稻殼可溶性硅肥對水稻抗倒伏能力及產(chǎn)量的影響

摘要：為探究硅肥高效利用，促進水稻增產(chǎn)及提高水稻抗倒伏能力，以稻殼為原料的可溶性硅肥為研究對象，選取五優(yōu)稻4號為供試材料，通過對水稻不同時期及施用不同濃度稻殼可溶性硅肥探究其對水稻抗倒伏能力及產(chǎn)量的影響。試驗設(shè)置5個施肥處理，大區(qū)試驗不設(shè)重復(fù)，于分蘗期（7月13日）分別噴施可溶性硅肥1.5 L·hm-2（A）、3.0 L·hm-2（B），分蘗期和抽穗期（7月29日）兩次噴施可溶性硅肥1.5 L·hm-2（C）、3.0 L·hm-2（D）及噴施清水組（CK）。結(jié)果表明，分蘗期和抽穗期兩次噴施可溶性硅肥3.0 L·hm-2（D）處理水稻產(chǎn)量及糙米率均最高，分別達到8 389 kg·hm-2及80.6%，其水稻倒數(shù)第二莖節(jié)長度為18.29 cm較對照（CK）倒數(shù)第二莖節(jié)長度24.58 cm縮短6.29 cm。分蘗期及抽穗期兩次施用可溶性硅肥較分蘗期單次施用可溶性硅肥，對于水稻增產(chǎn)及抗倒伏能力均有更好的促進效果。說明稻殼可溶性硅肥對寒地水稻增產(chǎn)及提高抗倒伏性能力有顯著效果。

關(guān)鍵詞：可溶性硅肥；水稻；產(chǎn)量；抗倒伏

水稻是典型的喜硅作物， 有“硅酸植物的代表”之稱[1]。水稻在生長階段和成熟階段都需要硅[2]。隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，硅元素已經(jīng)被全球土壤學(xué)家們認為是第四種植物營養(yǎng)元素，許多發(fā)達國家已經(jīng)把硅肥當(dāng)作第四種肥料施用[3]。硅肥是一種以硅元素為主或含有硅元素的微堿性肥料，我國硅肥研發(fā)起步晚，產(chǎn)品產(chǎn)量少，市場巨大。硅肥是一種優(yōu)秀的品質(zhì)肥料、保健肥料和植物調(diào)節(jié)性肥料，是其他化學(xué)肥料無法比擬的一種新型多功能肥料，不僅為植物生長提供必不可少的養(yǎng)分，又可以作為土壤調(diào)理劑，改良土壤。硅肥能提供一種硅禾本科植物生長需要的硅元素，能有效促進植物光合作用[4]。硅能提高水稻根系的活力， 提高水稻同化CO2的能力， 減輕Fe2+、Mn2+等重金屬的毒害， 改善作物磷素營養(yǎng)， 提高水稻抗倒伏與抗病害等能力。隨著水稻先進栽培技術(shù)的推廣應(yīng)用和水稻施硅肥量的逐年提高， 硅肥的作用日益突出，硅元素能夠明顯提高水稻產(chǎn)量、抵御環(huán)境脅迫，增強抗倒伏能力。但現(xiàn)有硅肥普遍存在可溶性低、利用率差等問題[5]。研究表明， 水稻吸收的硅超過氮、磷、鉀三要素的總需求量，每生產(chǎn)100 kg水稻籽粒需22 kg的硅， 是氮、磷、鉀三要素總量的4.4倍[1，6]。張陽等[7]田間試驗表明，葉面噴施硅肥的水稻植株顏色更綠、莖稈更粗壯且抗倒伏，分蘗數(shù)、穗數(shù)、每穗的實粒數(shù)、千粒重及產(chǎn)量均有提高。肖路飛等[8]研究表明，稻殼中含有約20%的二氧化硅等無機成分；稻殼在進行能源化利用時，稻殼灰是其主要的固態(tài)副產(chǎn)物。稻殼中積累了大量的硅，其灰分含量較高約為質(zhì)量的20%，通過堿化灼燒可以將其中硅轉(zhuǎn)化成可溶性能夠被植物利用的形式。因此將稻殼中的硅作為肥料返回原始稻田，是一種可行性強、潛力大且生態(tài)環(huán)保的技術(shù)手段。

水稻受遺傳特性、植株形態(tài)等內(nèi)在因素，自然條件、耕作栽培條件和措施等外在因素影響，會導(dǎo)致不同程度的倒伏現(xiàn)象，從而降低產(chǎn)量、影響稻米品質(zhì)[9]。據(jù)相關(guān)資料顯示，由于部分水稻熟期晚、耐肥性差，育苗時播種量過大導(dǎo)致秧苗素質(zhì)弱且不均，為了追求高產(chǎn)大量施用氮肥，田間管理措施不當(dāng)，受秋季大風(fēng)、強降雨天氣等影響，極易倒伏[10]。因此，需通過施肥等田間管理，提高其抗倒伏能力改善稻米品質(zhì)。黑龍江省五常市現(xiàn)種植面積最大的品種為五優(yōu)稻 4號，其香味特殊、品質(zhì)優(yōu)越，被市場廣泛認可[10]。本研究選用五優(yōu)稻 4號作為供試品種，通過對寒地水稻不同時期及施用不同濃度稻殼可溶性硅肥探究其對水稻抗倒伏能力及產(chǎn)量的影響，旨在為促進硅肥高效利用及水稻增產(chǎn)、抗倒伏提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

水稻試驗地設(shè)在黑龍江省五常市營城子鄉(xiāng)靠河屯（45°10′37″N，126°52′35″E，海拔164 m）。試

驗區(qū)域的主要氣候為中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，其特點是春季多風(fēng)，夏季炎熱，秋季干旱，冬季嚴寒。多年平均氣溫3.5 ℃，一年活動積溫為2 948 ℃，日照時間是2 443 h，年平均降水量為606 mm，全年無霜期在160 d左右。該試驗區(qū)作物的種植方式為一年一熟。試驗地土壤的理化性質(zhì)詳見表1。

1.2 材料

本試驗選用水稻品種五優(yōu)稻4號。

自制稻殼可溶性硅肥（哈爾濱工大華實環(huán)保科技有限公司）。其中，稻殼納米硅主要成分為納米二氧化硅（其中SiO2含量在95.64%～97.94%，濃度為120 g·L-1），粉狀，其BET單點比表面積為86.516 m2·g-1，吸附平均孔徑為6.118 nm，一次粒徑30～50 nm，擁有天然三維納米級孔洞，重金屬含量達到食品添加劑標(biāo)準(zhǔn)，鉛為0.3 mg·kg-1，重金屬（以Pb計）lt;30 mg·kg-1。

1.3 方法

1.3.1 試驗設(shè)計

由表2可知，本研究設(shè)5個處理，大區(qū)試驗不設(shè)重復(fù)，各處理面積1 000 m2?？扇苄怨璺史謩e于分蘗期（7月13日）和抽穗期（7月29日）噴施。各處理常規(guī)施肥施用尿素（總氮質(zhì)量分數(shù)≥46%）150 kg·hm-2，其中30%基施、40%拔節(jié)期追施、30%分蘗期追施；磷酸二銨（總氮質(zhì)量分數(shù)≥18%，P2O5質(zhì)量分數(shù)≥46%）60 kg·hm-2，全部基施；氯化鉀（K2O質(zhì)量分數(shù)≥60%）75 kg·hm-2，其中70%基施、30%分蘗期追施。

1.3.2 測定項目及方法

產(chǎn)量及構(gòu)成因素測定：在水稻成熟期測定產(chǎn)量、穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。

莖節(jié)長度測量：每個處理中隨機選取樣本，截取水稻倒數(shù)第二莖節(jié)，測量莖節(jié)長度取平均值。

糙米率測定：成熟期，稻谷試樣完全脫殼后，稱量并計算糙米率（糙米質(zhì)量占原始試樣質(zhì)量的百分率）。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2007進行試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和作圖，利用SPSS 20進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 可溶性硅肥對水稻產(chǎn)量的影響

由圖1可知，4個硅肥處理較CK對照組產(chǎn)量均有明顯提高，CK、A、B、C、D處理水稻產(chǎn)量分別為4 131，6 209，6 540，7 717和8 389 kg·hm-2，說明可溶性硅肥對水稻增產(chǎn)有明顯促進效果，并且不同時期噴施可溶性硅肥、不同可溶性硅肥噴施量均可顯著影響水稻產(chǎn)量。

通過對比發(fā)現(xiàn)，B處理較A處理、D處理較C處理產(chǎn)量均有一定提高，說明同時期施硅肥濃度越高增產(chǎn)效果越明顯，但差異不顯著。其中D處理兩次噴施自制可溶性硅肥3.0 L·hm-2的產(chǎn)量最高，達到8 389 kg·hm-2，較CK顯著提高103.07%。分蘗期和抽穗期兩次噴施可溶性硅肥的C處理、D處理，產(chǎn)量僅比分蘗期噴施的A處理和B處理可溶性硅肥顯著提高。

2.2 可溶性硅肥對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

2.2.1 穗數(shù)

由表3可知，在水稻分蘗期和抽穗期兩次噴施可溶性硅肥的C處理和D處理可以提高水稻穗數(shù)，但未達到顯著水平，A處理和B處理并未達到提高水稻穗數(shù)的效果。D處理水稻穗數(shù)最多，且顯著高于A處理、B處理，較CK提高19%，但差異不顯著。C處理對比除D處理外的其余處理水稻穗數(shù)有所增加，但只顯著高于A處理，與其余處理差異不顯著。分蘗期噴施自制可溶性硅肥3.0 L·hm-2的B處理，水稻穗數(shù)最少。

2.2.2 穗粒數(shù)

硅肥處理較CK對照組水稻穗粒數(shù)均有顯著提高，即分蘗期和抽穗期噴施可溶性硅肥可顯著提高水稻穗粒數(shù)。其中A處理水稻穗粒數(shù)最多，較CK對照提高75.8%，且達到顯著水平。對比C處理與A處理、D處理與B處理，分蘗期單次施用可溶性硅肥與分蘗期和抽穗期兩次施用同濃度可溶性硅肥的施用效果相差不大。同時對比A處理與B處理、C處理與D處理，可以看出1.5 L·hm-2的可溶性硅肥噴施量對水稻穗粒數(shù)的增加效果更加明顯（表3）。

2.2.3 千粒重

不同硅肥處理使水稻千粒重較CK均有增加，但影響均不顯著。噴施可溶性硅肥3.0 L·hm-2的B處理和D處理較噴施可溶性硅肥1.5 L·hm-2的A處理和C處理有一定提高，但差異不顯著。其中B處理水稻千粒重最高，達25.82 g，較CK對照提高11.10%但未達到顯著水平（表3）。

2.3 可溶性硅肥對水稻倒數(shù)第二莖節(jié)長度的影響

由圖2可知，各處理水稻倒數(shù)第二莖節(jié)長度較CK均有下降，CK、A、B、C、D處理水稻倒數(shù)第二莖節(jié)長度分別為24.58，22.36，21.54，19.28和18.29 cm，除A處理長度雖然降低但與CK差異不顯著以外，其他各處理顯著低于CK。C、D處理較A、B處理，分別顯著降低了倒數(shù)第二莖節(jié)長度，說明兩次施用對降低水稻倒數(shù)第二莖節(jié)長度效果更顯著。其中D處理兩次噴施自制可溶性硅肥3.0 L·hm-2時水稻倒數(shù)第二莖節(jié)長度最短，為18.29 cm，較CK對照顯著降低25.59%。由此表明，硅元素的添加可以通過縮短水稻基部的長度來降低水稻的重心，達到抗倒伏的目的。

2.4 可溶性硅肥對水稻糙米率的影響

由圖3可知，不同硅肥處理水稻糙米率較CK均有提高，即分蘗期單次或分蘗期和抽穗期兩次噴施可溶性硅肥1.5和3.0 L·hm-2均可提高水稻糙米率。

C處理高于A處理，且D處理顯著高于B處理，說明分蘗期及抽穗期兩次施用可溶性硅肥較分蘗期單次施用可溶性硅肥對提高水稻糙米率效果更顯著。其中D處理兩次噴施自制可溶性硅肥3.0 L·hm-2時水稻糙米率最高達到80.6%，顯著高于其他處理，并且較CK對照提高9.1%。C處理兩次噴施自制可溶性硅肥1.5 L·hm-2時水稻糙米率為77.4%，較CK顯著提高4.7%。

3 討論

3.1 硅肥對水稻產(chǎn)量的影響

硅肥的施用量對水稻產(chǎn)量有著顯著影響。任學(xué)坤等[11]研究表明，硅肥可以增加水稻的產(chǎn)量及其構(gòu)成，如穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、結(jié)實率。馬波[12]研究指出施用硅肥能顯著增加糙米率、每穗粒數(shù)、千粒重，但不能增加有效穗數(shù)。魏曉東等[13]研究結(jié)果顯示，施用硅肥有使稻米糙米率和精米率下降的趨勢。姜灝[14]的研究顯示噴施液體硅肥處理的水稻精米率、整精米率、正常粒率較常規(guī)對照有明顯提高，說明液體硅肥有改善水稻碾磨品質(zhì)及外觀品質(zhì)的作用。蔣亞等[15]研究表明增施硅肥能夠增加土壤有機質(zhì)含量、全氮含量和陽離子交換量，水稻莖葉和籽粒中全氮、全磷、全鉀含量隨硅肥施用量的增加而增加；增施硅肥可提高水稻穗數(shù)和穗粒數(shù)從而促進水稻增產(chǎn)。楊國英等[16]研究表明，施用硅肥可促進水稻生長，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)實率和產(chǎn)量。本研究表明，稻殼可溶性硅肥能夠使水稻穗粒數(shù)顯著增加，千粒重增大，糙米率提高，而對有效穗數(shù)的影響不顯著，說明可溶性硅肥主要通過提高有效穗粒數(shù)來實現(xiàn)水稻產(chǎn)量的增加。因此施用硅肥對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的改善及水稻增產(chǎn)至關(guān)重要。同時在實際生產(chǎn)中，硅肥的應(yīng)用要結(jié)合土壤有效硅含量以及作物吸收硅元素效率，來制定合適的硅肥施用量及施肥技術(shù)以達到增加產(chǎn)量的效果。

3.2 硅肥對水稻莖稈抗倒伏特性的影響

水稻的莖稈長度與其抗倒伏能力密切相關(guān)。王艷紅等[17]研究認為水稻噴施葉面硅肥能夠促進莖稈增粗， 增強莖稈強度， 提高抗倒伏能力， 田間抗病能力也有所增強， 對水稻高產(chǎn)起到了至關(guān)重要的作用。鄭路等[18]研究表明，大田倒伏水稻樣品的成熟期莖葉中硅含量僅6.76%，低于施硅處理樣品而與未施硅的對照樣品相當(dāng)，缺硅會使水稻容易倒伏。孫羽等[19]研究認為，要根據(jù)一定比例施肥來保證均衡施肥，增加硅肥能提高植株的抗倒性，防止水稻倒伏。于廣武等[20]研究認為硅素能夠增強植株基部的秸稈強度，提高水稻內(nèi)部的通氣性和水稻導(dǎo)管的剛性，防止根系早衰與腐爛，使根系發(fā)達進而增強水稻的抗倒伏能力。水稻倒伏發(fā)生在莖稈強度不足以支撐外界環(huán)境（大風(fēng)、暴雨等）對植株壓力的情況下，因此增強莖稈的機械強度是提高水稻抗倒伏能力的重要途徑[21]。本研究表明，施用可溶性硅肥后，各處理水稻倒數(shù)第二莖節(jié)長度較對照都有降低，并且隨著硅肥施用量和施用次數(shù)的增加，降低趨勢更加明顯。由此可見稻殼可溶性硅肥對寒地水稻植株形態(tài)的影響較大，對于解決寒地水稻易倒伏問題及抵抗惡劣環(huán)境有重要作用。

3.3 不同時期施用硅肥的產(chǎn)量效應(yīng)

水稻對于硅元素的吸收，隨著其生育進程推進呈現(xiàn)出不同的吸收特點[22]。水稻對硅的吸收能力在不同生育時期差異較大，水稻在分蘗-抽穗期對硅的吸收能力最強，約為硅總吸收量的65.3%～66.5%，在移栽-分蘗期對硅的吸收能力最弱，約為9.1%～9.6%，成熟期吸收能力在兩者之間，約為23.8%～25.6%[5]。宋合林等[23]研究表明，在不同的生育期施硅肥，對水稻的生長和產(chǎn)量都有很好的促進作用，尤其是在拔節(jié)前施硅肥的效果最為顯著。龔金龍等[24]研究表明，施用硅肥具有顯著的增產(chǎn)效果，較對照增產(chǎn)4.59%～19.54%，隨著硅肥施用時期的推遲，產(chǎn)量呈先增后減趨勢。金正勛等[25]研究表明，在寒地水稻栽培上分蘗期至幼穗分化始期適量施用可溶性硅肥是提高水稻單產(chǎn)及抗倒性的重要栽培措施。吳如華[26]研究表明，在一定范圍內(nèi)，隨著硅肥施用量的增加，水稻的產(chǎn)量也得到相應(yīng)的提高，同時隨著硅肥施用期的延遲，水稻增產(chǎn)效果有較好的上升趨勢，且單次使用的效果沒有多次使用的效果明顯。吳倩[27]研究表明，水稻孕穗期施用硅肥可以達到增產(chǎn)效果，同時能夠促進稻穗的生長，提高水稻穗粒數(shù)。楊衛(wèi)健等[28]根據(jù)其研究結(jié)果建議在水稻中后期噴施 1～2 次硅肥，對提高水稻產(chǎn)量有積極意義。本研究發(fā)現(xiàn)，分蘗期及抽穗期兩次施用可溶性硅肥較分蘗期單次施用可溶性硅肥對水稻產(chǎn)量、穗數(shù)、糙米率均有顯著提高作用，對水稻倒數(shù)第二節(jié)莖節(jié)長度也有顯著改善，而對于水稻穗粒數(shù)及千粒重的影響未達到顯著水平，可見分蘗期和抽穗期施用硅肥對水稻產(chǎn)量有積極的促進作用。

3.4 自制稻殼可溶性硅肥應(yīng)用于提升水稻產(chǎn)量和抗倒伏能力的可行性探討

本研究自制的可溶性硅肥來源于植物，可溶于水能夠被農(nóng)作物直接吸收，肥料利用率較高，因此試驗中可不考慮人工回收硅肥的問題[29]。目前，國內(nèi)硅肥生產(chǎn)工藝主要有兩種：一是，人工合成的水溶性硅肥，以泡花堿等為原料經(jīng)過結(jié)晶造粒或噴霧干燥等方法制成，如硅酸鈉、硅酸鉀、過二硅酸鈉、偏硅酸鈉和主要成分為硅酸鈉及偏硅酸鈉的高效硅肥等，這種硅肥有效硅含量高，總硅含量在50% 左右；二是，利用煉鐵廠、發(fā)電廠、磷酸廠等廠家生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的固體廢料加入一定量的添加劑，利用機械磨細加工而成的硅肥。第一類人工合成的硅肥生產(chǎn)過程中會耗費大量石英礦石，資源消耗量較大，成本較高。第二類利用固體廢料添加助劑磨細加工而成的硅肥的生產(chǎn)工藝基本是采用“自然風(fēng)干爐渣-球磨-過篩-干燥”的流程，該方法生產(chǎn)的硅肥有效硅含量低，重金屬含量難以控制，效益低[4]。國內(nèi)稻殼產(chǎn)量逐年增加，對其加以回收利用不僅能提高資源利用價值，也能有效降低稻殼丟棄造成的環(huán)境污染，是有助于實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、綠色發(fā)展理念的重要實踐[29-30]。

研究表明，水稻抗倒伏能力與基部第一、第二伸長節(jié)間長度呈顯著負相關(guān)[31-32]。對于水稻的莖稈來說，抗倒性與基部第一、第二節(jié)有緊密的關(guān)系。莖稈的伸長節(jié)長度越小，水稻越不容易倒伏，尤其是基部伸長節(jié)第一、第二節(jié)的長度變化，會影響到整個植株的抗倒伏能力，所以伸長節(jié)要控制在一定的生長范圍內(nèi)。同時，也有研究表明莖稈粗度越大，抗倒伏能力并不會有明顯的提高[32]。因此在抗倒伏育種中，要注重縮短基部倒數(shù)第一、第二節(jié)間長度。本研究對自制稻殼可溶性硅肥對水稻抗倒伏能力進行了初步研究，后續(xù)研究中應(yīng)該考慮節(jié)間強度、株高、重心高度、莖粗以及莖壁厚度等相關(guān)倒伏指標(biāo)，同時還需要針對不同品種以及不同區(qū)域的水稻特點、抗性以及其他指標(biāo)進行研究分析。

4 結(jié)論

本研究表明，施用可溶性硅肥對水稻具有顯著的增產(chǎn)效果，分蘗期和抽穗期兩次噴施可溶性硅肥3.0 L·hm-2（處理D）較CK產(chǎn)量提高103.07%，隨硅肥施用量的增加，水稻產(chǎn)量、穗數(shù)、千粒重及糙米率都有相應(yīng)比例的增加。施用可溶性硅肥可以縮短水稻基部的長度，各處理水稻倒數(shù)第二莖節(jié)長度較對照有所降低，說明對于增強水稻抗倒伏能力有良好效果。分蘗期及抽穗期兩次施用可溶性硅肥較分蘗期單次施用可溶性硅肥，對于水稻產(chǎn)量及抗倒伏能力具有更好的促進效果。

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Effects of Rice Husk Soluble Silicon Fertilizer on Lodging Resistance and Yield of Rice

Abstract：Silicon fertilizer is the fourth large amount of elemental fertilizer for rice yield increase， and silicon significantly improves rice yield increase， resists environmental stress， and enhances the ability to resist collapse. However， the existing silicon fertilizer generally has low solubility and poor utilization. In order to explore how to efficiently utilize silicon fertilizer to achieve rice yield increase and improve the resistance to collapse. In this experiment， the soluble silicon fertilizer made from rice husk was used as the research object， and the rice Wuyoudao 4 was selected as the test crop variety to investigate the effect of rice husk soluble silicon fertilizer of different fertilization periods and diferent concentration on the lodging resistance and yield of rice. Five fertilization treatments were set up in the experiment， with no replications in the large-area experiment. 1.5 L·ha-1 （A） and 3.0 L·ha-1（B） of soluble silicon fertilizer were sprayed at the tillering stage （July 13）， and 1.5 L·ha-1（C） and 3.0 L·ha-1 （D） of soluble silicon fertilizer were sprayed at the tillering stage and the tasseling stage （July 29）， as well as the group of spraying clear water （CK）. The highest yield and brown rice rate of 8 389 kg·ha-1 and 80.6% were obtained with 3.0 L·ha-1 （D） sprayed at both tillering and tasseling stages， and the length of penultimate node of rice was 18.29 cm， which was 6.29 cm shorter than that of the control （CK） with penultimate node length of 24.58 cm. The results showed that the application of soluble silica fertilizer in both tillering and tasseling stage was more efficient than that of the control group. The application of soluble silicon fertilizer at the tillering and tasseling stages was more effective than that at the control （CK）. The results of this study showed that soluble silica fertilizer with rice husk had a significant effect on increasing yield and improving the lodging resistance of rice in cold region.

Keywords：soluble silicon fertilizer； rice； yield； lodging resistance