施用硅肥对玉米生理代谢、产量及品质的影响

瞿翔 郝琦 李媛媛 何仕帆

(1盘州市农业农村局贵州盘州 553500;2贵州省地矿局一一三地质大队贵州六盘水 553000;3六盘水市钟山区农业农村局贵州省六盘水 553000)

玉米是我国第一大粮食作物，玉米的产量对保障我国粮食安全十分重要，玉米生产过程中，我国研究人员探索出了诸多玉米增产途径，其中包括优良品种的选育、耕作措施的优化、种植密度的增加以及施肥管理措施等，对玉米产量的增加做出巨大贡献［1］。施肥管理对玉米的生产至关重要。硅是作物生长的大量元素之一，硅肥能够为作物提供硅营养、调理土壤中氮、磷、钾等养分供给、增加作物抗非生物胁迫以及生物胁迫的能力［2］，被认为是继氮、磷、钾之后的第四营养元素。在我国农业生产中，长期以大量施用化肥来提高玉米产量，单一的施肥模式，使得土壤养分结构发生变化［3］。研究表明，施用硅肥能够迅速补充土壤中硅的含量，有利于植物对其它营养元素的吸收，提高作物光合生产能力，同时可以促进作物生长［4］。张清华等［5］研究表明，硅肥使西瓜幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a＋b、类胡萝卜素含量增加，提高净光合速率、气孔导度和胞间CO2。祁建勋等［6］研究结果表明，硅肥提高了向日葵叶面积、结实率和单盘粒重，产量较对照高出18.32%，显著增加了籽粒粗蛋白含量。顾跃等［7］研究表明，硅肥的施用可以降低盐胁迫下狗牙根草叶中脯氨酸、电解质渗出率和根中Na+含量，同时增加叶中叶绿素、相对含水量及根干重、根中K+含量。本试验研究硅肥对玉米生长过程中生理代谢、产量及品质的影响，以期制定合理的硅肥施用技术，为实际生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试材

试验材料选用禾玉6号

1.1.2 样地概况

试验于2018年于盘县板桥镇银汞山村进行，试验土壤为黄壤土，土壤质地疏松，土壤基础肥力：有机质28.21 g/kg、全氮1.8 g/kg、碱解氮105.84 mg/kg、速 效 磷47.32 mg/kg、速 效 钾166.15 mg/kg、pH 6.82。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验采用随机区组设计，设置5个硅肥施用量：0 kg/hm2（CK）、10 kg/hm2（T1）、20 kg/hm2（T2）、30 kg/hm2（T3）、40 kg/hm2（T4），播种前所有处理硅肥和N 120 kg/hm2，P5O290 kg/hm2，K2O 90 kg/hm2作基肥一并施入，拔节期追施N 60 kg/hm2，每小区长8 m，面积约38.4 m2，每处理重复3次，随机排列，种植密度为8.5万株/hm2。1.2.2项目测定

1.2.2.1 叶绿素含量和光合速率测定

试验于玉米抽雄期用SPAD仪测定棒三叶叶绿素含量，测定完成后采用便携式光合系统（GFS-3000）测定光合速率和气体交换参数。

1.2.2.2 氮代谢关键酶活性测定

硝酸还原酶（NR）测定，参考能庆娥等［8］方法。谷氨酰胺合成酶（GS），参考文献［9-10］的方法。

1.2.2.3 土壤理化性质及养分含量测定

供试土壤样本在每小区采集适量土壤样本，将样品装于聚乙烯塑料袋中，贴好标签，带回实验室置于陶瓷盘中风干过60目筛备用。

土壤pH和电导率的测定：取20 cm耕层土壤，带回实验室自然风干过筛，采用水土比5∶1（V∶V），用pH计测定土壤的pH值，同时用电导率仪测定电导率。土壤容重采用环刀法测定，土壤孔隙度（%）＝（1－容重/比重）×100，土壤比重近似值取2.65 g/cm3。

土壤养分含量的测定：有机质测定采用重铬酸钾外加热法，土壤铵态氮和硝态氮含量用流动分析仪测定，速效磷采用钼锑抗比色法，速效钾测定采用火焰光度计法。

1.2.2.4 产量及产量构成因素测定

玉米实收测产，于室内考察穗行数、穗粒数、百粒重、含水量等穗部性状，按14%含水量计算籽粒产量。实际产量（kg/hm2，14%含水量）＝测产籽粒重量（kg）/测产面积（m2）×10 000 m2×（1－籽粒含水率）/0.86。

1.2.2.5 玉米籽粒品质测定

用PM-8188型谷物水分测定仪测定籽粒含水率，用近红外谷物分析仪测定籽粒品质。

1.2.3 数据分析

采用Excel 2010统计和计算数据，采用SPSS 24.0进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 施用硅肥对玉米叶片SPAD值和气体交换参数的影响

叶绿素含量反映玉米光合作用强弱，由表1可知，SPAD值随硅肥施用量呈现先升高后降低的变化趋势，在T3处理时达到最大值，T1、T2、T3处理均显著高于CK，分别高出4.01%、10.04%和16.44%；净光合速率随硅肥施用量呈现先升高后降低的变化趋势，在T3处理时达到最大值，各处理表现为T3＞T2＞T1＞CK，T1处理和CK没有显著差异，T2、T3处理比CK显著高出3.08%和8.91%。胞间二氧化碳浓度变化趋势和净光合速率相似，施硅肥处理均显著高于CK，T1、T2、T3和T4处理分别比CK高出7.71%、13.76%、18.33%和11.56%；气孔导度随硅肥施用量呈现先升高后降低的变化趋势，在T2处理时达到最大值，表现为T2＞T3＞T1＞T4＞CK，T1、T2和T3处理均显著高于CK，高出8.75%、21.25%、17.08%；蒸腾速率趋势和净光合速率相似，T1、T2、T3和T4处理显著高于CK，分别高出12.52%、9.98%和22.42%和13.12%。

表1 施用硅肥对玉米叶片SPAD值和气体交换参数的影响

2.2 施用硅肥对玉米叶片氮代谢关键酶活性的影响

硝酸还原酶（NR）是氮代谢过程中的关键酶和限速酶，其活性的高低和氮同化能力相关。由图1-a可知，施用硅肥能够显著提高玉米叶片硝酸还原酶活性，T1、T2、T3和T4处理显著高于CK，分别高出16.73%、33.58%、30.52%和35.49%，T2和T4处理显著高于T1，和T3没有显著差异。谷氨酰胺合成酶（GS）是植物氮代谢过程中的多功能酶，参与多种氮代谢调节。由图1-b可知，施用硅肥显著提高玉米叶片谷氨酰胺合成酶活性，随硅肥施用量的增加，GS呈现出先升高后降低再次升高的变化趋势，各处理均显著高于CK，分别高出20.96%、37.16%和15.92%和37.30%。

图1 施用硅肥对玉米叶片氮代谢关键酶活性的影响

2.3 施用硅肥对玉米田土壤理化性质的影响

由表2可知，各处理间pH值没有显著差异，说明施用硅肥对土壤pH影响较小；土壤EC值随硅肥施用量的增加呈先升高后降低的变化趋势，在T3处理时达到最大值，硅肥处理均显著高于CK，分别高出13.32%、59.62%和72.20%和66.08%；硅肥显著降低了土壤容重，各处理均显著低于CK，各硅肥处理间没有显著差异；各处理的孔隙度均显著高于CK，分别高出3.13%、3.39%和3.90%和 4.43%。

表2 施用硅肥对玉米田土壤理化性质的影响

2.4 施用硅肥对玉米田土壤养分含量的影响

土壤养分含量是玉米生长发育的关键，是产量形成的前提。由表3可知，施用硅肥对玉米田土壤有机质含量有显著影响，随硅肥施用量的增加呈先升高后降低的变化趋势，在T2处理时达到最大值，T2和T3处理显著高于CK，分别高出15.32%和6.87%；铵态氮含量随硅肥用量的增加呈逐渐增加的趋势，各处理均显著高于CK，T1、T2、T3和T4分 别 比CK高 出49.48%、98.60%、159.12%和170.15%；各处理硝态氮含量均显著高于CK，T1、T2、T3和T4分 别 比CK高 出119.91%、139.20%、150.13%和140.17%；速效磷含量均显著高于CK，T1、T2、T3和T4分别比CK高出47.94%、34.77%、62.31%和39.70%；速效钾含量各处理均显著高于CK，T1、T2、T3和T4分 别 比CK高 出16.31%、14.52%、22.62%和17.14%。

表3 施用硅肥对玉米田土壤养分含量的影响 单位：g/kg

2.5 施用硅肥对玉米产量及产量构成因素的影响

由表4可知，施用硅肥对玉米产量构成因素及产量有显著影响，各处理间玉米穗数和穗行数没有显著差异，玉米行粒数随硅肥施用量的增加呈先增加后减少的趋势，T2和T3处理行粒数显著高于CK，分别高出11.81%和16.35%，其它处理和CK没有显著差异；千粒重T1和CK没有显著差异，其它处理均显著高于CK，T2、T3和T4分别比CK高出6.33%、7.76%和4.68%；各处理产量表现为T3＞T2＞T4＞T1＞CK，T1、T2、T3和T4均显著高于CK，分别高出12.23%、9.32%、21.17%和15.41%。

表4 施用硅肥对玉米产量及产量构成因素的影响

2.6 施用硅肥对玉米籽粒品质的影响

由表5可知，施用硅肥显著提高了玉米籽粒脂肪和蛋白质含量，显著降低了淀粉含量。T1、T2、T3和T4处理的脂肪含量分别比CK高出7.51%、6.91%、7.51%和7.20%，硅肥处理间没有显著差异；T1、T2、T3和T4处理的蛋白质含量分别比CK高出6.68%、6.57%、7.38%和6.88%，各处理间无显著差异；硅肥处理的玉米籽粒淀粉含量显著下降，T1、T2、T3和T4处 理 分 别 比CK低1.69%、1.63%、1.45%和1.54%。

表5 施用硅肥对玉米籽粒品质的影响单位：%

3 讨论

土壤养分是作物生长的基础，施肥能够补充土壤养分，使土壤保持持续生产力，有利于作物的生长，提高产量和品质，硅是重要的营养元素，施用硅肥能在一定程度上改善土壤理化性质和养分结构。研究表明，硅肥可促进植物对其它养分元素的吸收，提高作物光合生产能力［11］。石彦召等［12］研究表明，增施硅肥不仅能提高花生叶片的叶绿素含量、光合速率、蒸腾速率、干物质积累量，还能提高花生叶片保护酶活性。郑璞帆等［13］研究表明，喷施硅肥能不同程度提高烤烟圆顶期净光合速率、水分利用效率和气孔导度，同时降低蒸腾速率，增加叶绿素含量，提高烟叶氮钾含量。本研究表明，施用硅肥提高了玉米叶片叶绿素含量、净光合速率、胞间二氧化碳浓度、气孔导度和蒸腾速率，可能是由于植物吸收硅以后能使细胞中的叶绿体增大，基粒增多，最适叶面积增大，叶片的叶绿素、类胡萝卜素含量增加，冠层受光姿态改善，从而提高了叶片的光合作用能力。氮代谢是植物重要的生命活动，氮代谢能力的强弱影响植物正常生长［14］。NR是氮代谢过程中的关键酶和限速酶，NR活性的强弱反映了植物对吸收的硝态氮的同化能力。GS是植物氮代谢过程中的多功能酶，参与多种氮代谢调节［15］，决定了氮代谢水平。本研究结果表明，施用硅肥对玉米叶片氮代谢关键酶有显著的影响，能够显著提高玉米叶片NR和GS活性，可能是由于施用硅肥有利于其它养分的吸收，提高了玉米体内的物质代谢能力［16］。

施用硅肥补充了土壤硅，有利于作物生长、改善品质，有研究表明，硅与多种营养元素存在交互作用，施用硅肥还能够协调其他土壤养分，可减少磷酸根的吸附量。Galvez等［17］研究结果表明，施用硅肥，增加了土壤磷素的有效性，改善作物体内养分环境，缓解玉米低磷胁迫。本研究表明，施用硅肥土壤电导率、孔隙度及土壤有机质、铵态氮、硝态氮、速效磷和速效钾含量显著升高，可能在于施硅改善土壤环境，增加了土壤动物和微生物数量，促进了土壤养分的矿化和转化功能，进而提高土壤养分［18］。硅肥对作物产量及品质有较好的促进作用，郭彬等［19］研究结果表明，氮肥和硅肥配施显著提高了水稻有效穗数、穗实粒数、千粒重和产量。本研究表明，硅肥处理的玉米产量显著高于CK，高出12.23%～21.17%；玉米籽粒脂肪和蛋白质含量升高，淀粉含量降低，说明使用硅肥能够改善玉米品质。

总体来看，施用硅肥能够显著提高玉米叶绿素含量和净光合速率以及氮代谢关键酶活性，土壤电导率、孔隙度及养分含量有明显的增加，当硅肥施用量为30 kg/hm2时，产量提高21.17%，玉米籽粒品质有明显的改善。