硅和秸秆施用对水稻响应旱改水和砷胁迫的影响

【摘要】：水稻是我国最主要的粮食作物,水稻的收成直接影响农户的经济收入。江汉平原旱改水稻田经常出现水稻穗部畸形病症状,表现为水稻颖花退化,内外颖张开、扭曲、似老鹰嘴、空壳成为畸形颖壳。该病也称旱青立病或直穗病。本研究针对旱改水及砷污染等土壤不利因素容易诱发水稻穗部畸形、不利于水稻生长的现状,研究旱改水和砷处理条件下硅和秸秆对水稻生长发育状况和产量的影响以及矿质元素吸收和抗氧化系统的变化,同时通过室内土壤培养,研究秸秆和紫云英对淹水条件下旱地和水稻土壤理化性质和微量元素形态转化的影响,探讨硅和秸秆对不良土壤上水稻生长的改良作用及其机理,为控制水稻穗部畸形病发生,提高农户收成提供新的思路。本研究主要结果如下： 1.旱改水土壤上种植水稻,幼苗期水稻叶片发黄、矮小,而施加秸秆后,可以显著改善这种状况。旱地土上添加秸秆促进了水稻幼苗的生长,其幼苗生物量比对照高2.7倍,叶绿素值比对照高9.6%。添加秸秆后水稻幼苗地上部、地下部Fe含量分别比对照增加了48.0%和363.0%,Cu含量分别比对照减少了100.0%和93.7%,Zn含量分别减少了58.7%和60.2%。 2.旱改水土壤使得水稻的生育期延长、产量下降、空瘪率提高。施加秸秆后,水稻约能提前一周抽穗,产量显著提高,较对照增加了32.8%,有效穗增加了30.4%,每穗实粒重增加了12.3%,空壳率降低了17.0%。秸秆施加使得抽穗期水稻茎、叶中Mn含量分别比对照高45.1%和21.5%,Cu含量分别减少了55.8%和23.1%,Zn含量分别减少了19.1%和3.4%。秸秆提高了成熟期水稻茎、叶和谷壳中砷的含量,但抑制了砷向糙米中的转移。施加秸秆水稻成熟期茎、叶和谷壳中As含量较对照分别增加了17.3%、37.0%和6.1%,糙米中As含量减少了16.5%。 3.施加秸秆有利于加速土壤的还原状态,改良旱改水土壤上对于水稻生长的障碍因子,其中,在淹水的第14天,旱改水施加水稻秸秆后其氧化还原电位值为-138.7,而未施加的仅为-48.4。秸秆有利于增加土壤有机质和提高土壤肥力,施加秸秆的处理有机质比未施加处理高7.3%。秸秆的施加改变了土壤养分结构,使土壤中的有效Fe、Mn含量分别增加了25.3和4.7倍,而有效Cu、Zn含量则分别减少了50.5%,32.8%。施加秸秆提高了旱地土壤中残渣态Fe向铁锰结合态和有机结合态的转化。 4.硅肥有利于旱改水土壤上水稻的生长,使水稻叶片中POD和CAT酶活性显著升高,MDA含量则略有降低,提高水稻的抗氧化胁迫的能力。抽穗期施用硅肥后缩短水稻生育期,使水稻约提前十天左右抽穗,增加水稻的千粒重和有效穗,千粒重和有效穗分别比对照高8.7%和30.2%。无砷污染的土壤条件下,硅肥的施用促进了水稻对砷的吸收,但抑制了砷向糙米中的转移。施硅处理水稻成熟期茎、叶和谷壳中As含量分别较对照增加了56.3%、34.7%和59.9%,而糙米中As含量则减少了7.7%。 5.在砷胁迫土壤下,苗期施加硅能在一定程度上缓解50mg/kg?s处理对水稻的毒害作用,显著提高水稻的株高和干重,显著降低水稻中的MDA含量,降低了砷胁迫下膜脂过氧化的程度。50mg/kg As处理条件下,50mg/kg硅处理使水稻的幼苗的株高和干重提高了28.0%和61.5%, MDA含量降低37.0%。 6.低砷处理(25mg/kg As)条件下,施加硅提高了水稻的穗长、产量、千粒重、有效穗以及每穗实粒重,降低水稻的空壳率,抑制了砷向糙米中的转移。25mg/kg As处理条件下,施加25mg/kg和50mg/kg硅处理使水稻穗长、产量、千粒重、有效穗和每穗实粒重分别增加了14.5%、309.5%、9.2%、64.7%、357.0%(25mg/kg Si)和11.7%、178.6%、3.11%、52.9%和179.4%(50mg/kgSi)；同时施加25mg/kg硅和50mg/kg硅处理使水稻糙米中砷的含量分别降低了15.4%和18.7%。高浓度砷处理条件下(50mg/kgAs),硅对水稻产量无显著影响(p0.05)。 【关键词】：青立病 旱改水 砷污染 秸秆 硅 水稻
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S511;Q945.78
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 缩略词和植物拉丁名表12-13
• 第一章 前言13-26
• 1. 研究背景13-18
• 1.1. 水稻穗部畸形病的发生、症状及可能的原因13-15
• 1.2. 早改水土壤的物理化学性质变化15-17
• 1.3. 砷对水稻生长的毒害作用17-18
• 2. 秸秆对土壤的改良作用18-19
• 3. 硅对水稻生长的影响机理19-22
• 3.1. 硅对水稻生长发育的影响20
• 3.2. 硅对水稻养分吸收及抗逆性的影响20-21
• 3.3. 硅缓解水稻重金属毒害作用21-22
• 4. 选题依据与研究目的22-23
• 5. 研究内容23-25
• 5.1. 硅和秸秆对旱改水土壤水稻生长发育的影响23-24
• 5.2. 水稻秸秆和紫云英处理对淹水状态下旱地和水稻土壤微量元素转化的影响24
• 5.3. 硅缓解水稻砷胁迫效果研究24-25
• 6. 技术路线25-26
• 第二章 硅和秸秆对早改水土壤水稻生长发育的影响26-47
• 1. 材料与方法26-29
• 1.1. 供试材料26
• 1.2. 试验设计及样品处理26-27
• 1.3. 测定方法27-29
• 1.4. 数据处理29
• 2. 结果与分析29-43
• 2.1. 硅和秸秆对旱改水土壤水稻苗期生长发育的影响29-36
• 2.2. 硅和秸秆对旱改水农田水稻全生育期生长及矿质元素的影响36-43
• 3. 讨论43-46
• 3.1. 施加秸秆和硅对旱改水农田水稻幼苗生长的影响43-44
• 3.2. 施加秸秆和硅对旱改水农田水稻生长和产量的影响44-46
• 4. 小结46-47
• 第三章 水稻秸秆和紫云英处理对淹水状态下旱地和水稻土微量元素转化的影响47-57
• 1. 材料与方法47-49
• 1.1. 供试材料47
• 1.2. 试验设计47-48
• 1.3. 测定方法48-49
• 2. 结果与分析49-55
• 2.1. 水稻秸秆和紫云英处理对淹水状态下旱地和水稻土壤Eh和pH的影响49-50
• 2.2. 水稻秸秆和紫云英处理对淹水状态下旱地和水稻土有效Fe、Mn、Cu和Zn动态变化的影响50-52
• 2.3. 水稻秸秆和紫云英处理对淹水状态下早地和水稻土中Fe、Mn、Cu和Zn形态变化的影响52-54
• 2.4. 水稻秸秆和紫云英处理对早地和水稻土壤中有机质的影响54-55
• 3. 讨论55-56
• 3.1. 施加秸秆和紫云英对淹水条件下旱地土和水稻土Eh和pH的影响55
• 3.2. 施加秸秆和紫云英对淹水条件下早地土和水稻土Fe、Mn、Cu和Zn动态变化的影响55-56
• 4. 小结56-57
• 第四章 硅缓解水稻砷胁迫效果研究57-76
• 1. 材料与方法57-58
• 1.1. 供试材料57
• 1.2. 试验设计及样品处理57-58
• 1.3. 测定方法58
• 1.4. 数据处理58
• 2. 结果与分析58-73
• 2.1. 硅对砷胁迫下水稻幼苗生长发育的影响58-66
• 2.2. 硅对砷胁迫下水稻全生育期生长发育的影响66-73
• 3. 讨论73-75
• 3.1. 施加硅对砷胁迫下水稻苗期生长的影响73-74
• 3.2. 施加硅对砷胁迫下水稻全生育期生长的影响74-75
• 4. 小结75-76
• 第五章 结论与展望76-78
• 1. 主要研究结论76
• 2. 研究展望76-78
• 参考文献78-86
• 致谢86

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