硅肥对超级早稻产量形成和部分生理特性的影响

陈健晓，屠乃美，易镇邪*，朱红林



硅肥对超级早稻产量形成和部分生理特性的影响

陈健晓1,2，屠乃美1，易镇邪1*，朱红林2

(1 湖南农业大学农学院，长沙 410128；2 海南省农业科学院粮食作物研究所，海口 571100)

以超级早稻组合株两优819(倒伏敏感品种)与陆两优996(抗倒伏品种)为材料，研究了硅肥对超级早稻产量形成和生理特性的影响。结果表明：硅肥对超级早稻具有显著增产作用，株两优819与陆两优996增产幅度分别为6.71%～18.25%和9.32%～21.89%。增产的主要原因在于施硅肥提高了叶面积指数与干物质积累量及物质转换率，协调了库源关系；硅肥能改善超级早稻生理特性，主要表现在叶片叶绿素含量、可溶性总糖含量与硝酸还原酶活性的提高及根系体积的增大等方面；施氮150 kg/hm2条件下施硅肥的增产和改善生理特性效果更好，且陆两优996效果比株两优819更好。

超级早稻；硅肥；产量形成；生理特性

前人就硅对改善水稻的生长发育，减轻铁、锰、镉等重金属毒害，增强病虫害抗性等方面的生理作用进行了比较多的研究[1~5]。随着水稻施氮量的日益增加，土壤中氮硅比例失调现象越来越严重[6]。为此，日本、韩国等已把硅列为水稻增产的4大元素(N，P，K，Si)之一[7]。

目前，中国人口持续增长，工业化持续推进，人均耕地进一步减少，粮食安全问题日益突出。为了满足粮食需求，超级稻种植面积和肥料用量不断增加。杨俊等[8]对水稻氮素高效利用的生理机制进行了较广泛和深入的研究，但有关水稻氮素吸收利用与硅素营养关系的研究报道较少。前人就硅肥对水稻的生长发育、产量形成与病虫害抗性等方面的影响进行了大量研究，但有关硅肥对超级稻，尤其是超级早稻的效应研究罕见报道。为此，考察硅肥对超级早稻部分群体质量指标的影响，并分析硅肥影响氮素吸收利用的生理基础，阐明硅肥对超级早稻的部分生理效应及其硅氮互作效应等具有重要理论与实践指导意义。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试超级杂交早稻组合株两优819(倒伏敏感品种)由亚华种业公司提供；陆两优996(抗倒伏品种)由湖南农业大学水稻研究所提供。

1.2　供试土壤肥力特征

供试土壤肥力特征见表1。

表1 供试土壤肥力特征

1.3 试验设计

试验于2009年在湖南农业大学教学实验场进行。供试水稻3月31日播种，4月26日移栽。试验采用三因素裂区设计：小区面积15 m2(5.0 m×3.0 m)；株距0.2 m，行距0.2 m。3次重复。硅肥设2个水平(0 和150 kg/hm2)，氮肥设3个水平：0，150 和225 kg/hm2(表2)。硅肥作基肥一次施完；氮肥分4次施用，基肥∶分蘖肥∶穗肥∶粒肥=4∶2∶3∶1。氮肥以尿素为氮源，硅肥以硅酸钠为硅源，各处理施磷肥(P2O5)75 kg/hm2和钾肥(K2O)150 kg/hm2作基肥。其他管理同一般大田。

表2　试验设计

1.4　测定项目与方法

叶面积和干物质积累动态。关键生育期(孕穗、齐穗、灌浆中期和成熟期)每小区取3穴，进行清洗，将把每株的完整叶(没有损伤的叶片)剪下，测量长和宽，采用长×宽×0.75计算叶面积，之后分叶、茎、穗、根装袋，105℃杀青30 min后，在80℃下烘至恒重，称重。

产量与产量构成因素。成熟期每小区调查50穴，以其平均数作为该小区单穴有效穗数；每小区按平均有效穗数取5穴，带回室内考察产量构成因素(有效穗数、每穗实粒数、结实率、千粒重)；以每小区实收100穴，折算实际产量(14%含水量)。

植株物质转换率=(齐穗期茎鞘叶干重—成熟期茎鞘叶干重)/(成熟期穗干重—齐穗期穗干重)×100%[9]。

用乙醇提取分光光度法测定叶绿素含量[10]。采用活体法测定叶片中的硝酸还原酶的活性[10]。采用蒽酮法测定可溶性总糖[10]。

根体积测定。将尼龙网袋(宽20 cm，长25 cm，高20 cm，透肥水不透根)埋入稻田里，每小区4袋，移栽时每网袋栽2穴(每穴基本苗一致)。各关键生育期，每小区取1袋带回室内将根系上的泥土冲洗干净，剪下根系，用吸水纸吸干表面水分，用排水法测定根系体积[10]。

1.5　数据处理

数据采用Excel2003与SAS9.0进行分析处理。

2　结果与分析

2.1　硅肥对超级早稻产量及其构成因素的影响

由表3可见，单穴有效穗数随施氮量增大而显著增加，在相同的施氮水平下，增施硅肥提高了有效穗数，增幅在11.05万～35.31万/hm2。施氮使每穗粒数增加且与品种有关，株两优819随施氮量的增加而增加，陆两优996先增大后降低，株两优819和陆两优996处理间差异从显著到不显著。硅肥能提高超级早稻穗粒数，株两优819和陆两优996的增幅分别为1.3～47.3，6.0～50.5粒。其穗粒数的增幅与施氮量密切相关：施氮225 kg/hm2条件下，两品种穗粒数分别增加1.3和6.0粒，效果不显著；在不施氮及施氮150 kg/hm2条件下两品种穗粒数显著增加。

千粒重因施氮量增加而表现为先增加后降低的趋势，各处理间差异显著；施硅对两品种的效应与施氮量有关：不施氮及施氮150 kg/hm2条件下施硅能使两品种千粒重略有增大，但处理间差异不显著；施氮225 kg/hm2条件下施硅使两品种千粒重显著降低。结实率因施氮量增加而显著下降，施硅使结实率略有降低，但处理间差异不显著。

表3 各处理产量及产量构成因素

超级早稻产量随施氮量增大而表现为先增加后降低的趋势，3个施氮量处理间差异显著。硅肥具有显著增产效果：不施氮条件下株两优819增产15.72%，陆两优996增产19.75%；施氮150 kg/hm2条件下株两优819增产18.25%，陆两优996增产21.89%；施氮225 kg/hm2条件下，株两优819增产6.71%，陆两优996增产9.32%。可见，施硅肥对超级早稻的增产效果显著，且在施氮150 kg/hm2条件下最好。

2.2　硅肥对超级早稻叶面积指数与干物质积累的影响

各处理叶面积指数()见表4。超级早稻随施氮量增大而显著增大，各时期表现一致。各处理的差异在各个时期上不一样，随生育进程推进而增大，差异从不显著到显著，而品种间差异不显著。施硅使两品种提高，不施氮条件下株两优819提高0.1～0.3，陆两优996提高0.1～0.4，施氮条件下株两优819提高0.2～0.3，陆两优996提高0.2～0.3，但处理间均未达显著水平。

表4　各处理叶面积指数(LAI)

由图1可见，各处理干物质积累量随施氮量的增加而增大，各时期表现一致。施氮与不施氮处理间差异显著，施氮150 kg/hm2与225 kg/hm2处理间差异随生育期的推进而逐渐增大，但未达到显著水平；施硅能提高两品种干物质积累量，施硅与不施硅处理间的差异随生育进程推进而增大，但差异未达到显著水平。施硅与不施硅处理间的差异随施氮量的增大而增大，硅氮配合施用，对提高超级早稻干物质积累更有利，且在陆两优996上施用效果更好。

图1　各处理干物质积累

2.3　硅肥对超级早稻粒叶比与物质转换率的影响

由表5可见，各处理的颖花与叶面积比值随施氮量的增加表现为先增加后降低的趋势，而实粒数与叶面积比值和粒重与叶面积比值表现为降低的趋势，且处理间差异显著。施硅对颖花/叶面积、实粒/叶面积、粒重/叶面积的影响与品种和施氮量有关：不施氮条件下施硅，能提高株两优819颖花/叶面积、实粒/叶面积及粒重/叶面积，降低陆两优996颖花/叶面积、实粒/叶面积及粒重/叶面积；施氮条件下施硅，株两优819颖花/叶面积、实粒/叶面积、粒重/叶面积降低；施氮150 kg/hm2条件下施硅，陆两优996颖花/叶面积增大0.03朵/cm2，实粒/叶面积增大0.03粒/cm2，粒重/叶面积增大1.01 mg/cm2；施氮225 kg/hm2条件下施硅，陆两优996颖花/叶面积降低0.01朵/cm2，实粒/叶面积降低0.02粒/cm2，粒重/叶面积降低1.08 mg/cm2。

表5　各处理单位叶面积的颖花数、实粒数和粒重

由表6可见，齐穗期及成熟期的茎鞘叶干重随施氮量的增加而显著增大，而穗干重随施氮量的增加先增加后降低，品种间差异不显著；施硅能在一定程度上提高茎鞘叶及穗干物重，不施氮条件下施硅，对株两优819在齐穗期及成熟期茎鞘叶、穗干重的影响均达到显著水平，而仅对陆两优996穗干重的影响显著；施氮条件下施硅，对陆两优996齐穗期及成熟期茎鞘叶、穗干重的影响均达到显著水平，而仅对株两优819穗干重影响显著。

表6 各处理茎鞘叶、穗干重及物质转换率

物质转换率随施氮量的增大而表现先增加后降低趋势，并且差异达到显著水平，而品种间差异未达到显著水平；施硅能提高物质转换率，且在施氮条件下处理间差异达显著水平。可见，施硅能提高超级早稻物质转换率，且与氮肥配施效果更好，在株两优819上施用效果表现更佳。

2.4　硅肥对超级早稻生理特性的影响

2.4.1 硅肥对超级早稻叶绿素含量的影响

由图2可见，各处理叶绿素的含量随施氮量的增加而增大，随生育进程的推进而表现为先升后降的趋势。

施氮与不施氮条件下，各处理齐穗期叶绿素含量差异明显，施硅能使各处理叶绿素含量略有提高。不施氮条件下施硅，在齐穗期及灌浆中期，叶绿素含量增幅比施氮条件下大，而在孕穗期及成熟期表现不明显。可见，施硅能明显地提高孕穗期及齐穗期叶绿素含量，而在灌浆中期及成熟期能延缓叶绿素的分解，从而提高了光能利用率。

图2 各处理叶片叶绿素含量

2.4.2 硅肥对超级早稻硝酸还原酶活性的影响

由图3可见，硝酸还原酶活性随生育进程的推进而降低，随施氮量增加而增强，施硅明显提高各处理的硝酸还原酶活性。陆两优996各处理间，在相同硅、氮水平下硝酸还原酶的活性比株两优819各处理高，但此种差异随生育进程推进而逐渐变小。

图3 各处理叶片硝酸还原酶活性

2.4.3硅肥对超级早稻茎秆可溶性总糖含量的影响

由图4可见，可溶性总糖含量随生育进程的推进而降低，随施氮量的增加而增大。施硅明显提高可溶性总糖含量。在齐穗期，不施氮条件下施硅，对株两优819和陆两优996茎中可溶性总糖含量的提高幅度最大。随生育进程的推进，硅肥对各处理可溶性总糖含量的提高幅度逐渐变小。

图4 各处理茎秆可溶性总糖含量

2.4.4 硅肥对超级早稻根系体积的影响

由图5可见，根系体积随施氮量增加而增大，且在孕穗期达到最大。施硅在一定程度上能提高根系体积，但增幅随生育进程推进而降低。在相同硅、氮水平下，陆两优996各处理根系体积比株两优819大，且在各个时期表现一致，但此种差异随生育进程推进逐渐变小。

图5 各处理根系体积

3　讨　论

硅肥与氮肥配施，能使陆两优996与株两优819干物质积累量进一步提高，并随着生育进程的推进和施氮量增大而表现更明显。尽管两品种表现有一定差异(硅肥对陆两优996的增产效果较好)，但整体来看，硅肥与氮肥配施比单施对超级早稻的增产效果更好，因此，在生产上要注意硅肥与氮肥的配施问题。

株两优819和陆两优996颖花/叶面积随施氮量的增加表现为先增加后降低的趋势，而实粒/叶面积和粒重/叶面积表现为降低的趋势。不同的施氮水平下施硅对颖花/叶面积、实粒/叶面积、粒重/叶面积的影响与品种和施氮量有关，因此，施硅能影响叶粒比，协调库源关系，在硅氮互作的条件下表现更明显。

在超级早稻生育前期施硅，能提高叶片中叶绿素的含量，后期能延缓叶绿素在叶片中的分解，从而提高光能利用率，增加光合产物，为超级早稻高产打下物质基础，特别在施氮条件下施硅效果更好。

在施氮150 kg/hm2条件下施硅，NR活性与产量和产量构成因素呈较高正相关关系；在施氮225 kg/hm2条件下施硅，NR活性与产量、单位面积穗数、每穗粒数呈弱度正相关，与千粒重、结实率弱度负相关；因此，在合适施氮条件下施硅是保持超级水稻生育后期有较高的叶片NR活性，提高超级早稻产量的有效方法。

施硅和施氮都在一定程度上提高了可溶性糖在超级早稻茎秆中的累积，但增幅微小；在硅氮互作的条件下，增幅较大，从而可提高超级早稻的抗逆能力，特别是抗倒伏能力。

施氮能提高超级水稻的根系体积，并呈较大正相关关系，且在合适的施氮条件下与产量呈正相关关系，但在高氮条件下与产量呈较大负相关关系。施硅既能提高超级水稻根系体积，又能削弱高氮条件下与产量的矛盾。

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责任编辑：苏爱华

Effects of Silicon Fertilizer on Yield Formation and Some Physiological Characteristics of Super Early Rice

CHEN Jian-xiao1,2, TU Nai-mei1, YI Zhen-xie1*, ZHU Hong-lin2

(1 College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha,Hunan 410128, China; 2 Cereal Crop Research Institute, Hainan Academy of Agricultural Sciences, Haikou,Hainan 571100, China)

Effects of silicon fertilizer on physiological characteristics and yield formation of super early rice were investigated in this study with Zhuliangyou819(lodging sensitive variety) and Luliangyou996(lodging resistant variety) as materials. The main conclusions were showed: Yield of super early rice was heightened by silicon fertilizer application at some extent, yield of Zhuliangyou819 and Luliangyou996 was increased by 6.71% to 18.25% and by 9.32% to 21.89% respectively, and the yield-increasing was mainly due to the increase of leaf index, dry matter accumulation, matter conversion rate and coordination of relation of sink-source. Silicon application could improve the physiological characteristics of super early rice, which mainly lied in increasing of chlorophyll content, soluble sugar content, nitrate reductase activity and roots volume. The effect of silicon fertilizer on yield increase and physiological characteristics improvement were best under the condition of 150 kg/hm2of nitrogen application and it was more effective for Luliangyou996 than for Zhuliangyou819.

Super early rice; Silicon fertilizer; Yield formation; Physiological characteristics

S511.062

A

1001-5280(2011)06-0544-06

10.3969/j.issn.1001-5280.2011.06.03

2011-06-12

陈健晓(1983—)，男，海南乐东人，硕士研究生，Email：chenjianxiao2003@yahoo.com.cn。

。

湖南省自然科学基金资助项目(09JJ4008)。