硅肥对土壤理化性质及水稻产量与养分含量的影响

蒋 亚, 蔡景行, 吴道明, 敖成红, 尹文书, 罗沐欣键, 柴冠群*

(1.贵州省土壤肥料研究所, 贵州 贵阳 550006; 2.贵阳市乡村振兴服务中心, 贵州 贵阳 550000; 3.息烽县农业技术开发服务中心, 贵州 贵阳 551100)

0 引言

【研究意义】水稻是世界主要粮食作物之一,中国水稻种植面积约3.10×107hm2,稻米产量约占粮食总产量的35%,在保障粮食安全方面起着举足轻重的作用[1]。施肥是水稻获得养分的主要途径,对水稻生长、产量和品质的形成有重要作用,是影响水稻产量的关键因素之一[2]。在实际生产中,由于肥料使用粗放、过量且养分投入不平衡,导致资源浪费,对农田生态环境造成一定影响,为培肥土壤,防止土壤退化,实现化肥减施增效,促进粮食增产提质,施肥方式必须科学合理[3-5]。硅是植物正常生长发育所需的微量元素之一,尤其水稻作为一种喜硅作物,在其正常生长发育过程中离不开硅素供给。因此,研究硅肥对水稻产量与养分含量的影响,对水稻高产栽培具有重要的现实意义。【前人研究进展】硅素可以促进植物生长发育,增强抗病抗逆性,改善生长环境,从而提高产量和品质。有研究表明,施硅肥能提高土壤供硅能力,增加植株养分积累量,改善植株生长状况,提高植株抗逆能力,促进植物光合利用和水分利用,提高作物经济产量[6-9]。水稻作为高硅积累植物,其植株中硅质量分数高达10%～15%,施用硅肥可以促进水稻生长,提高水稻产量和改善稻米品质[10-12]。吴建富等[13]研究表明,适量氮硅肥配施有利于提高水稻单位面积有效穗数、每穗粒数、结实率和产量,同时还能提高水稻氮素的积累量和吸收利用率。罗来杨等[14]研究指出,施用硅肥有利于提高优质稻产量,施硅量为60 kg/hm2时增产效果最佳。【研究切入点】水稻是贵州主要粮食作物,贵阳市喀斯特地貌面积占贵州各地区比例最高,达85.02%[15]。近年来,关于硅肥对水稻生长、产量及养分利用效率的影响的报道较多,但针对黔中喀斯特地区配方施肥条件下,增施不同用量硅肥对水稻产量及养分含量的影响研究较少。【拟解决的关键问题】以宜优1611为试验材料,在喀斯特地貌下,以配方施肥为基础,配施不同用量硅肥,研究其对水稻土壤养分含量、水稻产量及养分吸收特性的影响,确定水稻硅肥适宜用量,以期为黔中地区水稻高产高效栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

于2022年4—9月在贵州省息烽县西山镇新寨沟村开展田间小区试验,试验地肥力均匀,灌溉便利,前茬作物为油菜。试验前土壤pH 5.49,有机质含量39.2 g/kg,全氮含量2.30 g/kg,有效磷含量37.2 mg/kg,速效钾含量117 mg/kg。

1.2 供试材料

1.2.1 供试品种 水稻品种为宜优1611,是2020年通过长江上游国审的一级优质香稻品种,购于息烽县农资种子店。

1.2.2 供试肥料 尿素(总氮≥46%),贵州赤天化桐梓化工有限公司生产;磷酸二铵(总养分≥64.0%,N-P2O5-K2O=18-46-0),贵州开磷化肥有限责任公司生产;氯化钾(K2O≥60%),国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司生产;硅肥(SiO2≥25%),山西富邦肥业有限公司生产。

1.3 试验设计

采用田间小区试验方法,在配方施肥(尿素328.95 kg/hm2、磷酸二铵326.1 kg/hm2、氯化钾400.05 kg/hm2)基础上,设置配施不同用量硅肥处理。CK,不施任何肥料;T1,单施配方肥;T2,配方肥+硅肥480 kg/hm2;T3,配方肥+硅肥960 kg/hm2,分析不同处理土壤理化性质、水稻产量及构成因素和植株养分含量的变化。试验采用随机区组设计,重复3次,共12小区,小区面积为25 m2(5 m×5 m)。试验小区间设置隔离沟,试验区域外设置保护行。水稻于4月上旬播种,5月底移栽大田,移栽前施入基肥,硅肥作为基肥一次性施入。6月中旬和7月上旬分别追肥1次。各处理除施肥水平不同外其他栽培措施完全一致。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 土壤理化性质指标 参照《土壤农业化学分析方法》[16]测定土壤理化性质指标。

1.4.2 水稻氮、磷、钾含量 将水稻茎叶和籽粒干样粉碎过0.25 mm筛,采用浓H2SO4+ H2O2消煮,用全自动凯氏定氮仪测定氮含量,用火焰光度计测定钾含量,用钼锑抗比色法测定磷含量。

1.5 数据处理

运用Excel 2016和SPSS 26.0对试验数据统计分析,利用最小显著差异法(LSD)进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理土壤的理化性质

由表1可知,不同施肥处理对土壤理化性质影响显著。土壤pH,施硅肥显著降低土壤pH,T2、T3土壤pH较CK分别降低0.2个单位与0.54个单位,较T1分别降低0.05个单位与0.39个单位。土壤有机质,施肥显著提升土壤有机质含量,施肥处理较CK提高6.06%～8.74%。土壤速效钾含量,T1显著高于其他处理,其余处理间差异不显著;与CK相比,施肥处理速效钾含量提升4.39%～4.43%。土壤有效磷含量,T1与其他处理差异显著,T2与CK差异显著;与CK相比,施肥处理有效磷含量增加14.89%～107.62%;与T1相比,T2、T3处理有效磷含量分别减少39.04%和44.66%。土壤全氮含量,T2、T3高于T1和CK,且T2显著高于其他处理,其他处理间差异不显著;与CK相比,施肥处理全氮含量增加2.40%～14.97%。土壤阳离子交换量,各处理间差异显著,以CK最低(4.75 cmol/kg),T3最高(6.33 cmol/kg);与CK相比,施肥处理阳离子交换量增加2.95%～33.26%;与T1相比,T2、T3处理阳离子交换量分别增加16.56%和29.45%。总体看,在常规配方肥基础上配施硅肥可降低土壤pH、提高土壤全氮含量和阳离子交换量。

表1 不同施肥处理土壤的理化性质

2.2 不同施肥处理水稻的产量及其构成因子

由表2可知,水稻穂数、穗粒数、结实率和产量均表现为配施硅肥处理(T2、T3)高于不配施硅肥处理(T1)和CK。不同施肥处理对水稻穂数和千粒重无显著影响,对穗粒数、结实率和产量存在显著影响。与CK相比,施肥处理水稻穗数增加25.00%～32.50%,千粒重降低2.08%～4.36%。穗粒数,T2处理最高,且与T1处理差异显著;与CK相比,施肥处理穗粒数增幅为—4.68%～12.48%;与T1相比,T2、T3处理穗粒数分别增加18.00%、14.55%。结实率,配施硅肥处理(T2、T3)与不配施硅肥处理(T1)和CK差异显著;与CK相比,施肥处理结实率增幅为1.75%～7.20%;与T1相比,T2、T3结实率分别高5.35%、3.96%。产量,T2处理最高,T3处理其次,且两者均显著高于CK,T1处理与其他处理均无显著差异;与CK相比,施肥处理产量增加10.90%～21.59%;与T1相比,T2、T3处理产量分别增加9.64%、6.92%。总体看,在常规配方肥基础上配施硅肥对水稻单位面积穗数及千粒重无明显影响,但明显提高水稻结实率和产量。

表2 不同施肥处理水稻的产量及其构成因子

2.3 不同施肥处理水稻各器官的氮磷钾养分含量

2.3.1 水稻全氮含量 由图1可知,不同施肥处理对水稻茎叶和籽粒中全氮含量有显著影响。水稻茎叶和籽粒中全氮含量处理间存在显著差异,均以CK最低,其茎叶和籽粒全氮含量分别为4.34 g/kg和9.14 g/kg;T3最高,其茎叶和籽粒全氮含量分别为9.22 g/kg和11.58 g/kg;T1、T2和T3的茎叶全氮含量分别较CK增加84.79%、47.93%和112.44%;T1、T2和T3籽粒全氮含量均显著高于CK,分别较CK增加23.19%、17.61%和26.70%。总体看,在常规配方肥基础上增施硅肥960.00 kg/hm2可明显提高水稻茎叶和籽粒全氮含量。

注:相同部位不同字母表示差异显著(P<0.05),下同。

2.3.2 水稻全磷含量 由图2可知,不同施肥处理对水稻茎叶和籽粒中全磷含量影响不同。茎叶中全磷含量在不同处理间差异显著,以T3最高,达1.57 g/kg;CK最低,为0.90 g/kg;与CK相比,T1、T2和T3茎叶全磷含量分别增加41.11%、30.00%和74.44%。籽粒中全磷含量T3最高,达2.70 g/kg;T3与T1、T2差异不显著;CK最低,为1.42 g/kg,且与其他处理差异显著;与CK相比,T1、T2和T3处理籽粒全磷含量分别增加83.10%、88.03%和90.14%;与T1相比,T2、T3籽粒全磷含量分别增加3.85%、2.69%。总体看,在常规配方肥基础上配施硅肥可增加水稻茎叶和籽粒中全磷含量。

图2 不同施肥处理水稻的全磷含量

2.3.3 水稻全钾含量 由图3看出,不同处理对水稻茎叶和籽粒全钾含量影响不同,但均表现为配施硅肥处理(T2、T3)显著高于不配施硅肥处理(T1)和CK,T2与T3处理差异不显著。水稻茎叶全钾含量T3最高,为41.72 g/kg;CK最低,为33.31 g/kg;与CK相比,T1、T2和T3处理茎叶全钾含量分别增加10.21%、21.53%和25.25%;与T1相比,T2、T3处理茎叶全钾含量分别增加13.65%、10.27%。籽粒中全钾含量表现为T3处理最高,为4.96 g/kg;CK最低,为4.18 g/kg;与CK相比,T1、T2和T3籽粒全钾含量分别增加2.87%、16.27%和18.66%;与T1相比,T2、T3处理籽粒全钾含量分别增加15.35%、13.02%。总体看,在常规配方肥基础上增施硅肥可提高水稻茎叶和籽粒中的全钾含量。

图3 不同施肥处理水稻的全钾含量

3 讨论

硅素作为第四营养元素,尤其水稻作为一种喜硅作物,在其正常生长发育过程中离不开硅素供给。针对水稻增施硅肥开展科学研究,明确不同用量硅肥对水稻的影响,可为水稻高产高效栽培提供参考。有研究表明,施用硅肥可促进水稻生长,提高水稻养分的积累量和吸收利用率,提高单位面积有效穗数、每穗粒数、结实率和产量[10-13]。目前,针对硅肥对土壤养分含量的影响研究较少,陶思敏等[17]研究表明,施硅后,土壤中铵态氮含量和有机质含量基本不变或逐步上升,有效磷含量降低,速效钾含量先升后降。研究表明,增施硅肥能一定程度上增加土壤有机质和氮含量,降低有效磷和速效钾含量,与前人研究基本一致[17];增施硅肥能不同程度增加水稻氮、磷、钾含量,与王飞军等[18]的研究结果一致。吴建富等[13]研究表明,适量氮硅肥配施有利于提高水稻单位面积有效穗数、每穗粒数、结实率和产量。张超[19]研究表明,喷施硅制剂使水稻穗粒数增加0.97%～10.08%,结实率提高2.13%～6.49%,千粒重增加4.44%～14.98%,增产10.52%～15.25%。刘友恒等[20]研究表明,氮硅肥配施显著提高巨型稻的有效穗数、每穗粒数和千粒质量,产量较对照增加12.6%～42.0%。本研究中,增施硅肥不同程度增加水稻穗数、穗粒数、结实率和千粒重,从而提高水稻产量,与前人研究结果一致。

4 结论

以一级优质香稻品种宜优1611为试验对象,在常规配方肥(尿素328.95 kg/hm2、磷酸二铵326.1 kg/hm2、氯化钾400.05 kg/hm2)基础上配施不同用量硅肥(480 kg/hm2、960 kg/hm2),考察硅肥对水稻产量及土壤养分含量的影响。结果表明,增施硅肥能够增加土壤有机质含量、全氮含量和阳离子交换量,水稻茎叶和籽粒中全氮、全磷、全钾含量随硅肥施用量增加而增加;增施硅肥可提高水稻穗数和穗粒数从而促进水稻增产。与常规配方肥施用相比,增施硅肥480.00 kg/hm2水稻穗粒数增加18.00%,结实率提高5.35%,产量增加9.64%,增产效果最佳。