施用氮硅肥对巨型稻生长、养分利用和产量的影响_刘友恒

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第 45 卷第 6 期江西师范大学学报（自然科学版） Vol. 45 No. 6

2021 年 11 月 Journal of Jiangxi Normal University( Natural Science) Nov. 2021

文章编号：1000⁃5862(2021)06⁃0595⁃07

施用氮硅肥对巨型稻生长、养分利用和产量的影响

刘友恒1 ,2 ,李巧云3 ,4 ∗ , 吴传发2 ,王祎2 , 崔延春2 , 葛体达2 , 吴善桃5 ,夏新界2 , 吴金水2

(1 . 湖南农业大学资源与环境学院，湖南长沙 410128;2. 中国科学院亚热带农业生态研究所长沙农业环境观测研究站，湖南长沙 410125 ;

3 . 湖南农业大学生物科学技术学院，湖南长沙 410128;4. 广州新华学院资源与城乡规划学院，广东广州 510310 ;

5. 湖北业丰生态农业科技有限责任公司，湖北黄冈 438000)

摘要：该文采用田间随机区组设计，以巨型稻“丰超 6 号”为供试材料，以磷钾肥为基肥，设置氮肥或硅肥使用组合的 4 种处理：不施氮肥和硅肥( CK) 、施氮肥( N) 、施氮肥配施低量硅肥( NSi1 ) 和施氮肥配施高量硅肥( NSi2 ) . 研究结果表明：相对于 CK 处理，施用氮肥和硅肥使水稻地上部和根系生物量分别增加了 55. 6% 和 67. 0% , 使水稻根冠比分别增加了 30. 8% 和 46. 2% . 与 CK 处理相比，施用氮肥和硅肥使巨型稻分蘖数分别增加了 23. 9% 和 45. 0% ;与单施氮肥相比，氮、硅肥配施使分蘖数进一步增加了 17. 1% , 施用氮肥和硅肥使巨型稻 SPAD 值（叶绿素相对含量）分别增加了 9. 7% 和 19. 8% . 氮、硅肥配施使土壤碱解氮和有效硅含量分别增加了 19. 2% ~ 31 . 5% 和 9. 2% ~ 28. 5% . NSi2 处理较 NSi1 处理的氮肥利用率提高了16. 5% . 与单施氮肥相比，NSi1 处理使巨型稻产量提高了 11 . 7% , 而 NSi2 处理使巨型稻产量显著增加 26. 1% . 在巨型稻种植过程中以氮肥配施高量硅肥( NSi2 ) 处理效果最好.

关键词：巨型稻；农艺性状；氮硅肥配施；养分利用；产量

中图分类号：S 511 . 4 + 1 文献标志码：A DOI : 10. 16357/j. cnki. issn1000⁃5862. 2021 . 06. 07

0 引言

近年来，随着工业化和城市化的发展，中国可用于种植的土地面积也在不断地减少，水稻的耕种面积也有所缩减．因此，探寻和培育高产量、高性能水稻，建立高质量、高效率的种植业生态系统，以及对

稻田的综合化利用（如巨型稻⁃渔、巨型稻＋青蛙 +

泥鳅综合种养技术）成为当前提高粮食产量、保障中国粮食安全的一条重要途径．巨型稻作为新型的优质种质资源，其株高最高可达 2. 2 m , 与普通水稻相比，可以实现种养结合等高效农田利用[1⁃2] . 此外，巨型稻稻草的粗纤维含量高，能为牲畜提供较高的生物量，具有动物饲料化潜能[3] . 然而，具备高生物量、多分蘖和高产出性能的巨型稻对生长环境及营养的需求较高，随着巨型稻新的品种不断被研发，其生产推广面积也在不断地增加，但在实践中巨型稻的高产潜能未能充分发挥，这反映出目前人们对巨型稻的特性和养殖技术的认识不够．因此，深入研究巨型稻的生长发育习性，完善适宜的种植养殖环

境和技术，这对探寻科学合理的施肥方式具有重大意义．氮素是水稻生长必需的营养物质之一，也是培育高产水稻品种的主要考虑因素之一．施氮肥能够提高水稻有效穗数和每穗粒数[4] . 曹利强[5] 研究表明：在不同品种与不同机插方式下，施氮处理较不施氮可增产 25. 3% ~ 51 . 2% . 施氮显著增加了谷物产量，这主要是通过增加生物量和谷物数量来实现的 [6] . 在中国，农民为了保证水稻产量往往过量施用氮肥，其中单季水稻生产施氮量平均约为 180 kg · hm2 , 比世界平均水平大约高出了 75% , 然而氮肥利用率仅为 35% 左右[7] . 硅在植物生长发育中起着重要作用[8] , 包括改善植物生长、抗倒伏、提高产量、诱导对胁迫的抗性以及提高土壤的生产力[9] . 水稻是一种高硅积累的植物[10] , 在水稻中硅的质量分数高达 10% ~ 15% [11] . 施用硅肥有助于植物生长，这可能是由于硅提高了植物的光合效率[12] . 张万洋等 [13⁃14] 研究表明：适量地施硅能使水稻增产，其主要通过提高水稻的成穗数、每穗实粒数和千粒质量来实现增产，产量增幅达 5. 2% ~ 12. 8% . 水稻在生长过程中需从土壤中吸收大量的硅，因此，施用硅肥

收稿日期：2021⁃06⁃07

基金项目：国家自然科学基金(41811540031) , 中国科学院亚热带农业生态研究所青年创新团队课题(2017QNCXTD_

GTD) 和湖北省中国科学院科技合作专项资助项目.

通信作者：李巧云(1960—) , 女，山西运城人，副教授，博士，主要从事植物学研究. E ⁃mail : 1065596897@ qq. com

是提高土壤供硅能力的有效措施，有助于水稻保持健康生长并提高产量[15] . 近年来，关于施硅对水稻增产效应的报道较多，但是有关氮、硅肥配施的研究则较少见[16⁃18] , 关于巨型稻对于养分利用和其他农艺性状的研究鲜有报道，大多数研究集中在分子遗传领域中．本文以巨型稻“ 丰超 6 号”为研究材料，通过田间试验探讨在同一施氮水平下，氮肥、硅肥配施对巨型稻生长、养分利用和产量的影响，以期为促进巨型稻高产、优质生产提供参考.

1 材料与方法

1. 1 试验地概况

试验于 2019 年在湖南省长沙县金井镇湘丰村巨型稻试验基地(113 ° 19 ′52 ″ E , 28 ° 33 ′04 ″ N) 进行. 气候属亚热带季风湿润气候，年平均气温 16 ~ 18 ℃ , 无霜期 260 ~ 310 d , 年降雨量 1 200 ~ 1 700 mm. 年日照时数 1 662 h , 相对湿度为 80% 左右．供试土壤（耕作层 0 ~ 20 cm) 基本理化性质如表 1 所示.

表 1 供试土壤基本理化性质

全氮／全磷／铵态氮／硝态氮／有机碳/ pH 值 (g ·kg- 1 ) (g ·kg- 1 ) (mg ·kg- 1 )(mg ·kg- 1 ) (g ·kg- 1 )

5. 81 0. 82 0. 46 3. 33 0. 79 12. 65

1. 2 试验设计

本文采用随机区组试验方法，供试水稻品种为巨型稻“丰超 6 号”，于 2019 年 5 月 20 日播种，2019 年 6 月 26 日撒施基肥，2019 年 6 月 28—2019 年 6 月 29 日人工移栽（手插秧），2019 年 7 月 17 日撒施分蘖肥，水稻种植密度约为 5 000 株/666. 7 m2 , 所有处理统一施用磷钾肥，设置氮肥或硅肥使用组合的 4 种处理：( i) 不施氮肥和硅肥( CK) , ( ii) 施氮肥 ( N) , ( iii) 氮肥配施低量硅肥( NSi1 ) , ( iv) 氮肥配施高量硅肥( NSi2 ) . 每个处理 4 个重复，共 16 个小区，每个小区面积为 10. 0 m × 20. 0 m , 随机区组排列. 供试肥料氮肥为尿素( N 46% ) 、磷肥为过磷酸钙 ( P2 O5 16% ) 、钾肥为氯化钾( K2 O 60% ) 、硅肥（由武汉高飞农业有限公司提供）为“ 大粒硅”( SiO2 20% ) ;肥料施用量均以纯养分量计算，氮肥施用量为 150 kg ·hm2 (70% 作基肥，30% 作分蘖肥）、磷肥施用量为90 kg ·hm2（全部作为基肥施用）、钾肥施用量为 180 kg ·hm2 (70% 作基肥，30% 作分蘖肥），在 (iii)和(iv)处理中硅肥施用量分别为 225 和 450 kg · hm2（全部作为基肥施用）．小区间起垄 (20 cm × 15 cm , 用薄膜覆盖以防止水肥流失及相互渗漏）分隔，中耕、除草及病虫害防治按常规进行. 2019 年 9

月 25 日水稻收获.

1. 3 样品采集与分析

1 . 3. 1 植株样品采集、处理和测定分别于巨型稻的分蘖期( TS) 、拔节期( JS) 、抽穗期( BS) 、灌浆期 ( FS) 和成熟期( RS)（移栽后第 23、46、61、75 和 89 天）5 个时期进行采样，从各小区中随机选择 15 穴

水稻植株作为定点测量株高，记录分蘖数，采用 JN⁃

YLS 型叶绿素测定仪测定植株主茎顶部第 1 展开叶的 SPAD 值（叶绿素相对含量）．在取样时将植株连根挖出，分为根部和地上部（茎、叶、穗），洗净吸干水分，分别装于牛皮纸袋中．样品经前期处理完后，于 105 ℃ 杀青 30 min , 80 ℃ 烘干至恒质量，供植株干物质和养分含量测定．水稻植株样品（茎、叶、穗、根）经烘干处理后，粉碎过筛．植株前处理[19]：先称取样品0. 1 g, 然后加 5 mL 浓硫酸进行碳化、氧化，再转移至消化炉中消煮，直至消煮液呈无色或清亮色后，将消煮液用水定容至 100 mL , 最后过滤，取过滤液作为 N、P、K 等元素的待测液．全氮含量采用

瑞典福斯）测定；全磷含量采用钼蓝比色法，用紫外分光光度计测定；全钾含量采用火焰光度计法测定.

硅含量的测定：秸秆经粉碎后用 H2 SO4 ⁃H2 O2

H2 SO4⁃H2 O2 法消化，用流动注射仪( FIAstar 5000 ,

法消化，然后用无灰滤纸过滤，将残渣(SiO2 沉淀）连同滤纸进行碳化、灼烧、称质量，用质量差减法求得 SiO2 的含量[20] .

1 . 3. 2 土壤样品采集、处理和测定分别于巨型稻移栽后第 52 天和第 90 天进行采样．采用“S ”取样法采集 0 ~ 20 cm 土层 5 个样点土，经混匀、风干、研磨过筛后备用．土壤碱解氮前处理：先称风干样土 2 g, 置于扩散皿外室，取 2 mL 硼酸指示剂置于扩散室内，然后加 10 mL 氢氧化钠溶液，盖好于 40 ℃ 恒温箱中放置 24 h , 最后用标准溶液滴定[18] . 土壤有效硅前处理：称取 5 g 风干土，加入 50 mL 柠檬酸，在30 ℃ 下震荡 30 min 后用定量滤纸过滤，吸取 5 mL滤液，加入显色剂，定容至 50 mL , 使用紫外可见分光光度计测定 Si 的质量浓度[18] .

1 . 3. 3 水稻考种测产在各小区中随机选择 15 穴水稻植株统计单株有效穗数，然后各区按平均有效穗数取 3 穴水稻植株带回实验室对穗长、穗粒数、千粒质量和结实率进行测量和计数．在各区中随机取 3 个小样方，每个小样方面积为 1 m2 , 分收分晒，按 13. 5% 的含水量折算实际产量.

1. 4 计算公式

水稻根冠比、氮肥吸收利用率、硅肥吸收利用率、氮肥农学效率和硅肥农学效率计算方法[21⁃22] 如下：

根冠比＝根干质量／地上部干质量，

不施氮肥利用率＝氮区地上部植株（施氮总吸区氮地量上）部植／施氮株量吸１０量 - 不施硅肥利用率＝硅区地上部植株（施硅总吸区硅地量上）部植／施硅株量吸１０量 -

施氮量，

施硅量；

氮肥农学效率＝（施氮区产量－无氮区产量）/

硅肥农学效率＝（施硅区产量－无硅区产量）/

其中产量、吸收量、施用量的单位均为 kg ·hm - 2 . 1. 5 数据处理

所有数据为平均值 ± 标准误差，用 Microsoft Excel2010整理，Origin8 . 5绘图分析．用SPSS20 . 0检

验数据的正态性，通过单因素方差分析(ANOVA)后，采用 Duncan 法比较不同处理间的显著性差异(P <0. 05) .

2 结果与分析

2. 1 氮硅肥施用对土壤碱解氮和有效硅含量的影响

氮肥和硅肥的施用显著增加了土壤碱解氮和有效硅的含量（见图 1) . 水稻在移栽 52 d 后，与 CK 处理相比，氮肥和硅肥施用使土壤碱解氮和有效硅的含量分别增加了 12. 2% ~ 39. 6% 和 7. 5% ~ 38. 1% ,且 CK 与 N 处理的土壤有效硅含量在统计学意义上差异不显著．与单施氮肥相比，氮、硅肥配施使土壤碱解氮和有效硅含量显著增加了 19. 2% ~ 31 . 5% 和 9. 2% ~ 28. 5% .

注：不同小写字母表示在统计学意义上处理间差异具有显著性( P < 0. 05) , 下同.

图 1 土壤碱解氮和土壤有效硅含量

2. 2 施用氮硅肥对巨型稻生长发育的影响

氮肥和硅肥施用均显著促进了巨型稻的株高（见图 2( a) ) . 与 CK 处理相比，氮肥和硅肥施用分别使巨型稻株高显著增加了 11 . 8% 和 12. 5% ( P < 0. 05) , 但在统计学意义上 N、NSi1 和 NSi2 处理间差异不显著( P > 0. 05) . 氮肥和硅肥施用均显著促进了巨型稻分蘖发生率（见图 2( b) ) ) . 与 CK 处理相

比，施用氮肥和硅肥使巨型稻分蘖数分别增加了 23. 9% 和 45. 0% ;与单施氮肥相比，氮、硅肥配施使得分蘖数进一步增加了 17. 0% . 氮和硅肥施用均显著促进了巨型稻 SPAD 值（叶绿素相对含量）（见图 2( c) ) . 与 CK 处理相比，氮肥和硅肥施用使巨型稻 SPAD 值分别增加了 9. 7% 和 19. 8% ;与单施氮肥相比，氮、硅肥配施使巨型稻 SPAD 值分别增加了 4. 0% 和 9. 2% , NSi2 处理增幅最大，达到 9. 2% .

注：TS 为分蘖期，JS 为拔节期，BS 为抽穗期，FS 为灌浆期，RS 为成熟期．下同.

图 2 在不同施肥处理下巨型稻株高、分蘖数和 SPAD 值动态

巨型稻地上部和根系的生物量随着生育期呈逐渐增长的趋势（见图 3 ) . 与 CK 处理相比，氮肥和硅肥的施用使水稻地上部和根系生物量分别增加了 55. 6% 和 67. 0% . 与单施氮肥的处理相比，氮、硅肥

~

配施使水稻地上部和根系生物量分别增加了 5. 8%

18. 0% 和 10. 7% ~ 29. 8% . 与 NSi1 处理相比，NSi2 处理的地上部和根系生物量进一步增加了11 . 5% 和 21 . 8% . 在水稻移栽后第 61 天，与 CK 处理相比，氮肥和硅肥施用使水稻根冠比分别增加了30. 8% 和 46. 2% ;与单施氮肥相比，NSi1 处理水稻根冠比差异不显著，NSi2 处理增加了 11 . 8% .

图 3 巨型稻干物质量和根冠比

2. 3 施用氮硅肥对巨型稻产量及其构成因素的影响

巨型稻在氮肥和硅肥施用下的产量及其构成因素间存在较大的差异（见表 2) . 在产量方面，与 CK 处理相比，氮肥和硅肥配施均显著增加了巨型稻的产量( P < 0. 05) , 增幅为 12. 6% ~ 42. 0% , 其中 NSi2 处理产量最高．与单施氮肥相比，氮肥配施低量硅肥使巨型稻产量提高了 11 . 7% , 而氮肥配施高量硅肥处理使巨型稻产量提高了 26. 1% . 在产量构成因素方面，与 CK 处理相比，氮肥和硅肥配施使巨型稻的

~

有效穗数、穗粒数和千粒质量分别增加了 26. 9%

51 . 2% 、9. 0% ~ 23. 0% 和 4. 9% ~ 8. 8% ( P < 0. 05) . 结实率在各施肥处理间差异不显著 ( P > 0. 05) . 与单施氮肥相比，NSi2 处理的产量及其构成因素均为最高，这说明施用高量的氮硅肥更有利于巨型稻产量的提高.

2. 4 施用氮硅肥对巨型稻地上部和根系氮、磷、钾

含量的影响

氮肥和硅肥的施用增加了水稻地上部和根系的氮含量（见图 4 ( a) ) . 在各施肥处理中水稻地上部和根系氮含量均在水稻移栽后第 23 天出现最大值（见图 4( a) 、( d) ) . 与 CK 处理相比，氮肥和硅肥施用使水稻地上部氮含量增加了 54. 4% ~ 54. 7% , 而单施氮肥与氮硅肥配施处理间差异不显著．巨型稻地上部磷含量呈先增后降的趋势，各处理均在灌浆期达到最大值，且处理之间差异不显著（见图 4(b)) .

表 2 在不同施肥处理下巨型稻产量及其构成因素

处理	有效穗/(104 ·hm - 2 )	每穗总粒数	结实率/%	千粒质量/g	产量/( kg ·hm - 2 )
CK	110. 75 ± 1 . 35d	277. 33 ± 4. 10d	82. 25 ± 0. 72a	28. 75 ± 0. 20c	8. 98 ± 0. 37d
N	140. 50 ± 3. 38c	302. 25 ± 4. 66c	82. 79 ± 0. 99a	29. 72 ± 0. 46bc	10. 11 ± 0. 36c
NSi1	152. 63 ± 3. 40b	324. 33 ± 5. 90b	84. 11 ± 0. 90a	31 . 28 ± 0. 40a	11 . 29 ± 0. 27b
NSi2	167. 50 ± 0. 73a	341 . 00 ± 5. 74a	83. 83 ± 0. 69a	30. 15 ± 0. 50ab	12. 75 ± 0. 08a

注：同列数据后的不同小写字母表示在统计学意义上处理间差异具有显著性( P < 0. 05) . 下同.

水稻根系磷含量呈现先增加—下降—增加—下降—平稳的趋势，且各处理之间差异不显著（见图 4( e) ) . 施用氮肥和硅肥降低了巨型稻地上部和根系的钾含量（见图 4 ( c) 、( f) ) . 与 CK 处理相比，施用氮肥和硅肥使巨型稻地上部和根系的钾含量分别降低了 12. 2% ~ 20. 1% 和 20. 4% ~ 38. 5% ; 与单施氮肥相比，氮、硅肥配施使巨型稻地上部和根系的

~

钾含量进一步下降了 5. 4% ~ 9. 5% 和 21 . 6%

22. 6% , 分别降低了 18. 2% 和 17. 2% .

2. 5 施用氮硅肥对巨型稻氮、硅肥利用率的影响

巨型稻氮肥和硅肥利用率受施肥量的影响，整体变化趋势均是随着氮硅肥用量的增加而增大（见表 3 和表 4) . 与 CK 处理相比，施用氮肥和硅肥显著增加了氮肥农学效率、氮肥利用率，且施用高量的氮

硅肥的促进效应最强；NSi2 处理的氮肥农学效率和氮肥利用率比 NSi1 处理的分别提高了 9. 7%、16. 5% . 与单施氮肥相比，氮硅肥共施对硅肥农学效率、硅肥利用率的影响差异不显著.

表 3 在不同施肥处理下巨型稻的氮肥利用率

处理	氮肥农学效率/( kg ·kg- 1 )	氮肥利用率/%
CK
N	7. 58 ± 0. 63c	18. 93 ± 0. 51 c
NSi1	15. 42 ± 1 . 47b	24. 14 ± 2. 91b
NSi2	25. 13 ± 0. 71 a	40. 63 ± 1 . 02a

表 4 在不同施肥处理下巨型稻的硅肥利用率

处理	硅肥农学效率/( kg ·kg- 1 )	硅肥利用率/%
N
NSi1	5. 22 ± 0. 54a	12. 34 ± 1 . 23a
NSi2	5. 85 ± 0. 36a	13. 51 ± 0. 81 a

图 4 巨型稻地上部和根系氮、磷、钾含量

3 讨论

3. 1 氮硅肥施用对巨型稻生长发育的影响

氮和硅在水稻发育和产量形成过程中起着重要作用．具体表现为：氮硅肥的相互作用增加了巨型稻株高、分蘖数、SPAD 值和干物质量．本文试验结果表明：与 CK 处理相比，氮硅肥配施均显著促进了巨型稻分蘖发生率，然而在同一施氮水平下，当硅肥用量增加到一定程度时并不能显著促进巨型稻的分蘖．这与翁颖等[23] 对普通水稻分蘖发生率的研究结果一致．这可能是由于前期（分蘖、拔节期）处于营养生长阶段转向后期（抽穗、灌浆、成熟期）生殖生长阶段，后期主要是长穗长粒，巨型稻植株营养分配中心发生转变，营养元素从营养器官向生殖器官转移，因此一些小分蘖因为营养不良而死亡，后期分蘖数变少可能是由无效分蘖的减少所导致的[24] .

SPAD 值与植物中的叶绿素含量成正比．叶绿素含量通常与叶片中的氮含量密切相关[25] . 本文研究结果表明：与 CK 处理相比，氮硅肥施用均显著促进巨型稻 SPAD 值，且在同一时期内叶绿素含量随着硅施用量的增加而增加．这说明施硅可以增加巨型稻生育后期叶片叶绿素含量，延缓叶片的衰老，促进光合作用，有利于巨型稻干物质积累，为籽粒灌浆

成熟和产量的形成做物质储备．王远敏[26] 对普通水稻研究表明：当硅肥用量为 0 ~ 90 kg ·hm - 2 时，在同一时期内叶绿素含量随着硅施用量的增加而增加；当硅肥施用量大于 0 ~ 90 kg ·hm - 2 时，与之相反．这说明配施硅肥并不是用量越多效果越显著.

3. 2 氮硅肥施用对巨型稻产量及其构成因素的影响

影响水稻产量的因素是多方面的，其中干物质积累是影响水稻产量的重要因素之一．同位素标记试验表明：水稻生育期前期合成的光合产物在进入生殖生长期后很大一部分会转移到籽粒中[27] . 因此，提高水稻生物量对水稻产量增加有一定促进作用．陈进红等[28] 对普通水稻研究表明：硅肥能显著促进水稻干物质积累，促使秸秆和籽粒增加 13. 6% 和 6. 9% . 张国良等[29] 对普通水稻研究表明：氮肥和硅肥配施能显著增加水稻各生育期干物质积累量．本文研究结果表明：氮、硅肥配施能显著提高巨型稻干物质量，且在水稻灌浆期之后尤为突出（此时是水稻产量生成的主要时期），干物质量的增加为巨型稻产量的提升奠定了物质基础.