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1、 植物对外源硅的生态响应摘要：硅元素被国际土壤界认为继氮磷钾之后第四种植物营养元素。硅的含量和分布存在着种间和种内的差异，硅对植物的形态特征、生理特性产生和植物体内其它营养元素的分布有一定的影响。关键词：硅；植物；影响引言稗草是禾本科稗草属的一年生草本植物，具发达根系是典型的无性系植物，是世界性恶性杂草,也是我国稻田中分布最广、危害最重的主要稻田杂草之一，而稗草的生长受其生物学特性、生理特性和外界干扰的影响，因此研究稗草在各种因素影响下的生态响应在理论和实践上具有重要的意义。硅是继氮磷钾之后的第四种营养元素，不同的硅浓度可对植物的形态特征、生理和生殖生态特征产生影响。而目前硅对植物生影响的研究
2、多集中在如水稻等的农作物种，对稗草属草本植物鲜有报道，研究稗草对外源硅的生态响应进一步丰富了硅对植物影响的研究，也为稻田稗草的生态防除提供了理论依据。1硅的含量及分布1.1植物种间的差异高桥英一和三宅靖人（1976）曾对栽培于同一土壤上的属于 4 个门、10 个纲、82 个科的 175 种植物进行了无机分析，研究发现硅含量高的植物钙含量往往较低，而使其硅钙摩尔比值较高。他们将所有植物内硅钙摩尔比值大于 1 的植物定义为喜硅植物，此比值小于 1 的为非喜硅植物。双子叶植物中几乎没有硅钙比大于 1 的，而单子叶植物中大于 1 的植物很多，如禾本科、莎草科、灯芯草科等，大部分在系统发育上有一定的关系
3、，根据硅的含量，一般的栽培植物可分为三种类群（邹邦基等，1985）第一类群是含硅量特高的，如水稻，其茎叶干物质中含有 15-20%(SiO2),甚至更高，一般认为这与它的水生环境很有关系。第二类是旱地禾本科植物，如燕麦、大麦、小麦，它们的硅含量为干物质的 2-4%(SiO2)。第三类是以豆科植物为代表的低含硅量的双子叶植物，它们的硅含量要比第二类植物还低10倍左右，树木叶子的硅含量比禾本科植物叶子低，但木兰科、桑科、榆科、山毛榉科与棕榈科的树种含有大量硅。有人指出，木本植物叶子中硅的含量是植物种的一个特征，而硅在一个生态系统的生物量中的累积又是该生态系统的一个特征(邹邦基等,1985)。1.2
4、植物各器官间的分布同一种植物在不同部位的硅含量差异很大。通过对大多数植物研究结果可以将硅在地上部和根部的分布分为三种类型第一种植物硅的总含量比较低，植株的地上部分和根部硅的含量相当或者地下部含硅量略高，如番范、绿洋葱、油菜、小萝卜和中国甘蓝等（Okuda A，1966）。第二种植物根部的硅含量显著高于地上部分，如三叶草根系中的硅浓度是地上部的8倍之多。第三种植物硅的总含量较高，植株的根部硅含量远远低于地上部分，如水稻和燕麦等禾本科植物。这在水稻(Tanaka 等,1966；蒙格尔等,1987)和燕麦(Jones 等,1965)中表现明显，燕麦根中硅的累积少于整个植株中硅总量的 2%，地上部累积
5、的硅分布很不均匀，以穗中含量最多，其次为叶和茎，谷粒中最少。在小麦、黑麦与大麦中亦有类似的分布规律(邹邦基等,1985)，水稻和上述麦类略有不同，其穗中含量仅为植株总硅量的 10-15%。何电源（1980）认为硅在水稻植株内的分布符合末端分布规律，即含硅量地上部地下部，颖壳叶片叶鞘茎根。硅在葫芦科植物冬瓜中的整体分布情况为：老叶成熟叶幼叶主茎侧枝果皮果实及根，其中果实和根中的含硅量相近。水稻和木贼中老成植株及老叶中的含硅量高于幼小植株和新叶(Tanaka 等,1966)生长到6周的燕麦中相当数量的硅酸发生硅化(Jones 等,1965)，但这种硅的淀积并不会阻止未成熟细胞的继续扩展，这就意味着
6、二氧化硅在刚刚淀积的时候并非是僵死的。2硅在植物中的作用2.1硅对植物形态特征的影响硅可以改变植物的形态特征如分枝数、株高、生育期等。2.1.1对株高的影响郭正刚（2006）研究表明硅处理对紫花苜蓿株高生长的影响随着生育期而异。在营养生长阶段，硅处理的自然株高和绝对株高较对照株高显著增加，其增加趋势与施入的硅量度关系不大，但在生殖生长阶段，硅处理的植株和对照处理的植株差异不明显。王生银（2008）研究发现硅肥对草地早熟禾的生长有明显的促进作用。Elaw 等(1982）发现甘蔗植株的高度与施硅量呈二次方关系，而其茎直径则与施硅量呈线性相关。2.1.2对分枝数的影响郭正刚（2006）研究表明施硅对
7、营养期紫花苜蓿单株的分枝数没有显著影响，而进入生殖生长后，统计结果现实施硅处理的分枝数显著大于对照处理。施硅对紫花苜蓿分蘖的影响发生在牧草生殖期。崔德杰（1999）研究表明硅含量过高则产生毒害，如小麦分蘖能力受抑制，茎蘖数下降，植株矮小。施硅能促王生银（2008）研究表明硅使草坪草提早产生分蘖, 并增加单株的分蘖数。2.1.3对生育期的影响唐旭（2005）在高等植物硅元素研究进展中表明高等植物在不同的生育期对硅的吸收是不同的。水稻对硅的吸收主要在中后期,分蘖前很少,分蘖至灌浆期是吸收的高峰期,这可能是生物量的大幅度增加促使水稻对硅的吸收。因此,在这个时期施硅肥有利于提高水稻产量。田福平（200
8、7）研究了硅对紫花苜蓿分枝数、开花数和结荚数及叶面积的影响，结果表明施硅对紫花苜蓿的分枝数具有增加的作用, 特别是盛花期具有显著作用。施硅对紫花苜蓿的叶面积具有显著的差异, 对照的叶面积比硅处理的叶面积都要小,而叶面积的增加有利于苜蓿产量的提高。夏圣益（1998）研究发现基施硅肥能促进棉花早发，使棉花的现蕾期、开花期、吐絮期提早。白莲香（1998)通过对水稻施用硅肥方法的研究表明施硅可增加水稻的分蘖何提前生育期。Epstein （1994）对水稻的研究表明植物体内硅含量在成熟期最高。江立庚（2004）和秦遂初（1983）硅对水稻的影响研究表明从生育期上看，前期硅大量分布在茎和叶鞘上，后期则大量
9、分布在穗上。2.1.4对生物量的影响郭正刚（2006）硅能够促进紫花苜蓿地上部分的生长,增加生物量的积累。但硅与地上部分生物量积累的关系表现为随着土壤中硅含量的逐渐增大,生物量表现为先增加后下降的变化趋势,总体趋势表现为增产效应。李发林等（1999）的研究表明,硅肥能增大烟叶的叶面积,提高叶面积指数从而增加产量。张德忠等（2011）也提出了在小麦田上施用硅肥后，小麦结实率和千粒重均有明显的增加，产量提高 4.95 %-16.53%。2.2外源硅对植物生理特性的影响2.2.1对光合特性的影响Okuda（1962）施用硅肥可改善冠层受光姿态，增大最适叶面积,减少由于施氮过多而造成的植株间相互遮荫,
10、从而提高叶片光合速率,并能促进碳水化合物向籽粒中转移,提高作物的产量。孙治安（2007）物在吸收硅元素之后，叶片中叶绿体的体积明显增大，基粒数目不断增加，基部叶片过氧化酶（POD）活性受到一定程度的抑制，木质化程度大大降低，延缓了基部叶片的衰老，从而使其对光的吸收与转化能力增强2.2.2对抗逆性的影响徐景梅等(2007)对高粱耐旱性影响的研究中发现，在干旱胁迫条件下，硅肥能减少高粱的干重。而且施用了硅肥的高粱具有相对较低的茎根比，硅肥促进了高粱根部生长，并使光合速率和气孔传导率保持在较高的水平。李清芳等(2007)的研究结果表明，在干旱胁迫条件下，硅提高了玉米植株的生物量积累、净光合速率(Pn
11、)、叶绿素含量、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性。孙毅等（2002）的研究表明硅肥处理过的植株蒸腾量明显减少,从而增强了植株抗旱性。杨艳芳（2010）的试验证实，作物施硅后，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)的活性显著下降2.3外源硅对植物体内营养元素分布的影响Okuda（1961)研究提出,水稻硅对磷的影响是多方面的,硅既能促进对磷的吸收,又抑制磷的过量吸收,同时对磷向籽粒的转移具有促进作用。孙曦（1983）硅对水稻吸收锗及砷有抑制作用,同时抑制其对放射性尘埃中锶、铯和镉的吸收,减少这些物质对植株生长的不良影响。张兴梅
12、（1997）小麦施硅后，茎叶的含氮量降低、而籽粒的含氮量升高。结果地上部的总氮量升高。3展望硅是植物生长所需的营养成分，而目前对硅的研究主要集中在水稻上，水稻等喜硅植物中含硅量比大量元素氮、磷、钾的合量还高,而且通过研究硅对水稻等植物的影响可以了解硅在植物生长中的作用，为合理使用硅对植物的促进或调节生长起到有益的效果。 参考文献1白莲香,贾仁贵, 贺润丽, 王茂林, 武德喜, 牛柱贞. 水稻施用硅肥方法的研究 J.山西农业科学, 1998, 26( 3) : 56-582蔡德龙.中国硅营养研究与硅肥应用M.北京: 黄河水利出版社, 20003田福平,张自和, 陈子萱, 李尚中, 路远.硅对紫花
13、苜蓿分枝数、开花数和结荚数及叶面积的影响J.中国草地学报，2007,29（6）：43-504唐旭,郑毅,汤利.高等植物硅素营养研究进展J.广西科学，2005, 12(4):347-3525崔德杰,王月福,刘彦军,等.冬小麦硅钾肥施用效应的研究J.土壤通报,1999,30:121-122.6孙羲主编.土壤养分植物营养与合理施肥C.北京:农业出版社,1983 7Okuda A,Takahashi E.Studies on the physiological role of silicon in crop plantJ.Science Soiland Manure in Japanese,1962,
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