海南島典型水稻土施硅肥對(duì)水稻產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

呂烈武 郭玉蓮 龍笛笛 吳治澎

關(guān)鍵詞：海南島；典型水稻土；硅肥施用量；水稻產(chǎn)量；水稻品質(zhì)

硅元素已被列為繼氮、磷、鉀的第四類元素，是影響作物產(chǎn)量與品質(zhì)的重要限制因子[1-2]。雖然在地殼中硅元素豐度排名第二，但大部分硅是作物無(wú)法直接利用的，作物根系只能以單硅酸的形式吸收有效態(tài)硅營(yíng)養(yǎng)[3]。其中，水稻是典型喜硅作物，硅素營(yíng)養(yǎng)能夠提高其抵抗病蟲(chóng)害，增強(qiáng)抗倒伏能力，提高分蘗數(shù)、千粒重、穗數(shù)、每穗的實(shí)粒數(shù)等產(chǎn)量相關(guān)的農(nóng)藝學(xué)指標(biāo)，也可提高稻米的品質(zhì)[4-7]。在水稻整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，都需要從土壤中吸收大量的有效硅，且隨耕作年限增加，土壤中有效硅素含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于作物需求量，導(dǎo)致土壤有效硅素越來(lái)越缺乏。如果不能及時(shí)補(bǔ)充硅元素將導(dǎo)致土壤有效硅含量嚴(yán)重缺乏，嚴(yán)重影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)[8-9]。因此，水稻田合理施用硅肥對(duì)提高其產(chǎn)量與稻米品質(zhì)具有十分重要的意義。

土壤有效硅豐度常受氣象條件、成土母質(zhì)、灌溉條件、農(nóng)藝學(xué)措施等多種因素影響[6，10-11]。調(diào)查顯示，我國(guó)近1/2以上水稻田土壤有效硅含量低于100mg/kg的臨界指標(biāo)，土壤缺硅問(wèn)題嚴(yán)重[12]。尤其在我國(guó)南方地區(qū)，由于淋溶作用和風(fēng)化作用強(qiáng)烈，導(dǎo)致水稻田土壤脫硅化嚴(yán)重，有效硅含量較低[9，13]。從不同類型成土母質(zhì)來(lái)看，南方地區(qū)由花崗巖、紅砂巖、海相沉積物、片麻巖、第四紀(jì)紅色粘土等母質(zhì)發(fā)育的水稻土有效硅含量均低于80mg/kg[14]。海南島屬熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，常年高溫多雨，土壤脫硅淋溶作用尤為強(qiáng)烈，有效態(tài)硅素更加缺乏。近期，有關(guān)海南島典型母質(zhì)（玄武巖、海相沉積物、河流沖積物、砂頁(yè)巖、花崗巖）發(fā)育水稻土的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，土壤平均含硅量處于缺乏水平，僅為44.79mg/kg[13]，土壤有效硅素的缺乏勢(shì)必會(huì)影響水稻產(chǎn)量與品質(zhì)。針對(duì)海南島水稻土硅素缺乏的現(xiàn)狀，前期基于盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著施用硅肥量的增加，水稻增產(chǎn)率呈階梯式先增高再降低的趨勢(shì)，最佳硅肥量因水稻土的成土母質(zhì)不同而具顯著差異，水稻增產(chǎn)5%、10%的單位質(zhì)量土壤施用有效硅分別為25～37mg/kg與43～67mg/kg[15]。然而，前期有關(guān)海南島典型母質(zhì)水稻土施硅肥臨界值均基于盆栽實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其土壤環(huán)境明顯不同于開(kāi)放的自然農(nóng)田系統(tǒng)。因此，亟需在盆栽試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)展田間小區(qū)試驗(yàn)，深入探究海南島不同母質(zhì)發(fā)育水稻土施硅肥的效應(yīng)并驗(yàn)證土壤施硅肥閾值。

本研究從海南島5種主要母質(zhì)（玄武巖、海相沉積物、河流沖積物、砂頁(yè)巖、花崗巖）發(fā)育水稻土入手，結(jié)合前期施硅肥閾值的盆栽試驗(yàn)結(jié)果設(shè)置田間小區(qū)試驗(yàn)的施硅肥方案，研究典型母質(zhì)發(fā)育的水稻土對(duì)硅素-產(chǎn)量/品質(zhì)效應(yīng)等，在此基礎(chǔ)上確定水稻的最佳施硅肥量，為制定海南水稻土施硅肥標(biāo)準(zhǔn)與水稻高效施硅的示范與推廣提供科學(xué)基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1材料

在海南島選取大豐鎮(zhèn)、博鰲鎮(zhèn)、龍滾鎮(zhèn)、定城鎮(zhèn)、黃竹鎮(zhèn)5種典型母質(zhì)發(fā)育試驗(yàn)點(diǎn)，開(kāi)展田間試驗(yàn)，其中龍滾鎮(zhèn)、定城鎮(zhèn)、黃竹鎮(zhèn)的試驗(yàn)點(diǎn)的土壤母質(zhì)分別為玄武巖、砂頁(yè)巖、花崗巖坡積物（以下由母巖代替）。供試土壤為經(jīng)人工熟化形成的水稻土，土壤保肥、保水和通透性好，土層深厚、肥沃，土壤理化性質(zhì)如表1。供試基礎(chǔ)肥料為富島水稻配方肥（21-6-26），施用量600kg/hm2，氮磷鉀肥作基肥一次性施入；第四元素礦物硅肥（有效成分為SiO2≥25%，山東科達(dá)生物科技有限公司生產(chǎn)），硅肥施用量的40%作為基肥施用，分蘗期追施30%和孕穗期追施30%。

供試水稻品種為谷優(yōu)629，水稻于6月初移栽，病蟲(chóng)害采用預(yù)防為主，綜合防治原則。6月12日進(jìn)入分蘗期，6月22日進(jìn)入拔節(jié)期，7月20日開(kāi)始進(jìn)入抽穗期，8月10日進(jìn)入乳熟期，9月5日收割。整個(gè)生育期灌溉、除草等其他田間管理與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理相同。

1.2方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)本研究設(shè)4個(gè)處理，包括1個(gè)空白對(duì)照處理和3個(gè)不同梯度（T1～T3）處理（表2）。本次田間試驗(yàn)主要根據(jù)前期盆栽試驗(yàn)增產(chǎn)5%、10%的結(jié)果來(lái)設(shè)計(jì)硅肥處理方案[14]，結(jié)合土壤母質(zhì)類型、土壤容重等指標(biāo)計(jì)算施用硅肥量。每個(gè)處理面積為533m2，每個(gè)處理余為過(guò)道與田包含3個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)有效面積為173m2（其埂），隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)間起壟隔開(kāi)，使用農(nóng)用薄膜保護(hù)所用地壟，防止竄水竄肥，以免影響試驗(yàn)結(jié)果。

1.2.2樣品采集與分析在水稻基本苗期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期等關(guān)鍵生長(zhǎng)時(shí)期，統(tǒng)計(jì)每個(gè)小區(qū)水稻莖蘗數(shù)量，并計(jì)算不同施硅肥處理水平下每株水稻平均莖蘗數(shù)量。采集灌漿期水稻植株樣品，用1.25%酸堿劑洗滌法測(cè)定烘干植株粗纖維含量；葉片葉綠素含量及水稻根系活力等生理生化指標(biāo)。洗凈稻株葉片后，去主脈，剪成4～8mm的小片混勻后稱取0.5g，放入50mL容量瓶中，使用體積比為4.5∶5.5∶1的丙酮-乙醇-水混合液在黑暗環(huán)境中提取葉綠素24h，在625nm條件下分析葉綠素含量。稻株根系被清水沖洗后淋干，使用甲烯藍(lán)吸附法測(cè)定根系總吸收表面積和活躍吸收表面積；每個(gè)指標(biāo)測(cè)定重復(fù)3次，上述測(cè)定方法均參照《土壤農(nóng)化分析》[15]。

水稻成熟后，按小區(qū)收割，分別進(jìn)行實(shí)地測(cè)產(chǎn)，試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)各小區(qū)產(chǎn)量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。與此同時(shí)，每個(gè)小區(qū)采用“S”采樣法，隨機(jī)選取10株水稻測(cè)定水稻株高、穗長(zhǎng)、每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等產(chǎn)量性狀；水稻品質(zhì)的評(píng)價(jià)主要包括外觀品質(zhì)和碾磨品質(zhì)，主要包括堊白和透明度、糙米率、精米率和整精米率等[16]。稻谷儲(chǔ)存15d后，測(cè)定糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量。每個(gè)指標(biāo)測(cè)定重復(fù)3次，上述測(cè)定方法均參照《土壤農(nóng)化分析》[15]。

1.3數(shù)據(jù)處理

使用SPSS27軟件對(duì)所獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析和相關(guān)性分析，應(yīng)用OriginPro9.1和ArcGIS10.8軟件制圖。

2結(jié)果與分析

2.1不同硅肥處理下水稻莖蘗動(dòng)態(tài)變化

對(duì)于5種母質(zhì)類型水稻田來(lái)說(shuō)，基本苗分別為4.97萬(wàn)、5.14萬(wàn)、5.02萬(wàn)、5.00萬(wàn)和5.00萬(wàn)，水稻苗數(shù)大小規(guī)律均為：拔節(jié)期＞抽穗期＞成熟期＞苗期（圖1）。在玄武巖、花崗巖母質(zhì)水稻田中，拔節(jié)期和抽穗期的苗數(shù)隨施硅肥量增加呈現(xiàn)先降低后上升趨勢(shì)，成熟期的苗數(shù)隨施硅肥量增加而增加，均在T3處理中達(dá)到最大。在海相沉積物、河流沖積物和砂頁(yè)巖母質(zhì)水稻田中，拔節(jié)期、抽穗期、成熟期苗數(shù)隨施硅肥量增加而增加，在T3處理中達(dá)到最大；成熟期的苗數(shù)隨施硅肥量增加呈現(xiàn)先增加后降低，T2處理中達(dá)到最高。

2.2不同硅肥處理下水稻灌漿期根系活力、葉綠素、粗纖維素含量動(dòng)態(tài)變化

灌漿期是水稻干物質(zhì)積累且影響產(chǎn)量的重要時(shí)期。由圖2可知，在玄武巖、河流沖積物和花崗巖母質(zhì)水稻田中，隨施硅肥量增加，水稻植株粗纖維含量、葉片葉綠素含量以及根系總吸收面積與活躍吸收面積均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，T3處理中達(dá)到最大。在海相沉積物母質(zhì)水稻田中，水稻植株粗纖維含量和葉片葉綠素含量隨施硅肥量增加呈現(xiàn)先增后降趨勢(shì)，T2處理中增加率最高；根系總吸收面積與活躍吸收面積隨施硅肥量增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。在砂頁(yè)巖母質(zhì)水稻田中，水稻植株粗纖維含量隨施硅肥量增加而顯著地增加；水稻葉片葉綠素含量隨施硅肥量增加呈現(xiàn)先增后趨于穩(wěn)定；水稻根系總吸收面積與活躍吸收面積均隨施硅肥量增加而增加。

2.3不同硅肥處理下水稻產(chǎn)量與農(nóng)藝學(xué)指標(biāo)變化

由圖3可知，在玄武巖和花崗巖母質(zhì)水稻田，水稻株高、穗長(zhǎng)、有效穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)千粒重均隨施硅肥量增加呈上升趨勢(shì)，T2和T3處理與CK相比顯著提高，除株高T3顯著高于T2處理外，其他指標(biāo)T2和T3處理無(wú)顯著差異；水稻實(shí)際產(chǎn)量隨施硅肥量增加呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。在海相沉積物、河流沖積物、砂頁(yè)巖母質(zhì)水稻田中，水稻株高、穗長(zhǎng)、有效穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重以及實(shí)際產(chǎn)量均隨施硅肥量增加呈上升趨勢(shì)，但T2和T3處理間無(wú)顯著差異。

2.4不同硅肥處理下水稻品質(zhì)指標(biāo)變化

由圖4可知，在玄武巖母質(zhì)水稻田中，增施硅肥主要影響水稻的精米率、堊白度、堊白粒率和直鏈淀粉含量，對(duì)稻米蛋白質(zhì)含量和出糙率無(wú)顯著影響。其中T2施硅肥處理中稻米整精米率最高；提高施硅量顯著地降低稻米的直鏈淀粉含量、堊白度和堊白粒率，T2與T3處理間差異不顯著。在海相沉積物母質(zhì)水稻田中，T3施硅肥處理中稻米精米率最高；提高施硅量顯著地降低了直鏈淀粉含量、堊白度和堊白粒率，T2與T3處理間差異不顯著。在河流沖積物母質(zhì)水稻田中，T2與T3處理中稻米精米率達(dá)到最高但差異不顯著；提高施硅量顯著地降低了直鏈淀粉含量、堊白度和堊白粒率，T2處理中達(dá)到最低。在花崗巖母質(zhì)水稻田中，T2處理中稻米整精米率最高；施硅量增加顯著地降低了直鏈淀粉含量、堊白度和堊白粒率，T2與T3處理間差異不顯著。在砂頁(yè)巖母質(zhì)水稻田中，T2與T3處理中稻米整精米率達(dá)到最高但差異不顯著；施硅量增加顯著地降低了直鏈淀粉含量、堊白度和堊白粒率，T3處理中直鏈淀粉含量達(dá)到最低；T2處理中堊白度最低。

3討論

本研究對(duì)海南島主要5種母質(zhì)水稻田的施硅肥水稻產(chǎn)量與品質(zhì)效應(yīng)進(jìn)行了田間試驗(yàn)。結(jié)果表明，在不同成土母質(zhì)發(fā)育的缺乏有效硅養(yǎng)分水稻土中，增施硅肥能夠顯著提高水稻的產(chǎn)量，這與之前大部分研究結(jié)論一致[17-19]。對(duì)于玄武巖和花崗巖發(fā)育的水稻土，水稻產(chǎn)量隨施硅量增加而顯著增加，施硅量分別達(dá)到最大時(shí)產(chǎn)量最高（T3處理分別為：950、935kg/hm2），此時(shí)增產(chǎn)量分別為22.87%和22.85%；而在海相沉積物、河流沖積物、砂頁(yè)巖母質(zhì)發(fā)育的水稻土中，分別在T2時(shí)（分別為：560、560、750kg/hm2）產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到最大值，此時(shí)的增產(chǎn)量分別為17.31%、15.51%和15.53%，繼續(xù)提高硅肥施用量（T3處理分別為：780、780、900kg/hm2），水稻產(chǎn)量并未進(jìn)一步達(dá)到顯著增產(chǎn)效果。不同母質(zhì)類型水稻土中施用硅肥產(chǎn)量效應(yīng)差異較大，這可能與不同類型土壤的理化性質(zhì)有關(guān)。前期研究發(fā)現(xiàn)：相對(duì)較為黏重的玄武巖、花崗母質(zhì)發(fā)育的水稻土對(duì)有效硅素具有較強(qiáng)的吸附作用[13]，這不僅利于減緩脫硅淋溶速率，也使得土壤有效硅素緩慢釋放并供給水稻不同生長(zhǎng)發(fā)育階段的需求；而海相沉積物、河流沖積物與砂頁(yè)巖母質(zhì)發(fā)育水稻土的黏粒與有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較少，對(duì)有效硅吸附容量有限，進(jìn)而導(dǎo)致過(guò)量硅肥淋溶流失[14]。前人研究也正證實(shí)了這一觀點(diǎn)[20-21]，建議適量施硅就有很好的增產(chǎn)效果且最經(jīng)濟(jì)，過(guò)量硅肥施用對(duì)水稻產(chǎn)量的再次提高無(wú)顯著影響，甚至?xí)ㄟ^(guò)影響其他養(yǎng)分吸收（如氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素）而降低水稻產(chǎn)量[22]。研究表明，由于硅與磷的化學(xué)性質(zhì)相似，尤其是二者都是含氧酸根陰離子，硅會(huì)與磷競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn)，因此過(guò)量施用硅肥會(huì)導(dǎo)致硅酸根占據(jù)土壤中鐵鋁氧化物或粘粒表面部分吸附位置，從而減少了磷酸根的吸附量[23]。

從農(nóng)藝學(xué)指標(biāo)來(lái)看，不同施硅肥水平下水稻產(chǎn)量變化與成熟期分蘗數(shù)、千粒重、穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、等農(nóng)藝學(xué)指標(biāo)密切相關(guān)。李衛(wèi)國(guó)等[24]研究證實(shí)，硅肥通過(guò)提高水稻的千粒重、結(jié)實(shí)率、穗粒數(shù)、有效穗等農(nóng)藝學(xué)指標(biāo)促進(jìn)產(chǎn)量的形成，與本次田間試驗(yàn)的結(jié)論基本一致。然而，周青等[17，19]的研究發(fā)現(xiàn)，增施硅肥提高稻米產(chǎn)量與千粒重關(guān)系不大，主要通過(guò)提高單位面積上水稻群體的總穎花量、莖蘗成穗率、最大葉面積指數(shù)、粒/葉與粒重/葉比，協(xié)調(diào)源庫(kù)關(guān)系提高群體質(zhì)量，這可能與本研究所用水稻品種、土壤、氣候以及種植栽培技術(shù)不同有關(guān)。從水稻生理生化指標(biāo)來(lái)看，T2和T3施硅肥水平能顯著提高灌漿期水稻根系活力、葉綠素含量和粗纖維含量。有關(guān)研究表明，水稻產(chǎn)量的提高可能歸因于光合能力的提高[25]。改善水稻灌漿期水稻植株粗纖維含量、葉片葉綠素含量及水稻根系活力，不僅可延緩水稻生育后期光合作用的時(shí)間，提高莖稈強(qiáng)度，提高根系活力，大大增強(qiáng)水稻抗倒伏和抗病能力，也利于光合產(chǎn)物直接運(yùn)往穗部，促進(jìn)穗部干物質(zhì)積累，從而利于籽粒灌漿成熟和產(chǎn)量的形成[26-27]。同時(shí)，本研究表明，T2和T3施硅肥水平一定程度上能提高稻米精米率，降低直鏈淀粉含量、堊白度和堊白粒，對(duì)提高稻米的蒸煮品質(zhì)和食味品質(zhì)有很大作用；但對(duì)稻米蛋白質(zhì)含量和出糙率無(wú)顯著影響。此結(jié)果與先前鄧接樓等[28]、張學(xué)軍等[29]、龔玉琴等[30]的研究一致。

前人有關(guān)重慶市紫色型水稻土施硅肥肥效試驗(yàn)表明[31]：最佳施有效SiO2量分別為120kg/hm2；山東省水稻施硅肥田間試驗(yàn)結(jié)果顯示[32]，棕壤型水稻土最佳施有效SiO2量為85.14kg/hm2，鹽化潮土型水稻土最佳施有效SiO2量為65.50kg/hm2，砂姜黑土型水稻土最佳施有效SiO2量為66.08kg/hm2。以上均明顯低于本研究有關(guān)海南島典型水稻田施有效SiO2量，這可能與海南島常年高溫多雨，土壤脫硅富鐵鋁過(guò)程強(qiáng)烈，導(dǎo)致有效態(tài)硅素嚴(yán)重缺乏（平均為44.79mg/kg）有關(guān)[13]，為提高水稻產(chǎn)量與品質(zhì)需要施用更多硅素營(yíng)養(yǎng)。綜合看來(lái)，各地區(qū)最佳施硅量不僅要結(jié)合肥料投入與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量來(lái)看，也與該地區(qū)氣候條件、土壤理化性質(zhì)等息息相關(guān)。因此，制定各地區(qū)水稻施硅標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于區(qū)域發(fā)展高效、可持續(xù)農(nóng)業(yè)具有重要意義。

4結(jié)論

本研究以玄武巖、海相沉積物、河流沖積物、砂頁(yè)巖、花崗巖等5種海南島典型成土母質(zhì)發(fā)育的水稻土為研究對(duì)象，開(kāi)展了田間小區(qū)試驗(yàn)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析不同硅肥水平處理下水稻產(chǎn)量、品質(zhì)及其相關(guān)的生理生化與農(nóng)藝學(xué)指標(biāo)，以制定合理的海南水稻土施硅肥標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，合理施用硅肥能顯著提高水稻產(chǎn)量，提升水稻品質(zhì)，但硅肥的過(guò)量施用則會(huì)降低水稻產(chǎn)量與品質(zhì)。綜合分析各項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)于玄武巖和花崗巖發(fā)育的水稻土，與空白對(duì)照相比，在梯度范圍內(nèi)增施硅肥能顯著地提高水稻產(chǎn)量及其相關(guān)的水稻莖蘗數(shù)、分蘗數(shù)、有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重、根系活力、葉綠素、粗纖維素含量等指標(biāo)水平，且稻米的精米率、堊白度、直鏈淀粉含量等品質(zhì)特征也有所提高，并且在T3處理下增效最為顯著；對(duì)于海相沉積物、河流沖積物和砂頁(yè)巖發(fā)育的水稻土，相較于空白對(duì)照，T2與T3處理都能明顯地增加水稻分蘗數(shù)以及水稻灌漿期根系活力、葉綠素、粗纖維素含量等指標(biāo)，但水稻產(chǎn)量在T2水平施硅肥量時(shí)已達(dá)到最高且品質(zhì)也達(dá)到較好水平，繼續(xù)提高施硅肥量（T3）水稻產(chǎn)量及其相關(guān)農(nóng)藝學(xué)指標(biāo)提高不明顯，甚至個(gè)別指標(biāo)出現(xiàn)下降趨勢(shì)，因此從增效和經(jīng)濟(jì)性原則出發(fā)，得出最佳施硅肥量為T2處理。針對(duì)海南島典型水稻土有效硅嚴(yán)重缺乏的現(xiàn)狀，根據(jù)本研究結(jié)果，推薦玄武巖水稻土最佳施硅肥量為750～950kg/hm2（有效態(tài)SiO2為187～238kg/hm2），花崗巖水稻土最佳施硅肥量為625～935kg/hm2（有效態(tài)SiO2為156～234kg/hm2），海相沉積物和河流沖積物水稻土最佳施硅肥量為560kg/hm2（有效態(tài)SiO2分別為140kg/hm2），砂頁(yè)巖水稻土最佳施硅肥量為750kg/hm2（有效態(tài)SiO2為187kg/hm2）。