施用硅肥对甘蔗抗条螟性及其产量的影响

林兆里 张华 罗俊 高世武 姚俊丽 许莉萍

摘  要：為明确甘蔗施用硅肥对甘蔗条螟（Chilo sacchariphagus Bojer）抗性的影响，在田间自然螟虫胁迫条件下，对甘蔗含硅量、抗条螟性指标和产量性状等进行测定。结果显示，硅肥在187.5～750 kg/hm2施用量范围内能显著提高整个生长季甘蔗植株的硅含量，显著降低甘蔗条螟钻蛀率和为害程度。硅肥施用量、植株硅含量和抗条螟性指标间响应一致。采用因子分析对7个抗条螟性指标进行简化，可分为3个公因子，即苗期条螟为害因子、工艺成熟期条螟为害因子和条螟生长发育因子。苗期螟害枯心率、工艺成熟期螟害节率和羽化率可作为硅肥调控甘蔗对条螟抗性效应的评价指标。经逐步回归分析可知，在7个抗条螟性指标中，苗期螟害枯心率和累积蛀道长度对蔗茎产量影响最大。562.5 kg/hm2硅肥施用量对甘蔗条螟防治效果和甘蔗增产效应最适宜。研究表明，硅肥能显著提升甘蔗植株硅含量，增强甘蔗植株对条螟的抗性，有效降低甘蔗条螟发生为害，促进甘蔗增产增收。

关键词：甘蔗;硅肥;条螟;抗条螟性指标;产量

中图分类号：S566.1;S474      文献标识码：A

Effect of Silicon Fertilizer on Sugarcane Production and Its Resistance to Stalk Borer

LIN Zhaoli1， ZHANG Hua1， LUO Jun1， GAO Shiwu1， YAO Junli2， XU Liping1*

1. Key Laboratory of Sugarcane Biology and Genetic Breeding （Fujian）， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Fujian Agriculture and Forestry University / National Engineering Research Center for Sugarcane， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002， China; 2. College of Plant Protection， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002， China

Abstract： In order to validate the effect of silicon fertilizer on the increase of sugarcane resistance to Chilo sacchariphagus Bojer， the silicon content， the resistance indexes of stalk borer and yield traits of sugarcane were investigated under the natural population of stalk borer in the field. The application amount range of 187.5-750 kg/hm2 silicon fertilizer could significantly increase the silicon content in sugarcane in the whole growth period， significantly reduce the boring rate and damage degree of stalk borer. The positive responses observed due to the amount of silicon fertilizer were consistent with the content of silicon in sugarcane and the indexes of stalk borer resistance. In term of the results of factor analysis， the seven resistance indexes could be simplified to three main factors， including the damage factor of stalk borer at seedling stage， the damage factor of stalk borer and growth and development factors of stalk borer at technically matured stage. The rate of dead heart at seeding stage， the rate of bored internodes and the rate of adult emergence at technically matured stage could be used as the indexes for evaluation the effect of silicon fertilizer on sugarcane resistance to stalk borer. Based on the stepwise regression analysis， the dead heart rate and the length of cumulative tunnels among the seven resistance indicators had the greatest effect on sugarcane yield. The dosage of 562.5 kg/hm2 silicon fertilizer could result in the best effects on the control of sugarcane borer and increment of sugarcane yield. This study shows that silicon fertilizer can significantly increase the silicon content in sugarcane and enhance the resistance to stalk borer， and thus effectively reduces the occurrence and damage of stalk borer， together with the promotion to increase sugarcane yield and income.

在甘蔗工艺成熟期每小区连续测定20株甘蔗株高、茎径和田间锤度，及单位面积有效茎数，计算成茎率、单茎重和蔗茎产量。成茎率=单位面积有效茎数/单位面积总苗数×100%，单茎重（kg）=0.785×株高×茎径2/1000，产量（t/hm2）=单茎重×每公顷有效茎数/1000。

1.3  数据处理

采用IBM SPSS Statistics 22软件进行数据统计分析。采用ANOVA单因素方差分析的Duncans新复极差法进行多重比较;采用Pearson相关分析法进行指标间的相关性分析;采用多元线性回归中的逐步法进行回归分析;采用最大方差法旋转获得因子载荷矩阵，并根据因子贡献率计算因子综合得分;对多元回归后的相关指标进行通径分析[16]，计算决策系数。

2  结果与分析

2.1  不同硅肥用量下苗期甘蔗抗条螟性

由表1可见，各处理的叶片硅含量为7.90～ 9.30 mg/g。施硅肥处理的硅含量显著高于未施硅的空白对照（T0）。施硅处理中，施硅量高的处理（T3、T4）硅含量显著高于施硅量相对较低的处理（T1、T2），但T3和T4间、T1和T2间差异不显著。苗期条螟螟害枯心率范围1.79%～7.18%，变异系数较大，施硅肥处理的枯心率显著低于未施硅处理（T0），且螟害枯心率随着施硅量增加而减少。同时，施硅处理中，施硅量高的处理（T3、T4）螟害枯心率显著低于施硅量相对较低的处理（T1、T2），且与叶片硅含量趋势一致，T3和T4间、T1和T2间差异不显著。硅肥施用量与叶片硅含量间呈极显著正相关（r=0.88，P<0.01），与螟害枯心率间呈极显著负相关（r=-0.95，P<0.01），且叶片硅含量与螟害枯心率间也呈极显著负相关（r=-0.91，P<0.01）。

2.2  不同硅肥用量下工艺成熟期甘蔗抗条螟性

由表2可知，工艺成熟期甘蔗田间条螟螟害节率均值为11.60%，大于经济防治指标10%[17]，说明尽管本试验是在自然侵染条件下进行的，但田间条螟虫源压力仍然较大，能够有效验证在甘蔗工艺成熟期硅肥对条螟的抑制效应。

施用硅肥有效促进工艺成熟期甘蔗植株各部位（叶片、蔗皮和蔗茎）硅含量的提升，但不同组织部位的提升效应不同，叶片效应最大，其硅含量和升幅均高于蔗皮和蔗茎。除低施硅量T1处理与空白对照T0无显著差异外，T2、T3和T4处理的叶片和蔗皮硅含量均显著高于空白对照T0。工艺成熟期施硅处理的蔗茎硅含量均高于空白对照T0，但仅有T3处理显著。此外，除T4处理外，植株硅含量随硅肥施用量增加而显著上升，但随施硅量进一步增加，T4处理的植株硅含量比T3处理有所下降。

6个田间抗条螟性指标在处理间的差异均达到显著水平，其中枯梢率和累积蛀道长度变异系数较大，分别为45.47%和40.52%，说明硅肥处理对这2项抗条螟性指标影响较大。螟害节数、螟害节率、枯梢率等6个抗条螟性指标随着硅肥施用量增加，呈逐渐降低的趋势。T2、T3和T4处理的螟害节数、螟害节率、枯梢率和累积蛀道长度4个抗条螟性指标显著低于T0与T1处理，其中T0和T1间，T2、T3和T4间差异不显著。T3、T4处理的节蛀道长度和羽化率显著低于T0、T1和T2处理，T0、T1和T2间，T3和T4间差异不显著。T3、T4处理与空白对照T0相比，螟害节率分别降低29.78%和36.96%，累积钻蛀长度分别减少49.40%和61.78%。

由表3可知，硅肥施用量与叶片硅含量、蔗皮硅含量间呈极显著正相关，说明施用硅肥能显著提升叶片和蔗皮硅含量;叶片硅含量与蔗茎硅含量、蔗皮硅含量间呈显著正相关，说明叶片硅含量的高低能反映甘蔗蔗皮和蔗茎硅含量的高低，可作为甘蔗植株硅含量的重要指征。硅肥施用量与6个抗条螟性指标间均呈极显著负相关，说明硅肥施用量显著提高了甘蔗对条螟的抗性。除节蛀道长度外，叶片硅含量与其余5个抗条螟性指标（螟害节数、螟害节率、枯梢率、累积蛀道长度和羽化率）间均呈显著负相关;蔗皮硅含量与6个抗条螟性指标间均呈显著负相关;蔗茎硅含量仅与枯梢率呈显著负相关。

2.3  不同硅肥用量抗条螟性相关指标因子分析

为评价硅肥处理对甘蔗条螟为害的影响，挖掘抗条螟性指标间的内在联系，消除指标间的共线性及揭示指标间的差异，利用因子分析进行降维，并进行因子综合得分评价。对苗期（螟害枯心率）和工艺成熟期（螟害节数、螟害节率、枯梢率、累积蛀道长度、节蛀道长度和羽化率）共7个抗条螟性指标进行因子分析，相关矩阵经KMO和Bartletts檢验，KMO=0.81，Bartletts= 107.39（P<0.01），适合进行因子分析，经因子分析得到旋转后的因子载荷矩阵见表4。经最大方差法进行旋转，共提取3个公因子，分别为F1，F2和F3，其累计贡献率为94.12%，说明提取的公因子对总信息量解释度达到94.12%。供试的7个抗条螟性指标提取率为87.88%～98.12%，所提取的公因子能够较好地反映原有的指标信息。第1类公因子F1包含螟害节数（0.90）、螟害节率（0.86）、枯梢率（0.71）和累积蛀道长度（0.80），方差贡献率为44.23%，主要反映工艺成熟期甘蔗条螟为害程度，称为工艺成熟期条螟为害因子;第2类公因子F2包含节蛀道长度（0.88）和羽化率（0.87），方差贡献率为35.00%，主要反映条螟

生长发育情况，称为工艺成熟期条螟生长发育因子;第3类公因子F3仅包含螟害枯心率（0.73），方差贡献率为14.89%，主要反映苗期甘蔗条螟为害情况，称为苗期条螟为害因子。在因子分析的基础上，结合田间抗条螟性指标调查的难易程度，苗期的螟害枯心率、工艺成熟期的螟害节率与节蛀道长度3个指标可作为硅肥调控甘蔗对条螟抗性效应的评价指标。

根据各因子方差贡献率，建立模型Y= 0.4423F1+0.3500F2+0.1489F3，Y为螟害因子综合得分，计算各硅肥处理的螟害因子综合得分。由表5可知，螟害因子综合得分由高到低依次为：T0>T1>T2>T3>T4，其得分越低，说明该硅肥处理对条螟防治效果越好，T4处理对条螟的防治效果最佳。通过条螟综合因子得分评价，说明随着硅肥施用量增加，条螟种群数量随之减少，甘蔗植株受害程度随之减轻，条螟生长发育受限。

2.4  不同硅肥用量下蔗茎产量性状

硅肥对蔗茎产量性状的影响见表6。硅肥能提高甘蔗的单茎重、有效茎数、成茎率和蔗茎产量。其中T3、T4处理的单茎重显著高于空白对照T0，T3和T4处理间差异不显著，虽然也高于T1、T2处理，但差异不显著。有效茎数在T0～T3处理中随着施硅量增加而增多，在T4处理趋于稳定，T3和T4处理显著高于T0、T1和T2处理，T3和T4间，T0、T1和T2间差异不显著。5个处理的成茎率随施硅量增加而增大，成茎率在处理间无显著差异。由蔗茎产量可知，硅肥的4个处理均显著高于空白对照T0，T3、T4处理显著高于T1、T2处理，其中T3处理的蔗茎产量最高，达到83.05 t/hm2。田间锤度在5个处理间无显著差异。以硅肥1500元/t、甘蔗收购价520元/t进行投入产出核算，T3处理的经济效益最高。

通过逐步回归分析，将苗期和工艺成熟期7个抗条螟性指标与蔗茎产量进行多元回归分析。回归方程为：Y=109.38-2.98X1-12.12X2，（r=0.92，P<0.01）。Y：蔗茎产量，X1：螟害枯心率，X2：累积蛀道长度，说明在所评价的7个指标中苗期螟害枯心率和工艺成熟期累积蛀道长度对蔗茎产量影响较大。对逐步回归筛选出来的这2个抗条螟性指标与蔗茎产量作通径分析，螟害枯心率和累积蛀道长度对蔗茎产量的直接效应均为负效应，且螟害枯心率效应更大。决策系数分析显示，苗期螟害枯心率对蔗茎产量的影响大于累积蛀道长度，说明其还通过间接效应影响蔗茎产量（表7）。

2.5  不同硅肥用量下甘蔗农艺性状

叶片披垂程度、茎皮硬度和纤维分是影响甘蔗对条螟抗性的重要因素。由表8可知，通过硅肥处理后，甘蔗叶倾角随施硅量增加而逐渐降低，甘蔗叶片更为直立，但处理间差异不显著。茎皮硬度随施硅量增加而逐渐增大，T3和T4处理显著高于空白对照T0。蔗皮纤维分随硅肥施用量增加虽有所下降，但各处理间差异不显著。此外，处理间蔗茎纤维分的差异也不显著。说明通过硅肥处理后能够有效改善甘蔗叶片披垂程度，提升甘蔗茎皮硬度，从而提高甘蔗植株对条螟的抗性。

3  讨论

本研究在我国甘蔗主要产区进行，其土壤类型及螟虫为害均具有一定代表性。试验地土壤有效硅含量为57.02 mg/kg，根据苏广达等[18]的标准，属缺硅土壤（<100 mg/kg），而甘蔗为喜硅作物，研究结果也显示施用硅肥后，能显著提升甘蔗植株的硅含量以及对条螟的抗性和蔗茎产量。在本研究中，甘蔗苗期叶片含硅量大于0.75%，根据前人标准[19]，说明在甘蔗苗期硅的供给是足够的。但工艺成熟期叶片的硅含量偏低（未施硅处理0.56%），可能是由于土壤中硅的供给有限而工艺成熟期甘蔗需求量大所导致。在0～ 562.5 kg/hm2硅肥施用量范围内，甘蔗苗期和工艺成熟期植株的硅含量随施用量增加而增加，在750 kg/hm2施用量时，植株的硅含量有所回落，这与Keeping等[20]的研究结果是一致的。表明在一定硅肥施用量内，甘蔗植株硅含量与硅肥施用量间的响应是一致的，但在较高施用量下，可能由于生物量及甘蔗品种硅吸收能力而导致植株硅含量无法进一步提升。

硅对植物抗虫性有直接或间接影响，能在一定程度上增强植物的抗生性、影响植食性昆虫的选择性[8]。Meyer等[21]研究表明，施用硅肥能够提升植株硅含量显著降低螟虫为害，工艺成熟期甘蔗的抗螟性差异也显示抗螟性更强的品种叶片和蔗茎的硅含量更高[22-23]。本研究也证实了硅肥对甘蔗条螟具有一定的防控效果，能显著提升整个生育期甘蔗植株硅含量，有效降低条螟的发生率和为害程度。通过研究硅肥施用量与甘蔗对条螟抗性指标的内在联系，显示硅肥的施用量、植株的硅含量与植株抗条螟性响应是一致的，可通过调节甘蔗植株硅的含量提高甘蔗对条螟的抗性。本研究在甘蔗苗期仅对甘蔗叶片含硅量进行测定，而甘蔗条螟在苗期的侵害部位不仅包括心叶还有叶鞘等部位，甘蔗苗期含硅量与植株含硅量对条螟的抗性响应仍有待进一步完善。

植物抗虫性是植物与害虫之间在一定条件下相互作用的表现。硅提高植物抗虫性涉及两方面的机制，硅能富集在甘蔗葉片、茎秆的表皮细胞，形成“角质-硅双层”结构，对甘蔗螟虫钻蛀形成物理屏障[24];而且能够减少幼虫对食物的不完全吸收影响其正常生长发育，控制其种群数量[25]。甘蔗品种的抗螟性评价指标通常采用枯心率、螟害节率、枯梢率等螟虫种群密度指标，而对螟虫的为害程度及个体发育情况较少涉及，为验证硅对条螟的抗性机制是否具有多元抗性，本研究引入反映植株受害程度指标（累积蛀道长度），螟虫反应指标（节蛀道长度和羽化率）。结果显示硅肥对甘蔗条螟的影响是多方面的，通过因子分析发现螟害节数、螟害节率、枯梢率和累积蛀道长度为一个类群，反映硅肥增强甘蔗植株组织强度形成物理屏障，导致条螟种群数量和为害程度显著降低，体现硅肥对条螟抗生性的影响;而节蛀道长度和羽化率为一个类群，反映条螟的取食量及生长情况，体现硅肥对条螟生长发育的影响。由此可见，硅肥不但影响条螟的钻蛀成功率，而且影响钻蛀后的生存质量，对条螟的抗性具有多元性。同时，硅肥能同时提高苗期和工艺成熟期甘蔗对条螟的抗性，说明硅肥对甘蔗条螟的防控具有持续性特点，能在一个相对较长的时间内将条螟种群数量控制在经济允许水平下，这与柏丽华等[26]在水稻上的发现类似，与药剂防治方式相比，硅肥对条螟的防控持效性长，受环境干扰较小。

甘蔗抗螟性与农艺性状密切相关，硅肥能够改善甘蔗农艺性状，进而影响甘蔗对螟虫的抗性。任大方等[27]认为甘蔗叶片的披垂程度同抗螟性密切相关，叶片较为直立的品种其螟害程度更轻。本研究施用硅肥后能显著改善甘蔗植株的叶倾角，使甘蔗叶片更为直立，其本质是叶片硅含量提升，通过降低叶片的可食性，延缓条螟的生长发育，这与甘蔗条螟低龄幼虫取食心叶的习性密切相关。甘蔗叶片的披垂程度与硅含量间存在内在联系，暗示在抗螟性品种选育过程中，叶片披垂程度作为抗螟性评价的重要指标具有潜在价值，有待进一步研究。茎皮硬度是甘蔗抗螟性的重要屏障，研究表明茎皮硬度能够增加低龄螟虫钻蛀难度，从而延长其在外界环境的暴露时间，增加不良环境对其的干扰和天敌侵害的几率。不同抗螟性甘蔗品种间存在硅含量差异[21， 28-29]，主要体现在叶片、叶鞘和茎表皮的细胞硅密度和细胞形态上[30]，施用硅肥能够增强蔗茎表皮硬度[31]，硅的微区分布显示硅在蔗茎中主要富集在根间带和蔗茎表皮，而在维管束和薄壁细胞中则相对稀疏。本研究表明施用硅肥使硅在蔗茎表皮上富集，从而提高组织硬度，而蔗皮硬度与抗条螟性指标显著正相关，能够有效降低条螟种群数量和减轻为害程度，这与Kvedaras等[31]的研究结果一致。甘蔗条螟整个生育期需2次钻蛀蔗茎表皮，一是在低龄幼虫开始钻蛀入蔗茎时，另一次是在老熟幼虫钻蛀出蔗茎准备羽化时，因此，茎皮硬度对其影响较大，因为在低龄幼虫时，较高的茎皮硬度能有效降低条螟的钻蛀成功率，而在老熟幼虫时，茎皮硬度又能影响成虫羽化率，制约其正常生长发育。由此可见，硅肥通过增强甘蔗组织的硬度，成为抵御条螟钻蛀为害的重要物理屏障。

在一定施用量下，硅肥能够增加土壤有效硅含量，促进甘蔗增产，这与蒋雄英等[32]的研究结果一致。对抗条螟性指标与产量间进行通径分析可知，施用硅肥后，抗条螟性指标中，苗期螟害枯心率和累积蛀道长度对蔗茎产量影响最大，且以苗期螟害枯心率对蔗茎产量的影响最大。施用硅肥一方面能够显著减少苗期螟害枯心率，保证齐苗，从而避免因枯心重新发株所致的甘蔗成茎率下降，增加有效茎数;另一方面能够提高工艺成熟期甘蔗植株对条螟的耐害性，降低条螟为害程度，增加单茎重，说明施用硅肥后增强了甘蔗对条螟的抗性是甘蔗增产的重要因素之一。施用硅肥对甘蔗田间锤度没有明显的影响，这与Nikpay等[11]和Camargo[33]的研究结果一致，不过Nikpay等[11]也指出硅肥能显著提高蔗糖分、蔗汁纯度和转光度等蔗汁品质。在本研究中，562.5 kg/hm2与750 kg/hm2硅肥施用量对甘蔗条螟均具有较好的防治效果，对蔗茎产量具有显著增产效应，且2个施用量处理间差异不显著，遵循经济效益原则，认为562.5 kg/hm2硅肥为最适宜施用量。但甘蔗的硅含量受硅肥种类、土壤类型和甘蔗品种吸收能力等因素影响较大，不同蔗区硅肥适宜施用量应因地制宜而定。

在一定施用量范围内，硅肥能够提高甘蔗植株硅含量，提升甘蔗在整个生育期对条螟的内源抗性，不仅干扰条螟的正常生长发育，降低种群数量，而且提高甘蔗对条螟的耐害性、减轻甘蔗的受害程度，促进甘蔗增产增收，在甘蔗螟虫防控中发挥重要作用，是有害生物综合防控的重要组成部分。硅肥在施用过程中具有对环境友好、长效性和对害虫具有多元抗性等特点，应该将其作为现有防治手段的有效补充。

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责任编辑：谢龙莲