硅肥对水稻生育性状及产量的影响

于广武，李晓冰，何长兴，郑连举，林永德

(1.中国科学院东北地理与农业生态研究所 黑龙江哈尔滨 150040；2.东北农业大学资源与环境学院 黑龙江哈尔滨150030；3.黑龙江奥格瑞农业科技发展有限公司 黑龙江哈尔滨 150081；4.五常市农业技术推广中心 黑龙江五常 150200；5.黑龙江圣东肥业有限公司 黑龙江伊春 152500)

1 水稻的需肥特点及规律

硅肥既可用作土壤调理剂改良土壤，又可用作肥料为作物提供营养，并有抗重茬和病虫害的作用。硅肥除含硅外，还含有钙、镁、硫、锌、铁、硼、钼、锰、硒等多种营养元素，对作物具有复合营养作用。硅肥是改变作物“优质不高产、高产不优质”最值得推广的肥料之一[1]。

水稻在我国栽培历史悠久，播种面积5亿亩(1亩=667 m2，下同)左右，占世界水稻播种面积的22.8%，占全国粮食作物种植面积的29.1%，目前超过小麦种植面积居首位；水稻产量居世界第1位，占我国粮食总产量的43.7%。

水稻在正常生长发育过程中除必需的16种营养元素外，对硅的吸收较多。地壳中硅的含量仅次于氧，其质量分数为26.3%[2]。动植物组织中几乎都含有硅，水稻植株中含有大量的硅，硅对水稻的生长具有极其重要的作用，但我国水稻种植地区土壤中有效硅含量大多不足，是制约水稻高产的主要因素之一。因此，对水稻硅素营养和施用硅肥增产增质效果的研究应予以重视[3]。

水稻生长的吸肥规律是分蘖期吸收养分较少，幼穗分化到抽穗期吸收养分最多、吸收强度最大，抽穗后一直到成熟对养分吸收量明显减少。

(1)氮素：水稻自幼苗开始逐渐增加对氮素的吸收，返青至幼穗分化期达到高峰，占总氮吸收量的60%～70%；幼穗分化期到抽穗开花期占总氮吸收量的20%～30%；抽穗开花后到成熟期占总氮吸收量的10%左右。

(2)磷素：水稻苗期吸收磷素较少，分蘖期以后迅速增加，分蘖到幼穗分化期占总磷吸收量的33.7%；幼穗分化到抽穗开花期占总磷吸收量的26.6%；结实期占总磷吸收量的32.5%。

(3)钾素：水稻幼苗期对钾素的吸收较少，分蘖后迅速增加，分蘖到幼穗分化期占总钾吸收量的35.2%；幼穗分化到抽穗开花期达到高峰，占总钾吸收量的59.1%；抽穗开花期以后几乎不吸收钾素。

(4)微量元素：水稻对锌的吸收主要在苗期到拔节前；对铁、硫、镁的吸收约在抽穗前10 d达到最大值，以后迅速下降；对锰的吸收高峰是抽穗前几天。

(5)硅素：据资料显示，水稻对硅的吸收一般随着生育进程而增加，营养生长期、生殖生长期和成熟期分别占总硅吸收量的9.1%～9.6%、65.3%～66.5%和23.8%～25.6%[4]。水稻吸收硅素营养最重要的时期是生殖生长期，在此期间满足水稻对硅肥的需求，对水稻高产有重要作用。

2 硅肥对水稻生育性状的影响

2.1 硅是植物的重要营养元素

如表1所示，下列植物体内都含有硅，特别是水稻，其含硅量是大豆、苜蓿、扁豆等作物的3倍以上。

表1 不同植物主要灰分营养元素组成 %

2.2 硅肥有利于提高光合作用

水稻吸收硅以后形成的硅化细胞可增强细胞壁强度，使植物株型挺拔、茎叶直立；水稻茎叶间夹角减小25.4°，可改善通风情况，增强水稻叶面的光合作用，促进有机物的积累，从而提高稻谷产量[5]。目前，麦稻光能利用率为1.0%～1.5%，理论上最大利用率在10%左右，因此强化作物的光合作用是非常重要的增产手段。

2.3 硅肥有利于增强抵抗病虫害的能力

水稻吸收硅以后形成的硅化细胞可使表层细胞壁加厚、角质层增加，从而使其抵抗病虫害的能力增强，特别是对稻瘟病、稻胡麻斑病、稻粒黑粉病、水稻纹枯病、水稻烂秧、稻飞虱等有显著作用。如表2所示，施用硅肥可以降低稻瘟病发病率，而过量施用氮肥会使稻瘟病发病率增大[6]。此外，施用硅肥还可增强对二化螟、三化螟等害虫的抵抗力。

表2 施用硅肥对稻瘟病发病率的影响

2.4 硅肥能提高水稻抗倒伏和根系氧化能力

硅素能够使植株基部的秸秆强度增强，提高水稻体内部的通气性和水稻导管的刚性，从而增强根系的氧化能力，防止根系早衰与腐烂，根系发达又可增强水稻的抗倒伏能力。

水稻倒伏有2种类型，即因成熟穗质量增加的倾斜(自然倒伏)和茎秆折断，硅肥对这2种类型倒伏都有抗性。经测定，使用硅肥以后，水稻基部秸秆抗折断力可提高35%～55%[5]。

2.5 硅肥能增强水稻抗寒、抗低温、抗干热风和抗旱能力

水稻植株中的硅化细胞能够对叶面气孔开闭及水分蒸腾进行有效调节，故使用硅肥后可增强水稻的抗低温、抗干热风、抗旱及抗寒的能力。如表3所示，使用硅肥后，水稻水分蒸发量减少20%左右，明显提高了水稻的抗干旱能力。在不良气候条件下，施用硅肥的增产幅度将更大。

表3 硅肥对水稻水分蒸发的影响

2.6 硅可活化土壤中磷并提高磷肥利用率

我国磷肥利用率一般在15%～20%，而硅能够减少磷肥在土壤中的固定，同时活化土壤中的磷，因此施用硅肥可提高作物对磷肥的吸收利用率，促进磷在水稻体内运转，从而提高水稻的结实率。

2.7 硅肥能够改良红壤和盐碱地

红壤中活性铝含量高，盐基饱和度低，硅能补充盐基饱和度、改善土壤结构。蔡德龙博士在我国黄淮海平原盐碱地治理研究中，首先发现硅肥不仅能够改良酸性土壤，而且能有效治理次生盐碱地。硅肥中含有的钙是改良盐碱地，特别是改良钠碱型(NaCO3、NaHCO3)盐碱土的钙源。硅肥溶解后释放出的钙离子可取代土壤中的可交换性钠离子(Na2CO3+CaSiO3→Na2SiO3+CaCO3)，使钠盐被清洗，从而改善了土壤渗透性。另外，MgSO4含量高的土地俗称“牛皮碱”，硅肥是一种治理“牛皮碱”的改良剂。硅肥中的钙离子进入土壤中与盐碱地中积聚的镁相互拮抗，当植物根系周围钙离子浓度增加时，镁离子就不容易进入根内，从而抑制过量镁的毒害作用。

2.8 硅肥能够防治和减轻土壤重金属污染

近年来，“镉大米”、“毒蔬菜”事件屡现，土壤污染问题已经引起公众关注。《全国土壤污染状况调查公报》显示：全国土壤总点位超标率为16.1%；耕地总体情况不容乐观，部分地区土壤污染严重，耕地点位超标率为19.4%，土壤镉超标率为7.0%，其中镉重度污染点位比例为0.5%，工矿业废弃地土壤环境问题突出。从污染地域分布情况来看，南方重于北方，珠江三角洲、长江三角洲、东北老工业基地等部分地区较为突出。土壤污染的背后是粮食安全问题，18亿亩耕地的红线已经遭到日益严重的土壤污染的实质性威胁，或许会给我国带来新的粮食危机。而硅肥可通过提高土壤pH来降低重金属的活性，进而减轻重金属的污染。

3 硅肥对水稻产量的影响

近年来的研究表明，在河南、山东、浙江、湖北、安徽、广西、湖南、海南、河北、黑龙江、四川等省区对喜硅作物和缺硅土壤施用硅肥，取得了比较显著的增产效果，其中水稻、小麦、大豆、甘蔗、花生、玉米和蔬菜分别增产10%～20%、10%～15%、10%～20%、10%～25%、5%～35%、12%～20%和12%～20%。

湖北秀谷农业有限公司委托农业部全国农业技术推广服务中心、中国科学院农业项目办公室等单位，组织全国27个省、市、自治区100多个县市的土肥站、农场、农业企业以及包括中国科学院、中国农业科学院、中国农业大学等在内的全国10多所研究院所和高校承担或参与，先后对60多个地区的不同气候带、不同土壤类型开展了50多种农作物的施硅试验，均取得了较好的效果，粮食作物平均增产9.7%，其中东北、华北、华东、华中、西南和华南地区平均分别增产10.9%、10.5%、8.6%、8.3%、6.8%和9.7%。由此可以看出，东北和华北地区施用硅肥的效果最理想，东北地区水稻施硅试验效果如表4所示。

表4 东北地区水稻施硅试验效果

4 硅肥种类与施用

4.1 硅肥的种类

硅肥品种很多，按形态可分为固体硅肥、液体硅肥，按施用方法可分为叶面喷洒硅肥、基施硅肥、水冲硅肥等，按水溶性则可分为枸溶性和水溶性两大类[7]。

4.1.1 枸溶性硅肥

世界上最早应用的硅肥是日本小林均教授以炼铁水淬渣为主要原料生产的固体枸溶性硅肥，生产枸溶性硅肥的原料可以分为两大类。

(1)以冶炼行业中的高炉渣(主要有炼铁水淬渣、黄磷渣、锰铁高炉渣、粉煤灰等)为原料，生产的硅肥除含有效二氧化硅外，还含有碳酸钙、碳酸镁以及多种微量元素，对改良土壤、防治土壤重金属污染具有较好的综合效果。

(2)将硅石、钾长石等与碳酸钙、碳酸镁按一定比例混合，在高温条件下反应生成非结晶型的硅酸盐，从而使不溶性硅转化为容易被植物吸收的枸溶性硅。在美国的夏威夷，曾利用砂子与珊瑚石灰岩在水泥窑中熔炼生产出偏硅酸钙硅肥。中国科学院地质研究所的研究人员开发了硅湿法生产硅肥，取得了较好的效果。黑龙江圣东肥业有限公司利用硅钾矿石生产长效硅钾肥，其含全硅质量分数高达60.0%以上，含水溶性硅质量分数在6.5%以上，可作为土壤调理剂和肥料施用。

4.1.2 水溶性硅肥

水溶性硅肥具有能直接被作物吸收利用、有效硅含量高、运输方便等特点，但其生产成本较高，综合改良土壤的效果不如固体枸溶性硅肥。

4.1.3 生物硅钾肥

生物硅钾肥是以褐煤腐殖酸粉、味精氨基酸粉、多元素矿质粉、酵母蛋白粉、糖蜜、BMC复合菌剂为主要原料经科学加工而成，其主要技术指标：有效活菌数≥2亿个/g，w(SiO2)≥20%，w(N+P2O5+K2O)≥5%，w(腐殖酸)≥10%，w(中微量元素)≥4%，w(水分)≤5%，颗粒强度≥8 N/颗，同时还含有氨基酸、蛋白肽、多糖等。

4.2 硅肥的施用方法

(1)用作基肥。根据多年的大面积对比试验，枸溶性硅肥作基肥施用量在每亩50 kg效果最好，水溶性硅肥在每亩2～3 kg。树龄的不同，每棵果树施用的硅肥量也不同，如5年生苹果树每棵根施5 kg枸溶性硅肥比较适宜。硅肥基施时，最好与有机肥混合使用，效果更佳。

(2)用作追肥。与氮肥、磷肥和钾肥不同，植物整个生育期都需要硅肥，特别在后期吸收量更大，因此追施效果也非常好。硅肥追施时，可以叶面喷洒、冲施，也可以直接施入土壤中。