硅肥對雙季水稻生長發育及產量的影響

郭薈，屠乃美，馬國柱，方暢宇，陳威，楊寧俊，庾振宇，蔣小歡，鄒燕，劉芳禧，易鎮邪

(湖南農業大學農學院，長沙 410128)

水稻(Oryza SativalL.)是中國最重要的糧食作物，其種植面積和總產量在世界水稻生產上都位居前列。且中國作為一個人口大國，保障水稻的安全高產至關重要[1，2]。硅(Si)是地殼中含量最豐富的元素之一，而水稻是典型的硅吸收植物，被人們稱為硅酸植物，其對硅的需求量僅次于氮、磷、鉀[3]。硅對水稻的生長發育起著非常重要的作用，是水稻生長過程中不可缺少的元素[4-6]。

我國于20 世紀70 年代開始研究硅肥對水稻生產的影響，在浙江、江西及江蘇等省開展了硅肥在水稻上的應用試驗[7]。諸多研究表明，施硅可以不同程度地提高水稻的產量[8，9]。王代平等[10]研究發現，在相同肥水條件下，給水稻增施硅肥能較好地促進水稻生長發育，使水稻植株生長穩健，促使植株早抽穗開花，提高每穗粒數、結實率與千粒質量，從而提高產量。也有研究表明，施硅可以增強水稻自身的抗蟲、抗病、抗倒、抗旱性能[11]；施用生物硅肥還能改善土壤生物化學環境和肥力，為農作物高產、穩產提供有利保障[12，13]；硅肥處理還可以提高雙季稻成熟期地上部分干物質和氮、磷吸收量[14]；適量施用硅肥可以有效降低氮、磷流失風險[15]。

近年來，氮、磷、鉀肥的過量施用和秸稈還田量有限等因素加速了土壤中硅等微量元素的流失，土壤中硅素含量出現虧損，土壤養分比例失調[16]。我國很多地方土壤缺硅，特別是在南方雙季稻區，缺硅水稻土面積較大[17]。隨著我國高產水稻品種的出現，土壤硅的供需矛盾日益凸顯，硅肥已經成為影響水稻高產穩產的主導因素，對糧食產量影響重大[18]。所以，科學施用硅肥對水稻生產很重要。本研究選用早、晚稻品種各2 個，探究硅肥對不同水稻品種植株農藝性狀及產量的影響，為雙季稻生產合理施用硅肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020 年3 至11 月在湖南農業大學瀏陽市河東農場實習基地(113°83′46″E，28°30′93″N)進行。土壤pH 值5.81，含全氮(N)1.77 g/kg、全磷(P)0.81 g/kg、全鉀(K)15.78 g/kg、有機質31.63 mg/kg、堿解氮145.9 mg/kg、有效磷11.42 mg/kg、速效鉀140.0 mg/kg、有效硅71.20 mg/kg。供試早稻品種為中早39、陸兩優171，供試晚稻品種為美香占2 號、桃優香占。供試肥料:氮肥為尿素(N 含量46%)，磷肥為過磷酸鈣(P2O5含量12%)，鉀肥為氯化鉀(K2O 含量60%)，硅肥為微納米硅肥(SiO2含量80%，黑龍江省齊齊哈爾市松土肥業有限公司生產)。

1.2 試驗設計

試驗采用兩因素裂區設計(表1)，硅肥為主區，設2 個水平(0 和150 kg/hm2)，3 次重復。品種為副區，早、晚稻各設常規秈稻和雜交秈稻2 個品種。小區面積160 m2，在每個試驗小區間筑田埂，并用塑料薄膜包裹，防止小區間肥、水互滲，各小區單排單灌。早稻株行距為14 cm×21 cm，晚稻株行距為14 cm×25 cm。

表1 試驗處理編號Table 1 Experimrntal processing number

雙季早稻于3 月27 日播種，4 月27 日機插秧；雙季晚稻于6 月25 播種，7 月22 日機插秧。各處理均施氮肥150 kg/hm2、磷肥75 kg/hm2、鉀肥150 kg/hm2；氮肥按5 ∶3 ∶2分基肥(犁田前1 d)、分蘗肥(移栽后10 d)和穗肥(幼穗分化第三期)3 次施用，鉀肥按5 ∶5分基肥(犁田前1 d)、分蘗肥(移栽后10 d)2 次施用；硅肥、磷肥全作為基肥施入。早稻收獲后，秸稈全量還田。病蟲害防治及其它田間管理與一般大田生產一致。

1.3 測定項目及方法

葉面積:分別于分蘗盛期、孕穗期、齊穗期和乳熟期將頂3 葉和剩余葉片分開，逐片測量葉長和葉寬，按照長寬系數法分別計算頂3 葉的總葉面積(高效葉面積)和下部葉片(剩下的葉片)的綠葉面積，并分別計算高效葉面積指數(高效LAI)和下部葉面積指數(LAI)。

植株氮磷含量測定:用H2SO4-H2O2法消化，采用流動分析儀測定。

干物質積累量:于成熟期取樣，每個小區各取9蔸，按莖、葉、穗分開裝袋，105 ℃殺青30 min，經80 ℃烘干至恒重，測定植株各部位干質量。

水稻理論產量:于成熟期每小區調查連續20 蔸的有效穗數，并計算單穴有效穗數，然后每小區按平均有效穗數各取5 蔸，帶回實驗室考察穗數、每穗粒數、結實率和千粒質量，計算理論產量。

水稻實際產量:在成熟期根據田間生長情況，于小區前中后3 段分別取200 蔸植株樣品，測定實際籽粒產量。

1.4 數據處理

采用Excel、DPS 軟件進行數據整理統計和分析，采用Duncan 法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 施硅對水稻成熟期干物質積累量的影響

如表2 所示，除雜交秈稻陸兩優171 外，其余各品種施硅處理水稻成熟期的干物質積累量均高于對照，其中常規秈稻中早39 和雜交水稻桃優香占分別較對照提高了9.65%和29.11%，且差異達顯著水平(P<0.05)，常規秈稻美香占2 號較對照提高了2.66%，但差異不顯著。說明施硅處理明顯促進了雙季早、晚稻成熟期干物質積累，且施硅對雙季稻干物質積累量的影響表現為:早稻為常規秈稻優于雜交秈稻，晚稻則相反，為雜交秈稻優于常規秈稻。

表2 雙季稻成熟期干物質積累量比較Table 2 Comparison of dry matter accumulation of double cropping rice at maturity

2.2 施硅對水稻葉面積指數的影響

2.2.1 施硅對水稻高效葉面積指數的影響

從表3 可以看出，隨著生育期的推進，雙季稻高效葉面積指數呈先增加后減少的變化趨勢，硅肥處理對雙季早、晚稻高效葉面積的影響存在一定差異。與不施硅對照相比，早稻常規秈稻中早39 除乳熟期外，分蘗期、孕穗期和齊穗期均顯著低于對照，分別降低了33.66%、23.92%、7.77%；早稻雜交秈稻陸兩優171 除分蘗期顯著降低34.80%外，其余時期無顯著差異；晚稻常規秈稻美香占2 號除分蘗期略低于對照外，其余3 個時期均高于對照，但差異不顯著；晚稻雜交秈稻桃優香占4 個時期均低于對照，且在分蘗期和孕穗期顯著低于對照，分別比對照降低26.75%和17.29%，但齊穗期和乳熟期差異不顯著。總體上來看，施硅降低了早稻4 個時期和晚稻常規秈稻前期、雜交秈稻4 個時期的高效葉面積指數，略微提高了晚稻常規秈稻后期的高效葉面積指數。

表3 不同時期高效葉面積指數變化Table 3 Changes of high efficiency leaf area index in different periods

2.2.2 施硅對下部葉葉面積指數的影響

從表4 可知，隨著生育期的推進，雙季稻4 個時期的下部葉葉面積指數呈先增加后減少的變化趨勢。硅肥處理的早稻常規秈稻和雜交秈稻的下部葉葉面積在4 個時期均低于對照，且常規秈稻在分蘗期和孕穗期與對照差異顯著，而雜交秈稻在乳熟期與對照差異顯著。硅肥處理的晚稻常規秈稻在孕穗期顯著高于對照，其余時期均低于對照，且齊穗期差異顯著；而晚稻雜交秈稻除孕穗期顯著高于對照外，其余時期均低于對照，且在分蘗期和齊穗期差異顯著。綜上所述，施硅降低了雙季早、晚稻下部葉葉面積指數。

表4 各時期下部葉葉面積指數變化Table 4 Changes of lower leaf area index in different periods

2.3 施硅對雙季早、晚稻成熟期莖葉氮、磷含量的影響

從表5 可以看出，施硅處理影響水稻莖葉對氮、磷的吸收積累，但品種間有差異。從氮含量來看，早稻常規秈稻中早39 莖中的氮含量顯著高于對照，早稻雜交秈稻陸兩優171 則相反，晚稻2 個品種均與對照無顯著差異；4 個品種葉片中的氮含量均為施硅處理顯著高于對照。

表5 各品種成熟期莖和葉中氮、磷含量比較Table 5 Comparison of nitrogen and phosphorus contents in stems and leaves of different varieties at maturity stage g·kg-1

從磷含量來看，施硅處理早稻常規秈稻中早39莖、葉中的磷含量和晚稻雜交秈稻桃優香占莖中的磷含量顯著高于對照，其他處理差異不顯著。

2.4 施硅對產量及產量構成因素的影響

從表6 可知，在氮、磷、鉀肥施用量相同的情況下，施用硅肥對雙季稻產量以及產量構成因素的影響有所不同。4 個品種均為施硅處理的水稻產量高于對照，其中，早稻增產幅度為2.76%～18.70%，晚稻增產幅度為4.52%～18.41%。早稻表現為常規秈稻中早39 施硅處理產量顯著高于對照，雜交秈稻陸兩優171 施硅處理產量雖高于對照，但差異不顯著；晚稻則表現為雜交秈稻桃優香占產量顯著高于對照，常規秈稻美香占2 號雖高于對照，但差異不顯著。

表6 各品種的產量及產量構成要素比較Table 6 Comparison of yield and yield components among different varieties

從產量構成因素來看，除早稻雜交秈稻陸兩優171 的有效穗數顯著低于對照外，其余品種的有效穗數均高于對照，且晚稻雜交秈稻桃優香占與對照差異達顯著水平(P<0.05)。除晚稻雜交秈稻桃優香占的每穗粒數略低于對照外，其余3 個品種的每穗粒數均顯著高于對照。在結實率方面，除早稻雜交秈稻顯著高于對照外，其余品種均略高于對照但差異不顯著。施硅對早晚稻各品種千粒質量均無顯著影響。

3 討論

硅是水稻生長過程中不可缺少的微量元素，近年來，硅在水稻生產中的作用也越來越受到人們的重視。水稻植株不同部位干物質積累量與其生長發育動態密切相關，且干物質積累是水稻產量的物質基礎。施用硅肥可以提高水稻植株光合作用，促進干物質積累和物質轉運，協調庫源關系[19-21]。本試驗表明，施硅處理對雙季早、晚稻成熟期干物質積累有促進作用。楊秀霞等[22]的試驗也表明，施硅可以提高水稻葉面積指數和群體光合物質的積累。還有研究表明，施硅肥能促進水稻地上部的生長發育，增加地上部干物質的積累，增加抗倒性[23]，提高冠層葉片直立性，延長光合時間，延緩葉片衰老，提高光合速率，促進碳水化合物的形成與轉運[24]。葉片是水稻進行光合作用的主要器官，葉面積指數是研究水稻群體產量形成的重要指標，合理的葉面積動態和數值是實現高產的重要保證。本試驗發現，在不同生育期內，雙季早、晚稻變化特點是一致的，4 個品種的葉面積指數均呈先快速增加后緩慢減少的變化趨勢，但雙季早、晚稻的高效葉面積指數大多都低于對照且在孕穗期達到巔峰，這與胡法龍等[25]研究結果不同。總的來看，施硅降低了早稻常規秈稻、雜交秈稻4 個時期和晚稻常規秈稻前期、雜交秈稻4個時期的高效葉面積指數，略微提高了晚稻常規秈稻后期的高效葉面積指數，但同時也降低了下部葉葉面積指數。說明硅肥促進水稻干物質積累主要是由于光合能力的提高，而非葉面積的增加。

郭彬等[26]研究發現，硅肥處理可提高雙季早、晚稻成熟期植株的氮、磷吸收量。在本試驗中，不同品種不同季別的水稻在成熟期植株氮、磷養分積累存在一定差異，但施硅條件下，雙季早、晚稻氮、磷含量大多呈上升趨勢。與對照相比，莖中氮含量只有早稻有差異，而葉片中氮含量則均顯著高于對照，且早、晚稻葉片中氮含量均大于莖中氮含量；硅肥處理對早稻常規秈稻莖、葉中的磷含量和晚稻雜交秈稻莖中磷含量均有影響，但差異都不顯著。總體來說，水稻莖中磷含量大多高于葉片磷含量，施硅處理后葉片中的磷含量均高于對照，這一試驗結果與唐海明等人[27]研究結果一致。不同處理對不同品種水稻的氮、磷積累影響略有差異，可能與品種的營養特性有關[28]。

水稻產量由有效穗數、每穗粒數、結實率和千粒質量4 個因素構成。有研究發現，水稻施用硅可以增加分蘗和穗數，從而提高產量[29，30]。也有研究表明，水稻施硅可以促進植株營養物質的吸收和轉運，提高水稻的結實率和千粒質量，達到增產效果[31，32]。本試驗發現，施用硅肥對早、晚稻千粒質量、結實率均無顯著影響，其主要通過有效穗數和穗粒數的增加來實現增產，這與部分前人的研究結果一致[28，33，34]。

4 結論

本試驗結果表明，硅肥的施用有利于水稻的營養吸收利用，促進植株生長發育。施用硅肥后，早稻常規秈稻干物質量提高了9.65%，晚稻常規秈稻提高了2.66%，晚稻雜交秈稻提高了29.11%，硅肥的效果為早稻常規秈稻優于雜交秈稻，晚稻則是雜交秈稻優于常規秈稻，說明施硅有利于水稻干物質積累。硅肥處理對葉片中的氮、磷含量影響顯著，促進了葉片對氮、磷的吸收，為水稻植株生長發育提供氮、磷養分。施硅增加了水稻有效穗數、每穗粒數，對千粒質量無影響，對結實率的影響也不大，但4 個水稻品種產量都明顯提高，其中早稻常規秈稻中早39 增產幅度最大。

綜合分析，施硅能改善水稻生長發育特性，增加水稻干物質積累量，提高水稻群體質量，為實現水稻高產奠定基礎。