几种微量元素作用及对水稻发育的影响精.docx

1、几种微量元素作用及对水稻发育的影响精几种微量元素作用及对水稻发育的影响郑甲成,刘 婷,张百忍,刘继瑞安康市农业科学研究所,安康725021摘 要:硅、锌、锰、硼、硒是植物生长发育中不可缺少的微量元素,植物将土壤中的微量元素转化成有机物,直接影响到人类的健康。大量试验结果证明,适量施用微肥可以明显提高水稻产量,改善水稻品质,增强水稻抗逆性和抗病性。我国在微肥方面的研究也取得较大成就。关键词:硅元素;锌元素;锰元素;硼元素;硒元素;微肥;水稻中图分类号:S143 7;S511 062 文献标识码:A 文章编号:1000 5684(2010S 0005 04The Effection of Trac

2、e Elements on O ryza Sativa L.growthZHENG Jia cheng,LIU Ting,ZHAN G Bai ren,LIU Ji rui Ankang Institute o f Agriculture and Science,Ankang 725021,ChinaAbstract:Si,Zn,Mn,B and Se are essential trace elements for plant gro wth,trace elements in soil are transformed into organic matter by plants,which

3、directly relate to human health.E xperimental results proved that the application of appropriate trace fertilizer can significantly increase the Oryza Sativa yield and quality,and strengthen resistance and disease resistance.In trace fertilizer research,great achieve ments have been made in our coun

4、try.Key words:Si;Zn;Mn;B;Se;trace fertilizer;Oryza Sativa L. 世界上的一切生物体均由各种化学元素组成。截至目前,有研究证实世界上存有107种化学元素,共同构成了世界上的生命体。然而,这些元素在自然界和各种生命体中的含量却存在很大差异。20世纪70年代以前,我国农田主要施用以含氮、磷、钾等大量元素为主的肥料,发现有时作物遭受病害减产甚至颗粒无收,起初人们错误的认为是由于菌类引起,但后来经过研究证实,必需的微量元素可以保证作物健康旺盛生长,说明微量元素是作物生长所必须的营养元素。早在20世纪30年代,微肥就在国外示范和推广应用。例如,19

5、37年前苏联施用硼肥达到2700t,美国50年代施用硼砂量达到40t,硫酸锌达到3310t 。最近几年,国际上微肥研究发展迅速,许多国家为了合理使用微肥,对本土土壤进行全面普查,然后因地制宜补充农田微量元素,进一步提高农产品的产量和质量。目前,美国、德国、日本、加拿大、澳大利亚等国广泛开展微量元素的研究,大量施用微量元素肥料,已取得显著成效。我国微量元素研究起步较晚,开始主要集中于种子萌发、幼苗分化和花器官形成等方面,现在主要对微量元素在植物中的作用和土壤微量元素分布及有效性进行研究,取得了可喜的成绩。水稻是我国种植面积最大、总产量最多和单产最高的粮食作物,在我国粮食生产和国民经济中占有主导地

6、位。因此,研究少数微量元素对水稻的作用,对于增加水稻产量、提高水稻品质、节省化学肥料具有重要意义。但关于微量元素对水稻发育影响的综合性报道相对较少,笔者主要对几种主要微量元素的分布、作用及对水稻发育的影响进行讨论,为我国水稻微量元素的利用提供一定的理论依据。作者简介:郑甲成,男,硕士,研究方向:植物分子生物学和水稻常规育种。收稿日期:2010 10 11吉林农业大学学报 2010,32(S:58http :/ Journal o f Jilin Agricultural University E mail :jlndxb 1 微量元素的分布和存在形式我国土壤资源丰富,类型多样,微量元素分布差异

7、性较大。调查显示:我国土壤中硼的含量由北向南有降低趋势,西藏平均含量最高达到154mg/m3,河南含量较低,低于全国平均水平,仅有43mg/m3。另外,由于土壤分布类型差异,各种土壤中微量元素的含量也明显不同。硼元素在红色石灰土中含量最高,黑栌土、黄绵土中含量次之,暗粟钙土由于成土母质中硼含量较低,有效硼元素也很缺乏;锌元素含量主要与成土的母质类型有很大的关系,南方酸性土壤,锌普遍含量较高,北方碱性土壤,有效态锌元素十分缺乏,其中红色石灰土含量最高;土壤中锰元素含量高于其他微量元素,土壤偏酸性的地方锰元素含量相对较高,石灰性土壤则相对缺少锰元素;硅元素在我国分布很广,储量较大,是世界上第四大出

8、硅的国家,主要分布在广西、安徽、辽宁、江西等地,以硅矿石的形态存在;硒元素分布从东三省起斜穿至云贵高原,有2/3以上的地区缺硒,其中湖北、陕西、贵州、安徽等省分布相对较高1。2 微量元素作用及对水稻发育的影响硅、锌、锰、硼、硒等是植物正常生长发育不可代替的微量元素。研究发现,锌、锰、硼等微量元素能明显改善水稻根部氧的供应,增强稻株的抗逆性,提高植株抗病能力,促进后期根系发育,延长叶片功能期,防止早衰;也可加速花的发育,增加花粒数量,促进花粒萌发,提高水稻成穗率;同时促进水稻穗大粒多,提高结实率和子粒充实度,增加稻谷产量。2 1 硅元素硅元素在自然界中分布居第三位,仅次于氧和氢元素。水稻是喜硅作

9、物,是所需三大元素之后的第四大元素。1962年,Sommer研究2首先提出硅元素是水稻生长的必需元素之一,水稻发育过程中缺少硅元素时伸长叶下垂,下位叶极易凋谢,抽穗后叶型披散,后期稻秆韧性差,易发生倒伏,且容易感染稻瘟病或胡麻叶斑病。另有研究3 4结果表明,水稻中的硅主要以SiO2 nH2O形式存在,含量占水稻地上部分干重的10% 15%,主要存在于叶鞘中,叶片中含量次之,茎、穗中含量相对较低。每季水稻对硅元素的吸收量明显高于对氮磷钾需求总和,平均每公顷水稻可从土壤中吸收SiO211251950kg,是氮磷钾总和的4 4倍,因此单纯地依靠自然土壤提供硅元素难以满足水稻的需要,适当地增加硅肥可明

10、显提高水稻的品质和产量5。土壤中SiO2含量很高,占总量的50% 70%,但由于气候条件、土壤pH值、成土母质、土壤粘粒、土壤水分等因素的影响,能被植物有效吸收利用的硅元素却只有50250mg/kg6 7。据刘平等报道,生育期适当增加硅肥可以提高根系氧化能力,延长根系的功能期,促进地上部分生长,增加光和能力。另外,充足的硅肥可以提高水稻抗病性、耐旱性和抗倒伏能力,明显增加水稻产量8 10。2 2 锌元素锌元素在作物体内的含量很少,一般为作物干重的十万分之几至百万分之几,但作用很大,如:(1增强光合作用,加速糖类代谢,降低水果的酸涩味;(2参与吲哚乙酸等生长素的形成,促进作物的生长;(3调控作物

11、体内氮元素的代谢,维持氮素代谢平衡;(4增施锌肥可以有效提高作物对干旱、低温、高温、盐碱和病虫害的抗性。目前,锌肥已在玉米、水稻等粮食作物和菠菜、芹菜等叶菜上大面积施用。水稻缺锌时秧苗下部叶片出现细小褐色斑点,叶背颜色较深,逐渐发展整个植株都变褐色;后期无效分蘖多,叶片变窄,植株矮小,花期不孕;生育期延长,成熟时空秕率高,严重影响产量。据鄢建宾等11报道,在水稻孕穗期进行叶面喷施速效锌250 5mL/hm2,发现株高、穗粒数和千粒重都明显增加,收获后产量可达到9500kg/hm2,比对照高出26 65%,说明施用锌肥能促进水稻生殖生长,提高结实率,增加粒重,增产增效(表1。表1 速效锌对水稻孕

12、穗期的影响处理收获穗数/(万株 hm-2株高/cm穗长/cm穗粒空瘪粒结实率/%千粒重/g产量/(kg hm-2速效锌522 075 011 072 08 088 528 49499喷清水(ck481 265 010 065 05 092 326 075006 吉林农业大学学报 2010年12月Journal o f Jilin Agricultural University2010,December2 3 锰元素锰元素在作物体内含量也较少,通常为千分之几至十万分之几。小麦和水稻含量相对较高,十字花科作物含量最少,主要分布于作物的叶片内,作用主要有以下几种:(1增加叶绿素含量,提高作物光合作用

13、;(2加强作物呼吸,调节作物体内氧化还原反应;(3增加作物对氮素的吸收利用;(4提高种子萌发率,促进作物生长发育;(5提高作物的抗病性和抗寒性。据国内报道,小麦、燕麦、豌豆、菠菜、苹果等对锰元素很敏感,严重缺锰时可导致作物大量减产。据胡定金等12研究显示,在合理使用氮磷钾肥的基础上,增施锰肥可使水稻平均增产121 5kg/hm2,达到极显著水平。取样检测结果表明,适量锰肥可以促进氮素吸收,提高氮素利用率。另据蔡德龙等13统计,锰肥对许多作物都有良好的增产作用(表2。例如:小麦施锰肥后麦苗浓绿,分蘖增多,株高、穗长、小穗数、千粒重都增加,增产作用比较明显;大豆、棉花、烟草、蔬菜等施锰肥后作用也不

14、容忽视,经济效益可嘉。表2 锰对作物的增产作用作物种类施肥方法试验单位增产幅度/%作物表现小麦拔节期喷施(0 1%河南地理所9 7叶色浓绿,叶宽增加,出苗率提高,穗长、小穗数、每穗粒数、千粒重均有增加,抗病性提高喷施徐州、淮阳农科所1020拌种+喷施陕西农科院21 625大豆喷施江苏铜山10 9 28单株荚果数、单株粒重和百粒数增加拌种+喷施河南地理所25棉花喷施南京农科所1521叶色深绿,植株健壮,叶片加厚,单株桃树和百铃重增加追施江苏铜山22烟草喷施陕西农科院15株高和叶片数增加,花叶病减少蔬菜番茄喷施四川渡口市23 3菠菜喷施郑州效区30叶色深绿,抗病能力提高2 4 硼元素硼在作物中含量

15、一般为干重的万分之二到百万分之一,豆科和十字花科作物含硼量较高,禾本科作物含量相对较少。主要分布于叶内,参与作物某些重要的生理生化反应,具体有如下作用: (1促进作物生殖器官发育,调节生殖器官成熟,有利于开花结实,提早成熟;(2增强作物光和作用,促进碳水化合物形成;(3减少有机酸积累,促进作物根系发育,提高通气性;(4增强作物抗旱和抗病能力。作物严重缺硼时,生长不良,农产品质量和产量下降,甚至颗粒不收。据王文卓等14研究,连续2年对水稻黎明A C57和丰锦品种喷施硼肥,都有比较明显的增产效果,增产率达到6%8%;曾祥忠等15通过硼肥梯度试验,表明适量的硼浓度会使水稻增产,但硼浓度过高则对水稻的

16、生长有抑制作用,表现为地上部分生物产量显著降低;另据鄢建宾等11研究,在水稻孕穗期进行叶面喷施速乐硼(20 5%和速效硼(8%,发现水稻分别增产9 28%和19 93%,可见速乐硼增产效果不如速效硼(表3,说明作物对硼肥的需求有个最适浓度比,浓度过高则影响产量的提高(表3。表3 速效硼和速乐硼对水稻孕穗期的影响处理收获穗数/(万株 hm-2株高/cm穗长/cm穗粒数空瘪粒结实率/%千粒重/g产量/(kg hm-2速乐硼42475 012 073 04 094 594 58200速效硼52175 011 567 04 094 094 09000喷清水(ck48165 010 065 05 092

17、 392 375007郑甲成等:几种微量元素作用及对水稻发育的影响吉林农业大学学报Journal o f Jilin Agricultural University2 5 硒元素自然界中,硒的含量一般低于万分之一,几乎没有含硒量高的矿物,全世界有40多个国家和地区缺硒,硒元素对于动植物的发育具有重要意义,主要有如下几方面作用:(1参与动植物抗氧化作用,延缓衰老;(2提高抗病性,增加免疫力;(3促进作物生长,提高产量。据杨莉等16报道,硒元素可以参与水稻体内生理生化代谢,影响水稻生长发育,调节其他元素吸收,提高水稻营养品质。吴永尧等17研究发现,通过土培和水培方式,研究不同硒浓度对水稻生长的影响

18、,结果发现,在低硒浓度下可以促进水稻的生长发育,提高产量和品质,而高浓度下水稻的总生物量显著降低,产量增加不明显,但植株体内的富集硒的量与供硒水平呈显著的正相关性。3 小 结纵观全球,微肥在发达国家和发展中国家都得到广泛施用,但我国主要在水果、蔬菜、花卉等经济价值较高的作物中进行广泛推广,存在着许多问题。首先我国对土壤中微量元素的含量不清,推广和试验有一定的盲目性,因此要全面普查我国土壤资源,分析土壤成分,为微肥的合理使用提供理论依据。其次,我国对微量元素的研究缺乏专门的机构,规模小,人数少,研究分散,在今后,国家要加大投资,鼓励科研人员积极开发研究,降低微肥生产成本,提高微肥转化利用率。再次

19、,微肥的产、供、销渠道不通,已经成熟的研究成果不能及时推广应用,建议今后国家多配合 测土配方 技术,调动市场手段,推广微肥施用。通过这些措施,在大田中大面积施用微肥,提高农作物的产量和质量,促进我国农业经济发展。参考文献:1 邓云,孙德玺,祝洁.中国土壤M.北京:科学出版社,1978.2 刘永涛.硅肥的应用及开发前景J.河南科技,1997(11:6 7.3 夏石头,萧浪涛.高等植物中硅元素的生理效应及其在农业生产中的作用J.植物生理学通讯,2001,37(4:356 360.4 杨建堂,高尔明,霍晓婷,等.沿黄稻区水稻硅素吸收、分配特点研究J.河南农业大学学报,2000,34(1:37 42.

20、5 鲍士旦.土壤农化分析M.北京:中国农业出版社,2000.6 胡定金,王富华.水稻硅素营养J.湖北农业科学,1995(5:33 36.7 陈平平.硅在水稻生活中的作用J.生物学通报,1998,33(8:5 7.8 刘平,何继英,贺宁,等.硅浓度对水稻生长、含水量、根冠比和过氧化物酶活性的影响J.贵州农业科学,1987,21(3:6 9.9 李玉影,刘颖,刘双全.黑龙江省水稻硅肥效果研究J.黑龙江农业科学,2009(3:60 63.10 焦安营,马学礼,李闯,等.水稻硅营养与硅肥应用效果研究进展J.黑龙江八一农垦大学学报,2009(21:22 26.11 鄢建宾,余忠建,鄢庆新.不同单体微量元

21、素肥料在水稻上的应用J.现代化农业,2007(8:59 61.12 胡金定,谢振翅,王富华.水稻硅、锌锰配施效应J.植物营养与肥料学报,1995(1:84 88.13 蔡德龙.微量元素肥料使用技术M.北京:中国农业出版社,1987.14 王文卓,杨凤琴,张民书.硼、锌、锰微量元素及硝酸稀土微肥在水稻上的应用效果J.北方水稻,1980(4:1621.15 曾祥忠,吕世华.几种微量元素大量施用对水稻生长和产量的影响J.土壤农化通报,1998(13:11 14.16 杨莉,郑家奎,蒋开峰,等.微量元素硒对水稻影响的研究进展J.现代农业科学,2010(8:11 12.17 吴永尧,罗泽民,彭振坤.不同

22、供硒水平对水稻生长的影响及水稻对硒的富集作用J.湖南农业大学学报,1998(24:176 179.(上接第4页参考文献:1 周开达,汪旭动.重穗型杂交水稻育种M.成都:四川科技出版社,1997:1 6.2 包灵丰,林纲,曾健,等.杂交水稻宜香1577在四川南部强化栽培密度研究J.西南农业学报,2008,21(3:590 592. 3 杨文钰,屠乃美.作物栽培学各论M.北京:中国农业出版社,2003:46 47.4 王忠,王三根,李合生,等.植物生理学M.北京:中国农业出版社,2000:111 113.5 周南华.化肥施用与农产品质量安全J.西南农业学报,2004,17(4:126 130.6 荣廷昭,朱孝达,唐富玉.农业试验与统计分析M.成都:四川科学技术出版社,1993:101 102,136 142.7 薛利红,杨林章,范小晖.基于碳氮代谢的水稻氮含量及碳氮比光谱估测J.作物学报,2006,32(3:430 435.8 陆秀明,黄庆,刘怀珍.水稻强化栽培条件下植株的某些生理特性研究J.华南农业大学学报,2006,27(2:5 7.8 吉林农业大学学报 2010年12月Journal o f Jilin Agricultural University2010,December