氮肥减量配施硅肥对水稻产量及病虫害防控的影响

李烨锋 周兵 朱练峰 黄洁 黄晶 曹小闯 朱春权 孔亚丽 张晓红 金千瑜 张均华*

（1 中国水稻研究所/水稻生物学国家重点实验室，杭州310006；2 庐江县农业技术推广中心，安徽庐江231500；*通讯作者：zhangjunhua@caas.cn）

氮和硅是水稻生长发育必需的营养元素，在水稻产量和稻米品质形成中发挥着重要作用。在水稻生产中，适宜的氮肥用量不仅可以提高叶片光合能力，还可以优化群体结构，进而提高水稻群体的生产能力[1-3]。作为水稻生长的第四大元素，硅肥的施用可以提高水稻的抗逆能力，如抗病[4-5]、抗旱、抗倒伏[6]以及抗重金属胁迫等[7]，还可以提高水稻产量和品质[8-10]。有研究表明，在氮肥和硅肥配施条件下，水稻植株养分含量、有效穗数和产量均高于单施氮肥或硅肥的处理[11]，表明氮硅配施可以提高水稻产量和氮肥利用率。此外，氮硅配施下，水稻单位面积有效穗数、每穗粒数、结实率和产量的提高幅度则与氮肥、硅肥用量有关[12]。因此，合理的氮硅施用比例是水稻产量提高的关键。在水稻生产中，常常大量施用氮肥，而对硅肥的施用重视程度还远远不够，进一步导致水稻氮硅肥施用比例的不平衡。目前很多研究报道了氮硅配施对水稻生长发育和产量形成的影响[8-10]，但不同硅氮配施比例对病虫减药增效及水稻产量、经济效益的影响却鲜有报道。

本研究拟通过硅氮配施，明确增施硅肥对稻田减氮的调控作用，确定硅氮互作对水稻病虫害发生的影响，并解析硅氮互作技术的经济效益，以期为稻田肥药减施增效、增加水稻种植效益提供理论基础和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018 年在安徽省庐江县郭河镇北圩村试验田进行。供试土壤为河流冲积物母质发育形成的潴育型水稻土，耕层土壤有机质36.24 g/kg，全氮2.19 g/kg，碱解氮 146 mg/kg，有效磷 38.2 mg/kg，速效钾 318 mg/kg。

1.2 试验设计

供试水稻品种为籼粳杂交稻甬优1540。氮肥用量（纯N）设置3 个水平，分别为300 kg/hm2、240 kg/hm2和 180 kg/hm2，用 N300、N240和 N180表示，N300为当地常规氮肥用量。硅肥用量为前期研究的最佳施用量60 kg/hm2（用Si60表示）。为研究硅氮互作对氮肥减施增效及稻田病虫害控制的影响，试验设置5 个处理，分别为N300、N240、N180、N240Si60、N180Si60。

氮肥按照基肥、分蘖期、穗肥为4∶3∶3 的比例施用。穗肥考虑试验田土壤的供保肥特性分2 次施用，分别在主茎拔节后7 d（壮秆促花肥）施40%，在主茎穗长1.5 cm 时（保花肥）施60%。为降低磷、钾养分影响，各处理的磷、钾肥用量根据试验田土壤养分状况足量施用，磷肥（P2O5）施用量为 90 kg/hm2，钾肥（K2O）用量为255 kg/hm2。磷肥全部作基肥；钾肥的50%作基肥、25%作壮秆促花肥、25%作保花肥。

试验采用钵苗机插，栽插行株距为33.0 cm×12.4 cm。其他管理措施均按照当地大田生产进行。随机区组设计，每个处理3 次重复，小区面积101.8 m2。

1.3 测定内容及方法

图1 水稻分蘖动态及叶龄变化

1.3.1 水稻分蘖数及有效穗数

水稻进入分蘖期后，每小区定株20 丛，每7 d 调查1 次茎蘖数，分蘖盛期后每14 d 调查1 次，直至齐穗期为止，记录水稻分蘖动态。

水稻抽穗期每小区选取20 丛水稻，除每穗实粒数少于5 粒的稻穗以外，其余结实的稻穗和被病虫害造成的白穗均作有效穗数计算。

1.3.2 水稻叶龄动态

水稻机插后，每小区选取10 株水稻标记主茎叶位（不包括不完全叶）。新生叶片抽出叶鞘时继续标记，至剑叶抽出，为水稻叶龄变化动态。

1.3.3 水稻病虫害发生情况

水稻分蘖期、齐穗期、灌浆期为稻田农药施用高峰期，于农药施用后10～15 d 考察稻田病虫害发生情况。（1）稻纵卷叶螟调查。在每个处理重复区均采用对角线5 点取样法，每点取5 丛，共取25 丛，记录各处理卷叶数和活虫数。（2）稻飞虱及捕食性天敌（蜘蛛）的调查。各处理每个重复采用5 点法进行抽样调查，每一调查点抽取20 丛水稻采用盘拍法进行褐飞虱和蜘蛛的数量统计。（3）水稻纹枯病调查。每个处理区均采取5 点平行跳跃式取样，每点调查相连的10 丛，每小区调查50 丛，记录病穴数和病级[13-14]。

1.3.4 产量及产量构成

于水稻成熟期每小区选取3 丛水稻考察产量构成。收获时每小区单收单打，晒至标准含水量后测定产量。

2 结果与分析

2.1 硅氮互作对水稻生长特性的影响

图2 硅氮互作对水稻有效穗数的影响

从图1 可以看出，各处理水稻茎蘖发育动态基本一致，均为6 月28 日达到分蘖盛期，60 d 后水稻分蘖趋于稳定。N300处理的水稻早期分蘖数一直处于较高水平，但后期分蘖消亡较快，无效分蘖多。对于水稻最终分蘖数来说，与N300处理相比，N180Si60处理的水稻分蘖数降低10.7%，N240Si60处理提高了1.9%，N180处理降低了19.4%，N240处理降低了2.9%。施氮量180 kg/hm2条件下，配施硅肥对水稻分蘖动态无显著改善作用，说明氮肥用量降低40%后即使配施硅肥也不能达到当地农户习惯高氮水平下的水稻分蘖数。施氮量240 kg/hm2条件下，配施硅肥可缓解施氮量降低对水稻分蘖能力的消减作用，甚至比N300处理略有提高，说明氮肥用量降低20%后配施硅肥可保证水稻有足够的分蘖数。各处理间的水稻叶龄增长动态无显著差异（图1）。

从图2 可以看出，N180Si60处理的有效穗数与N300、N240处理无显著差异，但显著高于N180处理。说明施用硅肥能显著提高水稻有效穗数和成穗率，为水稻高产提供群体物质基础。

表1 硅氮配施对水稻虫害发生的影响 （7 月 12 日）

表2 硅氮配施对稻曲病的影响 （9 月 27 日）

图3 硅氮互作对水稻产量的影响

2.2 硅氮互作对水稻病虫害发生的影响

以往研究表明，稻田卷叶螟随氮肥用量增加而增多，减少氮肥用量可显著降低其数量。与N300处理相比，N240和N180处理卷叶螟的数量分别降低了14.3%和28.6%。与N240处理相比，氮肥用量减少20%条件下配施硅肥有显著降低稻田卷叶螟数量的作用。稻田卷叶率与卷叶螟数量发生规律相似，均随着稻田氮肥用量增加而增高。但是，相同施氮水平下，配施硅肥对水稻卷叶率控制作用较小。可能卷叶螟数量与水稻卷叶率之间有发生作用的滞后效应。天敌（蜘蛛）数量对稻田虫害有显著的控制作用，天敌数量总体随着施氮量增加而降低，减少氮肥用量条件下，硅氮配施可显著提升稻田天敌数量。各处理对稻飞虱发生数量无显著影响，具体发生规律需进一步研究。

水稻稻曲病发生率随施氮量增加而显著增加，N300处理的病株率高达16.06%，高病株率不仅与病虫防治水平有关，可能还与高氮水平下水稻群体密度过高有关。与氮肥单施相比，氮肥用量减少20%～40%条件下，配施硅肥可显著降低稻曲病的发生率，并降低其病情指数。

2.3 硅氮互作对水稻产量及经济效益的影响

单施氮肥条件下，随着施氮量的增加水稻产量增加，但是N300处理与N240处理产量差异不显著，表明氮肥用量降低20%仍可以保持与高氮条件下同等产量。与N240处理相比，N240Si60处理下水稻产量提高4.0%；与N180处理相比，N240Si60处理产量提高约5.9%。与N300处理相比，N240Si60和N180Si60处理水稻产量分别提高约2.6%和2.8%。N300处理为当地常规氮肥用量，说明施氮量降低20%～40%条件下，配施一定量的硅肥，可达到减肥增产的目标，为减肥增效技术的集成提供了重要数据支撑。

由表3 和图3 可以看出，施氮量从180 kg/hm2提高到300 kg/hm2，水稻产量有提高的趋势，但是水稻的种植除了看产量，更应该重视水稻种植中的投入产出比，即经济效益。通过研究发现，N180Si60处理的经济效益在各处理中最高，净收益为12 810 元/hm2，其次为N240Si60处理 （12 556 元/hm2），分别比 N300处理提高6.3%和4.1%。由此表明，在常规施氮基础上降低氮肥用量20%或40%并配合施用硅肥不仅可以提高水稻产量，也可以提高经济效益。

3 讨论与结论

过量施用氮肥会导致植株疯长，群体密度变大，通风透光能力变弱，茎叶柔软，产量和抗性下降[15-16]。有研究表明，降低氮肥用量配施硅肥可以促进水稻对氮素的吸收，改善其营养状况，促进地上部分生长，提高地上部干物质积累量，进而增加产量[17]。本研究结果表明，与常规施氮相比，在氮肥用量降低20%～40%条件下，配施硅肥可以提高水稻产量以及经济效益。施用硅肥的增产作用主要是通过有效穗数和每穗实粒数的增加来实现[18]。此外，施用硅肥可以调节养分供应，提高水稻根系的氧化能力，延长根系功能期[19-20]，促进水稻对营养元素的吸收。氮硅配施能有效改善水稻株型和群体结构，使其更有助于水稻对光的捕获并提高光能利用效率，提高叶绿素含量和净光合速率，进而增强冠层叶片光合生产能力[21-25]，最终提高水稻产量。硅氮配施提高产量，除了受到水稻生长及生理的影响外，还与硅氮配施可以显著控制病虫害的发生有关。在本研究中，氮肥用量减少20%～40%，配施硅肥可显著降低卷叶螟数量、稻曲病的发生率及其病情指数。有研究表明，施硅可以使稻瘟病发病率降低20%～30%、纹枯病发病率降低10%～15%[26]。主要是由于施硅可增加水稻茎秆中硅化细胞的数量及硅含量，增加茎秆强度，加强了茎叶表皮硅质化[27]，进而增强了机械防护作用，减少了病虫害的入侵，为提高水稻产量提供了保证。

表3 硅氮互作经济效益

综合现有对比试验结果表明，配施硅肥可缓解低氮对水稻分蘖的抑制作用，在氮肥用量降低20%情况下配施硅肥可保证水稻有足够的分蘖数，同时施用硅肥可显著提高水稻的成穗率，为高产提供群体物质基础。此外，硅氮配施还增强了水稻对稻纵卷叶螟、稻曲病等的抗性，为水稻高产提供了保障。因此，本研究结果表明，在当地常规氮肥用量（300 kg/hm2）的基础上，适当减少氮肥并配施一定量的硅肥可达到减肥增效的目标。