液pH值，用酸雨母液調節模擬酸雨pH值為上述3個梯度，作為噴施的酸雨溶液，酸雨噴施每天1次。結合上述加硅處理，試驗處理數為6個，即CK-Si、CK+Si、T1-Si、T1+Si、T2-Si和T2+Si，同時在每個處理設置6個重復。每3 d更換一次所有水稻的營養液，更換時重新調整pH值。

1.3 水稻生長指標的測定

上述處理持續30 d后測定各處理下的水稻生長指標，包括總株長、總株重、根長、根重、莖長、莖重、根莖比（長度）、根莖比（重量），方法如下：隨機在每個處理中抽取6株水稻，即每個重復1株，每株水稻地上和地下部分測量長度，將地上和地下部分的長度相加，計為單株的總株長;測量長度后讓水稻在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，計為單株的總重量。每株水稻分根冠重量/長度比為地下部分與地上部分的重量/長度的比值。在每株水稻隨機取酸處理后的成熟葉片5片，用葉綠素儀測定。測量時，選取冠層展開的第2、3片葉，并注意避開葉脈。

2 結果與分析

2.1 施硅對酸雨脅迫下水稻株重和株長的影響

圖1和圖2顯示了酸雨和硅作用下水稻生長指標（株重和株長）的變化。酸雨對水稻生長的影響呈現明顯的劑量效應，隨著酸雨pH降低，生長指標均呈先升高后降低的趨勢，輕度酸雨（pH=4.0）處理能促進水稻幼苗的生長，中度酸雨（pH=3.5）處理顯著抑制水稻幼苗生長。這說明酸雨雖然是環境脅迫的重要因子，但酸雨強度不同對植物影響作用不同，輕度酸雨對植物生長具有促進作用，當酸雨的強度超過一定閾值時，植物的生長會受抑制，其產量也會因此降低。水稻在輕度酸雨噴施下各項生長指標在不同程度都有所提高，原因可能在于輕度酸雨未對水稻產生脅迫效應，同時在酸雨中含有大量的S、N營養元素，改善了水稻的營養環境，使其養分增加，促進了水稻的生長。而在中度酸雨施噴的影響下，其卻對水稻產生了脅迫效應，使水稻的生長明顯受到抑制。

而無論是株長還是株重，硅處理均能顯著提高水稻生長指標，促進水稻生長，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%;而對比植株長度和重量上的根冠比，可看出中度酸雨處理對水稻根系生長的抑制主要體現在對根長的抑制，與對照相比，中度酸雨處理下水稻根長減小了49.9%。施硅處理可減緩中度酸雨處理對水稻生長的抑制作用，使其株重和莖長恢復到對照水平。尤其是對比植株長度和重量上的根冠比，可看出，硅處理對中度酸雨脅迫下水稻生長的促進作用主要體現在增加水稻地下部分長度上（根冠重量比不明顯，根冠長度比顯著增加），即酸雨脅迫下，施硅使得水稻根長得更長，以更好吸收營養。

2.2 施硅對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，通過光合作用可以將光能轉化為化學能，為植物的生長和代謝提供能量。研究在酸雨脅迫下，外源硅的施加處理對水稻光合作用的影響，可以從能量消耗的角度，來探究施硅對水稻在酸雨脅迫下的緩解機制。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隨之逐漸降低，并在中度酸雨噴施處理下達到差異的顯著水平，下降幅度為19.4%。經中度酸雨與硅的復合處理的水稻，其葉綠素的含量雖然仍比對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，促進光合作用。

3 結論與討論

本試驗通過檢測與分析施硅對不同梯度模擬酸雨下水稻生長指標的變化，探討硅對水稻在酸雨脅迫下的影響機制，為酸雨區水稻的種植與硅肥的合理有效利用提供理論與技術支持。試驗數據表明，酸雨對水稻生長指標的影響存在著一定閥值，輕度的酸雨能促進水稻生長，當酸雨強度超過一定閥值時，會影響水稻的正常生理活動。適量施硅能緩解酸雨脅迫對水稻的脅迫。綜上歸納得出，為提升酸雨區水稻的生長水平，可以適量地使用硅肥，該措施在未來農田綜合治理中具有杰出的應用前景。

參考文獻：

[1] 扈曉杰，朱祝軍.硅對黃瓜白粉病抗性及葉片質外體抗氧化酶活性的影響[J].浙江農業學報，2008（1）：67-71.

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[3] 凌大炯，章家恩，歐陽穎.酸雨對土壤生態系統影響的研究進展[J].土壤，2007，39（4）：514-521.

[4] 劉源月，江洪，李雅紅，等.模擬酸雨對杉木幼苗-土壤復合體系土壤呼吸的短期效應[J].生態學報，2010，30（8）：2010-2017.

[5] 馮宗煒.我國酸雨對陸地生態系統的影響和防治對策[J].我國工程科學，2000，2（9）：5-11，28.

[6] 張軍林，申進玲，李曉玲，等.我國酸雨的危害及控制現狀[J].農業資源與環境，2006，10（10）：47-49.

[7] 王雯，李曼，王麗紅，等.酸雨對全生育時期水稻葉綠素熒光的影響[J].生態環境學報，2014，23（1）：80-85.

[8] 琚淑明.硅緩解水稻酸雨脅迫效應及機制研究[D].北京：我國礦業大學，2018.

（責任編輯：趙中正）