不同硅肥用量對水稻生長的影響研究

王茂輝，聶金泉，任 勇，林肖楠，李珂清，鐘春燕

（1.肇慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，廣東 肇慶 526070；2.玉林師范學(xué)院生物與制藥學(xué)院，廣西 玉林 537000）

【研究意義】水稻是廣東省最主要的糧食作物，每年稻谷產(chǎn)量占糧食作物產(chǎn)量的比例平均保持在76%以上，常年種植面積200萬hm2左右［1-2］。肇慶市地處廣東中西部、西江中游，自然條件優(yōu)越，農(nóng)業(yè)資源豐富，綠色優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品種類多，特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展良好，糧食、水果、蔬菜、畜禽、水產(chǎn)、南藥等產(chǎn)業(yè)區(qū)域優(yōu)勢明顯，是廣東重要的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)基地。水稻產(chǎn)業(yè)是肇慶市農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，多年來肇慶市十分重視糧食尤其是優(yōu)質(zhì)水稻的生產(chǎn)，全市糧食生產(chǎn)面積穩(wěn)定在21.73萬hm2左右，其中水稻面積16.73萬hm2，在穩(wěn)定水稻種植面積的同時，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)水稻種植面積15.07萬hm2，優(yōu)質(zhì)稻覆蓋率達90%。拉瓦錫在1787年首次發(fā)現(xiàn)硅存在于巖石中［3］，硅肥是一種很好的品質(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多功能肥料。硅肥屬于一種中量元素肥料，既可作肥料，提供養(yǎng)分，又可用作土壤調(diào)理劑，改良土壤，此外還兼有防病、防蟲和減毒的作用，將硅肥作為植物調(diào)節(jié)性肥料配合大量元素肥料使用十分重要［4］。【前人研究進展】研究表明，增施硅肥能顯著提高玉米作物產(chǎn)量［5］，提升其抗倒伏性［6］，增強植物抗旱性［7］。硅也是水稻良好生長所必需的元素，我國硅肥的研究始于20世紀(jì)70年代，先后在浙江、江西及江蘇等省份進行了硅肥對水稻增產(chǎn)的試驗研究［8］。硅肥不僅在水稻上得到推廣應(yīng)用，在水果類、蔬菜類以及煙草、茶葉、甘蔗等經(jīng)濟作物上也均得到應(yīng)用，在玉米等作物上應(yīng)用的研究也較多［9］。【本研究切入點】本試驗以常規(guī)稻為研究對象，設(shè)置不同硅肥施用量，研究硅肥對水稻主要形態(tài)特征、生理生化指標(biāo)、產(chǎn)量的影響，同時監(jiān)測水稻生育期內(nèi)病蟲害的發(fā)生情況。【擬解決的關(guān)鍵問題】通過對不同硅肥的使用量，探究不同硅肥對水稻生長、產(chǎn)量、抗倒性、根系生長及莖稈硅含量等指標(biāo)的影響進行分析，旨在為肇慶地區(qū)常規(guī)稻高產(chǎn)節(jié)本栽培提供依據(jù)，以便于優(yōu)質(zhì)水稻在肇慶地區(qū)的推廣應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試水稻品種包括粵禾絲苗［10］、美香占2號［11］和象牙香占［12］。粵禾絲苗為感溫型常規(guī)稻品種，豐產(chǎn)性較好，米質(zhì)鑒定為國標(biāo)優(yōu)質(zhì)2級和省標(biāo)優(yōu)質(zhì)2級，同時還具有植株矮壯、株型中集、分蘗力中及抗倒力強、耐寒性中、后期熟色好等特點，高抗稻瘟病，中抗白葉枯病，適宜廣東省粵北以外稻作區(qū)早、晚造種植。美香占2號為感溫型常規(guī)稻品種，晚造米質(zhì)達國標(biāo)和省標(biāo)優(yōu)質(zhì)2級，有香味，中感稻瘟病和白葉枯病，后期耐寒力中弱。適宜我省各稻作區(qū)早、晚造種植，栽培上要注意防治稻瘟病和白葉枯病。象牙香占為感溫型常規(guī)稻品種，植株較高，株型適中，有效穗多，穗長，著粒疏，后期熟色尚好，整齊度較好，抗倒性中等，耐寒性弱。米質(zhì)達國標(biāo)和省標(biāo)優(yōu)質(zhì)特級。

硅肥為奧斯科工業(yè)集團生產(chǎn)的礦物硅（SiO2＞70%）。

1.2 試驗方法

試驗于2018年晚季在肇慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所基地進行，設(shè)不施硅肥（CK）和施硅肥90、180、270 kg/hm24個處理，3次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2（10 m×2 m）。水稻于2018年7月21日播種，8月9日移栽，株行距均為19.8 cm×19.8 cm，小區(qū)間作埂隔離，保證單獨排灌。灌漿結(jié)實期間歇灌溉，干濕交替，收割前7 d斷水?dāng)R田。

常規(guī)施肥管理，基肥：根據(jù)水稻生理需求配施氮、磷、鉀肥，尿素（純N 46.4%）97.5 kg/hm2、過磷酸鈣（P2O512%）125 kg/hm2、氯化鉀（K2O 60%）112.5 kg/hm2。追肥：第1次，氮肥（尿素）75 kg/hm2，鉀肥（KCl）75 kg/hm2；第2次，復(fù)合肥（15-15-15）150 kg/hm2；第3次，復(fù)合肥（15-15-15）150 kg/hm2。

其他田間管理和病蟲害防治同常規(guī)高產(chǎn)栽培管理，注意秧苗期防治福壽螺。病蟲害防治：插秧前2～3 d噴送嫁藥，防治福壽螺、稻薊馬、稻葉蟬、稻飛虱等；施分化肥后7～10 d噴孕穗藥，防治紋枯病、二化螟和三化螟；始穗期噴破口藥，防治稻縱卷葉螟、稻飛虱、紋枯病和稻瘟病。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量 水稻收獲前2 d每個小區(qū)按對角線3點取樣，連續(xù)取3穴考查株高、單株穗重、有效穗數(shù)、穗長等農(nóng)藝性狀，同時考察每穗實粒數(shù)、空粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因子。田間實收測產(chǎn)，每小區(qū)取樣收割面積3 m2，脫粒后晾曬并稱重，計算小區(qū)產(chǎn)量和單產(chǎn)。

1.3.2 莖稈強度 采用數(shù)顯植物莖稈強度檢測儀（型號為YYD-1A）對各處理小區(qū)水稻莖稈強度進行測量，于齊穗期、齊穗14 d和成熟期每小區(qū)選3個點，每點選3穴進行測量。測量時將儀器置于離地20 cm高處，水平推動水稻莖稈直到植株與地面呈45°夾角，讀取壓力值。

1.3.3 根系形態(tài)指標(biāo) 于水稻分蘗期在田間取樣，將根系洗干凈后用WinRhizo RegV 2004a根系分析系統(tǒng)（加拿大Regent公司）進行測定。測定方法：將根系樣品放置在30 cm×40 cm樹脂玻璃槽內(nèi)，注水3～4 mm使根系充分散開，用雙面光源掃描系統(tǒng)（EPSON Expression 1640XI，美國EPSON公司）掃描根系，用WinRhizo Reg V 2004a分析獲得根系長度、根系投影面積、根體積等指標(biāo)數(shù)據(jù)。根系干重采用烘干法（105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒量）測定。

1.3.4 莖稈硅含量 成熟期取水稻莖稈，放在塑封袋中送樣檢測N、P、K、Si及有機質(zhì)等，委托青島正信檢測分析有限公司進行檢測，檢測依據(jù)ICP-MS、ICP-OES、LY/T1228-2015、NY/T1121.6-2006。

試驗數(shù)據(jù)運用Microsoft Excel軟件錄入、計算，用SPASS軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同硅肥施用量對水稻主要農(nóng)藝性狀的影響

通過對試驗材料主要農(nóng)藝性狀指標(biāo)分析，結(jié)果（表1）顯示，美香占2號不施硅肥對照株高為78.78 cm、穗長為18.80 cm、每穴實粒數(shù)為1 161.33粒、結(jié)實率為76.67%、千粒重為18.94 g，各項農(nóng)藝性狀指標(biāo)隨著硅肥施用量增加而隨之升高，以高硅肥處理最高，4個硅肥處理的株高、穗長、總粒數(shù)差異顯著；不同硅肥施用量處理對粵禾絲苗、象牙香占主要農(nóng)藝性狀指標(biāo)的影響與美香占2號相似。說明硅肥的施用有利于水稻植株的營養(yǎng)吸收利用，促進植株生長，適當(dāng)提高稻谷結(jié)實率和千粒重。

在水稻成熟期，對不同水稻品種和硅肥處理進行測產(chǎn)，分析不同水稻品種和硅肥處理植株的有效穗數(shù)和實際產(chǎn)量的差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，美香占2號不施硅肥對照有效穗數(shù)為12.67 萬條/667m2，低硅肥處理（90 kg/hm2）、中硅肥處理（180 kg/hm2）、高硅肥處理（270 kg/hm2）有效穗數(shù)分別為12.78萬、13.00萬、14.33萬條/667m2；對照實際產(chǎn)量為5 416.67 kg/hm2，隨著硅肥施用量的增加產(chǎn)量也增加（表1）。不同硅肥施用量處理對粵禾絲苗、象牙香占有效穗數(shù)和實際產(chǎn)量的影響與美香占2號相同，產(chǎn)量均隨著硅肥施用量的增加均略有升高，說明硅肥的施用能促進植株營養(yǎng)的吸收與轉(zhuǎn)化，提升水稻產(chǎn)量。

表1 不同品種和硅肥處理主要農(nóng)藝性狀指標(biāo)測定結(jié)果Table 1 Determination results of main agronomic traits of different varieties under various silicon fertilizer treatments

2.2 不同硅肥施用量對水稻抗倒伏指標(biāo)的影響

由表2可知，不同硅肥施用量處理及不同生育期美香占2號的莖稈強度不同，抽穗期對照的莖稈強度僅為10.95 N，施用硅肥后莖稈強度最大增加至12.91 N，但不同硅肥施用量處理間的莖稈強度無顯著差異。成熟期莖稈強度的提升有在不同硅肥施量具有差異；成熟期隨著硅肥施用量增加莖稈不同部位粗細均有增加，高硅肥處理（270 kg/hm2）莖上部、莖中部、莖基部的直徑分別為1.65、2.75、5.30 mm。不同硅肥施用量對粵禾絲苗、象牙香占的莖稈強度和莖稈粗細的影響與美香占2號相同，均隨著硅肥施量的增加各指標(biāo)均略有升高，說明硅肥的施用能夠提升植株的綜合抗倒伏能力。

表2 不同品種和硅肥處理抗倒伏指標(biāo)測定結(jié)果Table 2 Determination results of lodging resistance indexes of different varieties under various silicon fertilizer treatments

2.3 不同硅肥施用量對水稻根系形態(tài)指標(biāo)的影響

由圖1、表3可知，低硅肥處理（90 kg/hm2）和中硅肥處理（180 kg/hm2）水稻根系較發(fā)達。以美香粘2號為例，不施硅肥對照分蘗期總根長3 022 cm、根表面積861 cm2、根體積19.34 cm3、根尖數(shù)6 836條、根鮮重19.3 g、根干重2.03 g，均為最低，各指標(biāo)以低硅肥處理（90 kg/hm2）最高，分別為總根長5 491 cm、根表面積1 416 cm2、平均根徑2.48 mm、根體積29.15 cm3、根尖數(shù)13 157條、根鮮重27.28 g、根干重2.48 g，且不同硅肥施用量處理根系各指標(biāo)差異顯著（表3），說明施用適量硅肥能促進水稻根系的生長。

2.4 不同硅肥施用量對水稻莖稈硅含量的影響

對不同品種和硅肥處理水稻莖稈硅含量測定的結(jié)果（表4）顯示，美香占2號植株莖稈硅含量最低為對照120.01 mg/kg，最高為高硅肥處理（270 kg/hm2）217.63 mg/kg，低硅肥處理（90 kg/hm2）和中硅肥處理（180 kg/hm2）莖稈硅含量分別為188.64、159.57 mg/kg，不同硅肥處理間差異顯著，表明隨著硅肥施用量的增加植株莖稈硅含量也有增加；粵禾絲苗莖稈硅含量最低為中硅肥處理（93.40 mg/kg）、最高為高硅肥處理（397.91 mg/kg），象牙香占莖稈硅含量最低為中硅肥處理（97.48 mg/kg），最高為低硅肥處理（881.31 mg/kg），均與美香占2號不同，硅肥施用量與植株莖稈硅含量不成正比。

3 討論

圖1 不同硅肥處理美香粘2號分蘗期根系掃描結(jié)果Fig.1 Scanning results of root system of Meixiangzhan 2 at tillering stage under different silicon fertilizer treatments

表3 不同硅肥處理美香占2號分蘗期根系掃描數(shù)據(jù)Table 3 Root scanning data of Meixiangzhan 2 at tillering stage under different silicon fertilizer treatments

表4 不同品種和硅肥處理莖稈硅含量Table 4 Silicon contents in stems of different varieties under various silicon fertilizer treatments

水稻植株生長環(huán)境的肥力水平影響著其群體和個體的發(fā)育，進而影響水稻產(chǎn)量及水稻種植的經(jīng)濟效益。硅是水稻等禾本科作物生長發(fā)育的有益元素，對禾本科作物生長具有促進作用，能明顯提高作物的干物質(zhì)積累，減緩病害的發(fā)生，緩解作物的生物和非生物脅迫［13］。前人以粳稻為研究材料開展了許多研究，張國良等［14］對武育粳3號的研究表明，在大田基施硅肥（有效硅含量≥20%）0～450 kg/hm2范圍內(nèi)，隨硅肥施用量的增加，產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢；商全玉等［15］認(rèn)為施硅量（有效硅含量為67%）180～240 kg/hm2是北方粳稻適宜的硅肥用量；龔金龍等［16］研究表明，施硅可顯著提高江蘇里下河地區(qū)粳型超級稻武運粳24和淮稻9號的產(chǎn)量，增幅達4.59%～19.54%；韋還和等［17］研究表明，硅肥施用顯著提高甬優(yōu)12和甬優(yōu)15的產(chǎn)量，增幅達5%～10%，隨硅肥用量的增加，甬優(yōu)12和甬優(yōu)15的產(chǎn)量均呈先增加后下降的趨勢。本試驗以華南地區(qū)推廣較多的秈稻為研究材料，以肇慶地區(qū)種植情況為基礎(chǔ)開展試驗，通過對農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量等數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)硅肥的施用在秈稻中也是同樣情況，礦物硅（SiO2＞70%）施用量270 kg/hm2時產(chǎn)量最高。

水稻植株吸收營養(yǎng)元素的器官中，根系是水稻氮素吸收和運輸?shù)闹匾鞴伲峭寥鲤B(yǎng)分的直接利用者和產(chǎn)量的重要貢獻者，根系形態(tài)學(xué)特征與植物養(yǎng)分效率也有著密切的關(guān)系［18］。對水稻莖稈強度的試驗結(jié)果顯示隨著硅肥施用量的增加各指標(biāo)均有升高，說明施用硅肥能提升植株的綜合抗倒伏能力，這與前人研究施用硅肥可促進光合作用、提高抗倒伏能力、協(xié)同提高產(chǎn)量與米質(zhì)等的結(jié)論相同［19-20］。盡管硅肥的增產(chǎn)作用低于氮肥，但水稻對硅的吸收量卻很高，超過對氮、磷、鉀的吸收總量［21］。硅肥不僅有利于提高作物的光合作用和葉綠素含量，促進有機物積累，還可以增加作物莖桿的機械強度，使莖稈挺直，從而可能對提高作物對病蟲害的抵抗力及抗旱、抗干熱風(fēng)、抗寒等有利。

近年來，隨著廣東優(yōu)質(zhì)絲苗米品種的推廣種植，傳統(tǒng)的栽培技術(shù)如稻草還田給土壤提供的有效硅有限，因此，要解決水稻缺硅問題，應(yīng)重視補施硅肥。硅肥施用量應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥烙行Ч韬慷ǎ寥廊狈杷氐囊嗍┕璺剩械瘸潭瓤缮偈S富程度的當(dāng)年可不施；同時，不同硅肥的有效硅含量也存在差異，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況選擇合適的硅肥。本試驗使用硅肥為“必奧力”天然礦物硅肥，含有的活性物質(zhì)和基本微量元素（其中硅70～310 g/kg），能使根系發(fā)達健壯，促進水稻光合作用和營養(yǎng)吸收，提高作物產(chǎn)量，增加離子交換并促進莖葉壁、角質(zhì)層增厚使水稻的抗倒伏能力加強。

4 結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，硅肥的施用有利于水稻植株的營養(yǎng)吸收利用，促進植株生長，適當(dāng)提高稻谷結(jié)實率和千粒重；產(chǎn)量結(jié)果也說明施用硅肥能促進植株養(yǎng)分的吸收與轉(zhuǎn)化，促進產(chǎn)量提升；抗倒伏能力試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，美香占2號施用硅肥后莖稈強度增加至12.91 N，高硅肥處理成熟期植株莖上部、莖中部、莖基部直徑分別為1.65、2.75、5.30 mm，說明施用硅肥能提升植株的綜合抗倒伏能力；根測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)低硅肥處理的總根長5 491 cm、根表面積1 416 cm2、平均根徑2.48 mm、根體積29.15 cm3、根尖數(shù)13 157條、根鮮重27.28 g、根干重2.48 g，均比對照高，說明硅對促進根系的生長有利；莖稈硅含量測定發(fā)現(xiàn)美香占2號高硅肥處理的莖稈硅含量為217.63 mg/kg，明顯高于其他處理。綜合結(jié)果表明，硅肥對水稻根系生長、植株生長等具有較好作用，同時，硅肥的增加還能夠提升植株的綜合抗倒伏能力。