不同硅肥用量对水稻生长的影响研究

王茂辉，聂金泉，任 勇，林肖楠，李珂清，钟春燕

（1.肇庆市农业科学研究所，广东 肇庆 526070；2.玉林师范学院生物与制药学院，广西 玉林 537000）

【研究意义】水稻是广东省最主要的粮食作物，每年稻谷产量占粮食作物产量的比例平均保持在76%以上，常年种植面积200万hm2左右［1-2］。肇庆市地处广东中西部、西江中游，自然条件优越，农业资源丰富，绿色优质农产品种类多，特色产业发展良好，粮食、水果、蔬菜、畜禽、水产、南药等产业区域优势明显，是广东重要的农业产业基地。水稻产业是肇庆市农业结构的重要组成部分，多年来肇庆市十分重视粮食尤其是优质水稻的生产，全市粮食生产面积稳定在21.73万hm2左右，其中水稻面积16.73万hm2，在稳定水稻种植面积的同时，实现优质水稻种植面积15.07万hm2，优质稻覆盖率达90%。拉瓦锡在1787年首次发现硅存在于岩石中［3］，硅肥是一种很好的品质肥料、保健肥料和植物调节性肥料，是其他化学肥料无法比拟的一种多功能肥料。硅肥属于一种中量元素肥料，既可作肥料，提供养分，又可用作土壤调理剂，改良土壤，此外还兼有防病、防虫和减毒的作用，将硅肥作为植物调节性肥料配合大量元素肥料使用十分重要［4］。【前人研究进展】研究表明，增施硅肥能显著提高玉米作物产量［5］，提升其抗倒伏性［6］，增强植物抗旱性［7］。硅也是水稻良好生长所必需的元素，我国硅肥的研究始于20世纪70年代，先后在浙江、江西及江苏等省份进行了硅肥对水稻增产的试验研究［8］。硅肥不仅在水稻上得到推广应用，在水果类、蔬菜类以及烟草、茶叶、甘蔗等经济作物上也均得到应用，在玉米等作物上应用的研究也较多［9］。【本研究切入点】本试验以常规稻为研究对象，设置不同硅肥施用量，研究硅肥对水稻主要形态特征、生理生化指标、产量的影响，同时监测水稻生育期内病虫害的发生情况。【拟解决的关键问题】通过对不同硅肥的使用量，探究不同硅肥对水稻生长、产量、抗倒性、根系生长及茎秆硅含量等指标的影响进行分析，旨在为肇庆地区常规稻高产节本栽培提供依据，以便于优质水稻在肇庆地区的推广应用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试水稻品种包括粤禾丝苗［10］、美香占2号［11］和象牙香占［12］。粤禾丝苗为感温型常规稻品种，丰产性较好，米质鉴定为国标优质2级和省标优质2级，同时还具有植株矮壮、株型中集、分蘖力中及抗倒力强、耐寒性中、后期熟色好等特点，高抗稻瘟病，中抗白叶枯病，适宜广东省粤北以外稻作区早、晚造种植。美香占2号为感温型常规稻品种，晚造米质达国标和省标优质2级，有香味，中感稻瘟病和白叶枯病，后期耐寒力中弱。适宜我省各稻作区早、晚造种植，栽培上要注意防治稻瘟病和白叶枯病。象牙香占为感温型常规稻品种，植株较高，株型适中，有效穗多，穗长，着粒疏，后期熟色尚好，整齐度较好，抗倒性中等，耐寒性弱。米质达国标和省标优质特级。

硅肥为奥斯科工业集团生产的矿物硅（SiO2＞70%）。

1.2 试验方法

试验于2018年晚季在肇庆市农业科学研究所基地进行，设不施硅肥（CK）和施硅肥90、180、270 kg/hm24个处理，3次重复，小区面积20 m2（10 m×2 m）。水稻于2018年7月21日播种，8月9日移栽，株行距均为19.8 cm×19.8 cm，小区间作埂隔离，保证单独排灌。灌浆结实期间歇灌溉，干湿交替，收割前7 d断水搁田。

常规施肥管理，基肥：根据水稻生理需求配施氮、磷、钾肥，尿素（纯N 46.4%）97.5 kg/hm2、过磷酸钙（P2O512%）125 kg/hm2、氯化钾（K2O 60%）112.5 kg/hm2。追肥：第1次，氮肥（尿素）75 kg/hm2，钾肥（KCl）75 kg/hm2；第2次，复合肥（15-15-15）150 kg/hm2；第3次，复合肥（15-15-15）150 kg/hm2。

其他田间管理和病虫害防治同常规高产栽培管理，注意秧苗期防治福寿螺。病虫害防治：插秧前2～3 d喷送嫁药，防治福寿螺、稻蓟马、稻叶蝉、稻飞虱等；施分化肥后7～10 d喷孕穗药，防治纹枯病、二化螟和三化螟；始穗期喷破口药，防治稻纵卷叶螟、稻飞虱、纹枯病和稻瘟病。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 主要农艺性状及产量 水稻收获前2 d每个小区按对角线3点取样，连续取3穴考查株高、单株穗重、有效穗数、穗长等农艺性状，同时考察每穗实粒数、空粒数、结实率和千粒重等产量构成因子。田间实收测产，每小区取样收割面积3 m2，脱粒后晾晒并称重，计算小区产量和单产。

1.3.2 茎秆强度 采用数显植物茎秆强度检测仪（型号为YYD-1A）对各处理小区水稻茎秆强度进行测量，于齐穗期、齐穗14 d和成熟期每小区选3个点，每点选3穴进行测量。测量时将仪器置于离地20 cm高处，水平推动水稻茎秆直到植株与地面呈45°夹角，读取压力值。

1.3.3 根系形态指标 于水稻分蘖期在田间取样，将根系洗干净后用WinRhizo RegV 2004a根系分析系统（加拿大Regent公司）进行测定。测定方法：将根系样品放置在30 cm×40 cm树脂玻璃槽内，注水3～4 mm使根系充分散开，用双面光源扫描系统（EPSON Expression 1640XI，美国EPSON公司）扫描根系，用WinRhizo Reg V 2004a分析获得根系长度、根系投影面积、根体积等指标数据。根系干重采用烘干法（105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒量）测定。

1.3.4 茎秆硅含量 成熟期取水稻茎秆，放在塑封袋中送样检测N、P、K、Si及有机质等，委托青岛正信检测分析有限公司进行检测，检测依据ICP-MS、ICP-OES、LY/T1228-2015、NY/T1121.6-2006。

试验数据运用Microsoft Excel软件录入、计算，用SPASS软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同硅肥施用量对水稻主要农艺性状的影响

通过对试验材料主要农艺性状指标分析，结果（表1）显示，美香占2号不施硅肥对照株高为78.78 cm、穗长为18.80 cm、每穴实粒数为1 161.33粒、结实率为76.67%、千粒重为18.94 g，各项农艺性状指标随着硅肥施用量增加而随之升高，以高硅肥处理最高，4个硅肥处理的株高、穗长、总粒数差异显著；不同硅肥施用量处理对粤禾丝苗、象牙香占主要农艺性状指标的影响与美香占2号相似。说明硅肥的施用有利于水稻植株的营养吸收利用，促进植株生长，适当提高稻谷结实率和千粒重。

在水稻成熟期，对不同水稻品种和硅肥处理进行测产，分析不同水稻品种和硅肥处理植株的有效穗数和实际产量的差异，结果发现，美香占2号不施硅肥对照有效穗数为12.67 万条/667m2，低硅肥处理（90 kg/hm2）、中硅肥处理（180 kg/hm2）、高硅肥处理（270 kg/hm2）有效穗数分别为12.78万、13.00万、14.33万条/667m2；对照实际产量为5 416.67 kg/hm2，随着硅肥施用量的增加产量也增加（表1）。不同硅肥施用量处理对粤禾丝苗、象牙香占有效穗数和实际产量的影响与美香占2号相同，产量均随着硅肥施用量的增加均略有升高，说明硅肥的施用能促进植株营养的吸收与转化，提升水稻产量。

表1 不同品种和硅肥处理主要农艺性状指标测定结果Table 1 Determination results of main agronomic traits of different varieties under various silicon fertilizer treatments

2.2 不同硅肥施用量对水稻抗倒伏指标的影响

由表2可知，不同硅肥施用量处理及不同生育期美香占2号的茎秆强度不同，抽穗期对照的茎秆强度仅为10.95 N，施用硅肥后茎秆强度最大增加至12.91 N，但不同硅肥施用量处理间的茎秆强度无显著差异。成熟期茎秆强度的提升有在不同硅肥施量具有差异；成熟期随着硅肥施用量增加茎秆不同部位粗细均有增加，高硅肥处理（270 kg/hm2）茎上部、茎中部、茎基部的直径分别为1.65、2.75、5.30 mm。不同硅肥施用量对粤禾丝苗、象牙香占的茎秆强度和茎秆粗细的影响与美香占2号相同，均随着硅肥施量的增加各指标均略有升高，说明硅肥的施用能够提升植株的综合抗倒伏能力。

表2 不同品种和硅肥处理抗倒伏指标测定结果Table 2 Determination results of lodging resistance indexes of different varieties under various silicon fertilizer treatments

2.3 不同硅肥施用量对水稻根系形态指标的影响

由图1、表3可知，低硅肥处理（90 kg/hm2）和中硅肥处理（180 kg/hm2）水稻根系较发达。以美香粘2号为例，不施硅肥对照分蘖期总根长3 022 cm、根表面积861 cm2、根体积19.34 cm3、根尖数6 836条、根鲜重19.3 g、根干重2.03 g，均为最低，各指标以低硅肥处理（90 kg/hm2）最高，分别为总根长5 491 cm、根表面积1 416 cm2、平均根径2.48 mm、根体积29.15 cm3、根尖数13 157条、根鲜重27.28 g、根干重2.48 g，且不同硅肥施用量处理根系各指标差异显著（表3），说明施用适量硅肥能促进水稻根系的生长。

2.4 不同硅肥施用量对水稻茎秆硅含量的影响

对不同品种和硅肥处理水稻茎秆硅含量测定的结果（表4）显示，美香占2号植株茎秆硅含量最低为对照120.01 mg/kg，最高为高硅肥处理（270 kg/hm2）217.63 mg/kg，低硅肥处理（90 kg/hm2）和中硅肥处理（180 kg/hm2）茎秆硅含量分别为188.64、159.57 mg/kg，不同硅肥处理间差异显著，表明随着硅肥施用量的增加植株茎秆硅含量也有增加；粤禾丝苗茎秆硅含量最低为中硅肥处理（93.40 mg/kg）、最高为高硅肥处理（397.91 mg/kg），象牙香占茎秆硅含量最低为中硅肥处理（97.48 mg/kg），最高为低硅肥处理（881.31 mg/kg），均与美香占2号不同，硅肥施用量与植株茎秆硅含量不成正比。

3 讨论

图1 不同硅肥处理美香粘2号分蘖期根系扫描结果Fig.1 Scanning results of root system of Meixiangzhan 2 at tillering stage under different silicon fertilizer treatments

表3 不同硅肥处理美香占2号分蘖期根系扫描数据Table 3 Root scanning data of Meixiangzhan 2 at tillering stage under different silicon fertilizer treatments

表4 不同品种和硅肥处理茎秆硅含量Table 4 Silicon contents in stems of different varieties under various silicon fertilizer treatments

水稻植株生长环境的肥力水平影响着其群体和个体的发育，进而影响水稻产量及水稻种植的经济效益。硅是水稻等禾本科作物生长发育的有益元素，对禾本科作物生长具有促进作用，能明显提高作物的干物质积累，减缓病害的发生，缓解作物的生物和非生物胁迫［13］。前人以粳稻为研究材料开展了许多研究，张国良等［14］对武育粳3号的研究表明，在大田基施硅肥（有效硅含量≥20%）0～450 kg/hm2范围内，随硅肥施用量的增加，产量呈先增加后降低的趋势；商全玉等［15］认为施硅量（有效硅含量为67%）180～240 kg/hm2是北方粳稻适宜的硅肥用量；龚金龙等［16］研究表明，施硅可显著提高江苏里下河地区粳型超级稻武运粳24和淮稻9号的产量，增幅达4.59%～19.54%；韦还和等［17］研究表明，硅肥施用显著提高甬优12和甬优15的产量，增幅达5%～10%，随硅肥用量的增加，甬优12和甬优15的产量均呈先增加后下降的趋势。本试验以华南地区推广较多的籼稻为研究材料，以肇庆地区种植情况为基础开展试验，通过对农艺性状及产量等数据分析，发现硅肥的施用在籼稻中也是同样情况，矿物硅（SiO2＞70%）施用量270 kg/hm2时产量最高。

水稻植株吸收营养元素的器官中，根系是水稻氮素吸收和运输的重要器官，是土壤养分的直接利用者和产量的重要贡献者，根系形态学特征与植物养分效率也有着密切的关系［18］。对水稻茎秆强度的试验结果显示随着硅肥施用量的增加各指标均有升高，说明施用硅肥能提升植株的综合抗倒伏能力，这与前人研究施用硅肥可促进光合作用、提高抗倒伏能力、协同提高产量与米质等的结论相同［19-20］。尽管硅肥的增产作用低于氮肥，但水稻对硅的吸收量却很高，超过对氮、磷、钾的吸收总量［21］。硅肥不仅有利于提高作物的光合作用和叶绿素含量，促进有机物积累，还可以增加作物茎杆的机械强度，使茎秆挺直，从而可能对提高作物对病虫害的抵抗力及抗旱、抗干热风、抗寒等有利。

近年来，随着广东优质丝苗米品种的推广种植，传统的栽培技术如稻草还田给土壤提供的有效硅有限，因此，要解决水稻缺硅问题，应重视补施硅肥。硅肥施用量应根据当地土壤有效硅含量而定，土壤缺乏硅素的要多施硅肥，中等程度可少施，丰富程度的当年可不施；同时，不同硅肥的有效硅含量也存在差异，应根据当地实际情况选择合适的硅肥。本试验使用硅肥为“必奥力”天然矿物硅肥，含有的活性物质和基本微量元素（其中硅70～310 g/kg），能使根系发达健壮，促进水稻光合作用和营养吸收，提高作物产量，增加离子交换并促进茎叶壁、角质层增厚使水稻的抗倒伏能力加强。

4 结论

本试验结果表明，硅肥的施用有利于水稻植株的营养吸收利用，促进植株生长，适当提高稻谷结实率和千粒重；产量结果也说明施用硅肥能促进植株养分的吸收与转化，促进产量提升；抗倒伏能力试验结果发现，美香占2号施用硅肥后茎秆强度增加至12.91 N，高硅肥处理成熟期植株茎上部、茎中部、茎基部直径分别为1.65、2.75、5.30 mm，说明施用硅肥能提升植株的综合抗倒伏能力；根测定结果发现低硅肥处理的总根长5 491 cm、根表面积1 416 cm2、平均根径2.48 mm、根体积29.15 cm3、根尖数13 157条、根鲜重27.28 g、根干重2.48 g，均比对照高，说明硅对促进根系的生长有利；茎秆硅含量测定发现美香占2号高硅肥处理的茎秆硅含量为217.63 mg/kg，明显高于其他处理。综合结果表明，硅肥对水稻根系生长、植株生长等具有较好作用，同时，硅肥的增加还能够提升植株的综合抗倒伏能力。