硅肥對超級早稻產量形成和部分生理特性的影響

陳健曉，屠乃美，易鎮邪*，朱紅林

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硅肥對超級早稻產量形成和部分生理特性的影響

陳健曉1,2，屠乃美1，易鎮邪1*，朱紅林2

(1 湖南農業大學農學院，長沙 410128；2 海南省農業科學院糧食作物研究所，海口 571100)

以超級早稻組合株兩優819(倒伏敏感品種)與陸兩優996(抗倒伏品種)為材料，研究了硅肥對超級早稻產量形成和生理特性的影響。結果表明：硅肥對超級早稻具有顯著增產作用，株兩優819與陸兩優996增產幅度分別為6.71%～18.25%和9.32%～21.89%。增產的主要原因在于施硅肥提高了葉面積指數與干物質積累量及物質轉換率，協調了庫源關系；硅肥能改善超級早稻生理特性，主要表現在葉片葉綠素含量、可溶性總糖含量與硝酸還原酶活性的提高及根系體積的增大等方面；施氮150 kg/hm2條件下施硅肥的增產和改善生理特性效果更好，且陸兩優996效果比株兩優819更好。

超級早稻；硅肥；產量形成；生理特性

前人就硅對改善水稻的生長發育，減輕鐵、錳、鎘等重金屬毒害，增強病蟲害抗性等方面的生理作用進行了比較多的研究[1~5]。隨著水稻施氮量的日益增加，土壤中氮硅比例失調現象越來越嚴重[6]。為此，日本、韓國等已把硅列為水稻增產的4大元素(N，P，K，Si)之一[7]。

目前，中國人口持續增長，工業化持續推進，人均耕地進一步減少，糧食安全問題日益突出。為了滿足糧食需求，超級稻種植面積和肥料用量不斷增加。楊俊等[8]對水稻氮素高效利用的生理機制進行了較廣泛和深入的研究，但有關水稻氮素吸收利用與硅素營養關系的研究報道較少。前人就硅肥對水稻的生長發育、產量形成與病蟲害抗性等方面的影響進行了大量研究，但有關硅肥對超級稻，尤其是超級早稻的效應研究罕見報道。為此，考察硅肥對超級早稻部分群體質量指標的影響，并分析硅肥影響氮素吸收利用的生理基礎，闡明硅肥對超級早稻的部分生理效應及其硅氮互作效應等具有重要理論與實踐指導意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試超級雜交早稻組合株兩優819(倒伏敏感品種)由亞華種業公司提供；陸兩優996(抗倒伏品種)由湖南農業大學水稻研究所提供。

1.2　供試土壤肥力特征

供試土壤肥力特征見表1。

表1 供試土壤肥力特征

1.3 試驗設計

試驗于2009年在湖南農業大學教學實驗場進行。供試水稻3月31日播種，4月26日移栽。試驗采用三因素裂區設計：小區面積15 m2(5.0 m×3.0 m)；株距0.2 m，行距0.2 m。3次重復。硅肥設2個水平(0 和150 kg/hm2)，氮肥設3個水平：0，150 和225 kg/hm2(表2)。硅肥作基肥一次施完；氮肥分4次施用，基肥∶分蘗肥∶穗肥∶粒肥=4∶2∶3∶1。氮肥以尿素為氮源，硅肥以硅酸鈉為硅源，各處理施磷肥(P2O5)75 kg/hm2和鉀肥(K2O)150 kg/hm2作基肥。其他管理同一般大田。

表2　試驗設計

1.4　測定項目與方法

葉面積和干物質積累動態。關鍵生育期(孕穗、齊穗、灌漿中期和成熟期)每小區取3穴，進行清洗，將把每株的完整葉(沒有損傷的葉片)剪下，測量長和寬，采用長×寬×0.75計算葉面積，之后分葉、莖、穗、根裝袋，105℃殺青30 min后，在80℃下烘至恒重，稱重。

產量與產量構成因素。成熟期每小區調查50穴，以其平均數作為該小區單穴有效穗數；每小區按平均有效穗數取5穴，帶回室內考察產量構成因素(有效穗數、每穗實粒數、結實率、千粒重)；以每小區實收100穴，折算實際產量(14%含水量)。

植株物質轉換率=(齊穗期莖鞘葉干重—成熟期莖鞘葉干重)/(成熟期穗干重—齊穗期穗干重)×100%[9]。

用乙醇提取分光光度法測定葉綠素含量[10]。采用活體法測定葉片中的硝酸還原酶的活性[10]。采用蒽酮法測定可溶性總糖[10]。

根體積測定。將尼龍網袋(寬20 cm，長25 cm，高20 cm，透肥水不透根)埋入稻田里，每小區4袋，移栽時每網袋栽2穴(每穴基本苗一致)。各關鍵生育期，每小區取1袋帶回室內將根系上的泥土沖洗干凈，剪下根系，用吸水紙吸干表面水分，用排水法測定根系體積[10]。

1.5　數據處理

數據采用Excel2003與SAS9.0進行分析處理。

2　結果與分析

2.1　硅肥對超級早稻產量及其構成因素的影響

由表3可見，單穴有效穗數隨施氮量增大而顯著增加，在相同的施氮水平下，增施硅肥提高了有效穗數，增幅在11.05萬～35.31萬/hm2。施氮使每穗粒數增加且與品種有關，株兩優819隨施氮量的增加而增加，陸兩優996先增大后降低，株兩優819和陸兩優996處理間差異從顯著到不顯著。硅肥能提高超級早稻穗粒數，株兩優819和陸兩優996的增幅分別為1.3～47.3，6.0～50.5粒。其穗粒數的增幅與施氮量密切相關：施氮225 kg/hm2條件下，兩品種穗粒數分別增加1.3和6.0粒，效果不顯著；在不施氮及施氮150 kg/hm2條件下兩品種穗粒數顯著增加。

千粒重因施氮量增加而表現為先增加后降低的趨勢，各處理間差異顯著；施硅對兩品種的效應與施氮量有關：不施氮及施氮150 kg/hm2條件下施硅能使兩品種千粒重略有增大，但處理間差異不顯著；施氮225 kg/hm2條件下施硅使兩品種千粒重顯著降低。結實率因施氮量增加而顯著下降，施硅使結實率略有降低，但處理間差異不顯著。

表3 各處理產量及產量構成因素

超級早稻產量隨施氮量增大而表現為先增加后降低的趨勢，3個施氮量處理間差異顯著。硅肥具有顯著增產效果：不施氮條件下株兩優819增產15.72%，陸兩優996增產19.75%；施氮150 kg/hm2條件下株兩優819增產18.25%，陸兩優996增產21.89%；施氮225 kg/hm2條件下，株兩優819增產6.71%，陸兩優996增產9.32%。可見，施硅肥對超級早稻的增產效果顯著，且在施氮150 kg/hm2條件下最好。

2.2　硅肥對超級早稻葉面積指數與干物質積累的影響

各處理葉面積指數()見表4。超級早稻隨施氮量增大而顯著增大，各時期表現一致。各處理的差異在各個時期上不一樣，隨生育進程推進而增大，差異從不顯著到顯著，而品種間差異不顯著。施硅使兩品種提高，不施氮條件下株兩優819提高0.1～0.3，陸兩優996提高0.1～0.4，施氮條件下株兩優819提高0.2～0.3，陸兩優996提高0.2～0.3，但處理間均未達顯著水平。

表4　各處理葉面積指數(LAI)

由圖1可見，各處理干物質積累量隨施氮量的增加而增大，各時期表現一致。施氮與不施氮處理間差異顯著，施氮150 kg/hm2與225 kg/hm2處理間差異隨生育期的推進而逐漸增大，但未達到顯著水平；施硅能提高兩品種干物質積累量，施硅與不施硅處理間的差異隨生育進程推進而增大，但差異未達到顯著水平。施硅與不施硅處理間的差異隨施氮量的增大而增大，硅氮配合施用，對提高超級早稻干物質積累更有利，且在陸兩優996上施用效果更好。

圖1　各處理干物質積累

2.3　硅肥對超級早稻粒葉比與物質轉換率的影響

由表5可見，各處理的穎花與葉面積比值隨施氮量的增加表現為先增加后降低的趨勢，而實粒數與葉面積比值和粒重與葉面積比值表現為降低的趨勢，且處理間差異顯著。施硅對穎花/葉面積、實粒/葉面積、粒重/葉面積的影響與品種和施氮量有關：不施氮條件下施硅，能提高株兩優819穎花/葉面積、實粒/葉面積及粒重/葉面積，降低陸兩優996穎花/葉面積、實粒/葉面積及粒重/葉面積；施氮條件下施硅，株兩優819穎花/葉面積、實粒/葉面積、粒重/葉面積降低；施氮150 kg/hm2條件下施硅，陸兩優996穎花/葉面積增大0.03朵/cm2，實粒/葉面積增大0.03粒/cm2，粒重/葉面積增大1.01 mg/cm2；施氮225 kg/hm2條件下施硅，陸兩優996穎花/葉面積降低0.01朵/cm2，實粒/葉面積降低0.02粒/cm2，粒重/葉面積降低1.08 mg/cm2。

表5　各處理單位葉面積的穎花數、實粒數和粒重

由表6可見，齊穗期及成熟期的莖鞘葉干重隨施氮量的增加而顯著增大，而穗干重隨施氮量的增加先增加后降低，品種間差異不顯著；施硅能在一定程度上提高莖鞘葉及穗干物重，不施氮條件下施硅，對株兩優819在齊穗期及成熟期莖鞘葉、穗干重的影響均達到顯著水平，而僅對陸兩優996穗干重的影響顯著；施氮條件下施硅，對陸兩優996齊穗期及成熟期莖鞘葉、穗干重的影響均達到顯著水平，而僅對株兩優819穗干重影響顯著。

表6 各處理莖鞘葉、穗干重及物質轉換率

物質轉換率隨施氮量的增大而表現先增加后降低趨勢，并且差異達到顯著水平，而品種間差異未達到顯著水平；施硅能提高物質轉換率，且在施氮條件下處理間差異達顯著水平。可見，施硅能提高超級早稻物質轉換率，且與氮肥配施效果更好，在株兩優819上施用效果表現更佳。

2.4　硅肥對超級早稻生理特性的影響

2.4.1 硅肥對超級早稻葉綠素含量的影響

由圖2可見，各處理葉綠素的含量隨施氮量的增加而增大，隨生育進程的推進而表現為先升后降的趨勢。

施氮與不施氮條件下，各處理齊穗期葉綠素含量差異明顯，施硅能使各處理葉綠素含量略有提高。不施氮條件下施硅，在齊穗期及灌漿中期，葉綠素含量增幅比施氮條件下大，而在孕穗期及成熟期表現不明顯。可見，施硅能明顯地提高孕穗期及齊穗期葉綠素含量，而在灌漿中期及成熟期能延緩葉綠素的分解，從而提高了光能利用率。

圖2 各處理葉片葉綠素含量

2.4.2 硅肥對超級早稻硝酸還原酶活性的影響

由圖3可見，硝酸還原酶活性隨生育進程的推進而降低，隨施氮量增加而增強，施硅明顯提高各處理的硝酸還原酶活性。陸兩優996各處理間，在相同硅、氮水平下硝酸還原酶的活性比株兩優819各處理高，但此種差異隨生育進程推進而逐漸變小。

圖3 各處理葉片硝酸還原酶活性

2.4.3硅肥對超級早稻莖稈可溶性總糖含量的影響

由圖4可見，可溶性總糖含量隨生育進程的推進而降低，隨施氮量的增加而增大。施硅明顯提高可溶性總糖含量。在齊穗期，不施氮條件下施硅，對株兩優819和陸兩優996莖中可溶性總糖含量的提高幅度最大。隨生育進程的推進，硅肥對各處理可溶性總糖含量的提高幅度逐漸變小。

圖4 各處理莖稈可溶性總糖含量

2.4.4 硅肥對超級早稻根系體積的影響

由圖5可見，根系體積隨施氮量增加而增大，且在孕穗期達到最大。施硅在一定程度上能提高根系體積，但增幅隨生育進程推進而降低。在相同硅、氮水平下，陸兩優996各處理根系體積比株兩優819大，且在各個時期表現一致，但此種差異隨生育進程推進逐漸變小。

圖5 各處理根系體積

3　討　論

硅肥與氮肥配施，能使陸兩優996與株兩優819干物質積累量進一步提高，并隨著生育進程的推進和施氮量增大而表現更明顯。盡管兩品種表現有一定差異(硅肥對陸兩優996的增產效果較好)，但整體來看，硅肥與氮肥配施比單施對超級早稻的增產效果更好，因此，在生產上要注意硅肥與氮肥的配施問題。

株兩優819和陸兩優996穎花/葉面積隨施氮量的增加表現為先增加后降低的趨勢，而實粒/葉面積和粒重/葉面積表現為降低的趨勢。不同的施氮水平下施硅對穎花/葉面積、實粒/葉面積、粒重/葉面積的影響與品種和施氮量有關，因此，施硅能影響葉粒比，協調庫源關系，在硅氮互作的條件下表現更明顯。

在超級早稻生育前期施硅，能提高葉片中葉綠素的含量，后期能延緩葉綠素在葉片中的分解，從而提高光能利用率，增加光合產物，為超級早稻高產打下物質基礎，特別在施氮條件下施硅效果更好。

在施氮150 kg/hm2條件下施硅，NR活性與產量和產量構成因素呈較高正相關關系；在施氮225 kg/hm2條件下施硅，NR活性與產量、單位面積穗數、每穗粒數呈弱度正相關，與千粒重、結實率弱度負相關；因此，在合適施氮條件下施硅是保持超級水稻生育后期有較高的葉片NR活性，提高超級早稻產量的有效方法。

施硅和施氮都在一定程度上提高了可溶性糖在超級早稻莖稈中的累積，但增幅微小；在硅氮互作的條件下，增幅較大，從而可提高超級早稻的抗逆能力，特別是抗倒伏能力。

施氮能提高超級水稻的根系體積，并呈較大正相關關系，且在合適的施氮條件下與產量呈正相關關系，但在高氮條件下與產量呈較大負相關關系。施硅既能提高超級水稻根系體積，又能削弱高氮條件下與產量的矛盾。

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責任編輯：蘇愛華

Effects of Silicon Fertilizer on Yield Formation and Some Physiological Characteristics of Super Early Rice

CHEN Jian-xiao1,2, TU Nai-mei1, YI Zhen-xie1*, ZHU Hong-lin2

(1 College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha,Hunan 410128, China; 2 Cereal Crop Research Institute, Hainan Academy of Agricultural Sciences, Haikou,Hainan 571100, China)

Effects of silicon fertilizer on physiological characteristics and yield formation of super early rice were investigated in this study with Zhuliangyou819(lodging sensitive variety) and Luliangyou996(lodging resistant variety) as materials. The main conclusions were showed: Yield of super early rice was heightened by silicon fertilizer application at some extent, yield of Zhuliangyou819 and Luliangyou996 was increased by 6.71% to 18.25% and by 9.32% to 21.89% respectively, and the yield-increasing was mainly due to the increase of leaf index, dry matter accumulation, matter conversion rate and coordination of relation of sink-source. Silicon application could improve the physiological characteristics of super early rice, which mainly lied in increasing of chlorophyll content, soluble sugar content, nitrate reductase activity and roots volume. The effect of silicon fertilizer on yield increase and physiological characteristics improvement were best under the condition of 150 kg/hm2of nitrogen application and it was more effective for Luliangyou996 than for Zhuliangyou819.

Super early rice; Silicon fertilizer; Yield formation; Physiological characteristics

S511.062

A

1001-5280(2011)06-0544-06

10.3969/j.issn.1001-5280.2011.06.03

2011-06-12

陳健曉(1983—)，男，海南樂東人，碩士研究生，Email：chenjianxiao2003@yahoo.com.cn。

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湖南省自然科學基金資助項目(09JJ4008)。