硅肥對水稻生育性狀及產(chǎn)量的影響

于廣武，李曉冰，何長興，鄭連舉，林永德

(1.中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所 黑龍江哈爾濱 150040；2.東北農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院 黑龍江哈爾濱150030；3.黑龍江奧格瑞農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司 黑龍江哈爾濱 150081；4.五常市農(nóng)業(yè)技術推廣中心 黑龍江五常 150200；5.黑龍江圣東肥業(yè)有限公司 黑龍江伊春 152500)

1 水稻的需肥特點及規(guī)律

硅肥既可用作土壤調(diào)理劑改良土壤，又可用作肥料為作物提供營養(yǎng)，并有抗重茬和病蟲害的作用。硅肥除含硅外，還含有鈣、鎂、硫、鋅、鐵、硼、鉬、錳、硒等多種營養(yǎng)元素，對作物具有復合營養(yǎng)作用。硅肥是改變作物“優(yōu)質(zhì)不高產(chǎn)、高產(chǎn)不優(yōu)質(zhì)”最值得推廣的肥料之一[1]。

水稻在我國栽培歷史悠久，播種面積5億畝(1畝=667 m2，下同)左右，占世界水稻播種面積的22.8%，占全國糧食作物種植面積的29.1%，目前超過小麥種植面積居首位；水稻產(chǎn)量居世界第1位，占我國糧食總產(chǎn)量的43.7%。

水稻在正常生長發(fā)育過程中除必需的16種營養(yǎng)元素外，對硅的吸收較多。地殼中硅的含量僅次于氧，其質(zhì)量分數(shù)為26.3%[2]。動植物組織中幾乎都含有硅，水稻植株中含有大量的硅，硅對水稻的生長具有極其重要的作用，但我國水稻種植地區(qū)土壤中有效硅含量大多不足，是制約水稻高產(chǎn)的主要因素之一。因此，對水稻硅素營養(yǎng)和施用硅肥增產(chǎn)增質(zhì)效果的研究應予以重視[3]。

水稻生長的吸肥規(guī)律是分蘗期吸收養(yǎng)分較少，幼穗分化到抽穗期吸收養(yǎng)分最多、吸收強度最大，抽穗后一直到成熟對養(yǎng)分吸收量明顯減少。

(1)氮素：水稻自幼苗開始逐漸增加對氮素的吸收，返青至幼穗分化期達到高峰，占總氮吸收量的60%～70%；幼穗分化期到抽穗開花期占總氮吸收量的20%～30%；抽穗開花后到成熟期占總氮吸收量的10%左右。

(2)磷素：水稻苗期吸收磷素較少，分蘗期以后迅速增加，分蘗到幼穗分化期占總磷吸收量的33.7%；幼穗分化到抽穗開花期占總磷吸收量的26.6%；結實期占總磷吸收量的32.5%。

(3)鉀素：水稻幼苗期對鉀素的吸收較少，分蘗后迅速增加，分蘗到幼穗分化期占總鉀吸收量的35.2%；幼穗分化到抽穗開花期達到高峰，占總鉀吸收量的59.1%；抽穗開花期以后幾乎不吸收鉀素。

(4)微量元素：水稻對鋅的吸收主要在苗期到拔節(jié)前；對鐵、硫、鎂的吸收約在抽穗前10 d達到最大值，以后迅速下降；對錳的吸收高峰是抽穗前幾天。

(5)硅素：據(jù)資料顯示，水稻對硅的吸收一般隨著生育進程而增加，營養(yǎng)生長期、生殖生長期和成熟期分別占總硅吸收量的9.1%～9.6%、65.3%～66.5%和23.8%～25.6%[4]。水稻吸收硅素營養(yǎng)最重要的時期是生殖生長期，在此期間滿足水稻對硅肥的需求，對水稻高產(chǎn)有重要作用。

2 硅肥對水稻生育性狀的影響

2.1 硅是植物的重要營養(yǎng)元素

如表1所示，下列植物體內(nèi)都含有硅，特別是水稻，其含硅量是大豆、苜蓿、扁豆等作物的3倍以上。

表1 不同植物主要灰分營養(yǎng)元素組成 %

2.2 硅肥有利于提高光合作用

水稻吸收硅以后形成的硅化細胞可增強細胞壁強度，使植物株型挺拔、莖葉直立；水稻莖葉間夾角減小25.4°，可改善通風情況，增強水稻葉面的光合作用，促進有機物的積累，從而提高稻谷產(chǎn)量[5]。目前，麥稻光能利用率為1.0%～1.5%，理論上最大利用率在10%左右，因此強化作物的光合作用是非常重要的增產(chǎn)手段。

2.3 硅肥有利于增強抵抗病蟲害的能力

水稻吸收硅以后形成的硅化細胞可使表層細胞壁加厚、角質(zhì)層增加，從而使其抵抗病蟲害的能力增強，特別是對稻瘟病、稻胡麻斑病、稻粒黑粉病、水稻紋枯病、水稻爛秧、稻飛虱等有顯著作用。如表2所示，施用硅肥可以降低稻瘟病發(fā)病率，而過量施用氮肥會使稻瘟病發(fā)病率增大[6]。此外，施用硅肥還可增強對二化螟、三化螟等害蟲的抵抗力。

表2 施用硅肥對稻瘟病發(fā)病率的影響

2.4 硅肥能提高水稻抗倒伏和根系氧化能力

硅素能夠使植株基部的秸稈強度增強，提高水稻體內(nèi)部的通氣性和水稻導管的剛性，從而增強根系的氧化能力，防止根系早衰與腐爛，根系發(fā)達又可增強水稻的抗倒伏能力。

水稻倒伏有2種類型，即因成熟穗質(zhì)量增加的傾斜(自然倒伏)和莖稈折斷，硅肥對這2種類型倒伏都有抗性。經(jīng)測定，使用硅肥以后，水稻基部秸稈抗折斷力可提高35%～55%[5]。

2.5 硅肥能增強水稻抗寒、抗低溫、抗干熱風和抗旱能力

水稻植株中的硅化細胞能夠?qū)θ~面氣孔開閉及水分蒸騰進行有效調(diào)節(jié)，故使用硅肥后可增強水稻的抗低溫、抗干熱風、抗旱及抗寒的能力。如表3所示，使用硅肥后，水稻水分蒸發(fā)量減少20%左右，明顯提高了水稻的抗干旱能力。在不良氣候條件下，施用硅肥的增產(chǎn)幅度將更大。

表3 硅肥對水稻水分蒸發(fā)的影響

2.6 硅可活化土壤中磷并提高磷肥利用率

我國磷肥利用率一般在15%～20%，而硅能夠減少磷肥在土壤中的固定，同時活化土壤中的磷，因此施用硅肥可提高作物對磷肥的吸收利用率，促進磷在水稻體內(nèi)運轉，從而提高水稻的結實率。

2.7 硅肥能夠改良紅壤和鹽堿地

紅壤中活性鋁含量高，鹽基飽和度低，硅能補充鹽基飽和度、改善土壤結構。蔡德龍博士在我國黃淮海平原鹽堿地治理研究中，首先發(fā)現(xiàn)硅肥不僅能夠改良酸性土壤，而且能有效治理次生鹽堿地。硅肥中含有的鈣是改良鹽堿地，特別是改良鈉堿型(NaCO3、NaHCO3)鹽堿土的鈣源。硅肥溶解后釋放出的鈣離子可取代土壤中的可交換性鈉離子(Na2CO3+CaSiO3→Na2SiO3+CaCO3)，使鈉鹽被清洗，從而改善了土壤滲透性。另外，MgSO4含量高的土地俗稱“牛皮堿”，硅肥是一種治理“牛皮堿”的改良劑。硅肥中的鈣離子進入土壤中與鹽堿地中積聚的鎂相互拮抗，當植物根系周圍鈣離子濃度增加時，鎂離子就不容易進入根內(nèi)，從而抑制過量鎂的毒害作用。

2.8 硅肥能夠防治和減輕土壤重金屬污染

近年來，“鎘大米”、“毒蔬菜”事件屢現(xiàn)，土壤污染問題已經(jīng)引起公眾關注。《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示：全國土壤總點位超標率為16.1%；耕地總體情況不容樂觀，部分地區(qū)土壤污染嚴重，耕地點位超標率為19.4%，土壤鎘超標率為7.0%，其中鎘重度污染點位比例為0.5%，工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境問題突出。從污染地域分布情況來看，南方重于北方，珠江三角洲、長江三角洲、東北老工業(yè)基地等部分地區(qū)較為突出。土壤污染的背后是糧食安全問題，18億畝耕地的紅線已經(jīng)遭到日益嚴重的土壤污染的實質(zhì)性威脅，或許會給我國帶來新的糧食危機。而硅肥可通過提高土壤pH來降低重金屬的活性，進而減輕重金屬的污染。

3 硅肥對水稻產(chǎn)量的影響

近年來的研究表明，在河南、山東、浙江、湖北、安徽、廣西、湖南、海南、河北、黑龍江、四川等省區(qū)對喜硅作物和缺硅土壤施用硅肥，取得了比較顯著的增產(chǎn)效果，其中水稻、小麥、大豆、甘蔗、花生、玉米和蔬菜分別增產(chǎn)10%～20%、10%～15%、10%～20%、10%～25%、5%～35%、12%～20%和12%～20%。

湖北秀谷農(nóng)業(yè)有限公司委托農(nóng)業(yè)部全國農(nóng)業(yè)技術推廣服務中心、中國科學院農(nóng)業(yè)項目辦公室等單位，組織全國27個省、市、自治區(qū)100多個縣市的土肥站、農(nóng)場、農(nóng)業(yè)企業(yè)以及包括中國科學院、中國農(nóng)業(yè)科學院、中國農(nóng)業(yè)大學等在內(nèi)的全國10多所研究院所和高校承擔或參與，先后對60多個地區(qū)的不同氣候帶、不同土壤類型開展了50多種農(nóng)作物的施硅試驗，均取得了較好的效果，糧食作物平均增產(chǎn)9.7%，其中東北、華北、華東、華中、西南和華南地區(qū)平均分別增產(chǎn)10.9%、10.5%、8.6%、8.3%、6.8%和9.7%。由此可以看出，東北和華北地區(qū)施用硅肥的效果最理想，東北地區(qū)水稻施硅試驗效果如表4所示。

表4 東北地區(qū)水稻施硅試驗效果

4 硅肥種類與施用

4.1 硅肥的種類

硅肥品種很多，按形態(tài)可分為固體硅肥、液體硅肥，按施用方法可分為葉面噴灑硅肥、基施硅肥、水沖硅肥等，按水溶性則可分為枸溶性和水溶性兩大類[7]。

4.1.1 枸溶性硅肥

世界上最早應用的硅肥是日本小林均教授以煉鐵水淬渣為主要原料生產(chǎn)的固體枸溶性硅肥，生產(chǎn)枸溶性硅肥的原料可以分為兩大類。

(1)以冶煉行業(yè)中的高爐渣(主要有煉鐵水淬渣、黃磷渣、錳鐵高爐渣、粉煤灰等)為原料，生產(chǎn)的硅肥除含有效二氧化硅外，還含有碳酸鈣、碳酸鎂以及多種微量元素，對改良土壤、防治土壤重金屬污染具有較好的綜合效果。

(2)將硅石、鉀長石等與碳酸鈣、碳酸鎂按一定比例混合，在高溫條件下反應生成非結晶型的硅酸鹽，從而使不溶性硅轉化為容易被植物吸收的枸溶性硅。在美國的夏威夷，曾利用砂子與珊瑚石灰?guī)r在水泥窯中熔煉生產(chǎn)出偏硅酸鈣硅肥。中國科學院地質(zhì)研究所的研究人員開發(fā)了硅濕法生產(chǎn)硅肥，取得了較好的效果。黑龍江圣東肥業(yè)有限公司利用硅鉀礦石生產(chǎn)長效硅鉀肥，其含全硅質(zhì)量分數(shù)高達60.0%以上，含水溶性硅質(zhì)量分數(shù)在6.5%以上，可作為土壤調(diào)理劑和肥料施用。

4.1.2 水溶性硅肥

水溶性硅肥具有能直接被作物吸收利用、有效硅含量高、運輸方便等特點，但其生產(chǎn)成本較高，綜合改良土壤的效果不如固體枸溶性硅肥。

4.1.3 生物硅鉀肥

生物硅鉀肥是以褐煤腐殖酸粉、味精氨基酸粉、多元素礦質(zhì)粉、酵母蛋白粉、糖蜜、BMC復合菌劑為主要原料經(jīng)科學加工而成，其主要技術指標：有效活菌數(shù)≥2億個/g，w(SiO2)≥20%，w(N+P2O5+K2O)≥5%，w(腐殖酸)≥10%，w(中微量元素)≥4%，w(水分)≤5%，顆粒強度≥8 N/顆，同時還含有氨基酸、蛋白肽、多糖等。

4.2 硅肥的施用方法

(1)用作基肥。根據(jù)多年的大面積對比試驗，枸溶性硅肥作基肥施用量在每畝50 kg效果最好，水溶性硅肥在每畝2～3 kg。樹齡的不同，每棵果樹施用的硅肥量也不同，如5年生蘋果樹每棵根施5 kg枸溶性硅肥比較適宜。硅肥基施時，最好與有機肥混合使用，效果更佳。

(2)用作追肥。與氮肥、磷肥和鉀肥不同，植物整個生育期都需要硅肥，特別在后期吸收量更大，因此追施效果也非常好。硅肥追施時，可以葉面噴灑、沖施，也可以直接施入土壤中。