氮肥減量配施硅肥對水稻產量及病蟲害防控的影響

李燁鋒 周兵 朱練峰 黃潔 黃晶 曹小闖 朱春權 孔亞麗 張曉紅 金千瑜 張均華*

（1 中國水稻研究所/水稻生物學國家重點實驗室，杭州310006；2 廬江縣農業技術推廣中心，安徽廬江231500；*通訊作者：zhangjunhua@caas.cn）

氮和硅是水稻生長發育必需的營養元素，在水稻產量和稻米品質形成中發揮著重要作用。在水稻生產中，適宜的氮肥用量不僅可以提高葉片光合能力，還可以優化群體結構，進而提高水稻群體的生產能力[1-3]。作為水稻生長的第四大元素，硅肥的施用可以提高水稻的抗逆能力，如抗病[4-5]、抗旱、抗倒伏[6]以及抗重金屬脅迫等[7]，還可以提高水稻產量和品質[8-10]。有研究表明，在氮肥和硅肥配施條件下，水稻植株養分含量、有效穗數和產量均高于單施氮肥或硅肥的處理[11]，表明氮硅配施可以提高水稻產量和氮肥利用率。此外，氮硅配施下，水稻單位面積有效穗數、每穗粒數、結實率和產量的提高幅度則與氮肥、硅肥用量有關[12]。因此，合理的氮硅施用比例是水稻產量提高的關鍵。在水稻生產中，常常大量施用氮肥，而對硅肥的施用重視程度還遠遠不夠，進一步導致水稻氮硅肥施用比例的不平衡。目前很多研究報道了氮硅配施對水稻生長發育和產量形成的影響[8-10]，但不同硅氮配施比例對病蟲減藥增效及水稻產量、經濟效益的影響卻鮮有報道。

本研究擬通過硅氮配施，明確增施硅肥對稻田減氮的調控作用，確定硅氮互作對水稻病蟲害發生的影響，并解析硅氮互作技術的經濟效益，以期為稻田肥藥減施增效、增加水稻種植效益提供理論基礎和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018 年在安徽省廬江縣郭河鎮北圩村試驗田進行。供試土壤為河流沖積物母質發育形成的潴育型水稻土，耕層土壤有機質36.24 g/kg，全氮2.19 g/kg，堿解氮 146 mg/kg，有效磷 38.2 mg/kg，速效鉀 318 mg/kg。

1.2 試驗設計

供試水稻品種為秈粳雜交稻甬優1540。氮肥用量（純N）設置3 個水平，分別為300 kg/hm2、240 kg/hm2和 180 kg/hm2，用 N300、N240和 N180表示，N300為當地常規氮肥用量。硅肥用量為前期研究的最佳施用量60 kg/hm2（用Si60表示）。為研究硅氮互作對氮肥減施增效及稻田病蟲害控制的影響，試驗設置5 個處理，分別為N300、N240、N180、N240Si60、N180Si60。

氮肥按照基肥、分蘗期、穗肥為4∶3∶3 的比例施用。穗肥考慮試驗田土壤的供保肥特性分2 次施用，分別在主莖拔節后7 d（壯稈促花肥）施40%，在主莖穗長1.5 cm 時（保花肥）施60%。為降低磷、鉀養分影響，各處理的磷、鉀肥用量根據試驗田土壤養分狀況足量施用，磷肥（P2O5）施用量為 90 kg/hm2，鉀肥（K2O）用量為255 kg/hm2。磷肥全部作基肥；鉀肥的50%作基肥、25%作壯稈促花肥、25%作保花肥。

試驗采用缽苗機插，栽插行株距為33.0 cm×12.4 cm。其他管理措施均按照當地大田生產進行。隨機區組設計，每個處理3 次重復，小區面積101.8 m2。

1.3 測定內容及方法

圖1 水稻分蘗動態及葉齡變化

1.3.1 水稻分蘗數及有效穗數

水稻進入分蘗期后，每小區定株20 叢，每7 d 調查1 次莖蘗數，分蘗盛期后每14 d 調查1 次，直至齊穗期為止，記錄水稻分蘗動態。

水稻抽穗期每小區選取20 叢水稻，除每穗實粒數少于5 粒的稻穗以外，其余結實的稻穗和被病蟲害造成的白穗均作有效穗數計算。

1.3.2 水稻葉齡動態

水稻機插后，每小區選取10 株水稻標記主莖葉位（不包括不完全葉）。新生葉片抽出葉鞘時繼續標記，至劍葉抽出，為水稻葉齡變化動態。

1.3.3 水稻病蟲害發生情況

水稻分蘗期、齊穗期、灌漿期為稻田農藥施用高峰期，于農藥施用后10～15 d 考察稻田病蟲害發生情況。（1）稻縱卷葉螟調查。在每個處理重復區均采用對角線5 點取樣法，每點取5 叢，共取25 叢，記錄各處理卷葉數和活蟲數。（2）稻飛虱及捕食性天敵（蜘蛛）的調查。各處理每個重復采用5 點法進行抽樣調查，每一調查點抽取20 叢水稻采用盤拍法進行褐飛虱和蜘蛛的數量統計。（3）水稻紋枯病調查。每個處理區均采取5 點平行跳躍式取樣，每點調查相連的10 叢，每小區調查50 叢，記錄病穴數和病級[13-14]。

1.3.4 產量及產量構成

于水稻成熟期每小區選取3 叢水稻考察產量構成。收獲時每小區單收單打，曬至標準含水量后測定產量。

2 結果與分析

2.1 硅氮互作對水稻生長特性的影響

圖2 硅氮互作對水稻有效穗數的影響

從圖1 可以看出，各處理水稻莖蘗發育動態基本一致，均為6 月28 日達到分蘗盛期，60 d 后水稻分蘗趨于穩定。N300處理的水稻早期分蘗數一直處于較高水平，但后期分蘗消亡較快，無效分蘗多。對于水稻最終分蘗數來說，與N300處理相比，N180Si60處理的水稻分蘗數降低10.7%，N240Si60處理提高了1.9%，N180處理降低了19.4%，N240處理降低了2.9%。施氮量180 kg/hm2條件下，配施硅肥對水稻分蘗動態無顯著改善作用，說明氮肥用量降低40%后即使配施硅肥也不能達到當地農戶習慣高氮水平下的水稻分蘗數。施氮量240 kg/hm2條件下，配施硅肥可緩解施氮量降低對水稻分蘗能力的消減作用，甚至比N300處理略有提高，說明氮肥用量降低20%后配施硅肥可保證水稻有足夠的分蘗數。各處理間的水稻葉齡增長動態無顯著差異（圖1）。

從圖2 可以看出，N180Si60處理的有效穗數與N300、N240處理無顯著差異，但顯著高于N180處理。說明施用硅肥能顯著提高水稻有效穗數和成穗率，為水稻高產提供群體物質基礎。

表1 硅氮配施對水稻蟲害發生的影響 （7 月 12 日）

表2 硅氮配施對稻曲病的影響 （9 月 27 日）

圖3 硅氮互作對水稻產量的影響

2.2 硅氮互作對水稻病蟲害發生的影響

以往研究表明，稻田卷葉螟隨氮肥用量增加而增多，減少氮肥用量可顯著降低其數量。與N300處理相比，N240和N180處理卷葉螟的數量分別降低了14.3%和28.6%。與N240處理相比，氮肥用量減少20%條件下配施硅肥有顯著降低稻田卷葉螟數量的作用。稻田卷葉率與卷葉螟數量發生規律相似，均隨著稻田氮肥用量增加而增高。但是，相同施氮水平下，配施硅肥對水稻卷葉率控制作用較小。可能卷葉螟數量與水稻卷葉率之間有發生作用的滯后效應。天敵（蜘蛛）數量對稻田蟲害有顯著的控制作用，天敵數量總體隨著施氮量增加而降低，減少氮肥用量條件下，硅氮配施可顯著提升稻田天敵數量。各處理對稻飛虱發生數量無顯著影響，具體發生規律需進一步研究。

水稻稻曲病發生率隨施氮量增加而顯著增加，N300處理的病株率高達16.06%，高病株率不僅與病蟲防治水平有關，可能還與高氮水平下水稻群體密度過高有關。與氮肥單施相比，氮肥用量減少20%～40%條件下，配施硅肥可顯著降低稻曲病的發生率，并降低其病情指數。

2.3 硅氮互作對水稻產量及經濟效益的影響

單施氮肥條件下，隨著施氮量的增加水稻產量增加，但是N300處理與N240處理產量差異不顯著，表明氮肥用量降低20%仍可以保持與高氮條件下同等產量。與N240處理相比，N240Si60處理下水稻產量提高4.0%；與N180處理相比，N240Si60處理產量提高約5.9%。與N300處理相比，N240Si60和N180Si60處理水稻產量分別提高約2.6%和2.8%。N300處理為當地常規氮肥用量，說明施氮量降低20%～40%條件下，配施一定量的硅肥，可達到減肥增產的目標，為減肥增效技術的集成提供了重要數據支撐。

由表3 和圖3 可以看出，施氮量從180 kg/hm2提高到300 kg/hm2，水稻產量有提高的趨勢，但是水稻的種植除了看產量，更應該重視水稻種植中的投入產出比，即經濟效益。通過研究發現，N180Si60處理的經濟效益在各處理中最高，凈收益為12 810 元/hm2，其次為N240Si60處理 （12 556 元/hm2），分別比 N300處理提高6.3%和4.1%。由此表明，在常規施氮基礎上降低氮肥用量20%或40%并配合施用硅肥不僅可以提高水稻產量，也可以提高經濟效益。

3 討論與結論

過量施用氮肥會導致植株瘋長，群體密度變大，通風透光能力變弱，莖葉柔軟，產量和抗性下降[15-16]。有研究表明，降低氮肥用量配施硅肥可以促進水稻對氮素的吸收，改善其營養狀況，促進地上部分生長，提高地上部干物質積累量，進而增加產量[17]。本研究結果表明，與常規施氮相比，在氮肥用量降低20%～40%條件下，配施硅肥可以提高水稻產量以及經濟效益。施用硅肥的增產作用主要是通過有效穗數和每穗實粒數的增加來實現[18]。此外，施用硅肥可以調節養分供應，提高水稻根系的氧化能力，延長根系功能期[19-20]，促進水稻對營養元素的吸收。氮硅配施能有效改善水稻株型和群體結構，使其更有助于水稻對光的捕獲并提高光能利用效率，提高葉綠素含量和凈光合速率，進而增強冠層葉片光合生產能力[21-25]，最終提高水稻產量。硅氮配施提高產量，除了受到水稻生長及生理的影響外，還與硅氮配施可以顯著控制病蟲害的發生有關。在本研究中，氮肥用量減少20%～40%，配施硅肥可顯著降低卷葉螟數量、稻曲病的發生率及其病情指數。有研究表明，施硅可以使稻瘟病發病率降低20%～30%、紋枯病發病率降低10%～15%[26]。主要是由于施硅可增加水稻莖稈中硅化細胞的數量及硅含量，增加莖稈強度，加強了莖葉表皮硅質化[27]，進而增強了機械防護作用，減少了病蟲害的入侵，為提高水稻產量提供了保證。

表3 硅氮互作經濟效益

綜合現有對比試驗結果表明，配施硅肥可緩解低氮對水稻分蘗的抑制作用，在氮肥用量降低20%情況下配施硅肥可保證水稻有足夠的分蘗數，同時施用硅肥可顯著提高水稻的成穗率，為高產提供群體物質基礎。此外，硅氮配施還增強了水稻對稻縱卷葉螟、稻曲病等的抗性，為水稻高產提供了保障。因此，本研究結果表明，在當地常規氮肥用量（300 kg/hm2）的基礎上，適當減少氮肥并配施一定量的硅肥可達到減肥增效的目標。