施硅对水稻生长发育及产量结构的影响

2015-09-09丁亨虎刘章军杨利等

湖北农业科学 2015年14期

关键词：硅肥生长发育水稻

丁亨虎刘章军杨利等

丁亨虎1，2，刘章军3，杨利2，4，余礼涛5，代士杰6，吴茂前2，4，吴家琼1，2，刘克芝1，2，付勇1，2

（1.潜江市土壤肥料工作站，湖北潜江 433199；2.农业部潜江农业环境与耕地保育科学观测实验站，湖北潜江 433116；

3.潜江市泰丰农技服务中心，湖北潜江 433199；4.湖北省农业科学院植保土肥研究所，武汉 430064；

5.湖北省国营运粮湖农场，湖北潜江 433118；6.潜江市浩口原种场，湖北潜江 433116）

摘要：研究了硅对水稻（Oryza sativa L.）生长发育及产量结构的影响，并提出了适宜的施硅量。结果表明，水稻施用硅肥能增加比叶重和叶面积指数，能通过增加穗粒数、实粒数和千粒重提高水稻产量，水稻施硅增产幅度为3.45%～15.69%。江汉平原地区水稻硅肥（SiO2）用量建议 15～30 kg/hm2。

关键词：水稻（Oryza sativa L.）；硅肥；生长发育；产量结构

中图分类号：S511 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）14-3356-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.14.007

Effects of Basal Dressing Silicon Fertilizer on Rice Growth Development and its Production Structure

DING Heng-hu1，2，LIU Zhang-jun3，YANG Li2，4，YU Li-tao5，DAI Shi-jie6，WU Mao-qian2，4，

WU Jia-qiong1，2，LIU Ke-zhi1，2，FU Yong1，2

（1.Soil and Fertilizer Workstation of Qianjiang City， Qianjiang 433199， Hubei ，China；2.Qianjiang Scientific Observing and Experimental Station of Agro-Environment and Arable Land Conservation， Ministry of Agriculture， Qianjiang 433116， Hubei ，China；3.Tai Feng Agricultural Service Center of Qianjiang City， Qianjiang 433199， Hubei ，China；4.Institute of Plant Protection， Soil and Fertilizer， Hubei Academy of Agricultural Sciences， Wuhan 430064， China；5.Yun Liang Lake Farm of Hubei Province， Qianjiang 433118， Hubei ，China；

6.Hao Kou Original Seed Farm of Qianjiang City， Qianjiang 433116， Hubei ，China）

Abstract： Studed the effect of silicon fertilizer on the growth and yield components of rice（Oryza sativa L.），and put forward a suitable amount of silicon. The results showed that using silicon fertilizer could increase ratio of leaf area to leaf weight and index of leaf area after rice，and also could raise rice yields by increasing the grain number，kernel number，and thousand kernel weight，yield to 3.45%～15.69%. Satisfactory amount of Silicon fertilizer（SiO2） in rice in jianghan plain was 15～30 kg/hm2.

Key words： rice（Oryza sativa L.）； silicon fertilizer； growth development； production structure

硅在水稻（Oryza sativa L.）植株体中主要以无定形态（SiO2·nH2O）存在，主要为蛋白石，是由硅酸凝胶脱水而成[1]。硅肥基施有利于水稻根系吸收，水稻根系从外部吸收的硅素可以通过共质体和质外体两种途径进入导管，然后以硅酸态液体输送至水稻地上部各器官，并参与形成不同的植株组织[2]。在叶片表皮细胞上，硅形成“角质双硅层”的细胞壁，可以与叶肉细胞结合成硅化细胞，增加散射光的透光率[3]。叶片是植物进行光合作用及与外界进行水气交换的主要器官[4]。叶面积指数是反映作物长势与预报作物产量的一个重要农学参数[5]。抽穗期适宜的叶面积指数及其结构是水稻高产的主要标志，是协调库源关系和各器官平衡发展的基础[6]。施用硅肥能促进水稻地上部的生长发育，明显增加地上部干物质的积累，但不同土壤背景硅含量和不同施硅量处理下的干物质效应不同[2]。周青等[7]、张国良等[8]研究指出，水稻施用硅肥增产的主要原因是成穗数、每穗实粒数和千粒重均有不同程度的增加，其中以每穗实粒数增幅最大，而且均随硅肥用量增加呈先增后降的趋势。

硅对水稻生长发育及产量结构的影响已有诸多研究报道，但由于地域、水稻生产水平、土壤肥力状况等不同，硅肥对其影响也不相同。为探索潜江市不同土壤肥力及不同施硅量条件下硅肥对水稻生长发育及产量结构的影响，于2014年开展本研究。

1 材料与方法

1.1 试验基本情况

试验为同方案多位点同时进行，选取3个试验地点，即潜江市运粮湖农场邵沟队（E1），潜江市浩口原种场荆西村三组（E2），潜江市泰丰办事处黄垸四组（E3）。试验前取耕作层土样，参照文献[9-11]的方法，分析常规5项（有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、pH）和有效硅。各试验田基本情况如表1所示。

1.2 试验设计

试验设5个处理，分别为不施硅肥（处理1，CK）；施有效硅（SiO2）7.5 kg/hm2（处理2）；施有效硅（SiO2）15.0 kg/hm2（处理3）；施有效硅（SiO2）22.5 kg/hm2（处理4）；施有效硅（SiO2） 30.0 kg/hm2（处理5），试验设3次重复。

各处理的小区面积均为30 m2，小区随机区组排列，单排单灌，四周留2 m保护行，保护区为常规种植。试验田氮、磷、钾肥用量，根据试验田养分检测结果，当地常年生产水平和管理水平，并参照潜江市土壤养分分级指标[12-14]而设计，具体用量见表2，所有试验田块均施锌肥，用量为纯锌1.65 kg/hm2。

1.3 供试肥料

试验所用氮、磷、钾肥料分别为尿素（含N 46%，中石化集团湖北化肥厂）、过磷酸钙（含P2O5 12%，湖北洋丰股份有限公司）、氯化钾（含K2O 60%，德国钾盐公司）、硅肥为大粒硅（含SiO2 25%，武汉高飞农业有限公司）、锌肥为大粒锌（含Zn 30%，武汉高飞农业有限公司）。

各处理磷肥、硅肥、锌肥作基肥一次性施入，氮肥60%作基肥、40%作追肥（分蘖期、孕穗期各半），钾肥60%做作基肥、40%作追肥（孕穗期）。

1.4 供试作物

供试作物为水稻，均采用水育秧移栽。E1试验点选用品种为丰两优1528（湖北省农业科学院粮食作物研究所和长江大学联合选育），种植密度为13.23万株/hm2；E2试验点选用品种为培两优986（湖北省农业科学院粮食作物研究所选育），种植密度为22.67万株/hm2，E3试验点选用品种为广两优476（湖北省农业科学院粮食作物研究所选育），种植密度为22.22万株/hm2。各试验于2014年5月上旬播种，6月上旬移栽，9月下旬收获。

各试验除施肥量不同外，其他田间操作管理如整地、栽培、灌溉、有害生物防治等均按潜江市耕作习惯统一进行。收获时均分小区实收产量，以风干重计产。

1.5 数据采集与处理

各处理随机取2株，将全部叶片取下，下端整理整齐后，随机选取其中的10片叶，截取这10片叶中最宽部分的10 cm段长度，测算叶片宽度L（cm），并称干重（于105 ℃烘箱中杀青30 min，在80 ℃下烘干至恒重，冷却后称重）。WB为截取的10片长度为10 cm的叶片干重，WA为剩余部分叶片干重。

相关计算公式如下：

比叶重（g/cm2）=WB（叶片重）/单位叶片面积（10×10×L）

单株叶面积（cm2）=（WA+WB）/比叶重

叶面积指数=单株叶面积/株距×行距

数据均采用Excel 2003软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同施硅量对水稻比叶重的影响

各试验分别于水稻分蘖期、拔节期、灌浆期3个生育时期取样计算比叶重，结果如表2所示。

由表2可知，整体来看，分蘖期水稻比叶重与土壤有效硅含量呈负相关，土壤中有效硅含量越高其比叶重越低。各试验点未施硅（处理1，CK）比叶重比较，不同试验点间相差较大，E3比叶重较E2高0.053 3 g/cm2、增幅为74%，较E1高0.030 8 g/cm2、增幅为33%。不同施硅量（处理2、3、4、5）处理比较，高肥力试验点E1，随着硅肥施用量的增加其比叶重呈先增后减的趋势；肥力中等和偏下试验点E2、E3随着硅肥施用量的增加其比叶重呈递增的趋势。E1试验点不同施硅量处理较CK（处理1）比叶重增加0.001 1～0.005 5 g/cm2，增幅1.17%～5.84%；E2试验点不同施硅量处理较CK（处理1）比叶重增加0.010 1～0.013 8 g/cm2，增幅为14.09%～19.25%；E3试验点不同施硅量处理较CK（处理1）比叶重增加0.012 0～0.029 7 g/cm2，增幅为9.60%～23.76%。由此表明，施硅对水稻比叶重影响明显，土壤有效硅含量越低（E3）其比叶重随施硅量增大而增加的幅度越大。

拔节期各试验点CK处理比叶重相近，为0.096 1～0.098 9 g/cm2，由此说明无论土壤肥力高低，进入拔节期其叶片干物质的积累量相当。各试验处理间比较，有效硅含量较低的E1和E3试验点，施硅肥有利于提高水稻叶片干物质的积累，E1试验点以处理3表现最好，E3试验点处理5表现最好；而对于有效硅含量较高的E2试验点，施硅肥也可提高叶片干物质的积累，随着硅肥施用量的增加水稻比叶重呈先增后减的趋势。

灌浆期比叶重各试验点CK处理间相差较大，E3试验点较E2高0.019 0 g/cm2，增幅为19.17%，比E1高0.027 1 g/cm2，增幅为29.78%。各试验处理间比较，E1和E2试验点随着硅肥施用量的增加水稻比叶重呈先增后降的趋势，且表现为土壤肥力高的田块施用硅肥过量比叶重下降快。E3试验点施用硅肥有利于水稻叶片干物质的积累，随着施硅肥量的增加其比叶重相应增加。各试验点不同施硅量处理较CK处理均有一定差异，E1试验点各施硅肥处理较CK比叶重增加-0.001 0～0.003 0 g/cm2，增幅为-1.10%～3.30%；E2试验点各施硅肥处理较CK比叶重增加-0.003 1～0.017 1 g/cm2，增幅为-3.13%～17.25%；E3试验点，各施硅肥处理较CK比叶重增加0.001 8～0.020 9 g/cm2，增幅为1.52%～17.70%。结果表明，水稻灌浆期施硅肥对水稻比叶重有增长作用，同时也有抑制作用；肥力中等和中等以上的田块（E1和E2），随着硅肥施用量的增加水稻比叶重先增后降，只有肥力中等偏下的田块（E3）随着硅肥施用量的增加水稻比叶重持续增加。

陈进红等[15]研究表明，低硅土壤中，随着施硅量的增加水稻地上部分器官干物质量均有不同程度的增加。彭应财等[16]研究表明，气孔密度与比叶重的相互制约关系似乎决定了不可能把较高的比叶重和较大的气孔密度统一于一体；其中偏籼型品种有相当一部分既保持了较大的气孔密度，又相对提高了比叶重，与本研究结果相符。

2.2 不同施硅量对水稻叶面积指数的影响

作物的产量随叶面积指数的增大而提高。当叶面积指数增加到一定限度后，田间郁闭，光照不足，光合效率减弱，产量反而下降。各试验点分别于水稻分蘖期、拔节期、灌浆期3个生育时期取样计算叶面积指数，结果如表3所示。由表3可知，从各试验点处理1可以看出，水稻分蘖期、拔节期、灌浆期不同种植密度、不同土壤肥力对水稻叶面积指数影响明显。种植密度相近时则肥力越高叶面积指数越大，肥力不同时则种植密度越高其叶面积指数越大。

不同施硅量对水稻不同时期叶面积指数影响明显。对水稻叶面积指数与施硅量，按一元二次回归方程模型进行模拟，拟合出叶面积指数（y）与施硅量（x）的一元二次效应方程（表4）。

由表4可知，在水稻分蘖期，硅肥施用量与水稻叶面积指数拟合程度较差，仅E1试验点拟合程度相对较高，R2=0.76。进入拔节期各试验硅肥施用量与水稻叶面积指数拟合程度明显提高，E2试验点拟合程度最高，R2=0.99；灌浆期各试验硅肥施用量与水稻叶面积指数拟合程度总体提高，E1和E2试验点R2>0.95，表明中等以上肥力田块施用硅肥对水稻叶面积指数呈抛物线作用。

前人[5，17-19]的研究结果表明，抽穗期叶面积指数与产量信息呈抛物线关系，相关性达到显著水平，说明抽穗期叶面积指数是影响产量的主要因子之一，高产水稻群体存在适宜的叶面积指数范围。叶面积指数分蘖期小于移栽期，从分蘖期开始随着生育进程的推进叶面积指数增大，到孕穗期达最大值，其后随着植株的衰老而开始减小，至成熟期减至最小值。水稻施用硅肥后，有利于提高光合速率。魏永华等[20]认为适当地提高叶面积可以促进有效穗数、穗粒数、穗实粒数的形成，提高结实率，但也会使千粒重略微降低。

2.3 不同施硅量对水稻产量结构形成的影响

试验田于水稻收割前取考种样，结果如表5所示。由表5可知，各试验点有效穗表现为土壤肥力越高有效穗越多；不同硅肥施用量在各试验中存在差异，E1试验点表现为随着硅肥施用量的增加有效穗呈先增后减的趋势；E2和E3试验点表现为随着硅肥施用量的增加水稻有效穗持续增加。

各试验点施硅肥处理的穗粒数较CK均有所增加。不同硅肥施用量对水稻穗粒数影响较明显。各试验点随着硅肥施用量的增加其穗粒数均有不同程度的增加。

各试验的结实率表现不一，随着硅肥施用量增加，E1试验点结实率提高，E2和E3试验点结实率呈先增后降的趋势。结果表明，施用一定量的硅肥可提高各试验点的水稻结实率。

施用硅肥可增加水稻千粒重，施用硅肥处理较CK千粒重增加0.1～0.3 g。

随着施硅量的增加理论产量也随之增加。通过计算，E1试验点各施硅肥处理理论产量较CK增幅为7.82%～14.69%，E2试验点各施硅肥处理理论产量较CK增幅为1.15%～11.44%，E3试验点各试施硅肥处理理论产量较CK增幅为10.02%～23.47%。这与李卫国等[21]研究结果一致，说明水稻施硅主要是通过增加结实率、每穗粒数、有效穗数、千粒重等指标来增加产量。从理论产量增幅来看，土壤有效硅含量越低施用硅肥增产潜力越大。

2.4 不同施硅量对水稻产量的影响

水稻成熟后实收计产，结果如表6所示。由表6可知，各试验点不同施硅肥处理对水稻增产作用明显。中高等肥力田块施用硅肥增产幅度高于中等偏低肥力田块。中高等肥力田块水稻产量随着硅肥施用量的增加呈先增后减的趋势，中低等肥力田块水稻产量随着硅肥施用的增加产量也相应增加。E1试验点增产最高的为处理4，增产1 333 kg/hm2，增幅为15.32%，处理2增产最低，增产300 kg/hm2，增幅为3.45%；E2试验点增产最高的为处理3，增产1 333 kg/hm2，增幅为15.68%，处理5增产最低，增产900 kg/hm2，增幅为10.59%；E3试验点增产最高的为处理5，增产810 kg/hm2，增幅为9.68%，处理2增产最低，增产333 kg/hm2，增幅为3.98%。结果表明，在中等施硅肥条件下水稻增产效益明显，硅肥用量过高或过低产量均降低，这与商全玉等[22]、张国良等[8]的研究结果一致。

不同类型田块综合分析，有效硅含量处于临界值周围的土壤，施用硅肥均表现出良好的增产作用，且肥力高的田块增产幅度高于肥力中等偏低田块。

3 小结与讨论

水稻施用硅肥能有效地增加单株穗粒数和千粒重，对水稻增产作用明显。肥力高的田块施用硅肥增产幅度高于肥力低的田块，但高肥力田块水稻产量随着硅肥施用量的增加呈先增后降的趋势，肥力低的田块水稻产量随着硅肥施用的增加产量持续增加。综合分析，施硅后水稻增产幅度为3.45%～15.68%。

不同土壤肥力条件、不同时期施硅对水稻比叶重的影响不同。分蘖期同等施硅肥量土壤养分含量低、有效硅含量低的田块其比叶重增幅较大，为9.60%～23.76%；至水稻灌浆期，不同的施硅肥量对水稻比叶重有增长作用，同时也有抑制作用；肥力中等和中等以上肥力田块其比叶重随着硅肥施用量的增加反而有所下降，肥力中等偏下田块随着硅肥施用量的增加其比叶重持续增加。

不同种植密度、不同土壤肥力对水稻叶面积指数影响明显。水稻分蘖期、拔节期、灌浆期，种植密度相近时则肥力越高叶面积指数越大，肥力不同时则种植密度越高其叶面积指数越大。不同肥力田块施硅肥对水稻叶面积指数均呈抛物线作用，中等以上肥力田块施用硅肥对叶面积指数影响拟合程度高，肥力中等以下田块拟合程度较差。

潜江市有效硅含量处于临界值95～100 mg/kg[23]，施用硅肥均表现出良好的增产作用，建议适宜的硅肥用量为有效硅（SiO2）15～30 kg/hm2。

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