不同耕作模式下施硅量对垦粳7号抗倒伏性能的影响

王文玉, 万思宇, 张雪松, 王旭, 李佳硕, 郑桂萍

(黑龙江八一农垦大学农学院， 黑龙江 大庆 163319)

水稻是我国主要粮食作物之一，全国约有60%以上的居民以大米为主食，因此水稻对我国粮食安全起着至关重要的作用[1]。影响水稻安全生产的因素较多，其中影响最严重的是病害、冷害、倒伏等[2]。目前，水稻倒伏现象越来越严重，一方面是农民为了增加水稻产量，水稻移栽密度大；另一方面由于强降雨、冰雹、暴风等极端天气多，加剧了倒伏的发生。水稻发生倒伏后，不仅费时费工，而且产量大幅下降[3]。如遇阴雨天气可能引起霉变和穗发芽，影响稻米品质[4]。因此，研究水稻抗倒伏的能力，采取有效措施防止倒伏的发生具有重要意义。

水稻倒伏可分为根倒伏和茎倒伏两种情况，一般多发生于抽穗后。前人研究表明，水稻发生倒伏的敏感时期是齐穗后21～30 d，发生倒伏的敏感节位多在茎秆基部的2～3个节间[5-8]。随着种植密度的增加，水稻群体通风透光变差，易引起倒伏[9-10]。郭相平等[11]研究表明，控制灌溉可以增强水稻茎秆茎粗、茎壁厚度，以及增加茎鞘部分干物质分配比例，提高茎秆充实度，茎秆的机械强度变大，抗折力得到提高，最终倒伏指数降低，抗倒伏能力增强。在肥料方面，有研究显示，硅、钾肥配合施用可通过改善茎秆物理化学特性有效增强易倒伏水稻植株的抗倒伏能力[12]。刘红芳等[13]研究表明，施硅有增加水稻拔节期和成熟期植株硅含量的趋势，显著降低水稻茎秆倒伏指数。并且施用硅肥能够显著降低水稻基部节间的长度，同时还能增加水稻基部节间的壁厚[14-15]和茎秆横截面积，显著提高水稻的抗折力[15-17]，从而有效提高水稻的抗倒伏能力。关于栽培管理措施对水稻植株抗倒伏性的影响，前人研究主要集中于种植密度[9,18]、肥料施用的种类和用量[19-20]、水分管理模式[21-23]等方面，而且都是在某一特定种植方式下进行的，对同一品种在不同耕作模式下喷施不同浓度硅肥植株的抗倒伏能力，目前还鲜有报导，更缺乏比较研究。为此，本研究在平作和垄作(垄作采用黑龙江八一农垦大学水稻研究中心提出的水稻旱平垄作双侧双深高效栽培新模式[24])两种耕作模式下，分别喷施不同浓度硅肥，测定计算水稻的株高、节间长度、节间粗度、茎壁厚度、节间干重等茎秆物理性状和茎秆抗折力、倒伏指数、弯曲力矩等力学特性，并对它们与植株抗倒伏能力的关系进行研究与分析，旨在揭示不同耕作模式下施硅浓度对水稻茎秆特征及其抗倒伏的影响。

1 材料与方法

1.1 试验地点及试验材料

试验地点：试验于2019年在黑龙江八一农垦大学水稻中心试验田进行。北温带大陆性季风气候区，年太阳总辐射量491.1 kJ·cm-2，年降雨量约为427 mm，年蒸发量1 635 mm，年均日照时数达2 726 h，无霜期为166 d，年平均气温4.2 ℃，夏季平均气温23.2 ℃，农作物生长发育期气温日均10 ℃以上。土壤碱解氮123.0 mg·kg-1，有效磷18.6 mg·kg-1，速效钾191.5 mg·kg-1，有机质含量32.4 g·kg-1，pH为8.2。

供试品种：垦粳7号(黑龙江八一农垦大学提供)，主茎12片叶，株高约88.00 cm，穗长约15.00 cm，千粒重约23.00 g，生育期135 d左右，需≥10 ℃活动积温2 575 ℃左右。

供试肥料：中化复合肥(N 21.0%，其中缓释氮素含量为7.0%、P2O515.0%、K2O 16.0%)，尿素(含N 46%)、磷酸二铵(P2O546%、N 18%)、硫酸钾(含K2O 50%)，离子硅金甲Ⅱ号(阿托菲纳中国化工有限公司)。

1.2 试验方法

1.2.1水稻旱平垄作双侧双深栽培模式本研究采用水稻旱平垄作双侧双深栽培两种模式(图1)。当土壤墒情适宜时进行秋起垄，同时施肥和镇压，要求垄底宽60 cm，垄面宽40 cm，镇压后垄高达到10 cm左右。旱起垄的同时，将基肥分层深施于垄中形成一深二浅共三条肥带，一深肥带位于垄正中央，将肥施入距垄面6～8 cm深处，选择具有缓效氮的肥料(中化复合肥)，两条浅肥带分别位于深肥带两侧水平距离10.5～18 cm，将肥施入距垄面2～3 cm深处，选择速效氮的肥料(常规化肥)，这样就形成了一垄三肥带，即实现了苗带双侧双深分层分类速缓结合的立体施肥效果。

1.2.2试验设计试验采用随机区组设计，每个处理设3次重复。在平作和垄作两种耕作模式下，分别设置四个硅肥用量处理，其施用量分别为：D1(0 mL·hm-2)、D2(拔节期、齐穗期、灌浆期分别喷施150 mL·hm-2)、D3(拔节期、齐穗期、灌浆期分别喷施375 mL·hm-2)、D4(拔节期、齐穗期、灌浆期分别喷施600 mL·hm-2)。各处理氮、磷、钾用量相同(施肥量详见表1)。小区面积16.8 m2(2.4 m×7.0 m)。氮肥分基肥(80% N)、调节肥(10% N)和穗肥(10% N)施入，钾肥分基肥(70% K2O)和穗肥(30% K2O)施入，磷肥和有机肥以基肥形式一次性施入。穗肥分两次施用。小区间筑埂，两边设保护行。4月9日播种，5月7日插秧，行距为43 cm×17 cm，穴距为12 cm，每穴5苗。垄作分层施肥，上层(浅肥带)均为速效肥，下层(深肥带)均为中化复合肥；平作全层为上下两层的肥料混合一起施用。

图1 水稻垄作双深栽培模式的垄型施肥布局Fig.1 Ridge-type fertilization layout of rice ridge-cropping and double-deep cultivation mode

表1 两种耕作模式下施肥种类和用量Table 1 Fertilization type and dosage under the two tillage modes (kg·hm-2)

1.3 测定项目及方法

1.3.1田间取样齐穗期后25 d，在每区调查点连续数20穴，调查处理田块的平均茎蘖数，再在社区内按照平均茎数取3穴作为代表性样株，带根取出后，用自来水冲洗干净(注意保持茎秆的完整性)，保留叶鞘、叶片和穗并保持不失水，于实验室每穴取出4个主茎测定株高、重心高、基部第1、2、3、4节间(分别简写为N1、N2、N3、N4)的节间长、茎粗和茎壁厚度，测定并计算各节间的抗折力及节间基部到穗顶的长度和鲜重，烘干称重。

1.3.2测定方法用直尺测量株高与基部各节间长；用电子游标卡尺测量茎粗和茎壁厚度。基部各节间的抗折力、弯曲力矩和倒伏指数的测定及计算参照文献[4,25]。

抗折力的测定方法:用自行设计的简单仪器测定，将待测定的节间茎秆(不失水、保留叶鞘)置于自制的简单支架上，该节间中点与支架中点对应(支点间距为5 cm)，在节间中点挂一适当的塑胶容器，逐渐加入砝码至茎秆快要折断时，再逐渐向盘中加入沙子直至茎秆折断，此时砝码、沙子及塑胶容器的重量之和即为该节间的抗折力(g)。

弯曲力矩(cm·g)=节间基部至穗顶长度(cm)×该节间基部至穗顶鲜重(g)

倒伏指数(cm·g·g-1)=弯曲力矩(cm·g)/抗折力(g)×100

重心高测定：按照杨长明等[21]的方法，将植株水平放置于刀口上，重心高为该植株保持平衡时与刀口接触点到茎秆基部的距离。

单位节间干重(g·cm-1)=某节间干物质重(g)/节间长(cm)

1.4 数据分析

采用DPS 7.05软件和WPS 2019软件进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 不同耕作模式下硅肥用量对水稻节间配置、株高和重心高的影响

由表2可以看出，不同耕作模式下，随着硅肥施用量的变化，株高变化规律不尽相同。垄作模式下，随着硅肥用量增大，株高呈先降低后升高的趋势，表现为D1>D2>D4>D3；而平作条件下，随着硅肥用量增大，株高逐渐降低，表现D1>D2>D3>D4，各处理间差异不显著。在不同耕作模式下均表现为株高不同，重心高也有所不同，并且株高降低，重心高下移的趋势。从节间长度来看，在一定硅肥用量范围内，N1、N2节间长度随着硅肥用量的增加而缩短，达到一定程度后反而伸长；N3、N4长度则相反，呈先伸长后缩短的趋势。垄作和平作在D3处理时，N1、N2节间长度最短，N3、N4节间长最长。垄作模式下，D3处理N1节间长显著低于D1，与D2、D4处理差异不显著；N2节间长略低于其他处理；N3节间长略高于其他处理，处理间差异不显著；N4节间长显著高于D1，与D2、D4处理差异不显著。平作模式下D3处理N1、N2节间长均低于其他处理；N3、N4节间长均高于其他处理。说明在一定范围内，施硅可以降低N1、N2节间长度，增加N3、N4节间长度。

表2 不同处理下水稻节间配置、株高和重心高Table 2 Internode distribution, plant height and gravity center height of rice under different treatments

2.2 不同耕作模式下硅肥用量对水稻各节间抗折力、弯曲力矩、倒伏指数的影响

倒伏指数是反映水稻植株抗倒性的综合性指标，倒伏指数与茎秆的抗折力成反比，与弯曲力矩成正比。倒伏指数越小，抗倒伏能力越强，植株就越不易发生倒伏。由表3可知，不同耕作模式下水稻基部节间抗折力、弯曲力矩均表现为N1>N2>N3>N4，倒伏指数变化为N1

不同硅肥用量下，垄作N1至N4抗折力表现为D3>D4>D2>D1;平作N1、N4抗折力表现为D3>D2>D1>D4，N2、N3抗折力表现为D3>D2>D4>D1。垄作D3处理各节间抗折力与D1处理差异达显著水平。不同硅肥用量下，垄作N1、N3、N4弯曲力矩表现为D3>D2>D4>D1，N2弯曲力矩表现为D3>D4>D2>D1;平作N1至N4弯曲力矩表现为D3>D2>D1>D4处理之间差异不显著。说明适量的硅肥可以增加各节间抗折力和弯曲力矩，但随着硅肥用量的增加有下降的趋势。不同耕作模式下随着硅肥用量增加，倒伏指数呈现先降低后升高的趋势。两种耕作模式均在D3处理时倒伏指数最小，垄作模式下D3处理N1、N2、N3、N4节间倒伏指数较D1分别降低了15.35%、5.18%、5.89%、10.61%，平作模式下D3处理N1、N2、N3、N4节间倒伏指数较D1分别降低了12.20%、6.59%、6.29%、8.70%。基部各节间倒伏指数与节间粗度、单位节间干重、茎壁厚呈负相关，与株高、重心高呈正相关。垄作的N1节间D3与D1达到显著水平，平作倒伏指数处理之间差异不显著。总体来说，适宜的施硅用量可以增加抗折力和弯曲力矩，降低倒伏指数，增强稻株的抗倒伏性能。

表3 不同处理下水稻各节间抗折力、弯曲力矩、倒伏指数Table 3 Breaking-resistance strength,bending moment, and lodging index of rice internodes under different treatments

2.3 不同耕作模式下硅肥用量对水稻节间粗、茎壁厚度和单位节间干重的影响

由表4可知，随着硅肥用量的增多，两种耕作模式下节间粗、单位节间干重及茎壁厚也相应增大，达到一定值后开始降低。垄作下节间粗表现为D3>D4>D2>D1，其中N1节间D3显著高于D1。垄作N1、N2、N4茎壁厚度表现为D3>D2>D4>D1，其中D3处理的N1、N2显著高于D1。平作下N1、N3、N4节间粗表现为D3>D2>D1>D4，N2节间粗为D3>D2>D4>D1，平作N1、N2、N4茎壁厚度表现为D3>D4>D2>D1。垄作和平作不同硅肥处理下单位节间干重均表现为D3>D4>D2>D1。这说明施用硅肥有利于基部节间的增粗，使水稻茎秆粗壮，有利于抗倒伏。

表4 不同处理下水稻节间粗、茎壁厚度和单位节间干重Table 4 Internode diameter, stem wall thickness, and internode dry weight of rice under different treatments

2.4 抗折力和倒伏指数与茎秆主要物理性状的相关性

不同耕作模式下水稻植株茎秆主要物理性状与茎秆抗折力和倒伏指数间的相关分析结果(表5)表明，水稻基部节间的抗折力和倒伏指数与茎秆物理性状关系非常密切。垄作模式下N1、N2、N3、N4抗折力与株高呈负相关，平作下各节间抗折力与株高呈正相关。株高出现相反趋势可能与不同耕作模式下肥料利用率有关，还有待进一步探究其规律。N1、N2、N3、N4抗折力与重心高呈负相关，垄作模式下达到显著或极显著水平。N1、N2节间抗折力与节间长呈负相关，N3、N4节间抗折力与节间长呈正相关。N1、N2、N3、N4抗折力与节间粗、茎壁厚度、单位节间干重等性状基本上均呈显著或极显著的正相关，尤其是节间粗与抗折力相关系数较大。N1、N2、N3、N4倒伏指数与株高重心高呈正相关，各节间倒伏指数与节间长的关系变化趋势略有不同，N1、N2、N3、N4倒伏指数与节间粗、茎壁厚度、单位节间干重等性状基本上均呈显著或极显著的负相关，尤其是茎壁厚度和单位节间干重与倒伏指数相关系数较大。综上所述，适当增加节间粗、节间单位节间干重、茎壁厚度、缩短水稻基部第1、2节间长，有利于增加水稻基部节间抗折力，减小倒伏指数，使水稻的抗倒伏性能增强。

表5 抗折力和倒伏指数与茎秆主要物理性状的相关系数Table 5 Correlation coefficients of breaking-resistance strength, lodging index and main physical traits of stem

3 讨论

水稻植株抗倒伏能力与株高、重心高、节间长、节间粗、茎壁厚度和单位节间干重等植株性状关系十分密切。有研究认为，株高与倒伏指数呈正相关，随着植株高度的增加，重心高也随着增高，抗折断力变差，水稻越易倒伏[26-27]。张明聪等[28]研究表明，株高增加，倒伏指数下降。但也有研究认为，株高与倒伏指数相关性不显著[29]，或者认为引起倒伏的最直接原因并不是株高。陈健晓等[30]研究表明，施用硅肥后，稻株高度有少量提高。本研究结果表明，在相同氮水平下，施硅后水稻株高呈下降趋势，并且抗折力增大，倒伏指数降低，说明株高越高倒伏指数越大。水稻的倒伏多发生在N1、N2节间，张明聪等[28]研究指出，基部两个节间长度越短，植株的抗倒伏能力越强。马均等[31]研究进一步证实，基部节间相对较短，上部节间适当伸长是水稻高产抗倒的形态学基础。本研究结果表明，喷施硅肥缩短了N1、N2节间长度，增加了N3、N4节间长度，通过节间的优化配置，提高了水稻抗倒伏能力。这与张忠旭等[32]的研究结果相一致。一般认为，倒伏指数与节间粗、茎壁厚度、单位节间干重呈负相关[12]。本研究结果表明，茎秆基部各节间的倒伏指数与节间粗、茎壁厚度、单位节间干重呈负相关。说明基部节间短而粗，茎壁厚而充实有利于增强其抗倒性。

水稻茎秆的抗折力与株高、重心高、节间长、节间粗、茎壁厚、单位节间干重[33]等诸多因素有关，一般认为，抗折力与株高、重心高、节间长呈负相关，与节间粗、茎壁厚、单位节间干重呈正相关[12]。本研究结果表明，垄作条件下，基部各节间的抗折力与株高、重心高基本上呈显著或极显著水平负相关；平作条件下，抗折力与株高呈正比、与重心高呈负相关，差异不显著。N1、N2抗折力与节间长呈负相关，而N3、N4抗折力与节间长呈正相关，抗折力与节间粗、茎壁厚、单位节间干重呈显著或极显著的正相关。陈立强[34]研究表明，垄作较平作提高了肥料利用率。研究表明，随着施氮量的增加，抗折力和弹性模量减小，抗倒伏能力下降，随施氮量的增加，茎鞘中淀粉、纤维素、木质素含量降低，从而影响茎秆的倒伏指数和抗倒伏能力[9,26]。而通过养分综合管理能够在提高水稻产量的同时，增加水稻的抗倒伏能力，实现高产和强抗倒伏能力的统一。由于肥料利用率的不同可能导致了两种耕作模式的差异。适量施用硅肥可提高水稻的杭倒伏能力，施用量过少抗倒伏效果不明显，施硅量过大会使抗倒伏性能降低，所以应根据不同的品种作适当调整[35]。本研究通过考察叶面喷施硅肥对水稻抗伏性的影响，得出喷施适量硅肥能有效增强水稻抗倒伏性，这对于减少倒伏发生、减少产量损失具有重要意义。由于本研究为一年试验，设置浓度梯度偏少，对于最适浓度还有待进一步研究，也是下一个课题研究的重要内容。本研究表明，在一定范围内喷施硅肥可降低水稻的株高、重心高，提高水稻抗折力和抗倒伏性能，使N1、N2节间长度缩短，各节间粗度、茎壁厚度、单位节间干重增加。两种耕作模式下均在硅施用量为375 mL·hm-2时抗倒伏性最好，并且不同的耕作方式使水稻抗倒伏能力存在差异，平作条件下水稻的抗倒性能更优。