硅肥和氮肥配施对优质稻植株养分含量、产量和品质的影响

潘韬文，陈 俣，蔡昆争①

(1.华南农业大学资源环境学院，广东 广州 510642；2.农业部华南热带农业环境重点实验室，广东 广州 510642；3.广东省生态循环农业重点实验室，广东 广州 510642)

水稻是世界主要粮食作物之一，在我国2/3人口以水稻为主食。氮是植物蛋白质、叶绿素的重要组成元素，直接参与作物的光合作用和物质积累，影响水稻生长。此外，氮是决定作物生产力水平的最重要营养元素。施用氮肥是提高作物氮营养的主要途径，但作物生产中大量施用氮肥，不仅增加生产成本，还会带来一系列环境问题。过多或不正确地施用氮肥，会造成土壤酸化、有机质含量减少、土壤板结和水体富营养化等问题。合理施用氮肥不仅提升水稻产量、品质和氮肥利用率，还可以减少因过量施用所带来的污染问题。

硅(Si)是地球表面第2大富集元素，由于其对植物的许多有益作用，在农业领域迅速受到关注[1]。适量施用硅肥可以促进农作物生长发育、调节作物养分吸收[2]及提高农产品产量[3]等。此外，水稻是一种喜硅、富硅作物，素有硅酸植物之称，对硅的需求仅次于氮、磷、钾3大元素[4]。此外，氮硅合理配施可以使各生育期水稻植株氮、磷、钾、硅含量维持在一个合适水平[5]。同时，利用有效氮、硅是提高水稻产量和品质、降低生产成本的重要补充策略[6]，可促进水稻对其他元素的吸收和利用，从而达到高效、高产目的[7]。笔者以南方推广面积较大的优质水稻为材料，研究氮硅配施对不同品种水稻植株养分含量、产量及品质的影响，筛选合理的氮肥和硅肥施用量，从而为减氮、施硅的水稻生产技术提供参考依据和实践指导。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为华南地区优质稻“桂农占”和“黄华占”，由广东省农业科学院水稻研究所提供。

1.2 试验土壤

试验在华南农业大学试验农场进行。土壤主要理化性质如下：pH 为6.48，有机质含量为17.32 g·kg-1，全氮含量为0.91 mg·g-1，速效磷含量为31.70 mg·kg-1，速效钾含量为165.38 mg·kg-1，土壤有效硅含量为167.88 mg·kg-1。试验所用硅肥为山西省曲沃县瑞丰硅肥厂生产的特种硅钙钾肥，有效硅(SiO2)、钙(CaO)和钾(K2O)质量含量分别为20%、16%和5%。

1.3 试验设计

于2011年进行早季(4—7月)和晚季(8—11月)大田试验，桂农占和黄华占2个水稻品种设3个供氮水平和3个供硅水平。3个供氮水平为低氮(N1)、中氮(N2)和高氮(N3)，对应施氮量分别为120、180和240 kg·hm-2。3个供硅水平为低硅(Si1)、中硅(Si2)和高硅(Si3)，对应施硅量分别为0、225和450 kg·hm-2。每个品种设9个处理，进行硅氮互作，每个处理设3个重复，随机区组排列，共54个小区，小区面积为12 m2(长6 m，宽2 m)。氮肥为尿素，施用量均以纯氮计，硅肥施用形式为硅钙钾肥。由于存在硅钙钾肥所带来的钙、钾不等量问题，故各处理均需补齐钙、钾含量。

除氮和硅外，所有处理磷肥和钾肥施用量均相同。磷肥(过磷酸钙)施用量为375 kg·hm-2，作为基肥，插秧前整地时期一次性施用。钾肥(氯化钾)施用量为150 kg·hm-2，基施钾肥量占总施用量的40%，分蘖肥(插秧后15 d)追施30%，穗肥(插秧后30 d)追施30%。2个水稻品种的生育期大体一致，于同一时间取样。早、晚季试验中不同处理在水稻生长的分蘖期、抽穗期、成熟期取样测定植株叶片全氮、全磷、全钾及硅含量；在成熟期测定产量指标和稻米品质。由于早季和晚季试验结果一致，仅展示2011年早季试验结果。

1.4 测定指标与方法

1.4.1叶片的养分指标

全氮含量采用瑞典FOSS公司生产的Kjeltec-2300型全自动凯氏定氮仪对水稻叶片磨细粉末的消煮液进行测定。全磷含量采用H2SO4-H2O2消煮、钒钼黄比色法[8]268-270测定。全钾含量采用H2SO4-H2O2消煮、火焰光度计法[8]270-271测定。硅含量采用高温碱熔解法[9]测定。

1.4.2产量指标

实际产量及产量构成因素：待水稻成熟后测产，并取样进行考种，包括有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重。

1.4.3稻米品质

参照NY 147—88《中华人民共和国农业部部标准 米质测定方法》，包括碾磨品质、外观品质、蒸煮与食味品质等。稻谷在收获晒干后须存放3个月以上，待理化性状稳定后方可进行分析。测定指标包括出糙率、整精米率、垩白粒率、垩白度、胶稠度和直链淀粉含量。

1.5 数据统计分析方法

采用Microsoft Excel 2007对数据进行计算，采用SPSS 16.0进行统计分析，采用Origin 9.0作图。

2 结果与分析

2.1 硅氮配施对水稻叶片养分含量的影响

表1显示，随施氮水平升高，在分蘖期和抽穗期2个水稻品种叶片氮含量大幅增加，而对成熟期氮含量无显著影响。在中、高氮水平下，随生育期的推进，2个水稻品种叶片氮含量逐渐降低。在分蘖期，不同氮、硅水平及氮硅配施下桂农占叶片氮含量均有显著差异，而黄华占只在氮水平下有显著差异。在抽穗期，不同氮、硅、氮硅配施下2个水稻品种叶片氮含量均有显著差异，而在成熟期，不同因素对其无显著影响和交互作用。在分蘖期与抽穗期，N1-Si3处理桂农占叶片氮含量比N1-Si1处理分别增加73.3%和17.0%，黄华占与其相似。

表1 硅氮配施对2个品种水稻叶片氮含量的影响

N1、N2和N3分别为低、中和高3个供氮水平，Si1、Si2和Si3分别为低、中和高3个供硅水平。同一列数据后英文小写字母不同表示处理间氮含量差异显著(P<0.05)。ns、*和**分别表示未达显著水平以及在0.05和0.01水平上显著。

对氮硅施用后水稻叶片磷含量变化进行双因素方差分析的结果(表2)表明，除了氮、硅、氮硅配施对黄华占抽穗期磷含量具有显著影响，硅水平对黄华占成熟期具有显著影响外，其他因素对各个时期2个水稻品种叶片磷含量没有显著影响。此外，随着生育期的推进，在中、高氮水平下2个品种水稻叶片磷含量逐渐降低，与氮含量变化比较类似，但其降低幅度比氮含量要小。

表2 硅氮配施对2个品种水稻叶片磷含量的影响

表3显示，与氮和磷类似，随着生育期的推进，不同处理水稻叶片钾含量逐渐减少。双因素方差分析表明，除了氮硅配施在成熟期对黄华占钾含量有显著影响外，其他因素对2个水稻品种钾含量无显著影响。

就不同处理水稻叶片硅含量变化(表4)而言，在分蘖期和抽穗期的3个氮水平下，施用硅显著增加桂农占叶片硅含量，例如在分蘖期和抽穗期，N2-Si3处理叶片硅含量比N2-Si1处理分别增加35.3%和10.0%。而硅氮配施对2个水稻品种成熟期叶片硅含量无显著影响。此外，在分蘖期，N1-Si3和N2-Si2处理黄华占叶片硅含量较高；在抽穗期和成熟期黄华占硅吸收情况与桂农占相似。

表3 硅氮配施对2个品种水稻叶片钾含量的影响

表4 硅氮配施对2个品种水稻叶片硅含量的影响

2.2 硅氮配施对水稻产量及产量构成因素的影响

表5显示，在低、中、高氮水平下，桂农占每穗粒数均表现为中硅与其配比的施氮处理达最大值，且差异显著；在低氮水平下，N1-Si3处理有助于其结实率的增加。除N3-Si1处理外，其他处理对桂农占千粒重无显著影响。此外，桂农占实际产量受结实率影响较大，各施氮水平下实际产量情况与结实率相一致。对黄华占而言，各处理间其有效穗数、千粒重和实际产量无显著差异。此外，在低氮水平下桂农占实际产量随着硅含量提高而呈增加趋势，但未达显著水平。在所有处理中，N2-Si1处理桂农占实际产量最高，达8 976.0 kg·hm-2。在中、高氮水平下黄华占实际产量也有相同趋势，实际产量随着硅含量的提高而增加，但未达显著水平。

2.3 硅氮配施对水稻品质的影响

由表6可知，硅氮互作对2个水稻品种的出糙率、垩白度无显著影响。而在不同氮水平下，2个水稻品种整精米率随硅含量增加而升高。例如，桂农占在中氮水平下，高硅处理整精米率比低硅处理提高8.9%；而黄华占更为显著，N1-Si3处理比N1-Si1处理提高51.3%。

表5 硅氮配施对2个品种水稻产量构成因素的影响

表6 硅氮配施对2个品种水稻品质的影响

在不同氮水平下，2个水稻品种直链淀粉含量变化却与硅含量变化呈相反趋势，即硅施用量越高，水稻籽粒直链淀粉含量就越低，且达显著水平。例如，在高氮水平下，低、中、高硅水平处理桂农占籽粒直链淀粉含量分别为24.1%、19.5%和17.1%。

2.4 水稻种植施硅减氮经济效益分析与硅氮优化施肥方案推荐

根据硅氮配施对水稻产量构成因素的影响(表5)分析， N2-Si1处理桂农占产量最高，为8 976.0 kg·hm-2。另外，在低氮水平下随着硅含量的升高，桂农占产量逐渐提高，N1-Si3处理桂农占产量达到8 188.5 kg·hm-2。N3-Si3处理黄华占产量最高，为8 260.5 kg·hm-2。按照尿素2 200元·t-1、硅肥2 000元·t-1计，N2-Si1处理施肥投入为861.3元·hm-2，N1-Si3处理投入为1 384.2元·hm-2，N3-Si3处理投入为2 048.4元·hm-2。可以计算得到N2-Si1和N1-Si3处理桂农占产投比分别为10.42和5.92；N3-Si3处理黄华占产投比为4.03。笔者通过试验发现，硅能够替代一部分氮肥投入，从而达到高产目的，并降低氮肥施用过量对环境造成的污染，因此推荐N1-Si3和N2-Si1的施肥方案用于水稻的实际生产中。

3 讨论

在现代农业中，硅已被公认为是许多作物特别是水稻和甘蔗的功能性营养元素，并且在作物特别是禾本科作物的生长和发育中起着重要作用[10]。由于硅的协同效应，施硅能提高水稻最佳氮效率，从而提高水稻生产率[11]。此外，磷硅配施可降低土壤铅的有效性[12]，有利于缓解其对作物的毒害。

有研究表明，水稻施用硅肥后，可降低水稻高氮的负面影响[13]，配施硅肥可以避免过量施氮而增加的倒伏风险，进而提高水稻产量和抗倒伏性[14]。笔者试验结果表明，施用硅肥可以调节水稻在不同时期对氮、磷、钾元素的需求，当施用过量时，有抑制供给的作用。例如，在低氮水平下，施用硅肥能促进氮、磷、钾肥吸收，并且随着氮、磷、钾含量升高，促进作用增强。但当氮含量过高时，施用硅肥能够平衡水稻对3种元素的吸收比率，以免氮肥过多引起徒长而导致缺素症。笔者研究表明，施用硅肥可以促进水稻对氮、磷的吸收，在低氮水平下，加硅处理氮吸收量比不加硅处理明显增多，而硅氮互作对钾含量影响不大。

施用硅肥可增加水稻植株对硅和氮素的吸收，促进其营养生长。王显等[15]研究表明，在大田基施硅肥0～262.5 kg·hm-2范围内，随着施硅量的增加，低氮肥水平下水稻植株硅含量呈显著增加趋势，且植株硅积累量变化趋势与硅含量变化趋势基本一致。此外，植株内氮含量的减少和硅含量的增加提高了水稻的抗倒伏能力[16]。笔者试验中，在分蘖期和抽穗期低氮水平下2个水稻品种叶片硅含量随施硅量的增加而增加，且达到显著水平。笔者试验中高硅水平下水稻吸硅能力增强，也进一步证明水稻是喜硅作物。

水稻生物产量是决定产量水平的重要因素[17]。关于硅肥能否促进水稻产量增加及其机制，前人做过很多研究。施氮肥往往会使水稻叶片下垂，而硅可使水稻保持直立，这使得光合作用增强，产量也有提高[11]。有研究发现，施硅肥对水稻增产效果显著，特别是高氮水平下配合增施适当硅肥有利于水稻增产[18]。氮肥主要通过影响有效穗、穗粒数、结实率和千粒重而促进产量形成；硅肥主要通过影响千粒重、结实率、穗粒数和有效穗而促进产量形成[19]，增加作物生长过程中的干物质积累量[20]。MAUAD等[7]研究发现，硅对水稻籽粒产量的影响不显著，但导致粒重增加，穗部不育性降低。在氮、硅互作条件下，也有学者发现适宜的氮素施用量和施肥时期，可以提高抽穗期群体源库质量和群体成穗率，形成高势粒比群体而促成高产[21]。有研究表明，适量氮硅配施主要通过提高结实率从而增加水稻产量[22]，笔者试验也得到类似结果，且其互作效果与氮肥、硅肥用量有关。

有研究发现，施硅不但显著提高水稻产量，还显著提高稻米整精米率，显著降低垩白面积和直链淀粉含量[23]，而对稻米糙米率、垩白粒率和垩白度，多数研究认为施硅对稻米食味无明显影响[24]。笔者试验中在低氮水平下，2个水稻品种整精米率随施硅量增加而呈增加趋势，直链淀粉含量呈下降趋势；中氮水平下，胶稠度随施硅量增加而呈先增加后减小趋势，其变化规律与肖尧[25]研究结果一致。

笔者研究表明，通过减少氮肥投入，适当配施硅肥，可以达到保证产量与保护生态环境相统一的目标，为推广硅氮种植模式提供强有力的理论依据。此外，水稻施硅时，不能仅考虑土壤有效硅含量高低以及施氮量和土壤供氮能力问题，不同水稻品种在不同气候条件下的最适硅氮配施比以及施用硅肥后改善稻米品质的机制等方面问题仍需进一步深入研究。

4 结论

硅肥和氮肥的合理配施可使水稻植株各生育期氮、磷、钾和硅含量维持在一个合适的水平，对产量有一定的提高作用。此外，硅肥和氮肥配施通过增加精米率和胶稠度以及降低直链淀粉含量进一步改善水稻品质。结合产投比等因素综合考虑，N1-Si3和N2-Si1施肥方案有助于水稻生产以及经济效益的提高。