微咸水灌溉下硅肥對水稻生長性狀的影響研究

韓曉楠，孫書洪，2，馬文慧，薛 鑄，2

（1.天津農學院水利工程學院，天津300384；2.天津市農業水利技術工程中心，天津300384）

0 引 言

隨著水資源短缺問題日益嚴重，在農業灌溉方面，合理開發利用微咸水資源成為解決問題的一個重要途徑。硅肥是水稻生長所需的第四大營養元素，能促進水稻根系發育，改變葉片形態、提高抗倒性、增加干物質積累。水稻作為重要的糧食作物之一，探究其合理的硅肥-微咸水灌溉方式，對于開發利用微咸水資源，減輕土壤鹽漬化，提高肥料的使用效率，以及發展農業、種植業等方面有著十分重要的現實應用意義。國外的一些學者采用2.4～4.8 g/L微咸水灌溉，在合理的田間管理下，棉花的產量較之前淡水灌溉反而有所增加[1]。在我國，通過開展微咸水灌溉，發現土壤中累積的鹽分有著明顯的下降，微咸水灌溉對鹽分可以起到一定的淋洗作用[2]；而在微咸水灌溉的基礎上，通過施肥管理等手段可以進一步起到控鹽增產的作用[3]。目前在微咸水灌溉條件下，施加硅肥對水稻鹽分脅迫的緩解作用尚未有系統研究。因此本試驗通過開展試驗研究，探究不同鹽分脅迫下施加不同硅肥量對水稻生長性狀的影響，以期找到最佳水肥鹽調控方案。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在濱海地區農業節水研究中心試驗站進行，地處北緯38°85′，東經117°21″，屬華北平原，地勢平坦。試驗地屬暖溫帶季風型氣候，全年降雨天數約為65～75 d，年平均降水量550～650 mm，降雨多集中在6-8月，降雨量占全年約70%左右。日照時數約為2 600～2 800 h，日照時間較長。在試驗基地內布設氣象站，全年對降雨及蒸發進行監測，水稻生育期內氣象條件見圖1。試驗地四季變化明顯，春季約70 d 左右；夏季長達90～110 d，天氣炎熱，風速較小；秋季約65 d左右，降雨集中，風速較小；冬季天氣寒冷，風速較大，平均風速為2～4 m/s，平均氣溫在10～13 ℃，多為西南風。試驗基地地勢平坦，0～60 cm 土層干容重為1.46 g/cm3。試驗區土壤中有機質含量為11.9 g/kg，水解氮含量為55.4 mg/kg，速效磷含量為6.4 mg/kg，速效鉀含量為156 mg/kg，硝態氮含量為8.1 mg/kg，土壤pH值為7.93，見表1。

表1 土壤的基本理化性質Tab.1 Basic physical and chemical properties of soil

圖1 2020年生育期內氣象數據Fig.1 2020 meteorological data during the reproductive period

1.2 試驗設計

水稻品種選用“津原89”，采用田間小區試驗。水稻試驗測坑尺寸為1.2 m×0.9 m×1.0 m(長×寬×高)。每測坑栽插24 穴、每穴6 苗、行距30 cm、株距15 cm。試驗肥料統一采用尿素（N 46%），復合肥（N 24%，P2O520%，K2O 10%），硅肥（SiO2≥290 g/L）采用葉面噴施。在各生育期分別對水稻進行不同礦化度的微咸水灌溉，設置3 個微咸水礦化度處理(W1，W2，W3)和1個對照處理（CK），礦化度分別為3、4、5 g/L和0；設置3 個硅肥水平（F0，F1，F2），施肥量為0、6、12 kg/hm2，共12 種處理方式[4]，每種處理方式3 組重復。試驗期間，對不同處理組的水稻均進行充分灌溉，試驗處理見表2。

表2 試驗處理設計Tab.2 Design of experimental treatment

表3 2020年施肥情況Tab.3 Fertilization in 2020

1.3 指標測定方法

1.3.1 株高測定

選取各個不同試驗處理的測坑里代表性5穴，測量由土面量至第二高度葉尖與第三高度葉尖，取其平均值為該穴平均株高。

1.3.2 葉面積測定

水稻葉面積計算式為：

式中：k為修正系數，取0.75；L為葉片最大長度，cm；W為葉片最大寬度，cm。

1.3.3 水稻穗粒數測定

選取不同試驗處理的測坑里代表性5穴，數出每穗所結穗粒數，最終取其平均值。

20世紀90年代，美國哈佛大學的教授根據服務性企業的數據，對利潤與市場份額在企業中兩者的關系進行研究。研究發現，在企業的利潤中顧客的忠誠度是一個相當重要的重要因素。每爭取一位新顧客所花成本是維系一位老顧客的5-10倍；而維系一位老顧客給予企業的價值是開發一個新顧客所無法給予的。在20世紀初意大利經濟學家帕累托提出的二八營銷法則也表明，80%的公司利潤來自20%的重要客戶，企業經營利潤的最大來源是占企業顧客群體中20%的忠誠顧客的重復購買[2]。這些數據表明了忠實顧客對于企業的重要性，及提高顧客忠誠度的必要性。

1.3.4 水稻千粒重及產量測定

（1）先將樣本穗子的籽粒全部脫粒，然后用清水漂洗，將空秕粒和飽粒分開，沉入水底的是飽粒，漂浮在水面上的是空秕粒，分別撈出置于烘箱中烘干或太陽下曬干后，分別計數。

（2）飽粒數的計數方法。先稱取飽粒總重(精確至0.01 g)，然后隨機稱取3個30 g飽粒，分別數記其粒數，求得飽粒平均千粒重，就可算得總飽粒數。

（3）結實率和千粒重。結實率為飽粒數占總粒數的百分率。千粒重為1 000個飽粒重量，單位為g。

（4）產量。在成熟期時，于每測坑隨機抽取5 穴進行取樣，測定其有效穗數、每穗總粒數、每穗成粒數、千粒重等。此外，還統計每穗粒數、結實率及千粒重(選取1 000粒進行測定)，并求出其理論產量[5]。

1.3.5 水分利用效率

水分利用效率計算公式為：

式中：WUE為水稻灌溉水利用效率，kg/m3；Y為作物產量，kg/m3；I為灌溉用水量，m3/hm2，P為降雨量，m3/hm2。

1.4 數據處理

試驗針對水稻全生育期，在各生育期對其生長形狀進行測量取樣，數據分析采用Microsoft Excel 2016 和SPSS 26.0 數據處理系統進行統計分析。試驗結果趨勢一致，重復性較好，以2020年的試驗數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同硅肥量對水稻株高的影響

不同微咸水灌溉模式下對水稻株高的影響不同，水稻植株生長環境的肥力水平影響著株高的發育，施加一定量的硅肥能整體促進株高的增長，進而影響水稻產量。由圖2（a）可知，水稻在全生育期淡水灌溉下，適量施加硅肥能明顯發現株高增加，而由硅肥施用量為6 kg/hm2增至12 kg/hm2時，株高反而由提高4.96%變成減少11.24%，說明硅肥在淡水灌溉處理下并不是一味的促使株高增加，反而會在一定程度上影響水稻株高，在該灌水礦化度下，硅肥施用量為6 g/hm2最佳。由圖2（b）可知，在全生育期3 g/L 微咸水灌溉下，能發現硅肥的施用能使株高增長，少量的硅肥不能明顯促進株高的增長，當施加12 kg/hm2硅肥時，株高可提高14.51%，在該灌水處理下，說明硅肥能促進水稻株高增長。由圖2（c）可知，在全生育期4 g/L 微咸水灌溉下，水稻株高隨著硅肥施用量的增加呈遞增趨勢，施加6 kg/hm2、12 kg/hm2硅肥比未施加硅肥的處理分別提高7.62%、20.00%，說明硅肥能緩解鹽分脅迫，促進植株的生長發育。由圖2（d）觀察可知，在全生育期5 g/L微咸水灌溉下，施加硅肥對水稻株高的增長無明顯變化，此時12 g/hm2的硅肥施用量已經不能抑制該礦化度下的鹽分脅迫，該礦化度能夠明顯抑制水稻生長，對其生理發育造成影響，施加硅肥已無法緩解其鹽分毒害。經過分析水稻株高在不同灌水礦化度下的變化情況，能夠發現硅肥在淡水情況下作用效果不明顯，而在鹽分脅迫下能夠明顯起到緩解作用，促進植株生長發育，但在重度鹽分脅迫下已無法緩解其鹽分脅迫對水稻生理損害。

圖2 不同水處理下硅肥對株高的影響Fig.2 Effect of silicon fertilizer on plant height under different water treatment

由表4可以看出在所有處理中，各個生育期對水稻株高的影響未存在顯著差異。在淡水灌溉水平下，施加硅肥，分蘗期、拔節期存在差異。在3 g/L 微咸水灌溉水平下，施加硅肥在拔節期對水稻株高有影響。在4 g/L 微咸水灌溉水平下，施加不同硅肥量在不同生育期對株高的影響有明顯差異，在灌漿期、成熟期差異尤為明顯，說明硅肥在該礦化度下作用顯著。在5 g/L 微咸水灌溉水平下，施加硅肥株高增長顯著的為拔節期、孕穗期，顯著性表現為F2=F1＞F0，說明硅肥在該礦化度下作用效果不明顯。根據表4，分析施加硅肥在不同處理下各生育期的株高變化，表明施加硅肥在鹽分脅迫下作用效果明顯，能在一定程度上抑制鹽分脅迫，在不同的鹽分脅迫下，應調節適宜的硅肥量，才能促進水稻株高的增長，從而促進植株的生長發育，提高產量。

表4 不同處理下各生育期株高的變化 cmTab.4 Changes of plant height at different growth stages under different treatments

2.2 不同硅肥量對水稻葉面積的影響

水稻葉面積的大小是反映水稻光合能力的重要指標之一，良好的葉面積指數有利于水稻提高光合速率，從而提高光合同化能力，增加同化物的積累，加快同化物的轉運，最終影響產量。由圖3（a）分析可得，在淡水處理下，施加6 kg/hm2硅肥比未施加硅肥的處理葉面積增長0.56%，而硅肥量為12 kg/hm2比未施加硅肥的處理葉面積反而降低14.86%，施加硅肥比未施加硅肥處理下的葉面積增長更低，說明單方面增加硅肥量不能保證其葉面積增加，硅肥在淡水處理中的效果并不明顯。如圖3（b），在全生育期3 g/L 微咸水灌溉下，隨著施加硅肥量的增加能促使水稻葉面積增加，當硅肥量為12 kg/hm2時比未施加硅肥的處理最多增長16.19%，說明硅肥能在一定程度上抑制鹽分脅迫，增大葉面積，促進水稻生長發育。由圖3（c）可知，在全生育期4 g/L 微咸水灌溉下，增加硅肥施用量能使水稻葉面積明顯高于其他處理，施加6 kg/hm2及12 kg/hm2硅肥相較于未施加硅肥的處理，葉面積分別增長6.13%、18.45%，說明硅肥能促進水稻生長發育。由圖3（d）可知，在全生育期5 g/L 微咸水灌溉下，能發現施加硅肥，可以保證水稻的基本生長，但在該鹽分脅迫下，施加硅肥已不能起到明顯的促進作用，考慮鹽分脅迫對其根部造成損傷，阻礙營養物質的吸收，影響葉面積的生長。經過分析不同礦化度下施加硅肥對水稻葉面積的變化，說明在一定鹽分脅迫下，施加適量硅肥能緩解鹽分脅迫，增大水稻葉面積，促進植株生長發育。

圖3 不同水處理下硅肥對葉面積的影響Fig.3 Effect of silicon fertilizer on leaf area under different water treatment

由表5可以看出在所有處理中，各個生育期對水稻葉面積的影響存在顯著差異。在淡水灌溉水平下，施加不同硅肥量，只有分蘗期有差異。在3 g/L 微咸水灌溉水平下，隨著硅肥施用量的增加，水稻葉面積有差異，不施加硅肥與施加6 kg/hm2及12 kg/hm2硅肥之間無明顯差異。在4 g/L 微咸水灌溉水平下，施加不同硅肥量在不同生育期對葉面積的影響無明顯差異。在5 g/L 微咸水灌溉水平下，施加不同硅肥量對葉面積的影響并不顯著，在拔節孕穗其有顯著性差異為F2＞F1=F0。表明施加硅肥能在一定程度上抑制鹽分脅迫，在不同的鹽分脅迫下，應調節適宜的硅肥量，才能促進水稻葉面積的增加，從而促進植株的生長發育，提高產量。

2.3 不同硅肥量對水稻產量及灌溉水利用效率的影響

由表6可以看出在所有處理中，各個生育期對水稻產量的影響存在顯著差異。在淡水灌溉水平下，施加不同硅肥量，產量存在差異，其中施加6 kg/hm2硅肥比未施加硅肥的處理減產19.15%。在3 g/L 微咸水灌溉水平下，施加不同硅肥量對穗粒數有明顯差異，而穗粒數對產量的影響較大，施加12 kg/hm2硅肥量的處理差異最為顯著，比未施加硅肥的處理產量提高12.80%。在4 g/L 微咸水灌溉水平下，同樣是穗粒數中的差異最為明顯，差異表現為F2＞F1＞F0，施加6 kg/hm2、12 kg/hm2硅肥相較于未施加硅肥的處理，產量分別提高10.12%、14.66%。在5 g/L 微咸水灌溉水平下，施加不同硅肥量對穗粒數、產量的影響最為顯著，顯著性表現為F2＞F0＞F1，在硅肥量為12 kg/hm2水平下，產量提高11.02%，表明施加硅肥能在一定程度上抑制鹽分脅迫，在不同的鹽分脅迫下，應調節適宜的硅肥量，才能促進植株的生長發育，提高產量。

基于本試驗研究，在未施加硅肥、施加6 kg/hm2以及施加12 kg/hm2硅肥處理下，將水稻產量曲線擬合后，分別得到產量隨鹽分濃度的關系式，如圖4所示。曲線擬合相關系數R2分別達到0.952 6、0.943 4、0.938 7，對擬合曲線求解極值點，得出微咸水礦化度分別為2.12 g/L、2.49 g/L、2.56 g/L 時，產量有最大值為9 904.46 kg/hm2、11 015.65 kg/hm2、11 454.03 kg/hm2。因此，在考慮最優產的情況下，微咸水灌溉為2.56 g/L，硅肥量為12 kg/hm2時，產量可達11 454.03 kg/hm2。

由表6可知，各處理在灌水量相同情況下，同一礦化度微咸水不同硅肥處理的水分利用效率均有差異，淡水灌溉下，增加硅肥施用量能提高水分利用效率；在3 g/L 微咸水灌溉水平下，施加少量硅肥和未施硅肥無明顯差異，施加12 kg/hm2硅肥差異明顯，水分利用效率提高12.84%；在4 g/L 微咸水灌溉水平下，施加硅肥能明顯提高水分利用效率，分別提高10.01%、14.61%；在5 g/L 微咸水灌溉水平下，施加12 kg/hm2有明顯差異，相較未施加硅肥提高10.95%，以上數據分析均說明在同一灌水處理下，施加硅肥有利于水稻水分利用效率的提高。

表6 不同處理對產量的影響Tab.6 Effect of different treatments on yield

3 討 論

水稻植株生長環境的肥力水平影響著其群體和個體的發育，進而影響水稻產量及水稻種植的經濟效益。硅是水稻等禾本科作物生長發育的有益元素，對作物生長具有促進作用，能明顯提高作物的干物質積累，減緩病害的發生，緩解作物的生物和非生物脅迫[6]。有研究表明，在不同灌溉處理下，增加氮肥施用量均能顯著增加水稻地上部的干物質積累量，水稻有效穗數顯著增加，但可能會導致水稻千粒重的降低[7]。史栩帆通過模型對夏玉米在微咸水灌溉下的土壤水鹽動態進行模擬，為微咸水的合理利用提供了參考依據[8]。牟曉宇等通過對冬小麥進行微咸水、淡水交替灌溉，發現在80 mm 淡水+80 mm 微咸水+80 mm 微咸水的處理下既保證作物的生長需求，同時能夠節約淡水資源[9]。陳小飛等研究表明，適當的水氮耦合處理，在適當減少氮肥施用量的情況下，產量不但不降低反而有所提高，表明適當的低氮處理和淺濕干間歇灌溉模式有利于群體高產[10]。相關學者還以粳稻為試驗材料開展了許多研究，張國良等[9]對水稻施加硅肥（0～450 kg/hm2）的研究表明，在大田基施適量硅肥，隨硅肥施用量的增加，產量呈先增加后降低的趨勢；商全玉等[11]認為施用適量硅肥（180～240 kg/hm2），能有效增產11.4%～24.4%；韋還和等[11]研究表明，硅肥的施用量為225 kg/hm2時能有效增產，最高產量為1.27 萬kg/hm2，而產量隨硅肥施用量增加而遞增，結實率和千粒重則隨之遞減。楊國英等[12]研究表明，硅肥采用葉面噴施的方式，施硅量為15 kg/hm2時效果最佳，水稻產量及品質最優。

本試驗以天津地區“津原89”為研究材料開展試驗，通過對生長性狀及產量等數據分析，發現硅肥的施用在該試驗中也是同樣情況，隨著硅肥施用量的增加，能有效促進水稻株高、葉面積的增長，提高水稻產量，這與相關學者研究施用硅肥可促進光合作用，提高產量與米質等的結論相似[12]。通過試驗研究，驗證了良好的水肥耦合模式，不僅能減少用水量，還能使作物生長更優，并提高作物產量，通過分析在2.56 g/L微咸水灌溉，硅肥（SiO2≥290 g/L）施用量為12 kg/hm2時，產量最高為11 454.03 kg/hm2；在礦化度為5 g/L 的微咸水灌溉下，施加的硅肥量不能達到最優效果，但可發現硅肥能明顯抑制鹽分脅迫，促進水稻的生長發育，具體施肥量可進一步研究討論。

4 結 論

在鹽分脅迫下，施加硅肥在一定程度上能減緩鹽分脅迫。在淡水處理下，施加硅肥的作用并不明顯，隨著鹽分脅迫程度的加深，硅肥量的增加能產生明顯的抑制作用，但重度鹽分脅迫硅肥作用效果不顯著，說明硅肥對鹽分脅迫有一定的抑制作用，能夠對水稻生長性狀產生影響。

（1）在不同礦化度微咸水灌溉下，增加硅肥施用量，能有效促進水稻株高、葉面積的增長，促進水稻光合作用和營養吸收，使有效穗數增加，提高產量。施用硅肥比未施用硅肥的株高可提高4.96%～20.00%，葉面積可增大0.56%～18.45%，產量可提高6.15%～14.62%。

（2）在灌水量一定的條件下，通過增加硅肥施用量，有利于提高水稻水分利用效率，可達到1.73 kg/m3。

（3）結合作物生長性狀、產量的分析結果來看，在2.56 g/L微咸水，12 kg/hm2施肥處理下，水稻生長性狀生長最佳，產量最優為11 454.03 kg/hm2，可作為硅肥-微咸水灌溉試驗的參考依據。