間歇灌溉下不同生育時期施硅對水稻生長發育的影響

邱菁華，孫書洪,2，薛 鑄,2*，彭勁舟，衣若晨，董建舒

間歇灌溉下不同生育時期施硅對水稻生長發育的影響

邱菁華1，孫書洪1,2，薛 鑄1,2*，彭勁舟1，衣若晨1，董建舒1

（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）

【目的】探究間歇灌溉模式下不同生育時期施硅肥對水稻生長發育及產量的影響并確定適宜的施硅肥時期。【方法】選取“津原85”為研究對象，采用田間小區試驗，在間歇灌溉模式下設6個施硅肥處理（不施硅肥（CK）、分蘗期施硅肥（F1）、拔節期施硅肥（F2）、孕穗期施硅肥（F3）、抽穗期施硅肥（F4）、揚花灌漿期施硅肥（F5））。研究間歇灌溉下不同處理對水稻生長性狀及產量的影響。【結果】間歇灌溉下增施硅肥對水稻生長發育、產量及灌溉水分利用效率均具有促進作用，使水稻葉面積指數增長1.15%～11.36%，干物質量增長9.17%～24.24%，產量增長2.05%～8.63%，灌溉水分利用效率增長2.16%～8.63%。不同生育時期施硅肥對水稻的影響也不同，其中分蘗期施硅肥效果最佳。【結論】間歇灌溉模式下，通過增施硅肥可促進水稻生長發育，提高產量及灌溉水分利用效率；可將分蘗期作為間歇灌溉下“津原85”水稻適宜的施硅肥時期。

間歇灌溉；水稻；硅肥；生長性狀；產量；灌溉水分利用效率

0 引言

【研究意義】隨著全球氣候變暖與經濟的迅速發展，水資源短缺問題日益嚴重，2020年全國用水總量減少208.3億m3，其中農業用水減少69.9億m3，制約了農業的發展[1]。水稻是世界三大糧食作物之一，全球超過75%的水稻采用淹灌種植，消耗了大量淡水資源[2]。間歇灌溉（干濕交替灌溉）是水稻節水灌溉技術模式的一種[3]，而施硅肥可以通過調節植株體內多種生理代謝途徑，增強抗旱性，進而提升產量[4]。因此，研究間歇灌溉模式下水稻適宜的施硅肥時期對水稻的節水增產具有重大意義。【研究進展】水稻作為典型的喜硅植物，增施硅肥對其生長發育、產量及品質的形成以及減輕生物及非生物脅迫方面具有重要作用[5]。蘇慶旺等[6]對直接播種且以雨養為主的旱作水稻增施硅肥，結果表明適量施硅肥有利于減緩水稻葉片衰老，增強根系活力并提高產量。Emam等[7]研究表明，與不施硅肥相比，水稻增施硅肥可增強籽粒中酚類和黃酮的產生，同時還能提高總碳水化合物、蛋白質水平，從而改善了稻米品質。Fatmah等[8]研究表明，硅肥施用與間歇灌溉相結合可增強水稻對稻瘟病的抗性，增加水稻籽粒中銅、錳和鋅的量，促進水稻產量和水分利用效率的提高。不同生育時期施硅肥對水稻產量影響的研究也有一些報道，但結果不盡一致。王振華[9]采用盆栽的方式在水稻分蘗期、孕穗期施硅，結果表明分蘗期噴施硅肥可使水稻的有效穗數提高1.96%～65.56%，增產最為顯著，而朱薇等[10]研究表明，毯狀苗機插水稻的推薦施硅肥時期為拔節期和抽穗期。【切入點】間歇灌溉是實現水稻節水的灌溉模式，硅肥施用有利于水稻抗旱，促進水稻生長發育。目前，水稻適宜的施硅肥時期尚無統一標準，且間歇灌溉模式下，水稻適宜的施硅肥時期研究甚少。本試驗結合間歇灌溉與硅肥施用開展田間小區試驗，旨在揭示間歇灌溉下不同生育時期施硅肥對水稻生長發育及產量的影響。【擬解決的關鍵問題】本研究將深入了解間歇灌溉模式下不同生育時期施硅肥對水稻生長性狀及產量產生的影響，探尋間歇灌溉下使水稻生長發育與產量達到最佳的施硅肥時期。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于天津農學院西校區試驗基地（39°16′N，116°97′E），地處華北平原東北部，地勢平坦。該地所屬氣候為暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，最熱月主要出現在7月，月平均氣溫為27 ℃，最冷月主要出現在1月，平均氣溫為-3.4 ℃。多年來平均降水量為510.8 mm，夏季降水量最多，占全年降水量的68.2%。多年平均日照時間約為2 338 h，春季日照時間最多，占全年日照時間的29.6%。試區土壤為砂質土壤，土壤pH值為7.91，有機質量為0.91%，水解氮量61.08 mg/kg，速效磷量62.28 mg/kg，速效鉀量216.5 mg/kg，有效硅量133.14 mg/kg。插秧前測得試驗基地0～30cm土層體積質量為1.49 g/cm3，土壤飽和體積含水率為41.49%。基地內布設氣象站，全年對各項氣象指標進行監測，試驗地水稻生育期內（2021年6月21日－10月22日）總降水量為442.3 mm，最大1次降水量出現在7月為67.7 mm。生育期內平均氣溫為22.4 ℃，7月出現最高氣溫為35.8 ℃，10月出現最低氣溫為-1.9 ℃。水稻生育期內氣象狀況見圖1。

圖1 水稻生育期內氣象狀況

1.2 試驗設計

本試驗以“津原85”水稻為研究對象，采用田間測坑隨機布置進行試驗。測坑有底能避免水肥串流，尺寸為2 m×2 m×1.5 m（長×寬×高）。每個測坑栽插6行、每行9穴、每穴6苗、行距30 cm、株距20 cm。于6月21日栽插，10月22日收獲。試驗將水溶性硅肥（SiO2≥290 g/L）作為供試肥，根據硅肥品牌的推薦施硅肥方式并參考金正勛等[11]的研究結果設置硅肥施用量為6 kg/hm2，采用葉面噴施，稀釋1 000倍。試驗設置6個處理，即不施硅肥（CK）、分蘗期施硅肥（F1）、拔節期施硅肥（F2）、孕穗期施硅肥（F3）、抽穗期施硅肥（F4）和揚花灌漿期施硅肥（F5），每個處理設置3個重復。施肥采用當地常用模式，即復合肥（15-15-15，N15%，P2O515%，K2O15%）600 kg/hm2，作為基肥。尿素（含N≥46%）作為追肥，插秧后7 d施返青肥，追肥37.5 kg/hm2,分蘗期追施45 kg/hm2，孕穗期追施45 kg/hm2，抽穗期追施45 kg/hm2。灌水采用間歇灌溉模式，即在返青期維持30～50 mm的水層，分蘗后期曬田，黃熟期停止灌溉，自然落干即可。其他時間采取間歇淹水每4～6 d灌水1次，每次灌水30～50 mm，使田面保持15～20 mm水層，有水層和無水層各2～3 d，灌水前下限為土壤飽和含水率的90%[3]。

1.3 指標測定及方法

1.3.1 水稻生長指標

水稻的株高、葉面積指數、根系性狀、干物質量等4個生長指標在6個生育時期后期（分蘗期、拔節期、孕穗期、抽穗期、揚花灌漿期、成熟期）進行測定。

1）株高測定

1個試驗測坑定點標記5個測點，抽穗前測量土面至每穴最高葉尖的高度，抽穗后測量土面至最高穗頂（不計芒）的高度。

2）葉面積指數測定

葉面積指數（）=（單株葉面積×）/10 000，（2）

式中：為葉片數；L為水稻葉面長度（cm）；D為水稻葉片最大寬度（cm）；為校正系數,取為0.75；為1 m2的株數。

3）根數及根粗測定

每個測坑選取長勢一致的3穴，每穴以植株為中心，取長30 cm、寬20 cm、深30 cm的土塊,用清水沖洗后,將水稻植株以單莖為單位分開。在平整桌面上倒少量水保持淺水層，將樣品置于上，數其不定根根數。隨機選取10個根，在有少量水的桌面上緊密排成一排，并用小刀修齊頂端，用小尺測量10個根的粗度，最終得出平均單根根粗。

4）地上部分干物質量測定

每個測坑選取長勢一致的3個樣品，分為莖、葉、穗放入105 ℃的烘箱中殺青30 min，然后再在75 ℃下烘干到恒質量，其干質量為水稻地上部分干物質量。

1.3.2水稻產量

水稻成熟時，每測坑取5穴帶回室內測定其穗長、有效穗數、每穗總粒數、每穗實粒數、千粒質量然后求出結實率和理論產量。

1.3.3 灌溉水分利用效率

灌溉水分利用效率

=/， （3）

式中：為灌溉水分利用效率（kg/m3）；為水稻產量（kg/hm2）；為灌水量（m3/hm2）。

1.4 數據處理分析

所有數據均測定至少3個平行樣，利用SPSS 22.0對數據進行單因素方差分析和相關性分析,再利用 Microsoft Excel 2019繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理對水稻株高和葉面積指數的影響

不同處理對水稻株高和葉面積指數的影響由表1所示。由表1可知，水稻株高從分蘗期到抽穗期增長迅速，抽穗期到成熟期水稻株高趨于穩定。不同處理下各生育期的水稻株高無顯著性差異，這表明間歇灌溉下不同生育時期施硅肥對水稻株高影響不大。從分蘗期到拔節期增長迅速，拔節期到揚花灌漿期間緩慢增長，揚花灌漿期后由于葉片的衰老，開始逐漸降低。間歇灌溉下施硅肥有利于葉面積指數的增長，與CK相比，分蘗期F1處理下最大為2.68，差異顯著；孕穗期F3處理下最大為4.99，F1處理次之為4.81，差異顯著；成熟期各處理的均高于CK，增幅為1.15%～11.36%，且在F1處理下達到最大值，差異顯著。

表1 不同處理對水稻株高和葉面積指數的影響

注 同列用不同小寫字母表示同一生育期不同處理在0.05水平上差異顯著,下同。

2.2 不同處理對水稻根系形態特征的影響

不同處理對水稻根數及根粗的影響由圖2所示。由圖2（a）可知，水稻根數從分蘗期到孕穗期增長迅速，抽穗期到成熟期趨于穩定。間歇灌溉下分蘗期施硅肥可促進根的生長提高水稻根數，F1處理下全生育期的水稻根數均高于CK，增幅為3.95%～9.67%，與全生育期的其他處理相比差異顯著。由圖2（b）可知，間歇灌溉下分蘗期、拔節期施硅肥對根粗有促進作用，F1、F2處理下全生育期的水稻根粗與CK相比都有增加，增幅為11.81%～20.33%、2.17%～12.50%，F1處理與全生育期的其他處理相比，差異顯著。

2.3 不同處理對水稻干物質量的影響

不同處理對水稻干物質量的影響由表2所示。由表2可知，水稻從分蘗期到成熟期，各處理的干物質量均呈增長趨勢。從分蘗期到抽穗期，各生育期F1處理的干物質量最大，且在分蘗期和抽穗期F1處理和其他處理相比差異顯著。從孕穗期開始，F3處理與F1處理的干物質量差距縮小，在揚花灌漿期F3處理與其他處理相比差異顯著，為干物質量最大的處理。與CK相比，成熟期水稻增施硅肥的干物質量顯著增加，增長量為9.17%～24.24%，成熟期水稻干物質量表現為F1處理＞F3處理＞F5處理＞F4處理＞F2處理＞CK。

表2 不同處理對水稻干物質量的影響

2.4 不同處理對水稻產量構成因素及灌水利用效率的影響

水稻產量可分解為不同產量構成因素，不同處理對水稻產量構成因素及灌溉水分利用效率的影響由表3所示。由表3可知，間歇灌溉下不同生育時期施硅肥對穗長和千粒質量有一定的影響，但差異不顯著。與CK相比，其中F4、F5處理較大，穗長分別增加了1.95%、1.24%，千粒質量分別增加了2.43%、0.44%。水稻穗數在F1處理下為362.96穗/m2，與其他處理相比差異達到顯著水平。水稻實穗粒數在F5處理下最大為111.89粒，與其他處理相比差異顯著。F3處理的結實率最高為90.72%，與其他處理相比差異顯著。與CK相比其他各處理的產量均有增長，增幅為2.05%～8.63%，其中F1處理產量最大為9 825.20 kg/hm2，F3處理次之為9 752.90kg/hm2，差異顯著。各處理的灌溉水分利用效率與CK相比均有不同程度的提高，增幅為2.16%～8.63%，其中F1處理灌溉水分利用效率最大為1.51 kg/m3，F3處理次之為1.50 kg/m3，與CK相比差異顯著。

表3 不同處理對水稻產量構成因素及灌溉水分利用效率的影響

2.5 水稻生長性狀及產量相關性分析

水稻各生長性狀及產量之間存在不同程度的相關性，相關性分析結果見表4。

表4 水稻生長性狀及產量的相關性分析

注 用*表示在0.05水平顯著相關。

由表4可知，葉面積指數與根數顯著正相關。水稻產量與生長性狀之間存在不同程度的相關性，除株高與產量負相關（-0.127）外，其他4個指標均與理論產量正相關。相關系數大小依次為葉面積指數（0.520）＞干物質量（0.494）＞根數（0.284）＞根粗（0.097），其中葉面積指數和干物質量與產量顯著相關。

3 討 論

3.1 間歇灌溉下不同生育時期施硅對水稻生長發育的影響

株高是水稻重要的農藝性狀，合適的株高對水稻的高產至關重要。Panahi等[12]在伊朗北部的田間試驗結果表明，硅肥的施用可顯著提高水稻株高，但本試驗增施硅肥對水稻株高無顯著影響。水稻株高受遺傳和環境因素調控且調控機制復雜，這可能是造成結論差異的原因，需進一步驗證[13]。葉面積指數與作物長勢及產量密切相關，試驗發現，間歇灌溉下增施硅肥有利于水稻的葉面積指數增長，這與楊秀霞等[14]的研究結果相同。硅肥施用可上調植物水通道蛋白的表達，還可在葉片中形成硅-角質層雙層結構，有利于提高根系水力傳導、減少蒸騰作用失水，緩解干旱脅迫從而促進植物生長[15]。值得注意的是，本研究中分蘗期施硅肥對分蘗期的葉面積指數影響顯著，孕穗期施硅肥對孕穗期的葉面積指數影響最為顯著，原因可能是水稻施硅肥能提高分蘗數和功能葉的葉長、葉寬，從而促使葉面積指數的提高，而分蘗期和孕穗期對水稻分蘗和功能葉生長影響較大[16]。張冰等[17]研究表明，與不施硅肥相比，增施硅肥可使根系的形態指標顯著提高。本試驗也發現間歇灌溉下分蘗期增施硅肥顯著提高水稻根數及根粗。硅肥施用可以通過分子信號途徑誘導植物產生新根，抵抗非生物脅迫，有利于根系吸收水肥,實現高產[18]。

3.2 間歇灌溉下不同生育時期施硅對水稻干物質及產量的影響

增施硅肥有利于緩解水稻的非生物脅迫，促進干物質積累[4]。本試驗發現間歇灌溉下施硅肥有利于增加水稻干物質量，其中分蘗期施硅肥對水稻干物質量影響最為顯著。間歇灌溉下水稻施硅肥有利于實穗粒數、結實率及產量提高，這與王圣毅等[19]研究結果一致，但硅肥施用對穗長和千粒質量影響小，原因尚不明確。今后可針對間歇灌溉下增施硅肥對穗長和千粒質量的影響進一步研究。硅肥施用有利于提高作物抗逆性，韓曉楠等[20]研究表明，增施硅可緩解鹽分脅迫提高水稻產量和水分利用效率。本研究發現，在間歇灌溉下增施硅肥有利于提高水稻產量及灌溉水分利用效率。不同生育時期施硅肥對水稻產量的提高程度有所不同，具體表現為分蘗期＞孕穗期＞抽穗期＞揚花灌漿期＞拔節期。可能原因是水稻不同生長階段所需主要營養元素不同，但各營養元素共同作用才能促進水稻生長。水稻分蘗及稻穗的形成主要受磷素的影響，孕穗到抽穗階段則受鉀素的影響較大，生育后期主要受氮素的影響，而硅肥可促進水稻在各生育階段對其他營養元素的吸收，進而提高水稻產量[21]。拔節期對各營養元素的需求小于其他生育階段，因而拔節期施硅肥的增產幅度最小。通過水稻生長性狀及產量相關性分析可知，葉面積指數和干物質量與產量顯著正相關，這與陳健曉等[22]研究發現施硅肥提高葉面積指數和干物質積累量是水稻增產的主要原因結果相似。

3.3 間歇灌溉下水稻的硅肥施用量及施用時期

目前，水稻施硅肥用量及施用時期尚無統一標準。金正勛等[11]研究表明，寒地水稻在最高分蘗期至幼穗分化初期施用6kg/hm2的“農愛豐”硅肥可提高水稻單產和稻米蒸煮食味品質。呂健飛等[23]研究發現，水稻“甬優6760”硅肥用量最佳為3kg/hm2，可使產量增幅達9.6%。本試驗雖設置硅肥施用量為6kg/hm2，但未來關于間歇灌溉下硅肥適宜施用量還需進一步驗證。本試驗表明，間歇灌溉下分蘗期施硅肥6kg/hm2時，“津原85”水稻的產量與灌溉水分利用效率最佳，有利于水稻節水、穩產。但結果僅為1 a試驗所得，探究間歇灌溉下施硅肥對水稻的生長發育及產量的影響，還需在不同的水稻品種及灌溉間歇時間下進行長期研究。

4 結 論

1）間歇灌溉下，增施硅肥對“津原85”水稻的葉面積指數、干物質量有促進作用，且分蘗期施硅肥有利于根數及根粗的增加，但施硅肥對株高無顯著影響。增施硅肥還有利于水稻產量和灌溉水分利用效率的提高，分別可增長2.05%～8.63%、2.16%～8.63%。且分蘗期施硅肥產量和灌溉水分利用效率取得最大，為9 825.20 kg/hm2和1.51 kg/m3，孕穗期施硅肥次之。

2）分蘗期可作為間歇灌溉下“津原85”水稻適宜的施硅肥時期。

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The Combined Effect of Silicon Fertilization and Intermittent Irrigation on Rice Growth and Development

QIU Jinghua1, SUN Shuhong1,2, XUE Zhu1,2*, PENG Jinzhou1, YI Ruochen1, DONG Jianshu1

(1. Department of Hydraulic Engineering, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China;2. Tianjin Agricultural Hydraulic Engineering Center, Tianjin 300384, China)

【Objective】Intermittent irrigation has become an important water-saving irrigation method to conserve water and improve rice yield in southern China. This paper presents the results of an experimental study of the combined effect of intermittent irrigation and silicon fertilization at different stages on rice growth and yield, to find the optimal timing for silicon fertilization.【Method】The experiment was conducted in a field with the Jinyuan 85 variety used as the experimental plant. There were six silicon applications: no silicon fertilizer (CK), applying silicon fertilizer at tillering stage (F1), jointing stage (F2), booting stage (F3), heading stage (F4), or blooming and filling period (F5). Growth traits and yield of the rice in each treatment were measured.【Result】Silicon fertilizer application combined with intermittent irrigation not only promoted rice growth and development, but also improved its yield and water use efficiency. Compared with CK, silicon fertilization increased leaf area index, dry matter, yield, and irrigation water use efficiency of the rice by 1.15% to 11.36%, 9.17% to 24.24%, 2.05% to 8.63%, and 2.16% to 8.63%, respectively, depending on fertilization timing. The best effect was observed when the silicon fertilizer was applied at the tillering stage.【Conclusion】Combining intermittent irrigation with silicon fertilization can promote rice growth and development, thereby improving yield and irrigation water use efficiency of the rice. For the Jinyuan 85 variety studied in this paper, the optimal timing for silicon fertilization is at the tillering stage.

intermittent irrigation;rice; silicon fertilizer;growth traits;yield;irrigation water use efficiency

1672 - 3317（2023）04 - 0045 - 06

S275.8

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022197

邱菁華, 孫書洪, 薛鑄, 等. 間歇灌溉下不同生育時期施硅對水稻生長發育的影響[J]. 灌溉排水學報, 2023, 42(4): 45-50.

QIU Jinghua, SUN Shuhong, XUE Zhu, et al. The Combined Effect of Silicon Fertilization and Intermittent Irrigation on Rice Growth and Development[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(4): 45-50.

2022-04-11

現代都市農業智慧灌溉技術項目（XB202016）

邱菁華（1995-），女。碩士研究生，主要從事農業節水方面研究。E-mail: 861572655@qq.com

薛鑄（1978-），男。博士，主要從事農業水土資源高效利用研究。E-mail: xuezhu_nmnd@sina.com

責任編輯：趙宇龍