硅鈣鉀鎂肥和密度對水稻產(chǎn)量形成的影響

阿什日軌 張榮萍 周寧寧 馮婷煜 周林 馬鵬 阿爾力色 廖雪環(huán) 張坷塬

摘要：為研究硅鈣鉀鎂肥及栽培密度對雜交稻分蘗特性、物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成等的影響，以‘晶兩優(yōu)534為供試品種，試驗采用裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)設(shè)置不施硅鈣鉀鎂肥和增施硅鈣鉀鎂肥（G）2個肥料處理，副區(qū)設(shè)置19.3萬（M1）、16.0萬（M2）、13.0萬（M3）和10.04萬株·hm-2（M4）共4個移栽密度。通過連續(xù)2年田間定位試驗，調(diào)查水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、干物質(zhì)積累、分蘗動態(tài)及成穗結(jié)構(gòu)，分析增施硅鈣鉀鎂肥和密度處理對水稻生長和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，硅鈣鉀鎂肥和移栽密度共同影響水稻產(chǎn)量。在相同施氮量和硅鈣鉀鎂肥下，移栽密度的增加可顯著提高水稻有效穗數(shù)、群體干物質(zhì)生產(chǎn)量和分蘗數(shù)，增加水稻產(chǎn)量，M2處理下有效穗數(shù)較M1、M3和M4處理2年平均提高5.83%、13.69%和12.50%；相同密度下增施硅鈣鉀鎂肥能顯著提高有效穗數(shù)，增加水稻干物質(zhì)積累，提高水稻生育后期葉面積指數(shù)，增施硅鈣鉀鎂肥較不施硅鈣鉀鎂肥2年平均增產(chǎn)8.30%～12.56%。綜合硅鈣鉀鎂肥和移栽密度的互作效應(yīng)，本試驗條件下，在施純氮量150 kg·hm-2時增施硅鈣鉀鎂肥300 kg·hm-2、移栽密度16.0×104株·hm-2時，‘晶兩優(yōu)534干物質(zhì)生產(chǎn)量最大，產(chǎn)量最高。研究結(jié)果可為四川水稻高產(chǎn)高效栽培提供參考。

關(guān)鍵詞：硅鈣鉀鎂肥；移栽密度；分蘗；產(chǎn)量

doi：10.13304/j.nykjdb.2022.0681

中圖分類號：S511 文獻標志碼：A 文章編號：1008‐0864（2024）03‐0155‐09

作為世界上最大的稻米生產(chǎn)國，近10年來中國水稻產(chǎn)量增速，人口增長和耕地短缺給糧食安全帶來巨大壓力[1]，為保證糧食安全，提高單產(chǎn)一直是雜交稻育種和栽培的重要話題[2]。水稻是四川盆地最主要的糧食作物，種植面積和產(chǎn)量位居全國前列[3]。目前，四川丘陵地區(qū)水稻種植過程大多以人工移栽為主，機械化普及率不高，水稻種植季勞動力缺乏，一些農(nóng)民為了減少勞動力投入，將水稻進行極大間距移栽，認為可以通過施用更多的氮肥來彌補因種植密度低而導(dǎo)致的單位面積分蘗數(shù)的減少[4]。移栽密度是影響水稻分蘗發(fā)生的重要因素之一，增加種植密度會增加單位土地面積上有效穗數(shù)。田廣麗等[5]認為，低栽培密度下個體生長優(yōu)于高栽培密度；但對于群體而言，高栽培密度（32.5 萬穴·hm-2）下更利于高產(chǎn)水稻群體的建立。為有效實現(xiàn)高產(chǎn)，Zhou等[6]推薦大、中穗型雜交稻分別采用移栽密度13.1萬穴·hm-2搭配施純氮220 kg·hm-2、移栽密度22.0萬穴·hm-2搭配施純氮195.6 kg·hm-2的種植組合。

硅鈣鉀鎂肥是含硅、鈣、鉀、鎂元素的弱堿性肥料，可顯著改良酸性土壤。冀建華等[7]對南方水稻土壤進行連續(xù)4年的硅鈣鉀鎂肥田間定位試驗表明，硅鈣鉀鎂肥能顯著提高土壤pH。硅鈣鉀鎂肥施入后對提高土壤有效硅含量和鹽基離子含量影響顯著，韓科峰等[8]研究發(fā)現(xiàn)，硅鈣鉀鎂肥施用量為1 500 kg·hm-2時對水稻產(chǎn)量影響顯著。四川平原地區(qū)水稻生產(chǎn)中，在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上增施硅鈣鉀鎂肥的施用量以600 kg·hm-2 綜合效果最好[9]。

已有研究多以移栽密度搭配不同施氮水平，以期消除移栽密度的減小對水稻產(chǎn)量的負面影響[4，10]，但對不同密度下增施硅鈣鉀鎂肥影響水稻產(chǎn)量的研究卻較少。本試驗通過研究增施硅鈣鉀鎂肥及不同栽培密度的互作效應(yīng)對雜交稻分蘗特性、物質(zhì)積累和產(chǎn)量等的綜合影響，以確定降低移栽密度對單位土地面積分蘗數(shù)和水稻產(chǎn)量的負面影響是否可以通過施用硅鈣鉀鎂肥來抵消，旨在為水稻高產(chǎn)高效栽培提供理論和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗于2020—2021年在西南科技大學(xué)農(nóng)園試驗田（31°34′N、104°42′E）進行。試驗地土壤為紫色壤土，移栽前0—20 cm土壤主要理化參數(shù)為： 全氮1.6 g·kg-1，有機質(zhì)21.7 g·kg-1， 有效磷15.6 mg·kg-1， 速效鉀140.42 mg·kg-1，pH 7.05。試驗期間氣象數(shù)據(jù)由綿陽市氣象局提供，2020—2021年水稻移栽后溫度變化基本一致，2021年降水量明顯低于2020年（圖1）。試驗材料為秈型兩系雜交水稻‘晶兩優(yōu)534。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用二因素裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)設(shè)置2個肥料處理：不施硅鈣鉀鎂肥和增施硅鈣鉀鎂肥（G）；副區(qū)設(shè)置4種移栽密度：19.3萬（株行距14.2 cm×37 cm，M1）、16.0萬（株行距16.9 cm×37 cm，M2）、13.0 萬（ 株行距20.8 cm×37 cm，M3）、10.0 萬株·hm-2 （株行距27 cm×37 cm，M4）。不施硅鈣鉀鎂肥處理下不同密度處理直接標記為M1、M2、M3、M4，增施硅鈣鉀鎂肥處理下則依次標記為GM1、GM2、GM3、GM4。

2020年4月20日播種，5月16日移栽，8月7日齊穗，9月15日成熟；2021年4月25日播種，5月21日移栽，8月9號齊穗，9月14日成熟。每穴1苗，每小區(qū)面積為10.42 m2，3次重復(fù)，小區(qū)間筑寬40 cm、高30 cm 的泥埂，并用黑色厚型塑料薄膜覆蓋，每小區(qū)間實現(xiàn)單獨排灌水。肥料施用水稻專用緩釋肥復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O=25∶7∶8），施用量按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施純氮量為150 kg·hm-2，氮肥運籌為底肥∶蘗肥∶穗肥=4∶3∶3。硅鈣鉀鎂肥（Si≥9%、Ca≥20%、K2O≥3%、Mg≥2%）施用量按300 kg·hm-2計算，并在移栽前1 d作為底肥一次性施入。

1.3 項目測定與方法

1.3.1 生育時期和生育進程記載 準確記載播種、移栽、分蘗盛期、拔節(jié)期、齊穗期、成熟期。當(dāng)每個小區(qū)中50% 的植株第1節(jié)間伸長2 cm 左右為拔節(jié)期，80%的植株穗頂伸出葉鞘為齊穗期，每穗90% 籽粒黃熟且稻穗基部弱勢粒堅硬為成熟期[11]。

1.3.2 分蘗動態(tài) 2020年于移栽后18 d開始至抽穗期每隔7 d調(diào)查分蘗數(shù)，2021年從移栽后7 d開始調(diào)查，并記錄最終有效分蘗數(shù)，根據(jù)公式（1）計算莖蘗成穗率。

1.3.3 葉面積和干物質(zhì)積累 分別于拔節(jié)期、齊穗期、成熟期根據(jù)平均莖蘗數(shù)，每小區(qū)取6穴代表性植株，剪下所有葉片，用直尺測量水稻葉片的長、寬，根據(jù)公式（2）計算葉面積指數(shù)。莖鞘、葉、穗分別在105 ℃殺青30 min后，80 ℃烘干至恒重，稱量，計算地上部干物質(zhì)量。

1.3.4 成穗結(jié)構(gòu) 為優(yōu)化試驗設(shè)計，在2020年的試驗基礎(chǔ)上，2021 年調(diào)查了水稻成熟期成穗結(jié)構(gòu)，按平均有效穗數(shù)每小區(qū)取5穴代表性植株，調(diào)查水稻植株的主莖數(shù)、一次分蘗數(shù)、二次分蘗數(shù)、三次分蘗數(shù)等農(nóng)藝性狀。

1.3.5 考種 水稻成熟時，每小區(qū)調(diào)查60穴，按平均有效穗數(shù)取15株進行考種，調(diào)查每穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重，并計算理論產(chǎn)量，公式如下。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel進行數(shù)據(jù)處理，用Origin 2018進行圖表繪制，使用DPS 9.50進行統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 硅鈣鉀鎂肥和密度處理對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1可知，相同密度下增施硅鈣鉀鎂肥對水稻產(chǎn)量影響顯著，不同密度處理對水稻產(chǎn)量影響顯著。隨著移栽密度的減小，水稻產(chǎn)量整體呈先增加后減小的趨勢。年際間水稻產(chǎn)量差異顯著，故以下主要采用2年數(shù)值進行分析。

2020 年不同密度處理下水稻產(chǎn)量表現(xiàn)為M2>M1>M3>M4，2021年表現(xiàn)為M2>M1>M4>M3，2年試驗中M2處理下水稻產(chǎn)量均最高。相同密度處理下，相比不施硅鈣鉀鎂肥，增施硅鈣鉀鎂肥處理平均增產(chǎn)8.30%～12.56%，差異顯著。有效穗數(shù)方面，施用施硅鈣鉀鎂肥處理對水稻有效穗數(shù)的形成影響顯著。除2020年GM1～GM4處理有效穗數(shù)隨移栽密度的減小而減少外，其余處理下，有效穗數(shù)隨移栽密度的減小，呈先增加后減少的趨勢，增施硅鈣鉀鎂肥處理能顯著增加水稻的有效穗數(shù)。M2處理有效穗數(shù)較M1、M3和M4處理2年平均提高5.83%、13.69%和12.50%；GM2處理有效穗數(shù)較GM1、GM3和GM4處理2年平均提高2.31%、12.71%和13.67%。每穗總粒數(shù)方面，2020年不同移栽密度間水稻的每穗總粒數(shù)隨密度的減小呈先增加后減少再增加的趨勢; 增施硅鈣鉀鎂肥使水稻每穗總粒數(shù)下降。2021年，增施硅鈣鉀鎂肥對水稻每穗總粒數(shù)影響不顯著，不同處理間差異也不顯著，年際間每穗總粒數(shù)差異顯著。增施硅鈣鉀鎂肥處理對水稻的結(jié)實率影響不顯著，但不同密度處理對結(jié)實率影響顯著。增施硅鈣鉀鎂肥處理對水稻的千粒重有顯著影響，不同密度處理對千粒重的影響不顯著。2020年不同密度和增施硅鈣鉀鎂肥處理對水稻結(jié)實率和千粒重的互作效應(yīng)較強，達極顯著水平。上述結(jié)果表明，在M2密度下，不施與增施硅鈣鉀鎂肥的產(chǎn)量均為最高，增施硅鈣鉀鎂肥能顯著增加水稻有效穗數(shù)，進而提高水稻產(chǎn)量。

2.2 硅鈣鉀鎂肥和密度處理對水稻主要生育時期干物質(zhì)積累的影響

由表2可知，增施硅鈣鉀鎂肥處理對水稻主要生育時期葉片干物質(zhì)積累影響顯著或極顯著，不施肥處理對水稻各主要生育時期的干物質(zhì)積累影響顯著，2年試驗結(jié)果基本一致。從不同密度處理與施硅鈣鉀鎂肥的交互作用來看，硅鈣鉀鎂肥和不同密度處理對各時期莖和穗部干物質(zhì)積累影響顯著。

在拔節(jié)期，2種處理下年際間以2021年的植株干物質(zhì)積累量最高，M2和GM2處理顯著提高了水稻拔節(jié)期干物質(zhì)積累，M2較M1、M3、M4處理高9.34%、14.82%、13.08%，GM2 較GM1、GM3、GM4處理高38.35%、13.28%、34.31%。M2和GM2顯著提高了水稻齊穗期干物質(zhì)積累，M2 較M1、M3、M4 處理高21.44%、35.97%、12.23%，GM2 較GM1、GM3、GM4處理高10.77%、32.79%、29.05%。除M4處理外，M2和GM2處理較其他處理顯著提高了水稻成熟期干物質(zhì)積累，M2較M1、M3、M4處理提高18.33%、25.46%、0.37%，GM2 較GM1、GM3、GM4處理提高17.95%、51.56%、25.79%。上述結(jié)果表明，M2和GM2處理更有利于水稻植株群體干物質(zhì)的積累，相對而言，增施硅鈣鉀鎂肥處理對葉片干物質(zhì)積累影響較大。

2.3 莖蘗動態(tài)分析

2種處理下，水稻單穴分蘗隨生育進程呈先上升后下降的趨勢（圖2）。水稻單穴分蘗能力與移栽密度表現(xiàn)為負相關(guān)關(guān)系，隨移栽密度的減小單穴分蘗能力逐漸增強，2年的整體趨勢基本一致，因而群體分蘗主要采用2020年的數(shù)據(jù)進行分析。水稻群體單位面積分蘗數(shù)隨密度的減小呈下降趨勢。增施硅鈣鉀鎂肥處理顯著增強了水稻的分蘗能力，在移栽后32～35 d，相同密度下，2種處理水稻的分蘗速率相當(dāng)，此后的12～17 d，增施硅鈣鉀鎂肥處理稻單穴分蘗數(shù)迅速上升，并超過不施肥處理。在2年的試驗中，不同處理下水稻在移栽后44和50 d左右達到最高分蘗，此后開始下降。除GM4處理外，其他增施硅鈣鉀鎂肥處理下降速率較為平緩。增施硅鈣鉀鎂肥處理較不施肥處理分蘗成穗率提高1.13%～12.68%。

2.4 成穗結(jié)構(gòu)及葉面積指數(shù)分析

為進一步探明增施硅鈣鉀鎂肥對水稻產(chǎn)量形成的影響因素，第2年試驗增加了對其成穗結(jié)構(gòu)的調(diào)查（圖3）。隨移栽密度的減小，水稻的一次分蘗數(shù)逐漸增加，二次分蘗數(shù)呈現(xiàn)出先減小后增加的趨勢，M4處理下一次分蘗和二次分蘗數(shù)最多。不施肥處理下，水稻一、二次分蘗數(shù)分別為7.0～13.6和3.6～5.4個。增施硅鈣鉀鎂肥處理下，‘晶兩優(yōu)534的一、二次分蘗數(shù)分別為10.0～15.8和1.6～5.4個，較不施肥處理一次分蘗數(shù)增加16.18%～42.86%，差異極顯著；M1、M2密度條件下二次分蘗數(shù)表現(xiàn)出下降趨勢。主莖穗對產(chǎn)量的貢獻率隨密度的減小而下降，一次分蘗的貢獻率隨密度的減小而上升。不施肥處理下，二次分蘗對產(chǎn)量的貢獻率隨密度的減小而下降，一次分蘗對籽粒產(chǎn)量的貢獻率變幅為62.99%～75.69%，二次分蘗對產(chǎn)量的貢獻率變幅為18.20%～25.80%。較不施肥處理，增施硅鈣鉀鎂肥處理下主莖穗對產(chǎn)量的貢獻率影響不明顯，一次分蘗對產(chǎn)量的貢獻率為74.26%～78.44%，較不施肥處理增加2.75%～11.27%，二次分蘗對產(chǎn)量的貢獻率較不施肥處理減少2.57%～10.44%。綜上，在本試驗條件下，移栽密度的減小顯著增加水稻的一次分蘗數(shù)，增施硅鈣鉀鎂肥處理顯著增加水稻一次分蘗數(shù)，一次分蘗對產(chǎn)量貢獻率最大。

2種處理對水稻拔節(jié)期葉面積指數(shù)的影響如圖4所示，可以看出，增施硅鈣鉀鎂肥處理除了M3處理在對葉面積指數(shù)的影響顯著外，其余處理均無顯著影響，2個處理拔節(jié)期葉面積指數(shù)均在第3個密度下達到最大值。齊穗時，M1、M2處理差異不顯著，M3、M4處理葉面積指數(shù)顯著下降。除GM3外，增施硅鈣鉀鎂肥處理顯著增加了水稻齊穗期葉面積指數(shù)，GM2處理的葉面積指數(shù)顯著高于其他處理。相關(guān)分析結(jié)果表明，水稻產(chǎn)量與齊穗期葉面積指數(shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（R2=0.859，P<0.01）。

3 討論

3.1 硅鈣鉀鎂肥和不同密度處理下水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成

水稻產(chǎn)量的形成除了與自身的遺傳因素相關(guān)外，還與環(huán)境和栽培措施等密切相關(guān)[12]。合理的移栽密度是建立水稻高產(chǎn)群體的重要因素之一[13]。在常規(guī)移栽方式下，16.65萬～21.45萬株·hm-2密度范圍下水稻產(chǎn)量最高[14]。龍旭等[15]研究表明，強化栽培模式下高產(chǎn)水稻適宜栽培密度為9.0萬～13.5萬株·hm-2。本研究中，隨著水稻移栽密度的減小，水稻產(chǎn)量呈先增后降的趨勢。水稻移栽密度為16萬株·hm-2時，2種處理下的產(chǎn)量最高。連續(xù)2年的試驗中M3和M4處理間產(chǎn)量差異均不顯著，說明在常規(guī)施氮處理中2個移栽密度下水稻的氮肥利用率相似。M2和GM2處理的干物質(zhì)積累量顯著高于其他處理，在水稻主要生育時期，較高的干物質(zhì)積累是獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵[16]。合理的移栽密度有利于作物對氮素營養(yǎng)的吸收利用[17]，秦儉等[18]研究發(fā)現(xiàn)，提高移栽密度能夠顯著提升氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力。合理的移栽密度還有利于優(yōu)化水稻群體質(zhì)量，提高有效穗數(shù)[19]。通過對比M1、M2、M3、M4處理的產(chǎn)量構(gòu)成因素發(fā)現(xiàn)，在較高（M2）的移栽密度下水稻有效穗數(shù)顯著提高，這與劉紅江等[20]研究結(jié)論相似。在同一處理下，2021年水稻具有較低的千粒重，但由于更高的每穗總粒數(shù)和結(jié)實率，2021年水稻產(chǎn)量顯著高于2020年。2020年較低的結(jié)實率跟水稻灌漿時遭遇陰雨寡照天氣有關(guān)。

硅鈣鉀鎂肥屬于弱堿性肥料，施用一定量的硅鈣鉀鎂肥能顯著提高耕層的交換性Ca2+、Mg2+和K+含量，有效改良了稻田（0—30 cm）土壤酸性[7]，對提高作物氮素利用具有重要意義[21]。在本研究中，增施硅鈣鉀鎂肥處理能夠顯著增加水稻產(chǎn)量，其中，以GM2處理的理論產(chǎn)量最高。增施硅鈣鉀鎂肥顯著提高水稻干物質(zhì)積累，尤其是葉片干物質(zhì)。增施含硅肥料能夠提高土壤供硅能力，增加水稻對硅的吸收，促進水稻生長發(fā)育[22]。研究表明，增施硅鈣鉀鎂肥可增大土壤中有效態(tài)鈣、鉀等，使作物可吸收的礦質(zhì)元素顯著增加[23]。此外，增施硅鈣鉀鎂肥處理顯著提高了水稻有效穗數(shù)，這可能與增施硅鈣鉀鎂肥處理提高了土壤養(yǎng)分有關(guān)。Mg2+對葉綠素合成有促進作用，使水稻生育后期光合效率得到提升。增施硅鈣鉀鎂肥能夠增加水稻葉面積指數(shù)，促進源的發(fā)育，而水稻花后有效葉面積指數(shù)與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，進一步說明水稻灌漿期充足的養(yǎng)分供給是GM2處理獲得顯著高產(chǎn)的關(guān)鍵因素[6]。同比相同移栽密度2種處理下水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素，發(fā)現(xiàn)第1年增施硅鈣鉀鎂肥顯著增加有效穗數(shù)，每穗總粒數(shù)顯著減少；第2年增施硅鈣鉀鎂肥顯著增加有效穗數(shù)，但對每穗總粒數(shù)影響較小，這與葉建海等[24]研究結(jié)果相似。

3.2 增施硅鈣鉀鎂肥和不同密度處理對水稻分蘗的影響

移栽密度是影響水稻分蘗發(fā)生的因素之一，一般來說，提高移栽密度會增加單位面積上的分蘗數(shù)[4]。田廣麗等[5]研究表明，在相同氮水平上，低移栽密度更有利于水稻個體生長，但高移栽密度更有利于高產(chǎn)群體的建立。在本研究中，隨著移栽密度的減小，盡管在低移栽密度下單株最大分蘗數(shù)顯著增加，但這種增加不足以彌補水稻密度的降低。通過對水稻成穗結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，水稻一次分蘗對籽粒產(chǎn)量的貢獻率最大，而移栽密度的減小能夠顯著增加水稻的一次分蘗，增施硅鈣鉀鎂肥處理同樣顯著增加水稻一次分蘗。在低移栽密度下，水稻二次分蘗也增加，但穗型較小，群體質(zhì)量不佳。當(dāng)移栽密度較低時，基本苗過少導(dǎo)致高位分蘗增加，群體生長不足，有效分蘗減少；移栽密度過大，群體莖蘗數(shù)較多使個體生長受限，不利于提高成穗率[25]。適當(dāng)提高移栽密度可顯著增加有效穗數(shù)，從而增加水稻群體產(chǎn)量[14]。本研究對增施硅鈣鉀鎂肥和密度影響雜交稻產(chǎn)量形成的研究主要側(cè)重于其農(nóng)藝性狀，因此，在今后的試驗中，對其增產(chǎn)的生理機制還有待進一步研究和明確。

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（責(zé)任編輯：胡立霞）