施用硅肥對玉米生理代謝、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

瞿翔 郝琦 李媛媛 何仕帆

(1盤州市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局貴州盤州 553500;2貴州省地礦局一一三地質(zhì)大隊貴州六盤水 553000;3六盤水市鐘山區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局貴州省六盤水 553000)

玉米是我國第一大糧食作物，玉米的產(chǎn)量對保障我國糧食安全十分重要，玉米生產(chǎn)過程中，我國研究人員探索出了諸多玉米增產(chǎn)途徑，其中包括優(yōu)良品種的選育、耕作措施的優(yōu)化、種植密度的增加以及施肥管理措施等，對玉米產(chǎn)量的增加做出巨大貢獻［1］。施肥管理對玉米的生產(chǎn)至關(guān)重要。硅是作物生長的大量元素之一，硅肥能夠為作物提供硅營養(yǎng)、調(diào)理土壤中氮、磷、鉀等養(yǎng)分供給、增加作物抗非生物脅迫以及生物脅迫的能力［2］，被認(rèn)為是繼氮、磷、鉀之后的第四營養(yǎng)元素。在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，長期以大量施用化肥來提高玉米產(chǎn)量，單一的施肥模式，使得土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)發(fā)生變化［3］。研究表明，施用硅肥能夠迅速補充土壤中硅的含量，有利于植物對其它營養(yǎng)元素的吸收，提高作物光合生產(chǎn)能力，同時可以促進作物生長［4］。張清華等［5］研究表明，硅肥使西瓜幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a＋b、類胡蘿卜素含量增加，提高凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2。祁建勛等［6］研究結(jié)果表明，硅肥提高了向日葵葉面積、結(jié)實率和單盤粒重，產(chǎn)量較對照高出18.32%，顯著增加了籽粒粗蛋白含量。顧躍等［7］研究表明，硅肥的施用可以降低鹽脅迫下狗牙根草葉中脯氨酸、電解質(zhì)滲出率和根中Na+含量，同時增加葉中葉綠素、相對含水量及根干重、根中K+含量。本試驗研究硅肥對玉米生長過程中生理代謝、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，以期制定合理的硅肥施用技術(shù)，為實際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試材

試驗材料選用禾玉6號

1.1.2 樣地概況

試驗于2018年于盤縣板橋鎮(zhèn)銀汞山村進行，試驗土壤為黃壤土，土壤質(zhì)地疏松，土壤基礎(chǔ)肥力：有機質(zhì)28.21 g/kg、全氮1.8 g/kg、堿解氮105.84 mg/kg、速 效 磷47.32 mg/kg、速 效 鉀166.15 mg/kg、pH 6.82。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置5個硅肥施用量：0 kg/hm2（CK）、10 kg/hm2（T1）、20 kg/hm2（T2）、30 kg/hm2（T3）、40 kg/hm2（T4），播種前所有處理硅肥和N 120 kg/hm2，P5O290 kg/hm2，K2O 90 kg/hm2作基肥一并施入，拔節(jié)期追施N 60 kg/hm2，每小區(qū)長8 m，面積約38.4 m2，每處理重復(fù)3次，隨機排列，種植密度為8.5萬株/hm2。1.2.2項目測定

1.2.2.1 葉綠素含量和光合速率測定

試驗于玉米抽雄期用SPAD儀測定棒三葉葉綠素含量，測定完成后采用便攜式光合系統(tǒng)（GFS-3000）測定光合速率和氣體交換參數(shù)。

1.2.2.2 氮代謝關(guān)鍵酶活性測定

硝酸還原酶（NR）測定，參考能慶娥等［8］方法。谷氨酰胺合成酶（GS），參考文獻［9-10］的方法。

1.2.2.3 土壤理化性質(zhì)及養(yǎng)分含量測定

供試土壤樣本在每小區(qū)采集適量土壤樣本，將樣品裝于聚乙烯塑料袋中，貼好標(biāo)簽，帶回實驗室置于陶瓷盤中風(fēng)干過60目篩備用。

土壤pH和電導(dǎo)率的測定：取20 cm耕層土壤，帶回實驗室自然風(fēng)干過篩，采用水土比5∶1（V∶V），用pH計測定土壤的pH值，同時用電導(dǎo)率儀測定電導(dǎo)率。土壤容重采用環(huán)刀法測定，土壤孔隙度（%）＝（1－容重/比重）×100，土壤比重近似值取2.65 g/cm3。

土壤養(yǎng)分含量的測定：有機質(zhì)測定采用重鉻酸鉀外加熱法，土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量用流動分析儀測定，速效磷采用鉬銻抗比色法，速效鉀測定采用火焰光度計法。

1.2.2.4 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素測定

玉米實收測產(chǎn)，于室內(nèi)考察穗行數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重、含水量等穗部性狀，按14%含水量計算籽粒產(chǎn)量。實際產(chǎn)量（kg/hm2，14%含水量）＝測產(chǎn)籽粒重量（kg）/測產(chǎn)面積（m2）×10 000 m2×（1－籽粒含水率）/0.86。

1.2.2.5 玉米籽粒品質(zhì)測定

用PM-8188型谷物水分測定儀測定籽粒含水率，用近紅外谷物分析儀測定籽粒品質(zhì)。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010統(tǒng)計和計算數(shù)據(jù)，采用SPSS 24.0進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用硅肥對玉米葉片SPAD值和氣體交換參數(shù)的影響

葉綠素含量反映玉米光合作用強弱，由表1可知，SPAD值隨硅肥施用量呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，在T3處理時達到最大值，T1、T2、T3處理均顯著高于CK，分別高出4.01%、10.04%和16.44%；凈光合速率隨硅肥施用量呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，在T3處理時達到最大值，各處理表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞CK，T1處理和CK沒有顯著差異，T2、T3處理比CK顯著高出3.08%和8.91%。胞間二氧化碳濃度變化趨勢和凈光合速率相似，施硅肥處理均顯著高于CK，T1、T2、T3和T4處理分別比CK高出7.71%、13.76%、18.33%和11.56%；氣孔導(dǎo)度隨硅肥施用量呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，在T2處理時達到最大值，表現(xiàn)為T2＞T3＞T1＞T4＞CK，T1、T2和T3處理均顯著高于CK，高出8.75%、21.25%、17.08%；蒸騰速率趨勢和凈光合速率相似，T1、T2、T3和T4處理顯著高于CK，分別高出12.52%、9.98%和22.42%和13.12%。

表1 施用硅肥對玉米葉片SPAD值和氣體交換參數(shù)的影響

2.2 施用硅肥對玉米葉片氮代謝關(guān)鍵酶活性的影響

硝酸還原酶（NR）是氮代謝過程中的關(guān)鍵酶和限速酶，其活性的高低和氮同化能力相關(guān)。由圖1-a可知，施用硅肥能夠顯著提高玉米葉片硝酸還原酶活性，T1、T2、T3和T4處理顯著高于CK，分別高出16.73%、33.58%、30.52%和35.49%，T2和T4處理顯著高于T1，和T3沒有顯著差異。谷氨酰胺合成酶（GS）是植物氮代謝過程中的多功能酶，參與多種氮代謝調(diào)節(jié)。由圖1-b可知，施用硅肥顯著提高玉米葉片谷氨酰胺合成酶活性，隨硅肥施用量的增加，GS呈現(xiàn)出先升高后降低再次升高的變化趨勢，各處理均顯著高于CK，分別高出20.96%、37.16%和15.92%和37.30%。

圖1 施用硅肥對玉米葉片氮代謝關(guān)鍵酶活性的影響

2.3 施用硅肥對玉米田土壤理化性質(zhì)的影響

由表2可知，各處理間pH值沒有顯著差異，說明施用硅肥對土壤pH影響較小；土壤EC值隨硅肥施用量的增加呈先升高后降低的變化趨勢，在T3處理時達到最大值，硅肥處理均顯著高于CK，分別高出13.32%、59.62%和72.20%和66.08%；硅肥顯著降低了土壤容重，各處理均顯著低于CK，各硅肥處理間沒有顯著差異；各處理的孔隙度均顯著高于CK，分別高出3.13%、3.39%和3.90%和 4.43%。

表2 施用硅肥對玉米田土壤理化性質(zhì)的影響

2.4 施用硅肥對玉米田土壤養(yǎng)分含量的影響

土壤養(yǎng)分含量是玉米生長發(fā)育的關(guān)鍵，是產(chǎn)量形成的前提。由表3可知，施用硅肥對玉米田土壤有機質(zhì)含量有顯著影響，隨硅肥施用量的增加呈先升高后降低的變化趨勢，在T2處理時達到最大值，T2和T3處理顯著高于CK，分別高出15.32%和6.87%；銨態(tài)氮含量隨硅肥用量的增加呈逐漸增加的趨勢，各處理均顯著高于CK，T1、T2、T3和T4分 別 比CK高 出49.48%、98.60%、159.12%和170.15%；各處理硝態(tài)氮含量均顯著高于CK，T1、T2、T3和T4分 別 比CK高 出119.91%、139.20%、150.13%和140.17%；速效磷含量均顯著高于CK，T1、T2、T3和T4分別比CK高出47.94%、34.77%、62.31%和39.70%；速效鉀含量各處理均顯著高于CK，T1、T2、T3和T4分 別 比CK高 出16.31%、14.52%、22.62%和17.14%。

表3 施用硅肥對玉米田土壤養(yǎng)分含量的影響 單位：g/kg

2.5 施用硅肥對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表4可知，施用硅肥對玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量有顯著影響，各處理間玉米穗數(shù)和穗行數(shù)沒有顯著差異，玉米行粒數(shù)隨硅肥施用量的增加呈先增加后減少的趨勢，T2和T3處理行粒數(shù)顯著高于CK，分別高出11.81%和16.35%，其它處理和CK沒有顯著差異；千粒重T1和CK沒有顯著差異，其它處理均顯著高于CK，T2、T3和T4分別比CK高出6.33%、7.76%和4.68%；各處理產(chǎn)量表現(xiàn)為T3＞T2＞T4＞T1＞CK，T1、T2、T3和T4均顯著高于CK，分別高出12.23%、9.32%、21.17%和15.41%。

表4 施用硅肥對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.6 施用硅肥對玉米籽粒品質(zhì)的影響

由表5可知，施用硅肥顯著提高了玉米籽粒脂肪和蛋白質(zhì)含量，顯著降低了淀粉含量。T1、T2、T3和T4處理的脂肪含量分別比CK高出7.51%、6.91%、7.51%和7.20%，硅肥處理間沒有顯著差異；T1、T2、T3和T4處理的蛋白質(zhì)含量分別比CK高出6.68%、6.57%、7.38%和6.88%，各處理間無顯著差異；硅肥處理的玉米籽粒淀粉含量顯著下降，T1、T2、T3和T4處 理 分 別 比CK低1.69%、1.63%、1.45%和1.54%。

表5 施用硅肥對玉米籽粒品質(zhì)的影響單位：%

3 討論

土壤養(yǎng)分是作物生長的基礎(chǔ)，施肥能夠補充土壤養(yǎng)分，使土壤保持持續(xù)生產(chǎn)力，有利于作物的生長，提高產(chǎn)量和品質(zhì)，硅是重要的營養(yǎng)元素，施用硅肥能在一定程度上改善土壤理化性質(zhì)和養(yǎng)分結(jié)構(gòu)。研究表明，硅肥可促進植物對其它養(yǎng)分元素的吸收，提高作物光合生產(chǎn)能力［11］。石彥召等［12］研究表明，增施硅肥不僅能提高花生葉片的葉綠素含量、光合速率、蒸騰速率、干物質(zhì)積累量，還能提高花生葉片保護酶活性。鄭璞帆等［13］研究表明，噴施硅肥能不同程度提高烤煙圓頂期凈光合速率、水分利用效率和氣孔導(dǎo)度，同時降低蒸騰速率，增加葉綠素含量，提高煙葉氮鉀含量。本研究表明，施用硅肥提高了玉米葉片葉綠素含量、凈光合速率、胞間二氧化碳濃度、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，可能是由于植物吸收硅以后能使細(xì)胞中的葉綠體增大，基粒增多，最適葉面積增大，葉片的葉綠素、類胡蘿卜素含量增加，冠層受光姿態(tài)改善，從而提高了葉片的光合作用能力。氮代謝是植物重要的生命活動，氮代謝能力的強弱影響植物正常生長［14］。NR是氮代謝過程中的關(guān)鍵酶和限速酶，NR活性的強弱反映了植物對吸收的硝態(tài)氮的同化能力。GS是植物氮代謝過程中的多功能酶，參與多種氮代謝調(diào)節(jié)［15］，決定了氮代謝水平。本研究結(jié)果表明，施用硅肥對玉米葉片氮代謝關(guān)鍵酶有顯著的影響，能夠顯著提高玉米葉片NR和GS活性，可能是由于施用硅肥有利于其它養(yǎng)分的吸收，提高了玉米體內(nèi)的物質(zhì)代謝能力［16］。

施用硅肥補充了土壤硅，有利于作物生長、改善品質(zhì)，有研究表明，硅與多種營養(yǎng)元素存在交互作用，施用硅肥還能夠協(xié)調(diào)其他土壤養(yǎng)分，可減少磷酸根的吸附量。Galvez等［17］研究結(jié)果表明，施用硅肥，增加了土壤磷素的有效性，改善作物體內(nèi)養(yǎng)分環(huán)境，緩解玉米低磷脅迫。本研究表明，施用硅肥土壤電導(dǎo)率、孔隙度及土壤有機質(zhì)、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效磷和速效鉀含量顯著升高，可能在于施硅改善土壤環(huán)境，增加了土壤動物和微生物數(shù)量，促進了土壤養(yǎng)分的礦化和轉(zhuǎn)化功能，進而提高土壤養(yǎng)分［18］。硅肥對作物產(chǎn)量及品質(zhì)有較好的促進作用，郭彬等［19］研究結(jié)果表明，氮肥和硅肥配施顯著提高了水稻有效穗數(shù)、穗實粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量。本研究表明，硅肥處理的玉米產(chǎn)量顯著高于CK，高出12.23%～21.17%；玉米籽粒脂肪和蛋白質(zhì)含量升高，淀粉含量降低，說明使用硅肥能夠改善玉米品質(zhì)。

總體來看，施用硅肥能夠顯著提高玉米葉綠素含量和凈光合速率以及氮代謝關(guān)鍵酶活性，土壤電導(dǎo)率、孔隙度及養(yǎng)分含量有明顯的增加，當(dāng)硅肥施用量為30 kg/hm2時，產(chǎn)量提高21.17%，玉米籽粒品質(zhì)有明顯的改善。