水稻缺硅诊断diagnosis of rice silicon deficiency

根据水稻株型、长相以及植株和土壤含硅量判断是否缺硅。硅是否为植物的必需元素虽未定论，但已公认为水稻生产所必需（农学必需）。在有些国家已被认定为水稻的第四个大量元素肥料，即氮磷钾硅。硅是水稻从土壤中吸收数量最多的元素。成熟时茎叶的SiO₂含量通常占干重的10%以上，水稻茎叶燃烧后的灰分，80%左右是SiO₂。硅主要以SiO_2·nH₂O的多硅酸形态存在，集中分布在表皮、维管束、维管束鞘与厚壁组织的细胞壁上，在叶片表皮细胞上形成具有“角质双硅层”(图1)的细胞壁，水稻生育后期叶脉间可以有成行排列的矩形硅化细胞(图2)。硅对水稻生育有多方面的功能：❶增强水稻抗病虫和抗倒伏能力。硅使植株硅质化，可提高对稻瘟病、胡麻叶枯病、小粒菌核病等真菌性病害的抗性以及对螟虫和纵卷叶虫等的抗性，还可提高抗倒伏的能力。
❷提高水稻根系氧化能力，减轻还原物质硫化氢和低价铁、锰对根系的毒害。因硅可使水稻植株地上部（茎叶）到地下部（根）通气组织健全发达，对保持处于淹水还原条件下稻根的正常生理活动是至关重要。
❸改善水稻株型以及因叶片硅化细胞对光透过量的增加(图3)，可以提高光合作用效率。其中对下部叶片尤为显著，从而也表现有延缓衰老的作用。
❹降低水稻蒸腾作用，减少水分消耗，增强水稻抗旱能力。硅的以上作用，田间直观效果主要表现在株形紧凑、茎叶刚健挺立，尤其是剑叶，使水稻受光态势改善，病虫害和倒伏减轻，结实率、干粒重提高，这种效果在高氮栽培条件下最为明显。日本、朝鲜在60～70年代开始硅肥的应用，一般能增产水稻1成左右。台湾省试验增产作用已超过磷钾肥，平均增产14%。据对120个有代表性的水稻田产量与各种土壤性质和水稻养分状况的相关研究表明，水稻产量与土壤有效硅和水稻植株硅素含量的关系最为密切，通常水稻植株含硅(SiO₂)量在13%～15%时产量最高。太湖流域水稻高产地区其土壤有效硅在200毫克/千克左右，植株SiO2含量一般14%。而南方由红砂岩发育的低产水稻土有效硅仅60毫克/千克，水稻SiO₂含量仅8%。所以，可以认为：丰富的土壤有效硅和植株SiO₂含量是水稻高产的重要条件。中国在硅肥的研究和推广方面已做了很多工作。70年代后期浙江农业大学研究肯定了施用炼铁高炉渣硅肥对稻瘟病有明显的抗病增产效果，由于起到改善株型，提高光合效率和降低稻瘟病发病率的作用，增产率达到2成左右。中国科学院南京土壤研究所在南方进行了大量田间试验和示范推广。对江西、安徽和福建一些县的土壤有效硅调查表明一般硅素供应不足的水稻土占一半左右。浙江丽水普查结果，有效硅(SiO₂)<95毫克/千克的占水田面积的70%。土壤缺硅是限制中国南方一些地区水稻高产的重要因素。

图1 硅在表皮细胞的沉积—— 角质双硅层示意图（据吉田昌一）

图2 水稻叶片硅化细胞

图3 硅化细胞(×10)的光散射效果

缺硅症状 缺硅水稻外表无特殊形态症状，主要表现叶质变薄柔软，披散下垂，雨露时尤为显著；茎秆较弱，易遭病虫危害，结实率下降，秕谷增加，稻谷色泽灰暗，不饱满，产量较低。在缺硅土壤上以增施肥料（化学氮肥）来提高产量，上述症状表现更为明显，甚至最终导致病虫滋生和倒伏减产。
缺硅土壤 主要分布在长江以南稻区，大多为酸性、质地粗轻的一类土壤。如红砂岩、石英砂岩以及花岗岩风化物发育的砂土，溪江沿岸的冲积性砂土等。东北地区的炭泥土、白浆土有效硅也低。老水田，由于长期栽培水稻，硅被持续消耗、淋失，有效硅水平也很低，为明显缺硅的土壤。南方山区、半山区由酸性火成岩风化物发育的土壤，分布于河流水系上游，狭谷地带的水田土壤，土层浅、质地粗、淋洗作用强烈，粘粒含量少，有效硅含量很低。
影响水稻含硅量的因素 水稻植株内的高硅酸含量表明它在整个生育期需要源源不断地吸收和积累硅。影响硅的吸收因素有：❶土壤氧化还原性。一些冷浸田由于还原物质多，特别是亚铁(Fe²⁺)过多，严重阻碍水稻对硅的吸收，是成为导致水稻倒伏的重要原因。
❷氮。水稻体内硅氮含量存在负相关关系，过量氮素会降低其含硅量。
❸灌溉水。通常水稻吸收硅素总量中约1/3左右来自灌溉水，因此，如灌溉水的可溶性硅低的地区，水稻也易缺硅。
❹水作为硅的溶剂影响植株硅的积累。如遇干旱天气土壤缺水，植株含硅量降低，旱育秧苗易发生叶稻瘟病，与吸硅不足有关。
缺硅诊断 水稻缺硅，通常仅表现茎叶柔软披散，缺乏明显的或特定的形态症状。故形态表现对诊断价值不大。正确判断通常需要借助植株、土壤的含硅量分析。其中植株含硅量直接反映稻体硅质化程度，与水稻株形长相、抗病虫等有明显的相关性，为良好的诊断指标。一般说土壤有效硅与植株吸收硅呈正相关，但有时并不一致，有效硅含量高于诊断指标而施硅有效的例子不少。
植株诊断 稻株含硅率因生育期不同差异很大，一般是由前期到后期逐渐提高，到开花灌浆期才中止，趋于稳定，作诊断一般都在生育后期采样，有关诊断指标，日本以<11%为缺乏(表1)，朝鲜与日本同，中国南方稻区据中国科学院南京土壤研究所提出以<10%为缺乏，台湾省研究指出早季水稻<9%、晚季水稻<8%为缺乏。此外，由于稻体中硅、氮率通常存在负相关关系，硅氮平衡是水稻成熟良好的重要条件，故硅氮比(SiO₂/N)也具诊断价值。其指标以SiO₂/N在11左右为适宜。

表1 不同缺硅等级的稻草含硅量

缺硅程度	缺乏	稍缺	足够
稻草含硅量(SiO2,%)	<11	11～13	>13

土壤诊断 土壤有效硅的临界值日本为<105毫克/千克(表2)，中国南方稻区，据中国科学院南京土壤研究所提出为<95毫克/千克，中国台湾省提出>90毫克/千克施硅无效，增产5%以上的土壤有效硅临界<40毫克/千克。土壤缺硅临界指标在不同地理纬度有由北而南渐次降低的趋向，原因可能有二：一是与气温有关。南方气温高水稻吸收利用土壤硅的能力增强和土壤中硅的活性较高；其二可能与水稻类型不同有关。高纬度地区的日本、朝鲜多粳稻而低纬底地区以籼稻为主，粳稻对硅要求高于籼稻。

表2 日本土壤有效硅含量诊断指标(mg/kg)

缺硅程度	缺乏	稍缺	足够
土壤有效硅(SiO2)	<105	110～130	>130

灌溉水诊断 水稻吸收的硅一部分来自灌溉水，按小林氏（日本）估算，约占吸收量的28%。他分析日本各地河流灌溉水与当地水稻植株含硅率存在良好的相关性(表3)，故灌溉水中可溶性硅含量也是一个地区是否可能缺硅的参考依据。认为每千克灌溉水中可溶性硅小于10毫克，这一地区可能缺硅。

表3 日本各地灌溉水含硅量与稻体含硅量

河 流	河水含硅 (SiO2,mg/kg)	稻草含硅 (SiO2,%)
大分县6条河流平均 神奈川酒勾水系平均 福冈县6条河流平均 长野县3条河流平均 滋河县11条河流平均 福井县6条河流平均	45.5 36.5 24.8 24.9 12.4 9.1	16.6 16.9 13.4 12.9 10.6 9.8

引自小林资料
此外，叶片（剑叶）硅化细胞数和稻草灰分也有一定的诊断意义，可因地制宜采用。方法见水稻缺硅简易诊断法。
缺硅防治 ❶施用含硅炉渣。钢铁炉渣、锰渣、镍渣等富含硅酸钙，弱酸溶性的SiO接近或超过20%，还含有镁及一些微量元素等。由于是在热熔条件下形成的碱性物质，一些酸溶性的重金属含量较低。施用炉渣硅肥既可补充水稻硅素营养，还可增加钙镁盐基离子，提高酸性土壤的pH值，改良土壤性质等。中国研究推广使用的含硅炉渣肥料主要是炼铁水渣、钢渣、黄磷炉渣、增钙粉煤灰和炭化煤球渣等。中国小氮肥厂炭化煤球渣硅肥的有效硅含量在10%左右，重金属含量低，而且富含硼，分布广泛而便于就近施用，已在一些地区推广应用。炉渣硅肥一般在栽秧前施用，用量通常为每公顷1125～1500千克。
❷多施钙镁磷肥。钙镁磷肥通常含有6%～8%可溶性硅，作为磷肥的副成分进入土壤，经常施用可以补充硅素缓和缺硅。
❸稻草还田。稻草和以稻草为垫料的厩肥含一定量有效硅，经常施用不仅对维持土壤硅肥力有重要作用，对当季作物有明显效果。施用稻草为垫料的猪圈厩肥每公顷15 000千克（鲜重），水稻剑叶含硅(SiO₂)百分率可增加2.4。