硅肥對(duì)雙季水稻生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響

郭薈，屠乃美，馬國(guó)柱，方暢宇，陳威，楊寧俊，庾振宇，蔣小歡，鄒燕，劉芳禧，易鎮(zhèn)邪

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128)

水稻(Oryza SativalL.)是中國(guó)最重要的糧食作物，其種植面積和總產(chǎn)量在世界水稻生產(chǎn)上都位居前列。且中國(guó)作為一個(gè)人口大國(guó)，保障水稻的安全高產(chǎn)至關(guān)重要[1，2]。硅(Si)是地殼中含量最豐富的元素之一，而水稻是典型的硅吸收植物，被人們稱為硅酸植物，其對(duì)硅的需求量?jī)H次于氮、磷、鉀[3]。硅對(duì)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育起著非常重要的作用，是水稻生長(zhǎng)過程中不可缺少的元素[4-6]。

我國(guó)于20 世紀(jì)70 年代開始研究硅肥對(duì)水稻生產(chǎn)的影響，在浙江、江西及江蘇等省開展了硅肥在水稻上的應(yīng)用試驗(yàn)[7]。諸多研究表明，施硅可以不同程度地提高水稻的產(chǎn)量[8，9]。王代平等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在相同肥水條件下，給水稻增施硅肥能較好地促進(jìn)水稻生長(zhǎng)發(fā)育，使水稻植株生長(zhǎng)穩(wěn)健，促使植株早抽穗開花，提高每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率與千粒質(zhì)量，從而提高產(chǎn)量。也有研究表明，施硅可以增強(qiáng)水稻自身的抗蟲、抗病、抗倒、抗旱性能[11]；施用生物硅肥還能改善土壤生物化學(xué)環(huán)境和肥力，為農(nóng)作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供有利保障[12，13]；硅肥處理還可以提高雙季稻成熟期地上部分干物質(zhì)和氮、磷吸收量[14]；適量施用硅肥可以有效降低氮、磷流失風(fēng)險(xiǎn)[15]。

近年來(lái)，氮、磷、鉀肥的過量施用和秸稈還田量有限等因素加速了土壤中硅等微量元素的流失，土壤中硅素含量出現(xiàn)虧損，土壤養(yǎng)分比例失調(diào)[16]。我國(guó)很多地方土壤缺硅，特別是在南方雙季稻區(qū)，缺硅水稻土面積較大[17]。隨著我國(guó)高產(chǎn)水稻品種的出現(xiàn)，土壤硅的供需矛盾日益凸顯，硅肥已經(jīng)成為影響水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主導(dǎo)因素，對(duì)糧食產(chǎn)量影響重大[18]。所以，科學(xué)施用硅肥對(duì)水稻生產(chǎn)很重要。本研究選用早、晚稻品種各2 個(gè)，探究硅肥對(duì)不同水稻品種植株農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響，為雙季稻生產(chǎn)合理施用硅肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020 年3 至11 月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)瀏陽(yáng)市河?xùn)|農(nóng)場(chǎng)實(shí)習(xí)基地(113°83′46″E，28°30′93″N)進(jìn)行。土壤pH 值5.81，含全氮(N)1.77 g/kg、全磷(P)0.81 g/kg、全鉀(K)15.78 g/kg、有機(jī)質(zhì)31.63 mg/kg、堿解氮145.9 mg/kg、有效磷11.42 mg/kg、速效鉀140.0 mg/kg、有效硅71.20 mg/kg。供試早稻品種為中早39、陸兩優(yōu)171，供試晚稻品種為美香占2 號(hào)、桃優(yōu)香占。供試肥料:氮肥為尿素(N 含量46%)，磷肥為過磷酸鈣(P2O5含量12%)，鉀肥為氯化鉀(K2O 含量60%)，硅肥為微納米硅肥(SiO2含量80%，黑龍江省齊齊哈爾市松土肥業(yè)有限公司生產(chǎn))。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用兩因素裂區(qū)設(shè)計(jì)(表1)，硅肥為主區(qū)，設(shè)2 個(gè)水平(0 和150 kg/hm2)，3 次重復(fù)。品種為副區(qū)，早、晚稻各設(shè)常規(guī)秈稻和雜交秈稻2 個(gè)品種。小區(qū)面積160 m2，在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)間筑田埂，并用塑料薄膜包裹，防止小區(qū)間肥、水互滲，各小區(qū)單排單灌。早稻株行距為14 cm×21 cm，晚稻株行距為14 cm×25 cm。

表1 試驗(yàn)處理編號(hào)Table 1 Experimrntal processing number

雙季早稻于3 月27 日播種，4 月27 日機(jī)插秧；雙季晚稻于6 月25 播種，7 月22 日機(jī)插秧。各處理均施氮肥150 kg/hm2、磷肥75 kg/hm2、鉀肥150 kg/hm2；氮肥按5 ∶3 ∶2分基肥(犁田前1 d)、分蘗肥(移栽后10 d)和穗肥(幼穗分化第三期)3 次施用，鉀肥按5 ∶5分基肥(犁田前1 d)、分蘗肥(移栽后10 d)2 次施用；硅肥、磷肥全作為基肥施入。早稻收獲后，秸稈全量還田。病蟲害防治及其它田間管理與一般大田生產(chǎn)一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

葉面積:分別于分蘗盛期、孕穗期、齊穗期和乳熟期將頂3 葉和剩余葉片分開，逐片測(cè)量葉長(zhǎng)和葉寬，按照長(zhǎng)寬系數(shù)法分別計(jì)算頂3 葉的總?cè)~面積(高效葉面積)和下部葉片(剩下的葉片)的綠葉面積，并分別計(jì)算高效葉面積指數(shù)(高效LAI)和下部葉面積指數(shù)(LAI)。

植株氮磷含量測(cè)定:用H2SO4-H2O2法消化，采用流動(dòng)分析儀測(cè)定。

干物質(zhì)積累量:于成熟期取樣，每個(gè)小區(qū)各取9蔸，按莖、葉、穗分開裝袋，105 ℃殺青30 min，經(jīng)80 ℃烘干至恒重，測(cè)定植株各部位干質(zhì)量。

水稻理論產(chǎn)量:于成熟期每小區(qū)調(diào)查連續(xù)20 蔸的有效穗數(shù)，并計(jì)算單穴有效穗數(shù)，然后每小區(qū)按平均有效穗數(shù)各取5 蔸，帶回實(shí)驗(yàn)室考察穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量，計(jì)算理論產(chǎn)量。

水稻實(shí)際產(chǎn)量:在成熟期根據(jù)田間生長(zhǎng)情況，于小區(qū)前中后3 段分別取200 蔸植株樣品，測(cè)定實(shí)際籽粒產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel、DPS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計(jì)和分析，采用Duncan 法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 施硅對(duì)水稻成熟期干物質(zhì)積累量的影響

如表2 所示，除雜交秈稻陸兩優(yōu)171 外，其余各品種施硅處理水稻成熟期的干物質(zhì)積累量均高于對(duì)照，其中常規(guī)秈稻中早39 和雜交水稻桃優(yōu)香占分別較對(duì)照提高了9.65%和29.11%，且差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，常規(guī)秈稻美香占2 號(hào)較對(duì)照提高了2.66%，但差異不顯著。說明施硅處理明顯促進(jìn)了雙季早、晚稻成熟期干物質(zhì)積累，且施硅對(duì)雙季稻干物質(zhì)積累量的影響表現(xiàn)為:早稻為常規(guī)秈稻優(yōu)于雜交秈稻，晚稻則相反，為雜交秈稻優(yōu)于常規(guī)秈稻。

表2 雙季稻成熟期干物質(zhì)積累量比較Table 2 Comparison of dry matter accumulation of double cropping rice at maturity

2.2 施硅對(duì)水稻葉面積指數(shù)的影響

2.2.1 施硅對(duì)水稻高效葉面積指數(shù)的影響

從表3 可以看出，隨著生育期的推進(jìn)，雙季稻高效葉面積指數(shù)呈先增加后減少的變化趨勢(shì)，硅肥處理對(duì)雙季早、晚稻高效葉面積的影響存在一定差異。與不施硅對(duì)照相比，早稻常規(guī)秈稻中早39 除乳熟期外，分蘗期、孕穗期和齊穗期均顯著低于對(duì)照，分別降低了33.66%、23.92%、7.77%；早稻雜交秈稻陸兩優(yōu)171 除分蘗期顯著降低34.80%外，其余時(shí)期無(wú)顯著差異；晚稻常規(guī)秈稻美香占2 號(hào)除分蘗期略低于對(duì)照外，其余3 個(gè)時(shí)期均高于對(duì)照，但差異不顯著；晚稻雜交秈稻桃優(yōu)香占4 個(gè)時(shí)期均低于對(duì)照，且在分蘗期和孕穗期顯著低于對(duì)照，分別比對(duì)照降低26.75%和17.29%，但齊穗期和乳熟期差異不顯著?？傮w上來(lái)看，施硅降低了早稻4 個(gè)時(shí)期和晚稻常規(guī)秈稻前期、雜交秈稻4 個(gè)時(shí)期的高效葉面積指數(shù)，略微提高了晚稻常規(guī)秈稻后期的高效葉面積指數(shù)。

表3 不同時(shí)期高效葉面積指數(shù)變化Table 3 Changes of high efficiency leaf area index in different periods

2.2.2 施硅對(duì)下部葉葉面積指數(shù)的影響

從表4 可知，隨著生育期的推進(jìn)，雙季稻4 個(gè)時(shí)期的下部葉葉面積指數(shù)呈先增加后減少的變化趨勢(shì)。硅肥處理的早稻常規(guī)秈稻和雜交秈稻的下部葉葉面積在4 個(gè)時(shí)期均低于對(duì)照，且常規(guī)秈稻在分蘗期和孕穗期與對(duì)照差異顯著，而雜交秈稻在乳熟期與對(duì)照差異顯著。硅肥處理的晚稻常規(guī)秈稻在孕穗期顯著高于對(duì)照，其余時(shí)期均低于對(duì)照，且齊穗期差異顯著；而晚稻雜交秈稻除孕穗期顯著高于對(duì)照外，其余時(shí)期均低于對(duì)照，且在分蘗期和齊穗期差異顯著。綜上所述，施硅降低了雙季早、晚稻下部葉葉面積指數(shù)。

表4 各時(shí)期下部葉葉面積指數(shù)變化Table 4 Changes of lower leaf area index in different periods

2.3 施硅對(duì)雙季早、晚稻成熟期莖葉氮、磷含量的影響

從表5 可以看出，施硅處理影響水稻莖葉對(duì)氮、磷的吸收積累，但品種間有差異。從氮含量來(lái)看，早稻常規(guī)秈稻中早39 莖中的氮含量顯著高于對(duì)照，早稻雜交秈稻陸兩優(yōu)171 則相反，晚稻2 個(gè)品種均與對(duì)照無(wú)顯著差異；4 個(gè)品種葉片中的氮含量均為施硅處理顯著高于對(duì)照。

表5 各品種成熟期莖和葉中氮、磷含量比較Table 5 Comparison of nitrogen and phosphorus contents in stems and leaves of different varieties at maturity stage g·kg-1

從磷含量來(lái)看，施硅處理早稻常規(guī)秈稻中早39莖、葉中的磷含量和晚稻雜交秈稻桃優(yōu)香占莖中的磷含量顯著高于對(duì)照，其他處理差異不顯著。

2.4 施硅對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

從表6 可知，在氮、磷、鉀肥施用量相同的情況下，施用硅肥對(duì)雙季稻產(chǎn)量以及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響有所不同。4 個(gè)品種均為施硅處理的水稻產(chǎn)量高于對(duì)照，其中，早稻增產(chǎn)幅度為2.76%～18.70%，晚稻增產(chǎn)幅度為4.52%～18.41%。早稻表現(xiàn)為常規(guī)秈稻中早39 施硅處理產(chǎn)量顯著高于對(duì)照，雜交秈稻陸兩優(yōu)171 施硅處理產(chǎn)量雖高于對(duì)照，但差異不顯著；晚稻則表現(xiàn)為雜交秈稻桃優(yōu)香占產(chǎn)量顯著高于對(duì)照，常規(guī)秈稻美香占2 號(hào)雖高于對(duì)照，但差異不顯著。

表6 各品種的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素比較Table 6 Comparison of yield and yield components among different varieties

從產(chǎn)量構(gòu)成因素來(lái)看，除早稻雜交秈稻陸兩優(yōu)171 的有效穗數(shù)顯著低于對(duì)照外，其余品種的有效穗數(shù)均高于對(duì)照，且晚稻雜交秈稻桃優(yōu)香占與對(duì)照差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。除晚稻雜交秈稻桃優(yōu)香占的每穗粒數(shù)略低于對(duì)照外，其余3 個(gè)品種的每穗粒數(shù)均顯著高于對(duì)照。在結(jié)實(shí)率方面，除早稻雜交秈稻顯著高于對(duì)照外，其余品種均略高于對(duì)照但差異不顯著。施硅對(duì)早晚稻各品種千粒質(zhì)量均無(wú)顯著影響。

3 討論

硅是水稻生長(zhǎng)過程中不可缺少的微量元素，近年來(lái)，硅在水稻生產(chǎn)中的作用也越來(lái)越受到人們的重視。水稻植株不同部位干物質(zhì)積累量與其生長(zhǎng)發(fā)育動(dòng)態(tài)密切相關(guān)，且干物質(zhì)積累是水稻產(chǎn)量的物質(zhì)基礎(chǔ)。施用硅肥可以提高水稻植株光合作用，促進(jìn)干物質(zhì)積累和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，協(xié)調(diào)庫(kù)源關(guān)系[19-21]。本試驗(yàn)表明，施硅處理對(duì)雙季早、晚稻成熟期干物質(zhì)積累有促進(jìn)作用。楊秀霞等[22]的試驗(yàn)也表明，施硅可以提高水稻葉面積指數(shù)和群體光合物質(zhì)的積累。還有研究表明，施硅肥能促進(jìn)水稻地上部的生長(zhǎng)發(fā)育，增加地上部干物質(zhì)的積累，增加抗倒性[23]，提高冠層葉片直立性，延長(zhǎng)光合時(shí)間，延緩葉片衰老，提高光合速率，促進(jìn)碳水化合物的形成與轉(zhuǎn)運(yùn)[24]。葉片是水稻進(jìn)行光合作用的主要器官，葉面積指數(shù)是研究水稻群體產(chǎn)量形成的重要指標(biāo)，合理的葉面積動(dòng)態(tài)和數(shù)值是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的重要保證。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在不同生育期內(nèi)，雙季早、晚稻變化特點(diǎn)是一致的，4 個(gè)品種的葉面積指數(shù)均呈先快速增加后緩慢減少的變化趨勢(shì)，但雙季早、晚稻的高效葉面積指數(shù)大多都低于對(duì)照且在孕穗期達(dá)到巔峰，這與胡法龍等[25]研究結(jié)果不同?？偟膩?lái)看，施硅降低了早稻常規(guī)秈稻、雜交秈稻4 個(gè)時(shí)期和晚稻常規(guī)秈稻前期、雜交秈稻4個(gè)時(shí)期的高效葉面積指數(shù)，略微提高了晚稻常規(guī)秈稻后期的高效葉面積指數(shù)，但同時(shí)也降低了下部葉葉面積指數(shù)。說明硅肥促進(jìn)水稻干物質(zhì)積累主要是由于光合能力的提高，而非葉面積的增加。

郭彬等[26]研究發(fā)現(xiàn)，硅肥處理可提高雙季早、晚稻成熟期植株的氮、磷吸收量。在本試驗(yàn)中，不同品種不同季別的水稻在成熟期植株氮、磷養(yǎng)分積累存在一定差異，但施硅條件下，雙季早、晚稻氮、磷含量大多呈上升趨勢(shì)。與對(duì)照相比，莖中氮含量只有早稻有差異，而葉片中氮含量則均顯著高于對(duì)照，且早、晚稻葉片中氮含量均大于莖中氮含量；硅肥處理對(duì)早稻常規(guī)秈稻莖、葉中的磷含量和晚稻雜交秈稻莖中磷含量均有影響，但差異都不顯著?？傮w來(lái)說，水稻莖中磷含量大多高于葉片磷含量，施硅處理后葉片中的磷含量均高于對(duì)照，這一試驗(yàn)結(jié)果與唐海明等人[27]研究結(jié)果一致。不同處理對(duì)不同品種水稻的氮、磷積累影響略有差異，可能與品種的營(yíng)養(yǎng)特性有關(guān)[28]。

水稻產(chǎn)量由有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量4 個(gè)因素構(gòu)成。有研究發(fā)現(xiàn)，水稻施用硅可以增加分蘗和穗數(shù)，從而提高產(chǎn)量[29，30]。也有研究表明，水稻施硅可以促進(jìn)植株?duì)I養(yǎng)物質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，提高水稻的結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量，達(dá)到增產(chǎn)效果[31，32]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施用硅肥對(duì)早、晚稻千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率均無(wú)顯著影響，其主要通過有效穗數(shù)和穗粒數(shù)的增加來(lái)實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，這與部分前人的研究結(jié)果一致[28，33，34]。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，硅肥的施用有利于水稻的營(yíng)養(yǎng)吸收利用，促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育。施用硅肥后，早稻常規(guī)秈稻干物質(zhì)量提高了9.65%，晚稻常規(guī)秈稻提高了2.66%，晚稻雜交秈稻提高了29.11%，硅肥的效果為早稻常規(guī)秈稻優(yōu)于雜交秈稻，晚稻則是雜交秈稻優(yōu)于常規(guī)秈稻，說明施硅有利于水稻干物質(zhì)積累。硅肥處理對(duì)葉片中的氮、磷含量影響顯著，促進(jìn)了葉片對(duì)氮、磷的吸收，為水稻植株生長(zhǎng)發(fā)育提供氮、磷養(yǎng)分。施硅增加了水稻有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)，對(duì)千粒質(zhì)量無(wú)影響，對(duì)結(jié)實(shí)率的影響也不大，但4 個(gè)水稻品種產(chǎn)量都明顯提高，其中早稻常規(guī)秈稻中早39 增產(chǎn)幅度最大。

綜合分析，施硅能改善水稻生長(zhǎng)發(fā)育特性，增加水稻干物質(zhì)積累量，提高水稻群體質(zhì)量，為實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。