硅肥對(duì)土壤理化性質(zhì)及水稻產(chǎn)量與養(yǎng)分含量的影響

蔣 亞, 蔡景行, 吳道明, 敖成紅, 尹文書(shū), 羅沐欣鍵, 柴冠群*

(1.貴州省土壤肥料研究所, 貴州 貴陽(yáng) 550006; 2.貴陽(yáng)市鄉(xiāng)村振興服務(wù)中心, 貴州 貴陽(yáng) 550000; 3.息烽縣農(nóng)業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)服務(wù)中心, 貴州 貴陽(yáng) 551100)

0 引言

【研究意義】水稻是世界主要糧食作物之一,中國(guó)水稻種植面積約3.10×107hm2,稻米產(chǎn)量約占糧食總產(chǎn)量的35%,在保障糧食安全方面起著舉足輕重的作用[1]。施肥是水稻獲得養(yǎng)分的主要途徑,對(duì)水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)的形成有重要作用,是影響水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一[2]。在實(shí)際生產(chǎn)中,由于肥料使用粗放、過(guò)量且養(yǎng)分投入不平衡,導(dǎo)致資源浪費(fèi),對(duì)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境造成一定影響,為培肥土壤,防止土壤退化,實(shí)現(xiàn)化肥減施增效,促進(jìn)糧食增產(chǎn)提質(zhì),施肥方式必須科學(xué)合理[3-5]。硅是植物正常生長(zhǎng)發(fā)育所需的微量元素之一,尤其水稻作為一種喜硅作物,在其正常生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中離不開(kāi)硅素供給。因此,研究硅肥對(duì)水稻產(chǎn)量與養(yǎng)分含量的影響,對(duì)水稻高產(chǎn)栽培具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】硅素可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育,增強(qiáng)抗病抗逆性,改善生長(zhǎng)環(huán)境,從而提高產(chǎn)量和品質(zhì)。有研究表明,施硅肥能提高土壤供硅能力,增加植株養(yǎng)分積累量,改善植株生長(zhǎng)狀況,提高植株抗逆能力,促進(jìn)植物光合利用和水分利用,提高作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量[6-9]。水稻作為高硅積累植物,其植株中硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)10%～15%,施用硅肥可以促進(jìn)水稻生長(zhǎng),提高水稻產(chǎn)量和改善稻米品質(zhì)[10-12]。吳建富等[13]研究表明,適量氮硅肥配施有利于提高水稻單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量,同時(shí)還能提高水稻氮素的積累量和吸收利用率。羅來(lái)?xiàng)畹萚14]研究指出,施用硅肥有利于提高優(yōu)質(zhì)稻產(chǎn)量,施硅量為60 kg/hm2時(shí)增產(chǎn)效果最佳?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】水稻是貴州主要糧食作物,貴陽(yáng)市喀斯特地貌面積占貴州各地區(qū)比例最高,達(dá)85.02%[15]。近年來(lái),關(guān)于硅肥對(duì)水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量及養(yǎng)分利用效率的影響的報(bào)道較多,但針對(duì)黔中喀斯特地區(qū)配方施肥條件下,增施不同用量硅肥對(duì)水稻產(chǎn)量及養(yǎng)分含量的影響研究較少?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以宜優(yōu)1611為試驗(yàn)材料,在喀斯特地貌下,以配方施肥為基礎(chǔ),配施不同用量硅肥,研究其對(duì)水稻土壤養(yǎng)分含量、水稻產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收特性的影響,確定水稻硅肥適宜用量,以期為黔中地區(qū)水稻高產(chǎn)高效栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

于2022年4—9月在貴州省息烽縣西山鎮(zhèn)新寨溝村開(kāi)展田間小區(qū)試驗(yàn),試驗(yàn)地肥力均勻,灌溉便利,前茬作物為油菜。試驗(yàn)前土壤pH 5.49,有機(jī)質(zhì)含量39.2 g/kg,全氮含量2.30 g/kg,有效磷含量37.2 mg/kg,速效鉀含量117 mg/kg。

1.2 供試材料

1.2.1 供試品種 水稻品種為宜優(yōu)1611,是2020年通過(guò)長(zhǎng)江上游國(guó)審的一級(jí)優(yōu)質(zhì)香稻品種,購(gòu)于息烽縣農(nóng)資種子店。

1.2.2 供試肥料 尿素(總氮≥46%),貴州赤天化桐梓化工有限公司生產(chǎn);磷酸二銨(總養(yǎng)分≥64.0%,N-P2O5-K2O=18-46-0),貴州開(kāi)磷化肥有限責(zé)任公司生產(chǎn);氯化鉀(K2O≥60%),國(guó)投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司生產(chǎn);硅肥(SiO2≥25%),山西富邦肥業(yè)有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用田間小區(qū)試驗(yàn)方法,在配方施肥(尿素328.95 kg/hm2、磷酸二銨326.1 kg/hm2、氯化鉀400.05 kg/hm2)基礎(chǔ)上,設(shè)置配施不同用量硅肥處理。CK,不施任何肥料;T1,單施配方肥;T2,配方肥+硅肥480 kg/hm2;T3,配方肥+硅肥960 kg/hm2,分析不同處理土壤理化性質(zhì)、水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素和植株養(yǎng)分含量的變化。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),重復(fù)3次,共12小區(qū),小區(qū)面積為25 m2(5 m×5 m)。試驗(yàn)小區(qū)間設(shè)置隔離溝,試驗(yàn)區(qū)域外設(shè)置保護(hù)行。水稻于4月上旬播種,5月底移栽大田,移栽前施入基肥,硅肥作為基肥一次性施入。6月中旬和7月上旬分別追肥1次。各處理除施肥水平不同外其他栽培措施完全一致。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 土壤理化性質(zhì)指標(biāo) 參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[16]測(cè)定土壤理化性質(zhì)指標(biāo)。

1.4.2 水稻氮、磷、鉀含量 將水稻莖葉和籽粒干樣粉碎過(guò)0.25 mm篩,采用濃H2SO4+ H2O2消煮,用全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定氮含量,用火焰光度計(jì)測(cè)定鉀含量,用鉬銻抗比色法測(cè)定磷含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel 2016和SPSS 26.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,利用最小顯著差異法(LSD)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理土壤的理化性質(zhì)

由表1可知,不同施肥處理對(duì)土壤理化性質(zhì)影響顯著。土壤pH,施硅肥顯著降低土壤pH,T2、T3土壤pH較CK分別降低0.2個(gè)單位與0.54個(gè)單位,較T1分別降低0.05個(gè)單位與0.39個(gè)單位。土壤有機(jī)質(zhì),施肥顯著提升土壤有機(jī)質(zhì)含量,施肥處理較CK提高6.06%～8.74%。土壤速效鉀含量,T1顯著高于其他處理,其余處理間差異不顯著;與CK相比,施肥處理速效鉀含量提升4.39%～4.43%。土壤有效磷含量,T1與其他處理差異顯著,T2與CK差異顯著;與CK相比,施肥處理有效磷含量增加14.89%～107.62%;與T1相比,T2、T3處理有效磷含量分別減少39.04%和44.66%。土壤全氮含量,T2、T3高于T1和CK,且T2顯著高于其他處理,其他處理間差異不顯著;與CK相比,施肥處理全氮含量增加2.40%～14.97%。土壤陽(yáng)離子交換量,各處理間差異顯著,以CK最低(4.75 cmol/kg),T3最高(6.33 cmol/kg);與CK相比,施肥處理陽(yáng)離子交換量增加2.95%～33.26%;與T1相比,T2、T3處理陽(yáng)離子交換量分別增加16.56%和29.45%。總體看,在常規(guī)配方肥基礎(chǔ)上配施硅肥可降低土壤pH、提高土壤全氮含量和陽(yáng)離子交換量。

表1 不同施肥處理土壤的理化性質(zhì)

2.2 不同施肥處理水稻的產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

由表2可知,水稻穂數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量均表現(xiàn)為配施硅肥處理(T2、T3)高于不配施硅肥處理(T1)和CK。不同施肥處理對(duì)水稻穂數(shù)和千粒重?zé)o顯著影響,對(duì)穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量存在顯著影響。與CK相比,施肥處理水稻穗數(shù)增加25.00%～32.50%,千粒重降低2.08%～4.36%。穗粒數(shù),T2處理最高,且與T1處理差異顯著;與CK相比,施肥處理穗粒數(shù)增幅為—4.68%～12.48%;與T1相比,T2、T3處理穗粒數(shù)分別增加18.00%、14.55%。結(jié)實(shí)率,配施硅肥處理(T2、T3)與不配施硅肥處理(T1)和CK差異顯著;與CK相比,施肥處理結(jié)實(shí)率增幅為1.75%～7.20%;與T1相比,T2、T3結(jié)實(shí)率分別高5.35%、3.96%。產(chǎn)量,T2處理最高,T3處理其次,且兩者均顯著高于CK,T1處理與其他處理均無(wú)顯著差異;與CK相比,施肥處理產(chǎn)量增加10.90%～21.59%;與T1相比,T2、T3處理產(chǎn)量分別增加9.64%、6.92%?？傮w看,在常規(guī)配方肥基礎(chǔ)上配施硅肥對(duì)水稻單位面積穗數(shù)及千粒重?zé)o明顯影響,但明顯提高水稻結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量。

表2 不同施肥處理水稻的產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

2.3 不同施肥處理水稻各器官的氮磷鉀養(yǎng)分含量

2.3.1 水稻全氮含量 由圖1可知,不同施肥處理對(duì)水稻莖葉和籽粒中全氮含量有顯著影響。水稻莖葉和籽粒中全氮含量處理間存在顯著差異,均以CK最低,其莖葉和籽粒全氮含量分別為4.34 g/kg和9.14 g/kg;T3最高,其莖葉和籽粒全氮含量分別為9.22 g/kg和11.58 g/kg;T1、T2和T3的莖葉全氮含量分別較CK增加84.79%、47.93%和112.44%;T1、T2和T3籽粒全氮含量均顯著高于CK,分別較CK增加23.19%、17.61%和26.70%?？傮w看,在常規(guī)配方肥基礎(chǔ)上增施硅肥960.00 kg/hm2可明顯提高水稻莖葉和籽粒全氮含量。

注:相同部位不同字母表示差異顯著(P<0.05),下同。

2.3.2 水稻全磷含量 由圖2可知,不同施肥處理對(duì)水稻莖葉和籽粒中全磷含量影響不同。莖葉中全磷含量在不同處理間差異顯著,以T3最高,達(dá)1.57 g/kg;CK最低,為0.90 g/kg;與CK相比,T1、T2和T3莖葉全磷含量分別增加41.11%、30.00%和74.44%。籽粒中全磷含量T3最高,達(dá)2.70 g/kg;T3與T1、T2差異不顯著;CK最低,為1.42 g/kg,且與其他處理差異顯著;與CK相比,T1、T2和T3處理籽粒全磷含量分別增加83.10%、88.03%和90.14%;與T1相比,T2、T3籽粒全磷含量分別增加3.85%、2.69%?？傮w看,在常規(guī)配方肥基礎(chǔ)上配施硅肥可增加水稻莖葉和籽粒中全磷含量。

圖2 不同施肥處理水稻的全磷含量

2.3.3 水稻全鉀含量 由圖3看出,不同處理對(duì)水稻莖葉和籽粒全鉀含量影響不同,但均表現(xiàn)為配施硅肥處理(T2、T3)顯著高于不配施硅肥處理(T1)和CK,T2與T3處理差異不顯著。水稻莖葉全鉀含量T3最高,為41.72 g/kg;CK最低,為33.31 g/kg;與CK相比,T1、T2和T3處理莖葉全鉀含量分別增加10.21%、21.53%和25.25%;與T1相比,T2、T3處理莖葉全鉀含量分別增加13.65%、10.27%。籽粒中全鉀含量表現(xiàn)為T3處理最高,為4.96 g/kg;CK最低,為4.18 g/kg;與CK相比,T1、T2和T3籽粒全鉀含量分別增加2.87%、16.27%和18.66%;與T1相比,T2、T3處理籽粒全鉀含量分別增加15.35%、13.02%?？傮w看,在常規(guī)配方肥基礎(chǔ)上增施硅肥可提高水稻莖葉和籽粒中的全鉀含量。

圖3 不同施肥處理水稻的全鉀含量

3 討論

硅素作為第四營(yíng)養(yǎng)元素,尤其水稻作為一種喜硅作物,在其正常生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中離不開(kāi)硅素供給。針對(duì)水稻增施硅肥開(kāi)展科學(xué)研究,明確不同用量硅肥對(duì)水稻的影響,可為水稻高產(chǎn)高效栽培提供參考。有研究表明,施用硅肥可促進(jìn)水稻生長(zhǎng),提高水稻養(yǎng)分的積累量和吸收利用率,提高單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量[10-13]。目前,針對(duì)硅肥對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響研究較少,陶思敏等[17]研究表明,施硅后,土壤中銨態(tài)氮含量和有機(jī)質(zhì)含量基本不變或逐步上升,有效磷含量降低,速效鉀含量先升后降。研究表明,增施硅肥能一定程度上增加土壤有機(jī)質(zhì)和氮含量,降低有效磷和速效鉀含量,與前人研究基本一致[17];增施硅肥能不同程度增加水稻氮、磷、鉀含量,與王飛軍等[18]的研究結(jié)果一致。吳建富等[13]研究表明,適量氮硅肥配施有利于提高水稻單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量。張超[19]研究表明,噴施硅制劑使水稻穗粒數(shù)增加0.97%～10.08%,結(jié)實(shí)率提高2.13%～6.49%,千粒重增加4.44%～14.98%,增產(chǎn)10.52%～15.25%。劉友恒等[20]研究表明,氮硅肥配施顯著提高巨型稻的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量,產(chǎn)量較對(duì)照增加12.6%～42.0%。本研究中,增施硅肥不同程度增加水稻穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重,從而提高水稻產(chǎn)量,與前人研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

以一級(jí)優(yōu)質(zhì)香稻品種宜優(yōu)1611為試驗(yàn)對(duì)象,在常規(guī)配方肥(尿素328.95 kg/hm2、磷酸二銨326.1 kg/hm2、氯化鉀400.05 kg/hm2)基礎(chǔ)上配施不同用量硅肥(480 kg/hm2、960 kg/hm2),考察硅肥對(duì)水稻產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分含量的影響。結(jié)果表明,增施硅肥能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量和陽(yáng)離子交換量,水稻莖葉和籽粒中全氮、全磷、全鉀含量隨硅肥施用量增加而增加;增施硅肥可提高水稻穗數(shù)和穗粒數(shù)從而促進(jìn)水稻增產(chǎn)。與常規(guī)配方肥施用相比,增施硅肥480.00 kg/hm2水稻穗粒數(shù)增加18.00%,結(jié)實(shí)率提高5.35%,產(chǎn)量增加9.64%,增產(chǎn)效果最佳。