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風(fēng)化可提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)，促進土壤固碳。針對水稻田施用硅酸鹽礦物粉末的研究僅有三個盆栽試驗，而在水稻田的實際增產(chǎn)和增匯效果還缺少野外大田尺度的研究。

基于此，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)團隊依托沈陽農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)觀測站在水稻田開展了施用硅酸鹽類礦物粉末控制試驗，硅酸鹽礦物選取安全無毒的硅灰石粉末。試驗設(shè)置對照（0 t ha^-1）和硅灰石粉添加（5 t ha^-1）2個處理。研究目的是揭示硅灰石粉施用對水稻產(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，稻米品質(zhì)未受影響。另外，硅灰石粉施用使表層土壤中無機碳積累增加，整個水稻生長過程風(fēng)化吸收CO₂量為1.2 t CO₂ ha^-1（圖2）。因此，本研究通過大田試驗研究表明我國北方水稻田硅灰石粉添加可使水稻產(chǎn)量增加，促進土壤封存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。該研究得到中國科學(xué)院先導(dǎo)專項A類項目和遼寧省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃項目等的支持。

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）、水稻收獲時硅灰石處理（b）和對照（c）土壤樣品的掃描電鏡圖像和整個水稻生長過程中表層土壤無機碳積累（d）和硅灰石粉風(fēng)化帶來的CO₂固持（e）