秸秆还田对辣椒根系活力和植株不同部位硅含量的影响

吴红艳　冯敏　王志学　于淼　郭玲玲

摘要：分析了秸秆还田后辣椒品种“北京红”生长过程中在不同取样时间不同部位硅含量与其根系活力的关系，以期为进一步研究秸秆还田对植株整个生长过程的影响机制提供理论依据；测定秸秆还田后不同取样时间的辣椒根系活力及不同部位硅含量，并将结果与无秸秆的空白对照区进行比较、分析。结果表明，秸秆还田能明显提高辣椒的根系活力，最高值达到30%，约为同期空白对照的2倍；秸秆还田增加了叶片和果实中的硅含量，其中9月11日叶片中硅含量是空白对照的2倍，说明秸秆还田作用明显；根、茎部硅含量无明显变化，根系活力的提高促进了植株对硅的吸收，而足量的硅可刺激根系，使其活力增强。

关键词：秸秆还田；根系活力；硅含量；辣椒

中图分类号： S641.304文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）02-0153-03

收稿日期：2014-10-30

基金项目：辽宁省自然科学基金（编号：20102115）。

作者简介：吴红艳（1967—），女，辽宁朝阳人，研究员，主要从事微生物、土壤肥料、生物技术方向的研究与应用工作。E-mail：lnwuhy@163.com。 根系是作物吸收水分、养分及固定植株的器官，它不仅具有吸收功能，而且具有重要的合成和代谢功能。根系活力是指根系新陈代谢活动的强弱，是反映根系吸收功能的一项综合指标[1]。根系作为植物重要的吸收器官和代谢器官，其生长发育直接影响到地上部茎叶的生长和作物产量的高低。越来越多的研究表明，根系对叶片衰老具有重要的调节作用，根系活力是根的吸收、合成与生长等生理活动的综合表现，因此旺盛的根系活力对作物的生长、产量形成以及肥料利用率的提高等具有重要意义[2-3]。随着作物生产水平的不断提高和栽培生理研究的不断深入，作物根系的研究已经成为作物栽培研究中的一个较活跃领域。

土壤营养元素含量高低可以调控作物根系的生长发育，并显著影响根系活力[4]。地壳中硅的含量丰富，生长在土壤中的植物体内都含有不同量的硅元素；然而由于硅的广泛存在且植物缺乏硅时没有明显的症状，长期以来硅元素对植物生长的影响并没有引起人们的重视，与必需营养元素相比，作为有益元素的硅元素，在过去研究得不多[5]。随着全球气候的变化、科学技术的飞速发展，人们对硅元素的认识发生了转变，各国科学家对硅元素的研究产生了浓厚的兴趣，对于硅的有益作用有了更多的认识，例如硅对植物的形态结构会产生影响，吸硅充足的植株较健壮，能够增强植物对病原菌和害虫的抵抗能力，可以防止作物根系及输导组织在逆境条件下遭挤压，减轻由氮素过多引起的病虫害病症，调节植物的光合作用和蒸腾作用，增强植物的抗倒性和抗旱性。此外有研究表明，高浓度的硅对真菌孢子的萌发和菌丝的生长有抑制作用等等[6-7]。

目前对秸秆还田的研究大多局限于土壤理化性状，生物学性质及当季、后茬作物产量、质量方面，而从作物生理代谢角度探讨秸秆还田对植株生长发育影响的研究报道较少。本研究阐述了秸秆还田后辣椒植株生长过程中不同部位硅含量及根系活力的测定方法与结果，分析其对辣椒根系活力和硅含量的影响，以期为进一步研究秸秆还田对辣椒植株整个生长过程的影响机制提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验概况

试验于2013年5月28日至10月15日在辽宁省北票市马友营乡进行。

1.2材料与仪器

1.2.1试验样品“北京红”辣椒植株（在1个生长季的时间内定期取样，即每20～30 d取样1次），所取样品为秸秆还田处理和无秸秆的空白对照处理。

1.2.2试验试剂甲烯蓝、二氧化硅、钼酸铵、硫酸盐铁铵、浓硫酸等。

1.2.3试验仪器T6新悦可见分光光度计、恒温振荡器等。

1.3试验方法

1.3.1不同取样时间辣椒植株根系活力测定采用甲烯蓝染色法测定辣椒植株的根系活力，用根系活跃吸收面积占根系总吸收面积的百分比表示。

1.3.1.1溶液配制0.2 mmol/L甲烯蓝溶液：精确称取748 mg甲烯蓝（C16H18N3SCl·3H2O），加水溶解并定容至1 000 mL，此溶液含甲烯蓝0.074 8 mg/mL。0.010 mg/mL甲烯蓝溶液：吸取13.37 mL 0.2 mmol/L甲烯蓝溶液并定容至100 mL，摇匀。

1.3.1.2甲烯蓝标准曲线的制作取7支试管，分别按顺序加入0、1、2、4、6、8、10 mL 0.01 mg/mL甲烯蓝溶液，再用蒸馏水补足至10 mL，用分光光度计于660 nm处测定吸光度D660 nm，以甲烯蓝浓度为横坐标、吸光度D660 nm为纵坐标绘制标准曲线，并得出回归方程。

1.3.1.3样品的测定操作与标准曲线制作采用的方法相同。

1.3.2不同取样时间辣椒植株不同部位硅含量测定辣椒植株不同部位硅含量的测定采用硅钼蓝分光光度法。

1.3.2.1溶液的配制SiO2标准储备液：外购，溶液中SiO2含量为0.1 mg/mL；SiO2标准工作液：吸取25.0 mL SiO2 标准储备液于250 mL容量瓶中，用水稀释至刻度后摇匀，立即转入聚乙烯瓶中密闭保存，此溶液含0.10 mg/mL SiO2。0.5 mol/L 盐酸溶液、1.2 mol/L盐酸溶液、5%钼酸铵、硫-草混酸（硫酸 ∶草酸=1 ∶3，其中硫酸先用硫酸 ∶水=1 ∶3的比例稀释）、6%硫酸亚铁铵、5%草酸等的配制方法均按常规操作进行。

1.3.2.2二氧化硅标准曲线的制作在预先加入1.2 mol/L盐酸溶液的容量瓶中分别按顺序加入0.00、0.20、0.50、100、2.00、3.00、4.00、5.00 mL标准工作液，再分别加入钼酸铵、硫-草混酸、硫酸亚铁铵，充分反应后，在分光光度计下于630 nm处测定吸光度D630 nm，以二氧化硅浓度为x轴、吸光度D630 nm为y轴绘制标准曲线，并得出回归方程。endprint

1.3.2.3样品处理及供试液的制备与测定样品的处理采用灰化法，溶液采用样品灰化后酸溶解制备，测定方法参照标准曲线制作相关步骤。

2结果与分析

2.1甲烯蓝标准曲线

以甲烯蓝浓度为横坐标x、吸光度D660 nm为纵坐标y绘制的甲烯蓝染色法标准曲线见图1。

2.2不同取样时间辣椒根系活力的测定结果

由图2可以看出，秸秆还田后植株的根系活力在测定过程中大都明显高于空白对照；7月12日左右测定时根系活力相近，以后逐渐升高，秸秆还田处理的根系活力明显高于空白对照，直到最高值达到约30%，是空白对照的2倍；随后逐渐下降，但是活力仍然高于空白对照。

2.3二氧化硅标准曲线

以二氧化硅浓度为x轴、吸光度值D630 nm为y轴绘制的二氧化硅标准曲线见图3。

2.4不同取样时间辣椒植株不同部位硅含量的测定结果

2.4.1不同取样时间辣椒植株根部硅含量的测定结果从图4结果看，试验组硅含量比空白对照略有升高，在生长中期还有持平，说明秸秆还田后对于植株根部硅含量影响不明显。

2.4.2不同取样时间辣椒植株茎部硅含量的测定结果从图5结果可以看出，在生长中期处理组高于对照，而前期和后期低于对照组，说明秸秆还田对于植株生长过程中植株茎部硅含量影响不明显。

2.4.3不同取样时间辣椒植株叶片中硅含量的测定结果由图6结果可以看出，在植株整个生长过程中，叶片中硅含量表现为处理组明显高于对照组，最开始与对照组持平，之后差异逐渐增大，说明秸秆还田对于植株叶片中硅含量的增加作用明显，与对照组相比差异明显。

2.4.4不同取样时间辣椒果实中硅含量的测定结果由图7结果可以看出，处理组果实中硅含量从果实形成初期（7月30日）就明显高于对照组，以后依然保持这个状态。而果实中富含硅，可以刺激果实中维生素C的形成，从而改善果实的品质。

3结论

秸秆还田能明显提高辣椒植株的根系活力。农作物秸秆含有丰富的氮、磷、钾和微量元素，是一种重要的可再生资源，秸秆还田后增强了土壤的保温和保墒能力，能显著促进土壤微生物活动，提高土壤速效养分释放量，改善土壤理化性状，增加土壤对硝态氮的固持能力，后期能够使土壤养分供给与植株吸收之间到达一种平衡状态；同时能增加植株体内氮、磷、钾、钙、镁、锌、锰等元素的累积[8]，明显改善经济性状，促进增产优质，从而优化根系生长的土壤环境，使植株根系活力提高。

秸秆还田能明显提高辣椒植株叶片和果实的硅含量。秸秆还田后大大提高了植株根系活力，增强了植株吸收养分的能力，而且秸秆中含有一定量的硅，因而增加了土壤中有效硅的含量和植株对硅的吸收。

总之，秸秆还田后显著提高辣椒的根系活力，促进植株对养分的吸收，这样就使作物富集较多的硅，而作为植物有益营养元素的硅反过来刺激根系的生长，激发根系活力；同时硅能提高作物的抗病虫害能力，增强植物抵抗水分和盐分胁迫能力，增强作物抗倒伏能力以及减轻低价铁、锰、铝等过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质量，有利于果实中蛋白质和淀粉等的形成，促使果实饱满，提高作物产量。植物吸硅以后使叶细胞中的叶绿体增大、基粒增多，抑制基部叶片过氧化物酶（POD） 活性，减轻木质化程度，有利于延缓基部叶片的早衰，增加对光的吸收。还有研究表明，硅有助于光从表皮到叶片光合叶肉细胞、茎秆皮层组织的传递，从而促进植物光合作用，进而促进植物的生长[10]。因此可以看出，秸秆还田增加了硅含量，可增加辣椒产量并同时提高果实品质。

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