秸稈還田對辣椒根系活力和植株不同部位硅含量的影響

吳紅艷　馮敏　王志學(xué)　于淼　郭玲玲

摘要：分析了秸稈還田后辣椒品種“北京紅”生長過程中在不同取樣時(shí)間不同部位硅含量與其根系活力的關(guān)系，以期為進(jìn)一步研究秸稈還田對植株整個(gè)生長過程的影響機(jī)制提供理論依據(jù)；測定秸稈還田后不同取樣時(shí)間的辣椒根系活力及不同部位硅含量，并將結(jié)果與無秸稈的空白對照區(qū)進(jìn)行比較、分析。結(jié)果表明，秸稈還田能明顯提高辣椒的根系活力，最高值達(dá)到30%，約為同期空白對照的2倍；秸稈還田增加了葉片和果實(shí)中的硅含量，其中9月11日葉片中硅含量是空白對照的2倍，說明秸稈還田作用明顯；根、莖部硅含量無明顯變化，根系活力的提高促進(jìn)了植株對硅的吸收，而足量的硅可刺激根系，使其活力增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：秸稈還田；根系活力；硅含量；辣椒

中圖分類號： S641.304文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2015）02-0153-03

收稿日期：2014-10-30

基金項(xiàng)目：遼寧省自然科學(xué)基金（編號：20102115）。

作者簡介：吳紅艷（1967—），女，遼寧朝陽人，研究員，主要從事微生物、土壤肥料、生物技術(shù)方向的研究與應(yīng)用工作。E-mail：lnwuhy@163.com。 根系是作物吸收水分、養(yǎng)分及固定植株的器官，它不僅具有吸收功能，而且具有重要的合成和代謝功能。根系活力是指根系新陳代謝活動的強(qiáng)弱，是反映根系吸收功能的一項(xiàng)綜合指標(biāo)[1]。根系作為植物重要的吸收器官和代謝器官，其生長發(fā)育直接影響到地上部莖葉的生長和作物產(chǎn)量的高低。越來越多的研究表明，根系對葉片衰老具有重要的調(diào)節(jié)作用，根系活力是根的吸收、合成與生長等生理活動的綜合表現(xiàn)，因此旺盛的根系活力對作物的生長、產(chǎn)量形成以及肥料利用率的提高等具有重要意義[2-3]。隨著作物生產(chǎn)水平的不斷提高和栽培生理研究的不斷深入，作物根系的研究已經(jīng)成為作物栽培研究中的一個(gè)較活躍領(lǐng)域。

土壤營養(yǎng)元素含量高低可以調(diào)控作物根系的生長發(fā)育，并顯著影響根系活力[4]。地殼中硅的含量豐富，生長在土壤中的植物體內(nèi)都含有不同量的硅元素；然而由于硅的廣泛存在且植物缺乏硅時(shí)沒有明顯的癥狀，長期以來硅元素對植物生長的影響并沒有引起人們的重視，與必需營養(yǎng)元素相比，作為有益元素的硅元素，在過去研究得不多[5]。隨著全球氣候的變化、科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對硅元素的認(rèn)識發(fā)生了轉(zhuǎn)變，各國科學(xué)家對硅元素的研究產(chǎn)生了濃厚的興趣，對于硅的有益作用有了更多的認(rèn)識，例如硅對植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生影響，吸硅充足的植株較健壯，能夠增強(qiáng)植物對病原菌和害蟲的抵抗能力，可以防止作物根系及輸導(dǎo)組織在逆境條件下遭擠壓，減輕由氮素過多引起的病蟲害病癥，調(diào)節(jié)植物的光合作用和蒸騰作用，增強(qiáng)植物的抗倒性和抗旱性。此外有研究表明，高濃度的硅對真菌孢子的萌發(fā)和菌絲的生長有抑制作用等等[6-7]。

目前對秸稈還田的研究大多局限于土壤理化性狀，生物學(xué)性質(zhì)及當(dāng)季、后茬作物產(chǎn)量、質(zhì)量方面，而從作物生理代謝角度探討秸稈還田對植株生長發(fā)育影響的研究報(bào)道較少。本研究闡述了秸稈還田后辣椒植株生長過程中不同部位硅含量及根系活力的測定方法與結(jié)果，分析其對辣椒根系活力和硅含量的影響，以期為進(jìn)一步研究秸稈還田對辣椒植株整個(gè)生長過程的影響機(jī)制提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2013年5月28日至10月15日在遼寧省北票市馬友營鄉(xiāng)進(jìn)行。

1.2材料與儀器

1.2.1試驗(yàn)樣品“北京紅”辣椒植株（在1個(gè)生長季的時(shí)間內(nèi)定期取樣，即每20～30 d取樣1次），所取樣品為秸稈還田處理和無秸稈的空白對照處理。

1.2.2試驗(yàn)試劑甲烯藍(lán)、二氧化硅、鉬酸銨、硫酸鹽鐵銨、濃硫酸等。

1.2.3試驗(yàn)儀器T6新悅可見分光光度計(jì)、恒溫振蕩器等。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1不同取樣時(shí)間辣椒植株根系活力測定采用甲烯藍(lán)染色法測定辣椒植株的根系活力，用根系活躍吸收面積占根系總吸收面積的百分比表示。

1.3.1.1溶液配制0.2 mmol/L甲烯藍(lán)溶液：精確稱取748 mg甲烯藍(lán)（C16H18N3SCl·3H2O），加水溶解并定容至1 000 mL，此溶液含甲烯藍(lán)0.074 8 mg/mL。0.010 mg/mL甲烯藍(lán)溶液：吸取13.37 mL 0.2 mmol/L甲烯藍(lán)溶液并定容至100 mL，搖勻。

1.3.1.2甲烯藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作取7支試管，分別按順序加入0、1、2、4、6、8、10 mL 0.01 mg/mL甲烯藍(lán)溶液，再用蒸餾水補(bǔ)足至10 mL，用分光光度計(jì)于660 nm處測定吸光度D660 nm，以甲烯藍(lán)濃度為橫坐標(biāo)、吸光度D660 nm為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，并得出回歸方程。

1.3.1.3樣品的測定操作與標(biāo)準(zhǔn)曲線制作采用的方法相同。

1.3.2不同取樣時(shí)間辣椒植株不同部位硅含量測定辣椒植株不同部位硅含量的測定采用硅鉬藍(lán)分光光度法。

1.3.2.1溶液的配制SiO2標(biāo)準(zhǔn)儲備液：外購，溶液中SiO2含量為0.1 mg/mL；SiO2標(biāo)準(zhǔn)工作液：吸取25.0 mL SiO2 標(biāo)準(zhǔn)儲備液于250 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度后搖勻，立即轉(zhuǎn)入聚乙烯瓶中密閉保存，此溶液含0.10 mg/mL SiO2。0.5 mol/L 鹽酸溶液、1.2 mol/L鹽酸溶液、5%鉬酸銨、硫-草混酸（硫酸 ∶草酸=1 ∶3，其中硫酸先用硫酸 ∶水=1 ∶3的比例稀釋）、6%硫酸亞鐵銨、5%草酸等的配制方法均按常規(guī)操作進(jìn)行。

1.3.2.2二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作在預(yù)先加入1.2 mol/L鹽酸溶液的容量瓶中分別按順序加入0.00、0.20、0.50、100、2.00、3.00、4.00、5.00 mL標(biāo)準(zhǔn)工作液，再分別加入鉬酸銨、硫-草混酸、硫酸亞鐵銨，充分反應(yīng)后，在分光光度計(jì)下于630 nm處測定吸光度D630 nm，以二氧化硅濃度為x軸、吸光度D630 nm為y軸繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，并得出回歸方程。endprint

1.3.2.3樣品處理及供試液的制備與測定樣品的處理采用灰化法，溶液采用樣品灰化后酸溶解制備，測定方法參照標(biāo)準(zhǔn)曲線制作相關(guān)步驟。

2結(jié)果與分析

2.1甲烯藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)曲線

以甲烯藍(lán)濃度為橫坐標(biāo)x、吸光度D660 nm為縱坐標(biāo)y繪制的甲烯藍(lán)染色法標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。

2.2不同取樣時(shí)間辣椒根系活力的測定結(jié)果

由圖2可以看出，秸稈還田后植株的根系活力在測定過程中大都明顯高于空白對照；7月12日左右測定時(shí)根系活力相近，以后逐漸升高，秸稈還田處理的根系活力明顯高于空白對照，直到最高值達(dá)到約30%，是空白對照的2倍；隨后逐漸下降，但是活力仍然高于空白對照。

2.3二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)曲線

以二氧化硅濃度為x軸、吸光度值D630 nm為y軸繪制的二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖3。

2.4不同取樣時(shí)間辣椒植株不同部位硅含量的測定結(jié)果

2.4.1不同取樣時(shí)間辣椒植株根部硅含量的測定結(jié)果從圖4結(jié)果看，試驗(yàn)組硅含量比空白對照略有升高，在生長中期還有持平，說明秸稈還田后對于植株根部硅含量影響不明顯。

2.4.2不同取樣時(shí)間辣椒植株莖部硅含量的測定結(jié)果從圖5結(jié)果可以看出，在生長中期處理組高于對照，而前期和后期低于對照組，說明秸稈還田對于植株生長過程中植株莖部硅含量影響不明顯。

2.4.3不同取樣時(shí)間辣椒植株葉片中硅含量的測定結(jié)果由圖6結(jié)果可以看出，在植株整個(gè)生長過程中，葉片中硅含量表現(xiàn)為處理組明顯高于對照組，最開始與對照組持平，之后差異逐漸增大，說明秸稈還田對于植株葉片中硅含量的增加作用明顯，與對照組相比差異明顯。

2.4.4不同取樣時(shí)間辣椒果實(shí)中硅含量的測定結(jié)果由圖7結(jié)果可以看出，處理組果實(shí)中硅含量從果實(shí)形成初期（7月30日）就明顯高于對照組，以后依然保持這個(gè)狀態(tài)。而果實(shí)中富含硅，可以刺激果實(shí)中維生素C的形成，從而改善果實(shí)的品質(zhì)。

3結(jié)論

秸稈還田能明顯提高辣椒植株的根系活力。農(nóng)作物秸稈含有豐富的氮、磷、鉀和微量元素，是一種重要的可再生資源，秸稈還田后增強(qiáng)了土壤的保溫和保墑能力，能顯著促進(jìn)土壤微生物活動，提高土壤速效養(yǎng)分釋放量，改善土壤理化性狀，增加土壤對硝態(tài)氮的固持能力，后期能夠使土壤養(yǎng)分供給與植株吸收之間到達(dá)一種平衡狀態(tài)；同時(shí)能增加植株體內(nèi)氮、磷、鉀、鈣、鎂、鋅、錳等元素的累積[8]，明顯改善經(jīng)濟(jì)性狀，促進(jìn)增產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，從而優(yōu)化根系生長的土壤環(huán)境，使植株根系活力提高。

秸稈還田能明顯提高辣椒植株葉片和果實(shí)的硅含量。秸稈還田后大大提高了植株根系活力，增強(qiáng)了植株吸收養(yǎng)分的能力，而且秸稈中含有一定量的硅，因而增加了土壤中有效硅的含量和植株對硅的吸收。

總之，秸稈還田后顯著提高辣椒的根系活力，促進(jìn)植株對養(yǎng)分的吸收，這樣就使作物富集較多的硅，而作為植物有益營養(yǎng)元素的硅反過來刺激根系的生長，激發(fā)根系活力；同時(shí)硅能提高作物的抗病蟲害能力，增強(qiáng)植物抵抗水分和鹽分脅迫能力，增強(qiáng)作物抗倒伏能力以及減輕低價(jià)鐵、錳、鋁等過多而造成的毒害作用[9]；此外，硅含量的增加可以增加植株中的干物質(zhì)量，有利于果實(shí)中蛋白質(zhì)和淀粉等的形成，促使果實(shí)飽滿，提高作物產(chǎn)量。植物吸硅以后使葉細(xì)胞中的葉綠體增大、基粒增多，抑制基部葉片過氧化物酶（POD） 活性，減輕木質(zhì)化程度，有利于延緩基部葉片的早衰，增加對光的吸收。還有研究表明，硅有助于光從表皮到葉片光合葉肉細(xì)胞、莖稈皮層組織的傳遞，從而促進(jìn)植物光合作用，進(jìn)而促進(jìn)植物的生長[10]。因此可以看出，秸稈還田增加了硅含量，可增加辣椒產(chǎn)量并同時(shí)提高果實(shí)品質(zhì)。

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