复件(3)硅肥在水稻上的应用--蔡德龙.ppt

1,国内外硅肥研究与应用,蔡德龍 博士 研究员 河南省硅肥工程技术研究中心主任 河南省科学院地理所总工程师,2,目 录,一、肥料的分类 二、化学肥料发展历史 三、硅元素在农作物生长中的地位 四、硅肥在水稻上的作用 五、硅肥能提高农产品品质 六、水稻小麦轮作当季施硅肥的增产效果 七、杂交水稻施用硅肥效果分析 八、硅肥对其他植物的效果 九、我国未来硅肥产业发展的展望,3,一、肥料的分类,肥料是作物的“粮食”，根据联合国发表的数据化学肥料对农业生产贡献率在40-60%，我国大概在40%左右。 现在，我国化学肥料利用率在30%，发达国家化学肥料利用率在60%。,4,肥料分类说明,（1）直接肥料；含有植物必需的营养元素，对植物具有直接营养作用的一类肥料。又可以分为有机肥；无机肥料（矿质肥料）两大类。 有机肥：来源于植物或者动物如粪尿、堆肥、厩肥、绿肥、秸秆肥、城镇垃圾肥、饼肥、沼气肥、腐植酸类肥料等。 无机肥（矿质肥料或叫化学肥料）：是标明养分量呈无机盐形式的肥料。又可以分为单质肥料、复混肥料、缓释肥料。 I单质肥料是供应一种植物必需营养元素为主的肥料，如：氮肥、磷肥、钾肥、微量元素肥料、钙肥、硅肥、镁肥、硫肥等。,5,肥料分类说明,II复混肥是含有两种或者两种以上营养元素的肥料。 III缓释肥是某种特有的化合物或者物理状态，能在一定时间内为植物持续吸收利用的肥料。 （2）间接肥料；系用来调节土壤酸碱度，改良土壤结构，改善土壤理化性质、生物化学性质、或调节植物生长发育为主要功能的肥料。如石膏、石灰、微生物肥料、植物生长调节剂等。,6,二、化学肥料发展历史,1842年英国劳斯(H.Lawes)获得了用硫酸生产SSP磷肥专利； 1861年德国在施塔斯富特(Stassfurt)建立了第一个钾肥（氯化钾）厂； 1913年德国在噢帕(Oppau)建立了第一个合成氨工厂； 1844年格里斯(E.Gris)发现了铁是植物的必须营养元素； 1922年麦哈格（J.S.Mehargue）发现锰是植物的必须营养元素； 1923年瓦林顿(K.Warington)明确了硼是植物的必须营养元素； 1926年索莫尔(A.L.Sommer)和里普曼（C.B.Lipman）明确了锌是植物的必须营养元素；,7,二、化学肥料发展历史,1931年里普曼（C.B.Lipman）和索莫尔(A.L.Sommer)明确了铜是植物的必须营养元素； 1939年阿农(D.I.Arnon)明确了钼是植物的必须营养元素； 1954年布鲁耶(T.C.Broyer)明确了氯是植物的必须营养元素； 1955年日本世界上首先在肥料法中明确硅肥是一种新型肥料；,8,二、化学肥料发展历史,肥料使用的顺序： 1） 发达国家：磷肥钾肥氮肥微量元素肥料硅肥其他肥料； 2）我国：氮肥磷肥钾肥微量元素肥料硅肥其他肥料；,9,二、化学肥料发展历史 - 硅肥的发展历史,1840年，德国化学家李比西提出矿物营养理论时，把硅列为与氮磷钾一样重要的元素。 1926年，美国加州大学Sommer教授等首先提出水稻是喜硅作物，是水稻生长必需元素。 1930年开始日本科学家进行了水稻硅营养研究。 有160多年历史的世界最早的英国洛桑肥料试验站，100多年连续试验证明，硅具有活化天然磷的作用。 二战后，日本粮食非常困难，日本科学家采用各种技术提高水稻产量（一个硅肥，一个塑料大棚）。1951年山梨大学小林均教授发现二氧化硅与“秋落”，烂根，稻瘟病关系。1954年第一家硅肥工厂在高岗市建成。1955年日本写进了肥料法。1957年成立硅肥协会。20世纪70年代日本最多时硅肥使用量在135万吨。 韩国，台湾等先后引进日本技术大面积推广。 韩国在推广水稻直播覆盖硅肥工作。 1999年9月，农业中的硅国际学术讨论会在美国佛罗里达大学举行 2002年9月，农业中的硅国际学术讨论会在日本山形县鹤岗市举行 2005年9月，农业中的硅国际学术讨论会在巴西举行,10,第一、二次在美国和日本召开的农业中的硅国际会议论文集,11,二、化学肥料发展历史 我国硅肥的发展,上世纪90年代以前，我国硅营养研究比较少。 上世纪90年代初，河南省科学院地理研究所蔡德龙博士从日本归国后，带回日本生产技术，结合国内情况深入研究硅营养，发现了我国黄河，长江，海河，淮河水系二氧化硅含量普遍低于10mg/L，提出了不同土壤硅临界值不同的理论，打破了华北土壤不缺硅的观念，通过大量实验发表了硅肥能改良红壤又能改良盐碱地和减轻重金属对植物污染论文。 1995年成立了河南省科学院硅肥工程技术研究中心。 1995年在国家科学技术委员会在河南省郑州召开了全国硅肥生产及应用技术研讨会。 1996年组建了全国唯一的河南省硅肥工程技术研究中心。 1996年云南省，湖南省，江西省先后召开了硅肥会议邀请蔡德龙博士做学术报 告。 1996年河南省第一个颁布了硅肥地方标准。 1999年国家科技部把硅营养研究与硅肥应用成果确定为全国重点推广项目。 2000年，2001年国家科技部出版了硅肥及施用技术著作和硅营养研究与硅肥应用论文集。 2002年，参与起草农业部部颁标准硅肥标准，2004年农业部标准颁布。,12,二、化学肥料发展历史 我国硅肥的发展,1995年9月，全国硅肥生产及应用技术研讨会在郑州召开,13,二、化学肥料发展历史 我国硅肥的发展,蔡德龙博士分别于2000年和2001年出版的硅肥专著,14,三、硅元素在农作物生长中的地位,“矿物营养学说”、 “归还学说”、“最少养份律” 1840年，德国农业化学家李比西（Liebig.J.von 1803-1873）出版了化学在农业和植物生理学上的应用一书，提出了著名的矿物营养学说，归还学说奠定了现代化学（肥料）工业基础 。李比西的 “木桶理论”为我们平衡施肥提供了理论依据。当时他把硅和氮磷钾等列为植物营养元素。 1939年必需元素三条标准 阿农（D.I.Arnon）和史托特(P.R.Stour)提出判断植物必需矿质元素的三条标准为： (a)缺乏该元素不能完成其生命周期； (b)该元素的功能不可替代性； (c)该元素必须直接参与植物的新陈代谢。,15,三、硅元素在农作物生长中的地位,缺硅黄瓜的叶片表现,16,三、硅元素在农作物生长中的地位,2002年在日本农业中的硅会议中，爱普斯坦提出应当舍弃1939年的三大标准： 美国著名植物营养学家爱普斯坦（Emanuel Epstein，1916 ），作了“植物营养中的硅”的主题报告，从以下的各项讨论可以得出结论：1939年提出的三条标准应当舍弃。 定义的(a)是不正确的 。因为许多植物尽管缺乏某些营养素，它们却仍然能够完成它们生命周期之中的生长或再生过程。,17,三、硅元素在农作物生长中的地位,标准(b)详细地说明了“缺乏状态”是针对这一元素的，即，没有其它的元素能够代替这一元素。但是，用另一元素代替这一元素意味着我们所探讨的这一元素是“缺乏的”。 因此，标准(b)仅仅是对(a)做重复的说明。标准(c)说明，就我们所确定的“必需性”内容而言，这种元素必须直接参与植物的新陈代谢，而不仅仅是对其生长介质的某些不良条件进行补偿或者改进。然而，对于发现必需元素的一种解释（Epstein, 2000）使得下面事实更加清楚地显现出来，即，许多元素的“必需性”概念是通过在溶液中种植各种实验作物来得以确定的，在这些溶液中，这一元素被严格地排除掉，而且，实验的观察者们对于植物营养过程中这一元素是如何直接参与等方面的知识却知之甚少。,18,三、硅元素在农作物生长中的地位,2003年爱普斯坦（Epstein）和 布鲁姆（Bloom）两位教授提出了必需元素的两个新标准： （1）某一分子是植物结构或者新陈代谢过程中的一个固有的内在成分，而这个元素是构成这个分子的一个部分； （2）这种植物严重缺乏这一元素以致（与未缺乏这一元素的同种植物相比）在其生长或再生的过程中表现出各种异常性。 模糊逻辑分析植物营养中的硅 “模糊逻辑” 这一术语的意思并不是说，这个逻辑是模糊的，而是指解决模糊问题的一种逻辑。关键点在于，当仅仅把“黑或白”赋予某些事物时，我们会感到不知所措，在“模糊逻辑”的领域之中，事物、现象和品质等等都被划分为“组群”，各种元素们都部分地属于这些“组群”，并且，“属于”的程度不同（程度范围从0至1）,19,四、硅肥在水稻生产上的作用 1、硅是植物体特别是水稻组成的重要营养元素,大部分植物体都含有大量的硅，如水稻生产1000kg稻谷，水稻 地上部分SiO2的吸收量达150kg，超过水稻吸收N、P、K总和。 不同植物主要灰份营养元素组成(占灰份总量%),20,四、硅肥在水稻生产上的作用 1、硅是植物体特别是水稻组成的重要营养元素,21,四、硅肥在水稻生产上的作用 2、硅肥有利于提高水稻的光合作用（V型结构）,水稻吸收硅以后，形成硅化细胞，增强细胞壁强度，使植物机械组织发达，株型挺拔，茎叶直立。水稻茎叶之间夹角减小25.4度，有利于通风提高透光和密植，提高水稻叶面的光合作用，有利于有机物的积累，从而增加了稻谷的产量。,硅肥对水稻同化期转移影响,22,施用硅肥可以增强水稻的光合作用,23,四、硅肥在水稻生产上的作用 2、硅肥有利于提高水稻的光合作用,目前麦稻光能利用率1-1.5%，理论上最大利用效率在10%。中国科学院院士匡延云正在进行在现有基础上提高20-30%麦稻光能利用率的研究。,施硅提高水稻光能利用效率（光合作用）图,24,四、硅肥在水稻生产上的作用 3、硅肥能增强水稻抵抗病虫害的能力,硅化细胞的形成使水稻表层细胞壁加厚，角质层增加，从而增强对病虫害抵抗能力，特别是稻瘟病，水稻纹枯病，稻胡麻斑病，稻粒黑粉病，水稻烂秧，稻飞虱，二化螟，三化螟有比较显著作用。,上表所示：硅肥与小粒菌核病关系,25,四、硅肥在水稻生产上的作用 3、硅肥能增强水稻抵抗病虫害的能力,硅肥不但增强作物对病菌的抵抗力，同样也增强了对二化螟等害虫的抵抗力。二化螟食入容易的部分二氧化硅含量低，二氧化硅含量高的水稻二化螟发生的比较少。把硅肥的水稻竟与不施硅肥的水稻茎的相同部位切断。放在黑纸上，中央放入二化螟幼虫。结果，大部分二化螟幼虫移动到二氧化硅含量少的稻茎，食入虫数和虫粪的量与硅酸含量成反比 。,上表所示：硅肥对二化螟虫行动的影响,26,四、硅肥在水稻生产上的作用 3、硅肥能增强水稻抵抗病虫害的能力,27,用酒精浸提取含氮高的稻茎, 浸提液有引诱二化螟的物质生成,用酒精浸提含硅高的稻茎, 浸提液有抑制二化螟的物质生成. 冷害年份硅肥抗不良环境效果最好. 冷害年份水稻容易感染稻瘟病.低温水稻氮含有率高,低温土壤有效硅含量低,水稻硅吸收率低,硅肥的效果更好. 1985年是日本冷害年份,下表是硅肥抗稻瘟病结果。,四、硅肥在水稻生产上的作用 3、硅肥能增强水稻抵抗病虫害的能力,28,四、硅肥在水稻生产上的作用 硅肥对稻瘟病的防治作用,上表所示：稻瘟病与硅酸含量的关系,29,四、硅肥在水稻生产中的作用 4.硅肥能够提高水稻抗倒伏和根系氧化能力,硅素能够增强植株基部秸秆强度，使水稻导管的刚性增强，提高水稻体内部通气性，从而增强根系的氧化能力，防止根系早衰与腐烂。根系发达反过来又增强水稻的抗倒伏能力。水稻倒伏有两种类型：一种是茎秆折断；另外是出穗后随着成熟穗重增加的倾斜（自然倒伏）。硅肥对这两类型倒伏都有抗性。根据测定结果；使用硅肥料以后，水稻基部秸秆抗折断力，提高35-55%之间。,30,四、硅肥在水稻生产中的作用 4.硅肥能够提高水稻抗倒伏和根系氧化能力,硅增强根系氧化能力促进根系生长图,31,四、硅肥在水稻生产上的作用 4、硅肥能提高水稻抗倒伏和根系氧化能力,硅肥对杂交中稻稻根量的影响,32,四、硅肥在水稻生产上的作用,5、硅肥能增强水稻抗寒抗低温抗旱能力 水稻植株中的硅化细胞能够有效地调节叶面气孔开闭及水分蒸腾。因此，使用硅肥料以后，增强水稻的抗旱，抗干热风，抗寒及抗低温的能力。硅肥对我国的旱作农业，节水农业具有重要的战略意义。从表格2-9可以知道，水稻蒸发数量减少20%左右，明显提高了水稻的抗干旱能力。,33,四、硅肥在水稻生产上的作用 6、提高磷肥利用率和活化土壤中磷,提高磷肥利用率：我国磷肥利用率一般在1520，利用效率很低，施用硅肥以后可以提高作物对磷肥的吸收利用率，促进磷在水稻体内运转，从而提高水稻结实率； 活化土壤中的磷：硅能够减少磷肥在土壤中的固定，同时活化土壤中的磷。 这样，硅肥对改善我国70%以上耕地缺磷，磷矿资源分布不均，磷肥利用率低的状况具有重要的战略意义。,34,四、硅肥在水稻生产上的作用 7、硅肥能够改良红壤和盐碱地,土壤中速效二氧化硅含量与PH值的关系：针对辽宁省21个水稻主产相的土壤分析结果得出：土壤中有效二氧化硅含量与PH值呈正相关。当PH值在5-8范围内，土壤中有效二氧化硅含量与PH值的关系式为 y=-942.65+203.6x,相关系数 r=0.8904,见右图。 盐碱地改良硅肥中含有的二氧化硅和钙、镁离子进入土壤中，与盐碱地中大量积聚的钠离子发生置换反应，降低钠离子的活性，减少危害。同时补充作物生长急需的二氧化硅和钙、镁离子。 红壤主要是活性铝高，土壤结构破坏盐基饱和度低。硅补充盐基改善土壤结构。,35,四、硅肥在水稻生产上的作用 8、硅肥能够减轻重金属对植物污染,硅肥能够减轻重金属污染： 施硅肥后，硅肥中所含的硅酸根与镉、汞、铅的重金属发生化学反应，形成新的不易被植物吸收的硅酸镉、硅酸铅等化合物沉淀下来，镉、汞、铅等重金属被固定起来，形成植物难以吸收的化合物，从而减轻重金属对植物的污染。,36,五、硅肥能提高农产品品质,1农产品品质定义通常有4条： （1）农产品是否安全 （2）农产品营养价值高低 （3）农产品商品价值大小（指外观，口感，香味以及耐储存和运输性） （4）农产品能否符合加工需要,37,五、硅肥能提高农产品品质 2、硅肥是调节性肥料，品质肥料和保健肥料,一是硅肥能够改善农作物果实的色香味等感官效果。人们抱怨，西瓜不甜，大米不香，黄瓜一头大一头小等，某种程度上氮肥过多，速生时营养失衡所致。硅肥自身有益于植物生长，有调节农作物在不同阶段营养需求，其他元素施用过度时有抑制作用。 二是改善作物的营养成分，使瓜果的糖份和维生素，花生的脂肪，谷物的淀粉，小麦的蛋白质含量提高。大米提高等级，上述机理，硅有助于根系发育，增强吸收能力；硅肥在植物体内形成的硅化细胞的细胞壁，使细胞群有序排列组合，形状完美。 三是可以减轻甚至消除病虫害和污染的危害。对农作物污染主要有农药污染和重金属的污染。硅被吸收会产生一种令昆虫讨厌的气味，昆虫远离植物。病虫害的减少，农药用量少。重金属主要来源于工业污水，硅与重金属结合成为溶性的化合物，降低了植物吸收。 此外，土壤和提高土壤盐基。一般土壤硅铝比着在3，高温多雨地区土壤硅铝比着在2以下。土壤强酸性，铝被活化有毒，硅可以降低土壤中活性铝的毒害。,38,五、硅肥能提高农产品品质,西葫芦与甜辣椒施硅肥外形更好,39,五、硅肥能提高农产品品质,外形弯曲黄瓜施硅后变直（照片由沈阳农业大学王喜梅提供）,40,六、水稻、小麦轮作当季施硅肥的增产效果,水稻、小麦施用硅肥均有极显著的增产效果，且前茬水稻施硅肥在后茬小麦上的效益仍很明显。水稻增产的因素是增加穗数、实粒数千粒重也有所提高。 小麦增产的因素是增加成穗数和提高千粒重。 硅肥对水稻生长的作用，表现促进前期分蘖、改善水稻株型、提高肥料养分的吸收量和氮肥吸收率，提高穗期灌浆速率，增强水稻、小麦的抗病、抗旱能力。,41,六、水稻、小麦轮作当季施硅肥的增产效果 硅肥对水稻谷粒灌浆速度的影响,硅肥对水稻谷粒灌浆有明显的促进作用，水稻抽穗开花10天左右就进入谷粒快速增重期，花后30天粒重已占收获80%左右，以后灌浆速度减慢。施用硅肥的水稻花后1530天期间的灌浆速率快于常规对照，其中1520天期间的灌浆速率比常规处理增加0.26mg/(粒。天），30天后与常规处理接近，成熟期的千粒重比常规增加0.59%。,42,七、硅肥在杂交水稻上的效果,杂交早稻施用硅肥的产量结果 (单位：kg/hm2),硅肥对杂交早稻产量的影响 ： 施用硅肥150kg/hm2和300kg/hm2的处理产量分别比对照增产8.52%和14.72%。是氯化钾75kg/hm2的处理产量比对照增产10.64%。经新复极差检验，上述3个处理的产量均与对照达显著水平，贵妃300kg/hm2处理的产量与对照达极显著水平，但与硅肥150kg/hm2,氯化钾75kg/hm2处理间差异不显著。说明杂交早稻施用硅肥居于明显的增产效果，施用量300kg/hm2效果较好。,43,七、硅肥在杂交水稻上的效果,硅肥对杂交早稻经济性状的影响： 构成产量3个因子中：硅处理有效穗略有增加；千粒重增加1.1 1.1g；每穗总颗粒数增加2.0 2.4粒，每穗实粒数增加 7.3 7.9粒。 说明杂交早稻施用硅肥的增产原因是增穗、增粒、增重，而是用硅肥增产以增加有效穗数最明显。,对杂交早稻经济性状的影响,44,八、硅肥在其他作物上效果,硅肥在花生上的增产效果,45,八、硅肥在其他作物上效果,硅肥在草莓上的施用效果,46,八、硅肥在其他作物上效果,硅肥在柿子上的效果,47,八、硅肥在其他作物上效果,硅肥在葡萄上的施用效果,48,八、硅肥在其他作物上效果,硅肥在玉米上的施用效果,49,八、硅肥在其他作物上效果,硅肥在生姜上的作用,50,八、硅肥在其他作物上效果,硅肥在怀山药上效果（使个体均匀并增大，品质提高）,51,1、我国是一个人口大国农业大国粮食问题始终是一个头等重要的大事。生活水平提高消费者对农产品提出要求更高。解决上述问题科学技术进步（农业技术包括硅肥的普及推广）作用越来越大。 2、首先是我国土壤大面积缺硅的需要。按日本的标准，我国