水稻是全球一半以上人口的主食，是最重要的糧食作物之一。因此水稻的生產(chǎn)關(guān)系全球糧食安全。理論上，水稻田施用硅酸鹽礦物粉末增強(qiáng)風(fēng)化可提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)，促進(jìn)土壤固碳。針對(duì)水稻田施用硅酸鹽礦物粉末的研究?jī)H有三個(gè)盆栽試驗(yàn)，而在水稻田的實(shí)際增產(chǎn)和增匯效果還缺少野外大田尺度的研究。
基于此，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)團(tuán)隊(duì)依托沈陽(yáng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)站在水稻田開(kāi)展了施用硅酸鹽類礦物粉末控制試驗(yàn)，硅酸鹽礦物選取安全無(wú)毒的硅灰石粉末。試驗(yàn)設(shè)置對(duì)照（0 t ha-1）和硅灰石粉添加（5 t ha-1）2個(gè)處理。研究目的是揭示硅灰石粉施用對(duì)水稻產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤二氧化碳（CO2）固持的影響。研究發(fā)現(xiàn)，水稻田施用硅灰石粉提高了土壤pH，顯著提升土壤有效硅水平，促進(jìn)了水稻吸收硅。硅灰石粉施用使水稻有效分蘗增加4%，每穗粒數(shù)增加10%，水稻實(shí)粒數(shù)增加15%，從而使水稻產(chǎn)量顯著增加12%（圖1）。水稻產(chǎn)量增加的同時(shí)，稻米品質(zhì)未受影響。另外，硅灰石粉施用使表層土壤中無(wú)機(jī)碳積累增加，整個(gè)水稻生長(zhǎng)過(guò)程風(fēng)化吸收CO2量為1.2 t CO2 ha-1（圖2）。因此，本研究通過(guò)大田試驗(yàn)研究表明我國(guó)北方水稻田硅灰石粉添加可使水稻產(chǎn)量增加，促進(jìn)土壤封存CO2。
該研究成果以“Wollastonite powder application increases rice yield? and CO2 sequestration in a paddy field in Northeast China”為題于2024年2月28日在線發(fā)表于Plant and Soil。沈陽(yáng)生態(tài)所和東北大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生王芳娜為第一作者，朱飛飛副研究員和東北大學(xué)李英華教授為共同通訊作者。我所方運(yùn)霆研究員，陳欣研究員，康榮華研究員等參與了本研究。該研究得到中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)A類項(xiàng)目和遼寧省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目等的支持。
論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-024-06570-5
圖1 硅灰石粉添加對(duì)水稻產(chǎn)量（a）和其他相關(guān)指標(biāo)（b-i）的影響
圖2所使用的硅灰石粉（a）、水稻收獲時(shí)硅灰石處理（b）和對(duì)照（c）土壤樣品的掃描電鏡圖像和整個(gè)水稻生長(zhǎng)過(guò)程中表層土壤無(wú)機(jī)碳積累（d）和硅灰石粉風(fēng)化帶來(lái)的CO2固持（e）
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