張萬洋，李小坤，2*

（1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江中下游耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/華中農(nóng)業(yè)大學(xué)微量元素研究中心，湖北 武漢 430070；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)雙水雙綠研究院，湖北 武漢 430070）

硅（Si）是所有植物的有益元素之一，且是禾本科（水稻、小麥等）、甜菜、木賊屬植物及某些硅藻品種植物的必須營養(yǎng)元素之一［1］。硅是植物細(xì)胞壁的組成成分，參與植物碳水化合物的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)，對植物光合作用和蒸騰作用具有重要影響［2］。植物缺硅時(shí)常常出現(xiàn)植株矮小，生長緩慢，易感染病害等癥狀［3］。同時(shí)，硅與人的健康也密切相關(guān)，硅是人體中含量較多的必需微量元素之一，它在人體中參與骨的鈣化過程，有助于結(jié)締組織細(xì)胞形成細(xì)胞外的軟骨基質(zhì)，維護(hù)心血管正常功能，并有一定的抗衰老效果。人體缺硅會影響骨骼的正常發(fā)育和導(dǎo)致冠心病等。人體自身不能合成硅元素，必須通過攝取食物而獲得，每天人體從食物中攝取硅量20 ～50 mg 就可以滿足人體的正常生長發(fā)育［4-5］。水稻是我國三大糧食作物之一，在我國有近60%的人口以稻米為主食，而水稻還是喜硅作物，有“硅酸植物的代表”之稱，同時(shí)硅又作為水稻的第四大營養(yǎng)元素，對水稻生長發(fā)育及品質(zhì)具有重要影響。因此硅肥在水稻上的施用已成為水稻養(yǎng)分管理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)［6-7］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國約有1 330 萬hm2水稻田有缺硅現(xiàn)象［8］，嚴(yán)重制約了水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的提升。因此，了解水稻硅營養(yǎng)，掌握硅肥在水稻上的高效施用技術(shù)和管理對水稻高產(chǎn)具有重要意義。本文綜述了硅在水稻中的生理功能、稻田土壤硅含量和缺硅診斷、水稻施硅效應(yīng)及硅肥的高效施用技術(shù)，并對水稻硅營養(yǎng)研究進(jìn)行了展望。

1 水稻硅營養(yǎng)特性

1.1 硅是細(xì)胞壁的組成成分

硅與植物體內(nèi)果膠酸、多糖醛酸、糖脂等物質(zhì)有較高的親和力，形成穩(wěn)定性強(qiáng)、溶解度低的單、雙硅酸復(fù)合物并沉積在木質(zhì)化細(xì)胞壁中，增強(qiáng)組織的機(jī)械強(qiáng)度與穩(wěn)定性，抵御病蟲害入侵［9］。水稻細(xì)胞壁中的二氧化硅與纖維素骨架結(jié)合形成硅沉積物，使莖稈細(xì)胞壁加厚，維管束加粗，抗倒伏性能力增強(qiáng)［10］。林熊［11］研究表明，硅可以增加莖稈粗、莖壁厚、單位節(jié)間干重，提高莖稈中的二氧化硅、纖維素含量，降低半纖維素含量，施硅處理抗折力在齊穗期、齊穗15 d、齊穗30 d 較對照分別增加了19.6%、20.6%和40.9%。研究也發(fā)現(xiàn)水稻葉片中硅的沉積增加了地上部莖葉的粗糙度和棘毛數(shù)量，從而限制了害蟲的危害［12-13］。

1.2 硅對光合作用的影響

植物葉片的硅化細(xì)胞對于散射光的透過量為綠色細(xì)胞的10 倍，能夠增加能量的吸收，使其吸收更多的光源，從而促進(jìn)光合作用。陳偉等［14］研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫顯著降低了水稻葉片的葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv（可變熒光）/F0（初始熒光）和Fv（可變熒光）/Fm（最大熒光）值，而施硅處理顯著提高了這些指標(biāo)，與對照相比，兩種材料施硅后的Fv/F0和Fv/Fm值分別增加了22.4%、24.6%，從而顯著提高了水稻葉片的光合速率。在田間硅營養(yǎng)充足情況下，水稻葉片直立，植株受光姿態(tài)好，可以增加受光面積，從而間接增加光合作用［2］。高爾明等［15］在抽花期測定水稻倒二葉著生角度發(fā)現(xiàn)，施硅水稻倒二葉的著生角度較對照減小了1.9°，因此增加了葉片受光面積，提高了光合效率。施硅還能提高葉片中葉綠素含量和劍葉光合速率，抑制基部葉片過氧化物酶（POD）活性，通過測定水稻基部葉片POD 活性發(fā)現(xiàn)，施硅處理的水稻平基葉POD 活性降低了4.7 和3.3 OD470/（g·min），這表明施硅可以抑制基部葉片POD 活性，減輕木質(zhì)化程度，延緩基葉早衰［16］。

1.3 硅對蒸騰作用的影響

植物吸收硅養(yǎng)分后，以硅酸形式隨著蒸騰液流上升到地上部，水分最終散失，而大部分硅酸沉積在表皮細(xì)胞的角質(zhì)層中，使細(xì)胞質(zhì)中充滿硅形成纖維膜，同時(shí)部分硅沉積在葉片表面，形成“角質(zhì)-雙硅層”結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以降低氣孔蒸騰速率和水分滲透，從而降低蒸騰作用［17］。陳偉等［14］研究發(fā)現(xiàn)，在干旱脅迫下兩個(gè)抗旱品種水稻的蒸騰速率均有所下降，分別降低了25.6%、24.4%，而施硅后兩個(gè)品種的蒸騰速率均有所上升，分別增加了15.6%、23.7%。因?yàn)榭购灯贩N本身具有抗旱特性，所以在干旱脅迫下蒸騰速率會下降以減輕干旱脅迫，而施硅后水稻葉片蒸騰速率上升是因?yàn)槭┕杼岣吡怂救~片水勢和保水能力，要保證葉片內(nèi)蒸騰速率的相對穩(wěn)定，所以蒸騰速率會有所上升。同時(shí)Agarie 等［18］在大田試驗(yàn)條件下研究發(fā)現(xiàn)，常規(guī)水稻施用硅肥明顯降低了水稻整片葉的蒸騰速率，在精確調(diào)控條件下，通過對比水稻葉片在缺硅和不缺硅條件下表皮電導(dǎo)率和葉片電導(dǎo)率發(fā)現(xiàn)缺硅葉片的電導(dǎo)率值越高，氣孔導(dǎo)度越高。結(jié)果表明，施用二氧化硅降低蒸騰速率的主要原因是氣孔蒸騰速率的降低。同時(shí)，硅還能促使碳水化合物向結(jié)實(shí)器官轉(zhuǎn)運(yùn)。這種轉(zhuǎn)運(yùn)的原因一般認(rèn)為有3 個(gè)：硅提高了后期根系活力，防止水稻早衰；施硅后水稻機(jī)械組織加強(qiáng)，莖葉挺拔，受光姿態(tài)好，而且葉細(xì)胞的葉綠體較大，基粒較多，有利于光能利用；硅在葉片表層形成硅化細(xì)胞能起透鏡作用［19］。研究發(fā)現(xiàn)，施用生物硅肥促進(jìn)了膜脂脫氧化作用，延緩功能葉片的衰老；提高了植株干物質(zhì)的合成與積累，同時(shí)通過提高酸性蔗糖轉(zhuǎn)化酶、蔗糖磷酸合成酶等相關(guān)酶活性，促進(jìn)了可溶性糖向淀粉的轉(zhuǎn)移和碳水化合物的運(yùn)輸，協(xié)調(diào)了源、庫關(guān)系［20-21］。

2 硅的吸收與利用

水稻吸收硅的部位主要是側(cè)根［22］。硅主要是以單硅酸（H4SiO4）分子的形式通過轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白運(yùn)載進(jìn)入根部，是一個(gè)消耗能量的主動吸收過程［23］。硅是通過水甘油通道被水稻根部吸收后，在兩個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)子（Lsi1、Lsi2）的調(diào)控下進(jìn)行吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的。在吸收轉(zhuǎn)運(yùn)過程中Lsi1 將根部溶液中的硅元素轉(zhuǎn)入到外皮層的細(xì)胞，同一細(xì)胞上的Lsi2 將硅元素轉(zhuǎn)出，硅元素穿過輻射狀排列的通氣組織，運(yùn)至內(nèi)皮層，內(nèi)皮層細(xì)胞的Lsi1 再將其轉(zhuǎn)入，由同一細(xì)胞的Lsi2轉(zhuǎn)出從而釋放到中柱，再經(jīng)木質(zhì)部裝載，隨蒸騰作用運(yùn)輸?shù)角o、葉，進(jìn)而被水稻吸收利用［24-27］。

水稻對硅的吸收能力在不同生育時(shí)期差異較大，水稻在分蘗-抽穗期對硅的吸收能力最強(qiáng)，約為總吸硅量的65.3%～66.5%，在移栽-分蘗期對硅的吸收能力最弱，約為9.1%～9.6%，成熟期吸收能力在兩者之間，約為23.8%～25.6%［28］。當(dāng)硅酸被轉(zhuǎn)運(yùn)到木質(zhì)部后，硅酸在蒸騰拉力的作用下被很快轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部各個(gè)組織器官中積累［29］。硅在水稻中的分配利用狀況因水稻生育期而不同，楊建堂等［30］研究發(fā)現(xiàn)，水稻孕穗前，硅主要分配在葉鞘中，其中葉鞘與葉片的分配比例為7∶3；分蘗至拔節(jié)期，葉鞘中的硅逐漸向葉片轉(zhuǎn)移，此時(shí)硅在葉鞘和葉片中的分配比例為4.5∶5.3；孕穗期后，硅開始向穗轉(zhuǎn)移。整個(gè)水稻生育期，硅的分配與利用經(jīng)歷了由葉鞘到葉片，再由葉片到穗的分配和轉(zhuǎn)運(yùn)過程。

3 土壤硅含量及水稻硅素營養(yǎng)診斷

硅是地殼中含量最豐富的元素之一，占元素總量的26.4%，僅次于氧，但土壤中的硅大部分為無效態(tài)，不能被作物直接吸收利用［31］。在土壤溶液中硅主要以單硅酸的形態(tài)存在，其濃度平均為14 ～20 mg/L。土壤中SiO2含量很高，占總量的50%～70%，是土壤養(yǎng)分的主要成分之一，但能被植物吸收利用的有效硅只有50 ～250 mg/kg［32］。因此施用硅肥對作物極為重要，但硅肥進(jìn)入土壤會發(fā)生一系列物理化學(xué)變化后才能被作物吸收利用。硅肥主要以硅酸化合物的形式進(jìn)入土壤，被土壤水溶液溶解后形成單硅酸（H4SiO4），單硅酸可聚合為多硅酸，分子增大后形成硅酸溶膠，在土壤中膠體態(tài)的二氧化硅主要以水合態(tài)單硅酸存在，這種形態(tài)硅較易溶解，易被水稻吸收利用［33］。長期以來，南方的酸性、微酸性土壤由于強(qiáng)烈的脫硅富鋁化作用，土壤的有效硅含量較低。因此，酸性、微酸性土壤與磚紅嚷、紅壤、紅黃壤等土壤缺硅，據(jù)粗略估計(jì)我國有1 330 萬hm2稻田土壤有缺硅現(xiàn)象［8］。

水稻硅營養(yǎng)的豐缺程度主要是從稻田土壤有效硅含量及水稻植株硅含量兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)的。土壤有效硅含量能反映土壤的實(shí)際供硅能力，不同測定方法得到臨界值不同，劉鳴達(dá)等［34］研究得出我國南方有效硅臨界值為90 mg/kg，當(dāng)有效硅含量低于此臨界值時(shí)（pH=4.0 醋酸緩沖液浸提），說明水稻有缺硅現(xiàn)象。而往往稻草含硅量和土壤有效硅含量關(guān)系密切，李發(fā)林［35］研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水稻劍葉中SiO2含量低于12%、莖稈中SiO2含量低于10%時(shí)，水稻表現(xiàn)為缺硅；石偉勇［2］研究認(rèn)為當(dāng)?shù)静莺枇康陀?1%時(shí)即可說明水稻有缺硅現(xiàn)象。

4 水稻施硅效果

4.1 施硅對水稻產(chǎn)量的影響

水稻施用硅肥具有一定的增產(chǎn)效果，各地均有報(bào)道。但因稻田土壤中有效硅含量以及地理、氣候差異，增產(chǎn)效果不同，一般增產(chǎn)10%～25%之間，在極其缺硅地區(qū)，施硅可以增產(chǎn)近一倍［36］。張斌等［37］發(fā)現(xiàn)在安徽省沿江有效硅含量低的地區(qū)水稻施用硅肥可增產(chǎn)9.8%～21.8%。龔金龍等［38］在江蘇地區(qū)試驗(yàn)表明施硅對武運(yùn)粳24 和淮稻9 號較對照增產(chǎn)4.6%～19.5%。張軍等［39］在黑龍江八五九農(nóng)場研究發(fā)現(xiàn)施用硅肥可以增加水稻有效穗數(shù)，進(jìn)而起到了明顯的增產(chǎn)效果。蔡德龍等［40］在北亞熱帶地區(qū)的河南省信陽地區(qū)潴育性水稻土上的試驗(yàn)表明，在雜交水稻上施用硅肥不僅可以提高水稻的株高，還可以增加有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、千粒重等，從而提高稻谷產(chǎn)量19.8%～24.7%。因此，不同水稻種植區(qū)因土壤硅供應(yīng)情況不同所產(chǎn)生增產(chǎn)效果也有所不同。同時(shí)，研究也發(fā)現(xiàn)不同水稻品種對硅肥的響應(yīng)效果也不同，如圖1 所示，在同一水稻種植區(qū)施用等量硅肥水稻的增產(chǎn)效果不同，如金正勛等［41］在黑龍江研究發(fā)現(xiàn)施等量硅肥下墾稻12的增產(chǎn)效果顯著高于空育131 和龍粳21 品種，同時(shí)在湖北、浙江的試驗(yàn)研究也發(fā)現(xiàn)，不同水稻品種對硅肥的響應(yīng)效果也不同。

圖1 不同水稻品種對硅肥的響應(yīng)及差異［41-44］

硅肥施用效果受施用量的影響較大。如圖2 所示，隨著施硅量的增加，水稻增產(chǎn)率也呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，但最佳施硅量卻不相同。如陳進(jìn)紅等［42］研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)施硅量超過225 kg/hm2時(shí)，水稻產(chǎn)量有所下降；而王遠(yuǎn)敏［45］發(fā)現(xiàn)，施硅量超過150 kg/hm2時(shí)水稻產(chǎn)量有所下降；Cuong 等［46］在越南試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)施硅對水稻產(chǎn)量有顯著的正相關(guān)關(guān)系，產(chǎn)量隨著施硅量的增加而持續(xù)增加，但當(dāng)施硅量超過300 kg/hm2時(shí)，水稻產(chǎn)量會呈現(xiàn)下降趨勢。不同試驗(yàn)中最佳施硅量不同，可能是由于土壤供應(yīng)硅的能力及地理、氣候的差異造成的，因此硅肥的施用應(yīng)考慮當(dāng)?shù)赝寥拦┕枘芰Α夂虻纫蛩?，因地制宜，合理施用硅肥才能起到好的增產(chǎn)效果，反之過量施硅可能會導(dǎo)致水稻減產(chǎn)。

圖2 硅肥施用量對水稻產(chǎn)量的影響

水稻產(chǎn)量是由穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重4 個(gè)因素構(gòu)成的，因此施硅增產(chǎn)機(jī)理也有所不同。張國良等［49］、黃秋嬋等［50］研究認(rèn)為，水稻施硅增產(chǎn)是因提高了水稻分蘗數(shù)及成穗數(shù)而導(dǎo)致的。施硅可以明顯增加單位面積群體總穎花數(shù)和結(jié)實(shí)粒數(shù)，提高成穗率，同時(shí)還可以提高葉面積指數(shù)，進(jìn)而提高開花后干物質(zhì)的生產(chǎn)積累能力，并改善莖稈抗折力，提高抗倒伏能力，從而提高群體質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)［51］。瞿廷廣等［52］研究認(rèn)為，施硅能明顯增加水稻的結(jié)實(shí)率、千粒重而使產(chǎn)量提高。王思哲等［53］研究發(fā)現(xiàn)施硅的增產(chǎn)作用主要是由有效穗數(shù)和穗粒數(shù)的增加而實(shí)現(xiàn)的，對千粒重的影響不大。Ma 等［54］采用不同的施硅量進(jìn)行大田水稻生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)穗數(shù)略有增加，但產(chǎn)量提高了17%。此外，實(shí)驗(yàn)室和田間試驗(yàn)的研究都廣泛闡述了許多作物的正常生長和發(fā)育需要硅，而在可持續(xù)水稻生產(chǎn)系統(tǒng)中，為了獲得更高的水稻產(chǎn)量，需要更多的硅［55］。

4.2 施硅對稻米品質(zhì)的影響

水稻的品質(zhì)是由多種因素共同影響的，除了水稻品種的遺傳特性外，外界環(huán)境條件和栽培措施尤其是人工施入化肥等對稻米的品質(zhì)也有較大的影響［56-58］。大量研究表明，施硅可以改善稻米的品質(zhì)。鄧接樓等［59］研究表明，施硅顯著提高了稻米堿消值，與對照相比提高了9.3%。也有研究發(fā)現(xiàn)，施硅在一定程度上降低了直鏈淀粉含量和水稻堊白率及堊白度，分別較對照平均降低了11.0%、3.3%和2.3%，從而提高稻米的食味品質(zhì)和外觀品質(zhì)。任海等［60］研究認(rèn)為施硅后，能夠降低稻米的裂紋米率，提高稻米的透明度和膠稠度，改善稻米的外觀品質(zhì)，同時(shí)還可增加稻米的蛋白質(zhì)含量，提高稻米營養(yǎng)品質(zhì)。而對于稻米品質(zhì)形成的硅素調(diào)控機(jī)理，目前研究報(bào)道的較少。江立庚等［61］研究發(fā)現(xiàn)，硅可以提高谷氨酸、丙氨酸、氨基轉(zhuǎn)移酶（GPT）和Q 酶活性，促進(jìn)了水稻對氮的吸收。因此促進(jìn)了水稻光合物質(zhì)的積累，提高了稻米的整精米率，降低了稻米的堊白米率，并且使蛋白質(zhì)含量略增，改善了稻米的品質(zhì)。Emam 等［62］研究發(fā)現(xiàn)硅肥在水稻上應(yīng)用增強(qiáng)籽粒中酚類和黃酮的產(chǎn)生，提高了植酸且降低了草酸含量，從而改善了稻米品質(zhì)。Ahmad 等［63］在盆栽試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在水稻孕穗期噴灑1.0%的液態(tài)硅后水稻籽粒的蛋白質(zhì)含量較不施硅的處理顯著提高5.3%，淀粉含量較不施硅顯著提高7.7%。Uchimura 等［64］在日本研究發(fā)現(xiàn)施硅的水稻適口性優(yōu)于不施硅的水稻，硅的施用降低了精米的蛋白質(zhì)含量，增加了最大粘度。因此，他們認(rèn)為，施硅直播栽培水稻的適口性優(yōu)勢是由于蛋白質(zhì)含量的降低和最大粘度的增加，這與籽粒灌漿的程度密切相關(guān)。

4.3 施硅對水稻生物或非生物脅迫的影響

充足的硅肥可以顯著減輕水稻的生物和非生物脅迫［65］。水稻施硅對生物脅迫的影響：（1）抗蟲：有關(guān)研究表明硅對植物抗蟲性有直接或間接的影響，包括在一定程度上增強(qiáng)植物的抗生性，降低植食性昆蟲的選擇性［66］。Garbuzov 等［67］研究發(fā)現(xiàn)，水稻施硅，使水稻葉鞘細(xì)胞硅質(zhì)化，形成硅化層，能夠充當(dāng)機(jī)械屏障，對外界食草性昆蟲具有一定的物理抵御作用，由此降低了昆蟲對水稻的侵害。Kvedaras 等［68］也發(fā)現(xiàn)，富含硅的水稻會使昆蟲消化能力下降，不能滿足昆蟲生長發(fā)育所需營養(yǎng)，導(dǎo)致生長率下降，從而增加了水稻對蟲害的抗性。（2）抗?。簭埓湔涞龋?9］研究發(fā)現(xiàn)，施硅對植物莖腐病、小麥菌核病、白葉枯病、胡麻葉斑病、稻曲病、穗頸瘟、葉瘟病、紋枯病、白粉病等均有一定的抵抗作用。紋枯病的抗性是可以通過施用硅肥來提高的。研究認(rèn)為這種抗性是由于葉片結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，葉肉細(xì)胞硅層厚度增加隨細(xì)胞質(zhì)硅濃度增加而增加。通過葉片糖含量和感染后光合速率的測定，發(fā)現(xiàn)硅對紋枯病菌的這些保護(hù)作用與葉片硅濃度有關(guān)。葉片硅含量高導(dǎo)致可溶性糖濃度增加，褐斑嚴(yán)重程度降低，但二者的作用是獨(dú)立的［70］。大量研究也表明，硅肥的施加，還可以提高水稻對稻瘟病、紋枯病、白葉枯病的抵抗能力［71］。這些抗病性的途徑主要是由于硅增強(qiáng)了細(xì)胞結(jié)構(gòu)抗性，抵御病菌的入侵和通過調(diào)節(jié)生理代謝促進(jìn)病菌免疫物質(zhì)的分泌與釋放，降低并消除了病菌的危害而導(dǎo)致的［72］。由于硅可在水稻葉片表皮細(xì)胞上形成“角質(zhì)-硅雙層”結(jié)構(gòu)，因而增強(qiáng)了水稻對病原菌和害蟲的抵抗能力。雖然硅的作用是通過提高葉片強(qiáng)度，導(dǎo)致生物抗逆性增加是無可爭議的，但很難確定硅是否在分子防御相關(guān)的信號通路中也有直接作用。這必須獨(dú)立于硅在為葉片組織提供更多物理保護(hù)方面的作用［65］。在缺硅土壤中施用硅肥，可以增強(qiáng)作物對病害的抵抗能力，從而大量降低殺菌劑的使用。關(guān)于硅調(diào)節(jié)植物抗病性機(jī)理，不能單一歸因于某一方面，物理屏障防御機(jī)制與生物化學(xué)防御過程兼在。硅可能與關(guān)鍵的植物脅迫信號系統(tǒng)相互作用，而最終誘導(dǎo)產(chǎn)生對病原菌的抵抗，但是這方面的確切機(jī)制還不是很清楚，是今后的研究重點(diǎn)［73］。

水稻施硅對非生物脅迫的影響：（1）抗旱：這種“角質(zhì)-硅雙層”結(jié)構(gòu)可以減少葉面水分消耗，降低呼吸速率，在短期干旱時(shí)保證植物的正常生長，從而減輕植物的凋萎。因此，水稻吸收硅后，提高了抗旱、抗干熱風(fēng)和抗低溫能力。（2）減緩重金屬毒害：土壤中的重金屬污染已是農(nóng)產(chǎn)品安全重要威脅之一。研究發(fā)現(xiàn)施用硅肥可以有效降低土壤中一些重金屬的毒害作用。賈倩等［74］研究表明施入硅鈣肥可以有效地降低水稻對土壤中鎘、鉛的吸收，減小對水稻的毒害。不同形態(tài)的硅肥對鎘的影響不同。魏曉等［75］研究也發(fā)現(xiàn)，固態(tài)和液態(tài)硅的應(yīng)用可以減少土壤中鎘的移動和潛在移動，單硅酸與鎘反應(yīng)形成不溶性硅酸鹽；其次，土壤鎘可以被富硅物質(zhì)吸附，從而降低鎘的移動性；硅素還可以增加水稻質(zhì)外體和共質(zhì)體中單硅酸的濃度，從而使大部分鎘積累在根部質(zhì)外體中，有效降低鎘在水稻組織中的遷移，硅也可因此降低水稻籽粒中鎘的含量［76］。硅肥可以減少水稻對鎘的吸收和運(yùn)輸，并增強(qiáng)對鎘的耐受性，但其機(jī)理尚不清楚。有研究認(rèn)為硅與細(xì)胞壁半纖維素關(guān)聯(lián)，這些硅配合物在細(xì)胞壁上的負(fù)電荷可能導(dǎo)致鎘結(jié)合增強(qiáng)，從而抑制水稻體內(nèi)鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)［77-79］。施硅也可以降低水稻鋁的毒害，Browne 等［80］研究發(fā)現(xiàn)，硅酸鹽可以與金屬鋁反應(yīng)生成新的硅酸鋁復(fù)合物，從而降低鋁的毒性。Lee 等［81］在研究不同土壤中砷的釋放和植物毒性的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，施硅后，由于硅和砷在土壤固體上的競爭性吸附作用，土壤溶液中砷的濃度增加，土壤溶液中硅的濃度也提高到有利于水稻生長的水平，從而增加水稻對砷的吸收，減輕土壤中砷的濃度，減小污染。水稻在高錳脅迫下，葉綠素、類胡蘿卜素濃度和凈光合作用隨葉綠體降解而降低。高錳濃度可能通過多種機(jī)制抑制光合作用，包括抑制葉綠素和ATP 合成，減少光收集過程，破壞光系統(tǒng)I（PSI）的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)，以及減緩磷酸激酶的活性。硅通過提高葉綠素濃度、光能利用率、ATP 濃度、穩(wěn)定PSI 結(jié)構(gòu)、促進(jìn)CO2同化，有效地提高了錳的耐受性［82］。

5 硅肥

根據(jù)硅肥生產(chǎn)所用原材料和生產(chǎn)工藝的不同，目前我國生產(chǎn)的硅肥可分成3 種：一是熔渣硅肥。主要利用煉鋼鐵的副產(chǎn)品熔渣作為原料，通過物理或化學(xué)方法制成的，主要包括黃磷或磷酸生產(chǎn)過程中的廢渣。其中物理方法主要利用機(jī)械磨細(xì)的方式，其產(chǎn)品質(zhì)量與機(jī)械磨細(xì)程度有關(guān)，產(chǎn)品越細(xì)，有效硅含量越高，產(chǎn)品質(zhì)量越好；另一種是經(jīng)過化學(xué)方法處理形成的一種硅肥。以上兩種方法制造的硅肥，其主要特點(diǎn)是產(chǎn)品中有效硅含量在20%以上，有效鈣在20%以上，有效鎂在5%以上，還含有磷、硫、鉀和其它有效態(tài)的微量元素，養(yǎng)分齊全。二是水溶性硅肥。它是以泡花堿為主，主要包括硅酸鈉、硅酸鉀等硅酸鹽類化合物，不含其它副成分，水溶性二氧化硅含量50%～60%，有效硅含量高，但成本較高，主要包括硅酸鈉、硅酸鉀等硅酸鹽。三是硅復(fù)合肥，它是由氮磷鉀等復(fù)合肥添加硅肥經(jīng)造粒而成，主要有硅鈣肥、硅鉀肥等，優(yōu)點(diǎn)是含有氮、磷、鉀營養(yǎng)元素，施用方便，農(nóng)民易接受，但其有效硅含量較低［83］。

6 硅肥的高效施用技術(shù)

土壤供硅能力是確定是否施用硅肥的重要依據(jù)。土壤缺硅程度越大，施硅肥增產(chǎn)效果越好，因此，硅肥應(yīng)優(yōu)先分配到缺硅土壤上。

硅肥施用技術(shù)：硅肥一般以3 種方式施用。（1）基施：由于硅肥不易結(jié)塊、不易變質(zhì)、穩(wěn)定性好，也不會下滲、揮發(fā)等損失，所以在土壤中保留時(shí)間很長，具有肥效期很長的特點(diǎn)。因此，硅肥不必年年施用，最好間隔2 ～3 年施用。其施用方法可以與有機(jī)肥、氮、磷、鉀肥一起作基肥施用；養(yǎng)分含量高的水溶態(tài)的硅肥既可以作基肥也可以作追肥，但追肥時(shí)期應(yīng)盡量提前。在水稻生產(chǎn)中應(yīng)在水稻孕穗之前施用，以更好地發(fā)揮硅肥肥效。（2）追施：水稻在不同生育期硅的施用效果不同。陳紹榮等［84］研究發(fā)現(xiàn)，硅肥與緩控肥料一起施用，并在秧苗期、分蘗期和孕穗期各噴施1 次液體硅肥，這樣可以使水稻籽粒達(dá)9 000 kg/hm2以上。（3）配施：硅肥還可以和氮、磷、鉀肥配合施用。郭彬等［85］研究表明，氮肥與硅肥配合施用，水稻的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量以及植株體內(nèi)氮、磷、鉀、硅的含量均高于氮肥、硅肥單獨(dú)施用?？子畹龋?6］研究發(fā)現(xiàn)硅肥與鉀肥配施也具有增產(chǎn)效果。

硅肥施用量：一般根據(jù)土壤中有效硅含量以及硅肥硅含量確定施用量，原則上重缺重施，輕缺輕施。有效硅含量50%～60%的水溶態(tài)硅肥，每公頃可施90 ～150 kg；有效硅含量為 30%～40%的鋼渣硅肥，每公頃可施用450 ～750 kg；有效硅含量低于30%，每公頃可施用750 ～1 500 kg［9］。硅肥用量過多不會出現(xiàn)肥害，噴灑在葉面上也不會燒苗。

硅肥施用注意事項(xiàng)：硅肥具有多種作用，但施用時(shí)也應(yīng)注意一些問題：（1）雖然硅肥具有抗病蟲害作用，但不能完全代替農(nóng)藥。（2）氮、磷、鉀肥不能代替硅肥，必須科學(xué)配合施用。（3）由于硅肥會造成碳銨中氨的揮發(fā)，降低氮的利用率，因此硅肥不宜與碳銨混合施用。（4）施用粉狀硅肥時(shí)，最好將硅肥和適量的濕土或氮、磷、鉀肥混施，避免粉塵飛揚(yáng)［87］。

7 展望

縱觀水稻硅營養(yǎng)研究歷程，自20 世紀(jì)70 年代我國開始對水稻硅營養(yǎng)進(jìn)行研究，通過科研工作者40 多年的努力，目前對水稻營養(yǎng)功能、生理機(jī)制、增產(chǎn)機(jī)制及抗逆性研究已取得矚目成果。但是硅肥在提升稻米品質(zhì)及稻米品質(zhì)形成的硅素調(diào)控機(jī)理方面的研究還不夠清晰明確，因此，硅營養(yǎng)如何提高水稻品質(zhì)和硅素對水稻品質(zhì)調(diào)控機(jī)理研究還需進(jìn)一步深入。其次由于水稻栽培方式及施肥措施的改變，原有的土壤有效硅臨界指標(biāo)已不能滿足現(xiàn)在生產(chǎn)需要，加之目前全國水稻種植區(qū)稻田土壤有效硅含量尚不明確，難以科學(xué)指導(dǎo)施用硅肥，嚴(yán)重制約了硅肥在水稻上的應(yīng)用，影響我國水稻產(chǎn)量及品質(zhì)，因此需要重新研究確立稻田土壤有效硅臨界指標(biāo)評價(jià)體系并開展水稻產(chǎn)區(qū)土壤有效硅含量調(diào)查研究，實(shí)現(xiàn)水稻因時(shí)因地“精確”施硅，為生產(chǎn)出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)的水稻做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。