施硅量对旱作水稻产量和干物质积累的影响

苏庆旺 苍柏峰 白晨阳 李韫哲 宋泽 李俊材 吴美康 魏晓双 崔菁菁 武志海

施硅量对旱作水稻产量和干物质积累的影响

苏庆旺 苍柏峰 白晨阳 李韫哲 宋泽 李俊材 吴美康 魏晓双 崔菁菁 武志海*

(吉林农业大学 农学院/国家农作物品种审定特性鉴定站, 长春 130118;*通信联系人: wuzhihai1116@163.com)

【】明确直接播种雨养为主的旱作水稻的硅肥最佳施用量并揭示硅肥增加产量的机制。以绥粳18为材料进行两年大田试验，设计0、15、30、45、60和75 kg/hm2的有效硅用量(用Si0、Si15、Si30、Si45、Si60和Si75表示)，研究不同硅肥用量对旱作水稻生理指标、干物质转运和产量构成因素的影响。施加硅肥显著增加了旱作水稻的产量，二次回归方程分析表明施用有效硅量47.68 kg/hm2可获得最大理论产量，当有效硅用量为30～47.68 kg/hm2时，硅肥显著提高了根系活力、叶片SPAD值和叶面积指数，协调了茎叶干物质向穗部的转移，延缓了后期叶片的衰老，每穗粒数提高了23.62%～24.63%，千粒重提高了8.94%～10.08%，优化了穗粒结构进而增产38.42%～110.20%；有效硅施用量为47.68～75 kg/hm2时，生育后期加快了茎叶干物质向穗部转移，加速了叶片衰老，不利于籽粒的持续性灌浆，影响了每平方米穗数、每穗粒数和千粒重进而影响产量。对于绥粳18而言，适宜吉林省中部地区旱作水稻高产高效的最佳有效硅肥施用量为30～47.68 kg/hm2。

旱作水稻；硅肥；干物质转运；硅肥利用率；产量

水稻在我国的粮食安全中具有重要的战略意义[1]。生产水稻大约消耗了我国50%的淡水资源[2-3]，然而我国是世界上13个干旱国家之一[4-5]，干旱已成为水稻生产的主要限制因素[6-7]。目前很多学者对于水稻的节水栽培采取了不同的策略[8-10]。仅靠自然降雨或辅以少量灌水的旱作水稻，耗水量仅是传统水稻的 1/5 甚至更少[11]。因劳动力短缺、气候变化和水资源枯竭等因素，旱作水稻的发展比以往任何时候都显得更加紧迫[12]。

然而旱作水稻存在产量较低的问题，增强抗旱性、提高产量是旱作水稻栽培过程中亟待解决的问题。有学者认为，硅可以综合提高植物的生物胁迫和非生物胁迫[13-15]抗性。在干旱胁迫条件下，硅通过调节植株体内多种生理代谢途径增强抗旱性进而提升产量[16-19]。陈健晓等[20]研究认为硅肥的施用增加了水稻的根系体积，提高了叶绿素含量、可溶性总糖含量和硝酸还原酶活性。韦还和等[21]研究结果表明，施硅处理水稻茎蘖数显著增加，且提高了叶面积指数、光合势和干物质积累量。商全玉等[22]研究表明施硅通过提高穗数、每穗粒数和千粒重提高水稻产量。目前学者普遍认为施用硅肥显著提高了水稻产量[20-23]，但是不同硅肥用量对水稻增产效果不一[24-26]。韦还和等[21]与张国良等[26]均认为过量硅肥会降低水稻的产量。目前关于水稻最佳硅肥用量虽有研究，但结论并不一致，旱作水稻最佳硅肥用量更是缺乏系统研究。

因此，研究适宜的硅肥用量对旱作水稻的发展具有重大意义。本研究以旱作水稻为研究对象，设置不同有效硅肥施用量，研究硅肥对旱作水稻主要形态特征、生理指标和产量的影响，旨在筛选适宜吉林省地区旱作水稻高产高效栽培的硅肥用量，并揭示硅肥增产的机制，以便于旱作水稻的推广应用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试水稻品种为绥粳18，生育期为134～135 d，是吉林省中部地区水稻栽培主推品种之一。

1.2 试验设计

2019－2020年在吉林农业大学国家农作物品种审定特性鉴定站内进行田间试验。土壤有效硅含量113.46 mg/kg，为中等供硅能力土壤，有机质含量18.7 g/kg，碱解氮117.02 mg/kg，速效磷41.11 mg/kg，速效钾245.16 mg/kg，pH值6.2。试验以不施硅(Si0)为对照，设置15(Si15)、30(Si30)、45(Si45)、60(Si60)和75 kg/hm2(Si75)五个硅肥处理。采用随机区组设计，每个处理重复3次，小区面积为25m2。播种量150 kg/hm2, 行距30 cm，条播。于5月第一周播种，10月第一周收获，2019年全生育期积温和降雨量分别为2851.9℃和664.4 mm，2020年为2920.2℃和593.1 mm。生育期间以雨养为主，当10−15 cm土壤水势低于−35 kPa时(土壤水势测定仪SYS-TSS1监测)，用定喷式360°雾化旋转喷灌，喷洒半径为8 m，出水量0.7 m3/h，结合植株的田间长势进行喷灌补水约2 h，补水后土壤水势−10 kPa。磷肥（过磷酸钙，P2O512%)用量（折合P2O5)和钾肥（氯化钾，K2O 60%) 用量（折合K2O ）均为75 kg/hm2，一次性作为底肥施入。氮肥（尿素，纯 N 46%)用量（折合纯N）160 kg/hm2，以基肥∶分蘖肥∶穗肥=5∶3∶2的方式分3次施入。硅肥用必奥力俄罗斯矿物硅，有效硅含量≥72%，按基肥∶穗肥=5∶5施入。严格控制病虫草害，防止水稻产量损失。

1.3 指标测定

1.3.1 根系活力

在分蘖期(播种后55－60 d)、孕穗期(播种后70－75 d)、齐穗期(80%植株抽穗)和灌浆期(齐穗后15－20 d)取样，避开小区边缘，随机选择3个点小心取旱作水稻根系，清水冲洗干净后用滤纸擦干水分，用TTC法测定根系活力[27]。

1.3.2 叶片SPAD值

分别在分蘖期、孕穗期、齐穗期和灌浆期测定旱作水稻上部第一片展开叶的SPAD值，采用日本生产的叶绿素仪(SPAD-502plus)测定叶片上、中、下部的SPAD值，重复3次，计算平均值。

1.3.3 叶面积指数及光合势的测定

在分蘖期、孕穗期、齐穗期以及齐穗后10 d、20 d和30 d，用美国生产的CID-203叶面积仪，在小区中部随机选择3点，每点测量5株旱作水稻的叶面积，计算平均值。根据每平方米株数计算每平方米的叶面积，即叶面积指数。光合势(LAD)的计算公式如下：

光合势(m2d·m−2)=(1+2)×(2−1)/2； 1）

1和2为前后两次测定的叶面积，1和2为前后两次测定的时间。

1.3.4 干物质积累

于分蘖期、孕穗期、齐穗期和成熟期，在小区中部随机选择三点，每点取5株旱作水稻，分解为茎、叶、穗三部分，105℃下杀青30 min，80℃下烘干至恒重后称重。经磨样器粉碎后过筛(60目)称重，茎、叶、穗各3份，每份100 mg，消解法处理样品后用硅钼蓝比色法进行硅含量测定[28]。

茎(叶)转运量(kg/hm2)= 齐穗期干物质量−成熟期干物质量； 2）

表1 不同有效硅用量对旱作条件下水稻产量构成的影响

Si0—不施硅；Si15—有效硅15kg/hm2；Si30—有效硅30kg/hm2；Si45—有效硅45kg/hm2；Si60—有效硅60kg/hm2；Si75—有效硅75kg/hm2。同列数据(平均值±标准差)后不同字母表示在5%水平上差异显著(=5，最小差异显著法)。下同。

Si0, No silicon; Si15, Effective silicon level of 15 kg/hm2; Si30, Effective silicon level of 30 kg/hm2; Si45, Effective silicon level of 45 kg/hm2; Si60, Effective silicon level of 60 kg/hm2; Si75, Effective silicon level of 75 kg/hm2.Values (mean ± SD) followed by different letters are significantly different at<0.05 (=5, LSD). The same below. Within a column for each location, means followed by the same letters are not significantly different at<0.05.

茎(叶)干物质转运率(%)=干物质转运量/齐穗期干物质量×100%； 3）

地上部干物质转运对穗的贡献率(%)=(茎干物质转运量+叶干物质转运量)/(成熟期穗重−齐穗期穗重)×100%； 4）

籽粒硅携出量(kg/hm2)= 穗干物质量×穗含硅量； 5）

硅素农学利用率(kg/hm2)＝(施硅区作物产量−无硅区作物产量)/硅肥施用量； 6）

硅素生理利用率(kg/hm2)＝(施硅区作物产量−无硅区作物产量)/(施硅区植株总吸硅量−无硅区植株总吸硅量)； 7）

硅肥偏生产力(kg/hm2)＝稻谷产量/硅肥施用量； 8）

硅素稻谷生产效率(kg/hm2)＝稻谷产量/硅素吸收总量。 9）

1.3.5 产量及构成要素

成熟期在各小区中部选择三点，每点选取具有代表性植株5株用于测定每穗粒数、结实率、千粒重等产量构成要素，取样点所在位置选择1m2调查每1 m2穗数，重复3次，计算平均数，并收获1 m2中全部稻穗测定实际产量，风干后脱粒去除杂质之后称重并测量其水分含量，基于14%的水分含量确定各处理的标准谷物产量，重复3次，计算平均数。

1.4 数据处理

试验结果采用Excel进行数据处理，用SPSS 21.0进行方差和相关性分析，采用<0.05水平进行最小显著性差异(LSD)测试。

2 结果与分析

2.1 硅肥用量对旱作水稻产量及其构成要素的影响

由表1可见，与对照(Si0)相比，施用硅肥显著增加了旱作水稻的结实率、千粒重以及产量(<0.05)，可增加旱作水稻产量38.42%～85.62% (2019年)和47.72%～110.20%(2020年)。随着硅肥用量的增加，旱作水稻的每平方米穗数、每穗粒数、千粒重和产量在两年间均呈先增加后下降的趋势。2020年由于旱作水稻灌浆期极端低温、寡照、多雨天气影响导致结实率和千粒重较2019年降低。两年产量数据表明Si30、Si45和Si60三个处理间差异不显著，但均以Si45处理增产效果最优。将水稻产量()与有效硅用量()进行多项式回归分析(图1)，得到一元二次方程：=−1.44742+138.02+3178.1(2= 0.9628)，(最佳)=47.68 kg/hm2。因此适宜旱作水稻高产形成的最佳有效硅施用量为30～47.68 kg/hm2，当有效硅用量大于47.68 kg/hm2时产量呈现下降趋势；当有效硅用量大于60 kg/hm2时产量显著降低。由于2 年产量趋势基本一致，因此若无特殊说明，下文以 2019 年数据为主。

图1 旱作水稻产量与有效硅施用量的多项式回归分析

Fig. 1. Polynomial regression analysis of dry farming rice yield and silicon fertilizer application level.

MT－分蘖期；PI－孕穗期；HD－齐穗期；FS－灌浆期。柱上不同小写字母表示在 5%水平上差异显著（n=3，最小显著差数法）。下同。

Fig. 2. Comparison of root vigor of dry farming rice under different silicon fertilizer rates at different growth stages.

2.2 硅用量对旱作水稻各生育阶段根系活力的影响

图2的结果表明，旱作水稻的根系活力在整个生育期间呈现下降趋势。Si0处理与其他处理之间存在显著差异，尤其在灌浆期各硅肥处理根系活力较Si0处理分别提高了8.65%、31.75%、34.93%、23.78%和5.41%。根系活力在各生育期均呈现随施硅量的增加先增加后降低的趋势，在Si45处理下达到最大，在齐穗期前有效硅施用量大于30 kg/hm2时，各处理间根系活力没有明显变化，在灌浆期Si60和Si75处理根系活力分别较齐穗期相应处理下降26.37%和36.07%，与Si30和Si45处理存在显著差异。

2.3 硅用量对旱作水稻叶片SPAD的影响

图3的结果表明，旱作水稻各处理剑叶SPAD值均在齐穗期达到最大，施用硅肥显著提高了各时期叶片的SPAD值。在孕穗期前随着硅肥施用量增加叶片SPAD值逐渐增加。齐穗期当有效硅用量小于30 kg/hm2时，硅肥效应显著。有效硅用量大于30 kg/hm2时硅肥效应不显著，在Si60和Si75处理下反而有所下降，最终在Si45处理下叶片SPAD值达到最大。齐穗期到灌浆期叶片SPAD值有较大幅度的降低，由Si0至Si75叶片SPAD值分别下降了49.17%、38.55%、36.97%、41.22%、50.22%和52.09%，Si15、Si30和Si45三个处理有效缓解了叶片SPAD值的快速衰减。

图3 不同有效硅用量对旱作水稻叶片SPAD值的影响

Fig. 3. Effect of different silicon fertilizer rates on SPAD value of rice under dry cultivation.

Fig. 4. Effect of different silicon fertilizer rates on leaf area duration of rice under dry cultivation.

2.4 硅用量对旱作水稻不同生育阶段叶片LAD的影响

LAD反映了作物某一时期内光合面积的发展动态，可以有效反映作物的光合能力。由图4可知，与Si0处理相比，硅肥的施用显著增加了旱作水稻的LAD，在分蘖期-孕穗期以及孕穗期-齐穗期，LAD随硅肥施用量的增加而增加，当有效硅用量大于30 kg/hm2时LAD没有明显变化，在齐穗期-灌浆期，各处理的LAD随硅肥施用量的增加呈现先增加后降低的趋势，在Si45处理下LAD达到最大。

Fig. 5. Attenuation of leaf area of dry farming rice under different silicon fertilizer rates after heading.

表2 不同有效硅量对旱作水稻干物质转运及植株硅积累总量的影响

IDM, Increase in dry matter; TVDM, Transport volume of dry matter; TRDM, Transport rate of dry matter; CRDM, Contribution rate of dry matter transport to panicle; TDMA, Total dry matter accumulation.

2.5 不同有效硅用量下旱作水稻齐穗后叶面积衰减的对比

图5为不同处理旱作水稻齐穗后叶面积指数的衰减速率，施用硅肥处理有效提高了齐穗期旱作水稻的叶面积指数，齐穗后30 d内不同有效硅用量对叶面积的衰减速率有不同影响。Si0至Si75叶面积指数从齐穗期至齐穗后30 d分别下降了60.44%，56.03%，52.31%，48.55%，57.99%和63.37%，当有效硅用量小于45 kg/hm2时有效延缓了叶片的衰老，维持叶片光合持续期，当大于45 kg/hm2时加速了叶片衰老，Si60叶片衰老速率和Si0没有明显差别，Si75叶面积指数降幅较Si0提高2.93%。

2.6 齐穗后旱作水稻干物质转运及植株干物质积累总量

作物产量的形成源自叶片的光合作用和茎叶的干物质转运。由表2可知，施硅处理显著增加了植株干物质积累总量，且在Si30、Si45和Si60处理下显著高于其他处理。施硅处理茎鞘干物质转运量和叶片干物质转运量均随硅肥施用量增加而增加，茎鞘干物质转运率随有效硅肥施用量增加呈现先降低后增加趋势，但均小于Si0处理，在Si30处理下茎鞘干物质转运率最小，叶片干物质转运率随硅肥施用量增加而增加，与Si0相比，Si15，Si30和Si45处理下叶片干物质转运率分别降低了11.77%、12.84%和5.6%，Si60和Si75叶片干物质转运率分别增加0.97%和11.86%，各处理叶片干物质转运率均明显高于茎的干物质转运率。穗部干物质转运量随硅肥施用量的增加先增加后降低，并在Si30处理达到最大。从干物质转运对穗部的贡献率看, Si0干物质转运对穗部的贡献率最大，施用硅肥减缓了叶片的衰老，抑制了茎叶干物质过快向穗部的转运。

表3 不同有效硅量对旱作水稻硅肥利用效率的影响

表4 灌浆期生理指标及干物质转运与产量相关性分析

*表示在 0.05 水平上显著相关;**表示在 0.01 水平上显著相关。

*Significantly correlated at the 0.05 probability level;**Significantly correlated at the 0.01 probability level. STVDM, Transport rate of dry matter of stem; LTVDM, Transport rate of dry matter of leaf.

2.7 不同有效硅用量下旱作水稻硅肥利用效率与硅平衡

由表3可知，随着有效硅肥用量的增加，各处理硅素农学利用率和硅肥偏生产力逐减，而硅素生理利用率和硅素稻谷生产效率均在Si60处理下达到最大。施用硅肥显著增加了籽粒硅携出量，且随有效硅肥用量增加籽粒硅携出量呈现先增加后降低趋势，并在Si60处理下达到最大。施用硅肥处理的硅平衡(硅亏缺)显著高于无硅处理，这主要是由于施硅处理产量较高，所以硅素的吸收量也较多。

2.8 产量构成与齐穗后生理指标与干物质转运的相关关系

由表4可知，旱作水稻的产量与灌浆期根系活力、SPAD值、LAD和干物质积累总量均呈极显著相关，与干物质转运对穗的贡献率呈显著负相关；根系活力与SPAD值、LAD、干物质积累总量均极显著正相关；干物质积累总量与茎干物质转运量呈显著正相关，与干物质转运对穗的贡献率呈显著负相关；干物质转运对穗的贡献率与茎干物质转运量显著正相关，与产量、根系活力和干物质积累总量呈显著负相关，与叶片SPAD值呈极显著负相关。

3 讨论

干旱胁迫常常会导致植物生理生化反应紊乱，进而影响到产量[29]。有研究表明硅在水稻生长和产量特性方面有积极作用[30-31]，但硅肥对水稻的增产效果因土壤质地和硅肥类型而异，目前关于水稻最适硅肥用量并没有定论。张国良等[26]研究表明武育粳3号在施硅量0～450 kg/hm2范围(SiO2=20%)内产量随施硅量先增加后降低，最适宜硅肥量为225 kg/hm2，商全玉等[22]则认为北方粳稻适宜的施硅量为180～240 kg/hm2(SiO2含量20%)。我们的结果表明，硅肥的施用显著增加了旱作水稻的产量，适宜吉林省旱作水稻高产形成的最佳有效硅施用量为30～ 47.68 kg/hm2，当有效硅用量大于47.68 kg/hm2时产量有所降低，当用量大于60 kg/hm2时较适宜有效硅量的产量显著降低。

产量的提高可能归因于硅提高养分吸收[31-32]、花粉的活力和光合能力[33]。我们的研究表明适量硅肥增加旱作水稻根系活力、叶片SPAD值、叶面积以及叶片LAD，这与前人关于硅肥对水稻的研究结果基本一致[21, 34]。相关分析表明，根系活力与LAD和叶片SPAD值显著相关，这表明根系活力增加有助于地上部的生长发育。齐穗后叶片的光合作用和地上部干物质的积累与转运是决定产量的关键[8, 35]。武志海等[36]认为促进水稻灌浆期地上部干物质积累，并适当调控齐穗后10－20 d茎秆中同化物向穗的转运速率，有利于高产形成。我们的研究表明，地上部干物质转运对穗部的贡献率在15％～30％范围内较适宜旱作水稻的高产, 当低于15％的时候地上部转运到穗部的干物质量下降，不利于高产的形成，高于30％时则加速了叶片的衰老，影响叶片光合作用，进而影响到籽粒的灌浆。我们的研究表明，适量硅肥(有效硅用量30～47.68 kg/hm2)提高了旱作水稻根系活力，进而提高了地上部叶片的叶绿素含量和光合势，减缓了齐穗后叶片的衰老，协调了地上部干物质转运对穗的贡献率，进而通过增加穗数、每穗粒数、结实率和千粒重促进了旱作水稻产量的增加。

过高的硅肥用量不利于水稻产量的形成。韦还和等[21]研究结果表明过量硅肥施用降低了水稻的结实率和千粒重。张国良等[26]则认为过量硅肥降低了水稻的有效穗数。目前对于过量硅肥不利于产量增加的机制并没有深入研究。本研究结果表明，过量施用硅肥(有效硅用量>47.68 kg/hm2)，旱作水稻的穗数、每穗粒数和千粒重均有所降低，进而影响了产量，这可能是因为高硅肥用量下旱作水稻的根系活力下降，影响到根系对营养物质的吸收和向地上部的转运，且在生育后期地上部干物质转运过快，加速了叶片的衰老，不利于籽粒持续性灌浆，进而影响产量形成。关于过量硅肥不利于旱作水稻产量形成的生理生化机理还需进一步研究。

硅肥施入土壤后释放其有效硅，一部分可以被植株根部吸收，一部分残留在土壤中可被下一季作物吸收利用，另一部分则发生无效化反应[37]。龚金龙等[23]认为施用硅肥不仅增加了硅素供应，而且还有利于改善土壤的供硅能力，提高土壤有效硅含量，从而促进水稻对硅素的吸收。大量研究均表明施用硅肥可以提高肥料的利用效率[38]。有研究认为目前我国硅肥利用效率约为60%左右[37]，谢凡[39]研究认为同一氮肥水平下，随着硅肥用量的增加硅素利用效率并未存在有规律的增大或减小，而本研究发现随着有效硅肥用量的增加硅素农学利用率和硅肥偏生产力逐渐下降。农田养分收支平衡是检查土壤肥力状况和预测土壤养分水平发展趋势的方法之一[40]。对各处理硅素平衡研究发现，Si0处理硅素亏缺量最少，这主要是因为该处理的产量较低，籽粒携出的硅量较少；Si15处理和Si30处理硅素亏缺量显著大于其余处理，这说明15～30 kg/hm2的硅投入量不足以满足硅的平衡需求；有效硅肥用量大于30 kg/hm2时硅素亏缺量显著降低，但硅素农学利用率、硅素生理利用率和硅肥偏生产力明显降低，尤其Si75处理与Si45处理和Si60处理达到显著差异。总而言之，当前农田硅素整体显现入不敷出的局面，适宜硅肥用量的施用对于旱作水稻高产高效栽培具有重大意义。

4 结论

本研究表明随硅肥施用量增加旱作水稻产量先增加后降低，适宜其高产高效栽培的最佳有效硅施用量为30～47.68 kg/hm2。适量硅肥有效缓解旱作水稻对干旱胁迫的响应，有利于增强根系活力、减缓叶面积衰老，维持高LAD，平衡了干物质向穗部的积累与转运，协调穗粒结构进而促进产量增加；而过量硅肥(有效硅用量>47.68 kg/hm2)在灌浆期加快了茎叶干物质向穗部转移，加速了叶片衰老，不利于籽粒持续灌浆，通过降低穗粒数和千粒重进而影响产量。

[1] Liu X, Wang H, Zhou J, Hu F Q, Zhu D J, Chen Z M, Liu Y Z. Effect of N fertilization pattern on rice yield, N use efficiency and fertilizer-N fate in the Yangtze River Basin, China[J].2016, 11(11): e0166002.

[2] Luo L J. Breeding for water-saving and drought- resistance rice (WDR) in China[J]., 2011: 3509-3517.

[3] Cai H F, Chen Q G. Rice production in China in the early 21st Century[J].2000(2): 14-16.

[4] Jia L, Hu C, Li Z, Zhou J, Fu J F, Jia X Y. Development prospect and strategies of water-saving and drought- resistance rice[J].,2016, 17(5): 1125-1128.

[5] 王瑗, 盛连喜, 李科, 孙弘颜. 中国水资源现状分析与可持续发展对策研究[J]. 水资源与水工程学报, 2008(3): 10-14.

Wang Y, Sheng LX, Li K, Sun H Y. Analysis of present situation of water resources and countermeasures for sustainable development in China[J].2008(3): 10-14. (in Chinese with English abstract)

[6] Cao B L, Ma Q, Xu K. Silicon restrains drought-induced ROS accumulation by promoting energy dissipation in leaves of tomato[J]., 2020, 257(2): 537-547.

[7] Hosseini S A, Maillard A, Hajirezaei M R, Ali N, Schwarzenberg A, Jamois F, Yvin J. Induction of barley silicon transporter HvLsi1 and HvLsi2, increased silicon concentration in the shoot and regulated Starch and ABA homeostasis under osmotic stress and concomitant potassium deficiency[J]., 2017, 8: 1359.

[8] Ye Y S, Liang X Q, Chen Y X, Liu J, Gu J T, Guo R, Li L. Alternate wetting and drying irrigation and controlled-release nitrogen fertilizer in late-season rice. Effects on dry matter accumulation, yield, water and nitrogen use[J]., 2013, 144(2013): 212-224.

[9] Ramasamy S, Berge H, Purushothaman S. Yield formation in rice in response to drainage and nitrogen application[J]., 1997, 51(1-2): 65-82.

[10] Zhang Z C, Zhang S F, Yang J C, Zhang J H. Yield, grain quality and water use efficiency of rice under non-flooded mulching cultivation[J]., 2008, 108(1): 71-81.

[11] 黄晨. 冀中南地区旱稻生产现状及发展对策[J]. 河北农业, 2018, 281(8): 55-57.

Huang C. Status and development strategies of dry rice production in central and southern Hebei[J]., 2018, 281(8): 55-57.(in Chinese)

[12] Sandhu N, YadawR B, Chaudhary B, Prasai H, Iftekharuddaula K, VenkateshwarluC, Annamalai A, Xangsayasane P, BattanK R, RamM, Cruz M S, Pablico P, MaturanP C, RamanK, CatolosM, KumarA. Evaluating the performance of rice genotypes for improving yield and adaptability under direct seeded aerobic cultivation conditions[J]., 2019, 10: 159.

[13] Ma J F. Role of silicon in enhancing the resistance of plants to biotic and abiotic stresses[J]., 2004, 50(1): 11-18.

[14] Etesami H. Can interaction between silicon and plant growth promoting rhizobacteria benefit in alleviating abiotic and biotic stresses in crop plants?[J], 2018, 253: 98-112.

[15] Luyckx M, Hausman J, Lutts S, Guerriero G. Silicon and plants: Current knowledge and technological perspectives [J]., 2017, 8: 411.

[16] Gong H J, Chen K M, Chen G C, Wang S M, Zhang C L. Effects of silicon on growth of wheat under drought[J]., 2003, 26(5): 1055-1063.

[17] Parveen N, Ashraf M. Role of silicon in mitigating the adverse effects of salt stress on growth and photosynthetic attributes of two maize (L.) cultivars grown hydroponically[J]., 2010, 42(3): 1675-1684.

[18] Zhang W J, Yu X X, Li M, Lang D Y, Zhang X H, Xie Z C. Silicon promotes growth and root yield ofunder salt and drought stresses through enhancing osmotic adjustment and regulating antioxidant metabolism[J]., 2018, 107: 1-11.

[19] Zhu Y X, Gong H J. Beneficial effects of silicon on salt and drought tolerance in plants[J]., 2013, 34(2): 455-472.

[20] 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[J]. 作物研究, 2011, 25(6): 544-549.

Chen J X, Tu N M, Yi Z X, Zhu H L. Effects of silicon fertilizer on yield formation and some physiological characteristics of super early rice[J]., 2011, 25(6): 544-549.(in Chinese with English abstract)

[21] 韦还和, 孟天瑶, 李超, 张洪程, 史天宇, 马荣荣, 王晓燕, 杨筠文, 戴其根, 霍中洋, 许轲, 魏海燕, 郭保卫. 施硅量对甬优系列籼粳交超级稻产量及相关形态生理性状的影响[J]. 作物学报, 2016, 42(3): 437-445.

Wei H H, Meng T Y, Li C, Zhang H C, Shi T Y, Ma R R, Wang X Y, Yang J W, Dai Q G, Huo Z Y, Xu K, Wei H Y, Guo B W. Effects of silicon application rate on the yield and related morphological and physiological characteristics of Yongyou series indica-japonica super rice[J]., 2016, 42(3): 437-445. (in Chinese with English abstract)

[22] 商全玉, 张文忠, 韩亚东, 荣蓉, 徐海, 徐正进, 陈温福. 硅肥对北方粳稻产量和品质的影响[J]. 中国水稻科学, 2009, 23(6): 661-664.

Shang Q Y, Zhang W Z, Han Y D, Rong R, Xu H, Xu Z J. Chen W F. The effect of silicon fertilizer on the yield and quality of northernrice[J]., 2009, 23(6): 661-664. (in Chinese with English abstract)

[23] 龚金龙, 胡雅杰, 龙厚元, 常勇, 葛梦婕, 高辉, 刘艳阳, 张洪程, 戴其根, 霍中洋, 许轲, 魏海燕, 李德剑, 沙安勤, 周有炎, 罗学超. 不同时期施硅对超级稻产量和硅素吸收、利用效率的影响[J]. 中国农业科学, 2012, 45(8): 1475-1488.

Gong J L, Hu Y J, Long H Y, Chang Y, Ge M J, Gao H, Liu Y Y, Zhang H C, Dai Q G, Huo Z Y, Xu K, Wei H Y, Li D J, Sha A Q, Zhou Y Y, Luo X C. The effects of silicon application in different periods on the yield and silicon absorption and utilization efficiency of super rice[J].2012, 45(8): 1475-1488. (in Chinese with English abstract)

[24] 赵雁. 硅肥在水稻上的应用研究[J]. 宁夏农林科技, 2016, 57(12): 52-54.

Zhao Y. Research on the application of silicon fertilizer on rice[J]., 2016, 57(12): 52-54.

[25] Cuong T X, Ullah H, Datta A, Hanh T C. Effects of silicon-based fertilizer on growth, yield and nutrient uptake of rice in tropical zone of Vietnam[J]., 2017, 24(5): 283-290.

[26] 张国良, 戴其根, 王建武, 张洪程, 霍中洋, 凌励, 王显, 张军. 施硅量对粳稻品种武育粳3号产量和品质的影响[J]. 中国水稻科学, 2007, 21(3): 299-303.

Zhang G L, Dai Q G, Wang J W, Zhang H C, Huo Z Y, Ling L, Wang X, Zhang J. Effects of silicon fertilizer rate on yield and quality of japonica rice Wuyujing 3[J]., 2007, 21(3): 299-303. (in Chinese with English abstract)

[27] 黄益宗, 张文强, 招礼军, 曹慧明. Si对盐胁迫下水稻根系活力、丙二醛和营养元素含量的影响[J]. 生态毒理学报, 2009, 4(6): 860-866.

Huang Y Z, Zhang W Q, Zhao L J, Cao H M. Effects of Si on rice root vigor, malondialdehyde and nutrient element contents under salt stress[J]., 2009, 4(6): 860-866. (in Chinese with English abstract)

[28] 贾雨薇, 杨瑞林, 张洋, 房娟娟, 陈惠. 一种优化的测定水稻硅含量的方法[J]. 植物学报, 2016, 51(5): 679-683.

Jia Y W, Yang R L, Zhang Y, Fang J J, Chen H. An optimized method for measuring silicon content in rice[J]., 2016, 51(5): 679-683. (in Chinese with English abstract)

[29] Bouman B, Humphreys E, Tuong T, Barker R. Rice and water[J]., 2007, 92(4): 187-237.

[30] Prakash N B, Chandrashekar N, Mahendra C, Patil S U, Thippeshappa G N, Laane H M. Effect of foliar spray of soluble silicic acid on growth and yield parameters of wetland rice in hilly and coastal zone soils of Karnataka, south India[J]., 2011, 34(12), 1883-1893.

[31] Pati S, Pal B, Badole S, Mandal B. Effect of silicon fertilization on growth, yield, and nutrient uptake of rice[J]., 2016, 47(3): 284-290.

[32] Crooks R, Prentice P. Extensive investigation into field based responses to a silica fertilizer[J].2017, 9(2): 301-304.

[33] Detmann K C, Araújo W L, Martins S C V, Sanglard L M V P, Reis J V, Detmann E, Rodrigues F A, Nunes-Nesi A, Fernie A R, DaMatta F M. Silicon nutrition increases grain yield, which, in turn, exerts a feed-forward stimulation of photosynthetic rates via enhanced mesophyll conductance and alters primary metabolism in rice[J].2012, 196(3): 752-762.

[34] Chen W, Yao X Q, Cai K Z, Chen J N. Silicon alleviates drought stress of rice plants by improving plant water status, photosynthesis and mineral nutrient absorption[J]., 2011, 142(1): 67-76.

[35] Ambavaram M M R, Basu S, Krishnan A, Ramegowda V, Batlang U, Rahman L, Baisakh N, Pereira A. Coordinated regulation of photosynthesis in rice increases yield and tolerance to environmental stress[J]., 2014, 5(1): 20-29.

[36] 武志海, 赵国臣, 徐克章, 邸玉婷, 姜楠, 凌凤楼. 吉林省水稻品种遗传改良过程中地上干物质积累特性[J]. 吉林农业大学学报, 2012, 34(5): 483-490.

Wu Z H, Zhao G C, Xu K Z, Di Y T, Jiang N, Ling F L. Characteristics of above ground dry matter accumulation during genetic improvement of rice varieties in Jilin Province[J]., 2012, 34(5): 483-490. (in Chinese with English abstract)

[37] 张娟, 张智, 张广鑫, 刘传玉, 宋继富. 关于土壤中施用固体硅肥有效利用率的探讨[J]. 黑龙江科学, 2016, 7(19): 8-10.

Zhang J, Zhang Z, Zhang G X, Liu C Y, Song J F. Discussion on the effective utilization rate of solid silicon fertilizer in soil[J]., 2016, 7(19): 8-10. (in Chinese)

[38] 于广武, 李晓冰, 何长兴, 郑连举, 林永德. 硅肥对水稻生育性状及产量的影响[J]. 肥料与健康, 2020(3): 19-23.

Yu G W, Li X B, He C X, Zheng L J, Lin Y D. Effects of silicon fertilizer on rice growth traits and yield[J]., 2020(3): 19-23. (in Chinese)

[39] 谢凡. 不同硅肥用量对水稻生长发育及养分吸收的影响[D]. 南昌：江西农业大学, 2016.

Xie F. The effect of different amounts of silicon fertilizer on rice growth and nutrient absorption[D].Nanchang: Jiangxi Agricultural University, 2016. (in Chinese with English abstract)

[40] 葛玮健, 常艳丽, 刘俊梅, 张树兰, 孙本华, 杨学云.土区长期施肥对小麦-玉米轮作体系钾素平衡与钾库容量的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(3): 629-636.

Ge W J, Chang Y L, Liu J M, Zhang S L, Sun B H, Yang X Y. Effects of long-term fertilization in soil area on potassium balance and potassium storage capacity of wheat-corn rotation system[J]., 2012, 18(3): 629-636. (in Chinese with English abstract)

Effect of Silicon Application Rate on Yield and Dry Matter Accumulation of Rice Under Dry Cultivation

SU Qingwang, CANG Baifeng, BAI Chenyang, LI Yunzhe, SONG Ze, LI Juncai, WU Meikang, WEI Xiaoshuang, CUI Jingjing, WU Zhihai*

(National Crop Variety Approval and Characterization Station/Agronomy College, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China; Corresponding author, E-mail: wuzhihai1116@163.com)

【】It is very important to clarify the best application amount of silicon fertilizer in upland rice and reveal the yield-increasing mechanism of silicon fertilizer.【】A two-year field experiment was conducted with Suijing 18 as material at the effective silicon levels of 0, 15, 30, 45, 60 and 75 kg/hm2(labeled as Si0, Si15, Si30, Si45, Si60and Si75), to study the effects of different silicon fertilizer rates on physiological indexes, dry matter transport and yield components of rice under dry cultivation.【】Silicon fertilizer application significantly increased the yield of rice under dry cultivation. Thequadratic regression equation analysis showed that the maximum theoretical yield could be obtained at the effective silicon level of 47.68 kg/hm2. At the levels ranging from 30 to 47.68 kg/hm2, silicon fertilizer significantly increased root activity, SPAD value and leaf area index, coordinated the transfer of dry matter from stem and leaf to panicle, and delayed the senescence of leaves in late growth stage. Meanwhile the number of grains per panicle increased by 23.62%－24.63%, and 1000-grain weight increased by 8.94%－10.08%, the panicle-grain structure was optimized, and the yield increased by 38.42%－110.20%. When the amount of effective silicon was more than 47.68－60 kg/hm2, the effective tiller number was low, the dry matter transfer from stem and leaf to panicle was accelerated during late growth stage, as well as the leaf senescence, which was not favorable to the continuous grain filling. As a result, the number of panicles per square meter, the number of grains per panicle and 1000-grain weight were negatively affected, causing a drop in grain yield. 【】For Suijing 18, the optimal silicon fertilizer application amount suitable for high yield and efficiency of rice under dry condition is 30－47.68 kg/hm2in the central region of Jilin Province.

rice under dry cultivation; silicon fertilizer; dry matter transfer; silicon utilization efficiency; yield

10.16819/j.1001-7216.2022.201208

2020-12-11；

2021-07-09。

吉林省科技发展计划资助项目（20190301061NY, 20200403016SF）；中国工程院院地合作重点咨询项目（2019-JL-3-1）。