硅对水稻生长的影响及其缓解镉毒害机理研究进展

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb18100012

中国农学通报 ›› 2020, Vol. 36 ›› Issue (5): 86-92.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb18100012

所属专题：土壤重金属污染；水稻

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硅对水稻生长的影响及其缓解镉毒害机理研究进展

戴青云, 刘代欢(), 王德新, 李鹏祥, 朱维, 桂娟

湖南永清环保研究院有限责任公司,长沙 410330

收稿日期:2018-10-08 修回日期:2018-12-01 出版日期:2020-02-15 发布日期:2020-02-21
通讯作者: 刘代欢
作者简介:戴青云,女,1988年出生,湖南邵阳人,硕士研究生,主要从事环境污染治理与修复等方面的研究。通信地址：410330 湖南省长沙市浏阳经济开发区319国道旁永清环保,E-mail：daiqingyun8@163.com。
基金资助:
国家重点研发计划“农田重金属污染阻隔和钝化技术与材料研发”(2016YFD0800700);湖南省科技厅重点实验室计划项目“农田土壤重金属污染防控与修复湖南省重点实验室”(2016TP1024);湖南省科技计划项目“湖南省农田土壤重金属污染修复工程技术研究中心”(2016TP2018)

A Review on Silicon: Effect on Rice Growth and Its Mechanism of Relieving Cadmium Toxicity

Dai Qingyun, Liu Daihuan(), Wang Dexin, Li Pengxiang, Zhu Wei, Gui Juan

Hunan Yonker Environmental Protection Research Institute Co., Ltd, Changsha 410330

Received:2018-10-08 Revised:2018-12-01 Online:2020-02-15 Published:2020-02-21
Contact: Liu Daihuan

摘要/Abstract

摘要：

为研发高效硅肥和防治农田镉污染提供借鉴资料,本文综述了施加硅肥对水稻生长发育的影响,包括提高水稻产量和品质,增强抗倒伏、抗病虫害及干旱等逆境的能力,尤其是增强抗镉毒害等能力。并从生理学机制和土壤学机制两方面重点分析了施加硅肥对缓解镉毒害作用的可能机理。生理学机制方面：硅通过参与水稻的生理代谢活动,使水稻抗氧化系统酶的活性和清除自由基的能力增强;抑制镉的吸收及其在水稻体内的运输;硅与镉在水稻体内的螯合和区隔作用。土壤学机制方面：硅肥改变土壤理化性质,降低土壤中有效态镉的含量;硅镉吸附沉淀作用,减少水稻对镉吸收。最后针对硅肥的开发利用及技术推广提出展望。

关键词: 水稻, 镉, 硅, 土壤修复, 重金属污染

Abstract:

The aim is to provide references for developing high-efficiency silicon fertilizer and controlling cadmium pollution in farmland. The authors summarized the effects of silicon fertilizer application on rice growth and development, including increasing the yield and quality, improving the resistance to lodging, insect pests, and drought, especially enhancing the resistance to cadmium toxicity. In addition, from the aspect of physiology and soil science, the possible mechanism of silicon fertilizer to alleviating cadmium poisoning was analyzed. From the aspect of the physiological mechanism, by involving in physiological metabolic activities of rice, silicon enhances the enzyme activity in antioxidant system and the scavenging ability of free radicals. Silicon inhibits cadmium uptaking and its transportation in rice. Silicon and cadmium have the chelation and segmentation in rice. From the soil science mechanism, silicon fertilizer changes the physical and chemical properties of soil, reduces the content of available cadmium in soil. Silicon and cadmium have the adsorption and precipitation, which could reduce cadmium uptake by rice. Finally, the prospect of the development and utilization of silicon fertilizer and its technology extension are discussed.

Key words: rice, cadmium, silicon, soil remediation, heavy metal pollution

中图分类号:

S511

戴青云, 刘代欢, 王德新, 李鹏祥, 朱维, 桂娟. 硅对水稻生长的影响及其缓解镉毒害机理研究进展[J]. 中国农学通报, 2020, 36(5): 86-92.

Dai Qingyun, Liu Daihuan, Wang Dexin, Li Pengxiang, Zhu Wei, Gui Juan. A Review on Silicon: Effect on Rice Growth and Its Mechanism of Relieving Cadmium Toxicity[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2020, 36(5): 86-92.

图/表 1

参考文献 72

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序号	土壤状况	水稻品种	试验方式	硅肥种类及施加量	降镉效果	参考文献
1	红壤：pH 4.97±0.51、全镉4.10±0.42 mg/kg	湘早籼45和丰源优299	盆栽	2种硅肥配施（富力邦牌粉状硅钾钙肥450 kg/hm²、正大叶面肥1号速溶硅肥 3.3 g/L）,全生育期淹水措施。	精米中镉的含量为0.12 mg/kg,分别使谷壳、糙米和精米的降镉幅度达到95%、86.7%和91.18%。	[14]
2	紫砂壤：pH 6.86±0.27、全镉216.89 ±3.13mg/kg	丰源优 299	盆栽	富力邦牌粉状硅钾钙肥450 kg/hm²、正大叶面肥1号速溶硅肥3.3 g/L	谷壳、糙米和精米降镉幅度达到62.59%、58.33%和65.83%。	[12]
3	pH 6.00 ±0.23;全镉0.4±0.04 mg/kg	湘丰优186	大田	硅钾肥、硅钾肥的半成品、硅钙肥和硅酸钠,添加量分别为900 kg/hm²和9000 kg/hm²	硅钙肥的效果最好（9000 kg/hm²,稻米降镉率71.5%）,其次为,硅酸钾的半成品和硅酸钾,硅酸钠的降镉效果不明显。	[28]
4	红壤发育的水稻土：pH 6.35、全镉11.42 mg/kg	荆楚优233	大田	富田牌液体硅肥6 L/hm²（分3次喷施）	水稻精米中的镉含量平均值为0.52 mg/kg,比对照降低了45.26%。	[29]
5	红黄泥：pH 5.22,土壤全镉0.75 mg/kg、有效态镉 0.48 mg/kg。	五优308	大田	硅钙镁土壤调理剂为山西凯盛肥业集团有限公司生产的探路先锋土壤调理剂（颗粒）,施用量1500、2250、3000 kg/hm²	施用量1500、2250、3000 kg/hm²的土壤有效镉含量分别降低了10.64%、40.43%、44.68%,糙米镉含量分别降低了13.85%、36.92%、40.00%。	[30]
6	潮泥田：大同桥和网岭（pH 4.90、5.30,全镉0.51 mg/kg、0.58 mg/kg、有效镉0.36 mg/kg、0.45 mg/kg）	五优308和天优998	大田	钾硅肥由山西紫光钾业有限公司提供,25%为水溶性钾,75%为枸溶性钾,有效硅总量为2257 mg/kg,包括去离子水提取态和盐酸提取态,均为单硅酸,为植物可利用态。施用钾硅肥750和1200 kg/hm²	晚稻成熟期土壤有效态镉含量,网岭和大同桥土壤有效镉含量分别比对照下降5.3%、10.5%和30.2%、32.6%。糙米镉含量比对照分别降低9.8%、27.5%和14.3%、25.0%	[31]
7	红壤：pH 5.5、土壤全镉含量5.08 mg/kg	威优46	盆栽	硅肥溶液（山梨糖醇:甘露糖醇:甘油:水= 4:5:8:20,搅拌均匀,加入75份硅酸钠,于70℃下反应40 min,冷却后即为硅肥溶液）。施加量为75 kg/hm²	糙米镉含量为0.23~0.28 mg/kg,糙米、谷壳、茎叶的镉含量分别降低38.7%~48.5%、35.7%~70.7%、30.9%~40.7%	[32]
8	红黄泥：pH 5.4,土壤全镉0.75 mg/kg,有效镉0.38 mg/kg	威优644	大田	钾硅钙微多元素微孔矿物肥含SiO₂ ≥20%,Mg ≥3%。分别施加600、750、1125和95 kg/hm²	土壤有效镉降低7.9%~26.3%,从而使稻谷中镉含量降低37.8%~42.4%。	[33]
9	矿区土壤：pH 6.02,全镉5.88 mg/kg,有效镉3.7 mg/kg	宜优673	盆栽	硅酸钠购自国药集团化学试剂有限公司,分析纯,添加量分别为0、2.5、5、7.5、10、12.5 g/kg。	水稻成熟期对土壤镉则表现为轻微活化,与对照相比,施用硅酸钠的糙米中镉含量升高了16%~145%	[34]

序号	土壤状况	水稻品种	试验方式	硅肥种类及施加量	降镉效果	参考文献
1	红壤：pH 4.97±0.51、全镉4.10±0.42 mg/kg	湘早籼45和丰源优299	盆栽	2种硅肥配施（富力邦牌粉状硅钾钙肥450 kg/hm²、正大叶面肥1号速溶硅肥 3.3 g/L）,全生育期淹水措施。	精米中镉的含量为0.12 mg/kg,分别使谷壳、糙米和精米的降镉幅度达到95%、86.7%和91.18%。	[14]
2	紫砂壤：pH 6.86±0.27、全镉216.89 ±3.13mg/kg	丰源优 299	盆栽	富力邦牌粉状硅钾钙肥450 kg/hm²、正大叶面肥1号速溶硅肥3.3 g/L	谷壳、糙米和精米降镉幅度达到62.59%、58.33%和65.83%。	[12]
3	pH 6.00 ±0.23;全镉0.4±0.04 mg/kg	湘丰优186	大田	硅钾肥、硅钾肥的半成品、硅钙肥和硅酸钠,添加量分别为900 kg/hm²和9000 kg/hm²	硅钙肥的效果最好（9000 kg/hm²,稻米降镉率71.5%）,其次为,硅酸钾的半成品和硅酸钾,硅酸钠的降镉效果不明显。	[28]
4	红壤发育的水稻土：pH 6.35、全镉11.42 mg/kg	荆楚优233	大田	富田牌液体硅肥6 L/hm²（分3次喷施）	水稻精米中的镉含量平均值为0.52 mg/kg,比对照降低了45.26%。	[29]
5	红黄泥：pH 5.22,土壤全镉0.75 mg/kg、有效态镉 0.48 mg/kg。	五优308	大田	硅钙镁土壤调理剂为山西凯盛肥业集团有限公司生产的探路先锋土壤调理剂（颗粒）,施用量1500、2250、3000 kg/hm²	施用量1500、2250、3000 kg/hm²的土壤有效镉含量分别降低了10.64%、40.43%、44.68%,糙米镉含量分别降低了13.85%、36.92%、40.00%。	[30]
6	潮泥田：大同桥和网岭（pH 4.90、5.30,全镉0.51 mg/kg、0.58 mg/kg、有效镉0.36 mg/kg、0.45 mg/kg）	五优308和天优998	大田	钾硅肥由山西紫光钾业有限公司提供,25%为水溶性钾,75%为枸溶性钾,有效硅总量为2257 mg/kg,包括去离子水提取态和盐酸提取态,均为单硅酸,为植物可利用态。施用钾硅肥750和1200 kg/hm²	晚稻成熟期土壤有效态镉含量,网岭和大同桥土壤有效镉含量分别比对照下降5.3%、10.5%和30.2%、32.6%。糙米镉含量比对照分别降低9.8%、27.5%和14.3%、25.0%	[31]
7	红壤：pH 5.5、土壤全镉含量5.08 mg/kg	威优46	盆栽	硅肥溶液（山梨糖醇:甘露糖醇:甘油:水= 4:5:8:20,搅拌均匀,加入75份硅酸钠,于70℃下反应40 min,冷却后即为硅肥溶液）。施加量为75 kg/hm²	糙米镉含量为0.23~0.28 mg/kg,糙米、谷壳、茎叶的镉含量分别降低38.7%~48.5%、35.7%~70.7%、30.9%~40.7%	[32]
8	红黄泥：pH 5.4,土壤全镉0.75 mg/kg,有效镉0.38 mg/kg	威优644	大田	钾硅钙微多元素微孔矿物肥含SiO₂ ≥20%,Mg ≥3%。分别施加600、750、1125和95 kg/hm²	土壤有效镉降低7.9%~26.3%,从而使稻谷中镉含量降低37.8%~42.4%。	[33]
9	矿区土壤：pH 6.02,全镉5.88 mg/kg,有效镉3.7 mg/kg	宜优673	盆栽	硅酸钠购自国药集团化学试剂有限公司,分析纯,添加量分别为0、2.5、5、7.5、10、12.5 g/kg。	水稻成熟期对土壤镉则表现为轻微活化,与对照相比,施用硅酸钠的糙米中镉含量升高了16%~145%	[34]

硅对水稻生长的影响及其缓解镉毒害机理研究进展

A Review on Silicon: Effect on Rice Growth and Its Mechanism of Relieving Cadmium Toxicity

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