硅肥對土壤理化性質及水稻產量與養分含量的影響

蔣 亞, 蔡景行, 吳道明, 敖成紅, 尹文書, 羅沐欣鍵, 柴冠群*

(1.貴州省土壤肥料研究所, 貴州 貴陽 550006; 2.貴陽市鄉村振興服務中心, 貴州 貴陽 550000; 3.息烽縣農業技術開發服務中心, 貴州 貴陽 551100)

0 引言

【研究意義】水稻是世界主要糧食作物之一,中國水稻種植面積約3.10×107hm2,稻米產量約占糧食總產量的35%,在保障糧食安全方面起著舉足輕重的作用[1]。施肥是水稻獲得養分的主要途徑,對水稻生長、產量和品質的形成有重要作用,是影響水稻產量的關鍵因素之一[2]。在實際生產中,由于肥料使用粗放、過量且養分投入不平衡,導致資源浪費,對農田生態環境造成一定影響,為培肥土壤,防止土壤退化,實現化肥減施增效,促進糧食增產提質,施肥方式必須科學合理[3-5]。硅是植物正常生長發育所需的微量元素之一,尤其水稻作為一種喜硅作物,在其正常生長發育過程中離不開硅素供給。因此,研究硅肥對水稻產量與養分含量的影響,對水稻高產栽培具有重要的現實意義。【前人研究進展】硅素可以促進植物生長發育,增強抗病抗逆性,改善生長環境,從而提高產量和品質。有研究表明,施硅肥能提高土壤供硅能力,增加植株養分積累量,改善植株生長狀況,提高植株抗逆能力,促進植物光合利用和水分利用,提高作物經濟產量[6-9]。水稻作為高硅積累植物,其植株中硅質量分數高達10%～15%,施用硅肥可以促進水稻生長,提高水稻產量和改善稻米品質[10-12]。吳建富等[13]研究表明,適量氮硅肥配施有利于提高水稻單位面積有效穗數、每穗粒數、結實率和產量,同時還能提高水稻氮素的積累量和吸收利用率。羅來楊等[14]研究指出,施用硅肥有利于提高優質稻產量,施硅量為60 kg/hm2時增產效果最佳。【研究切入點】水稻是貴州主要糧食作物,貴陽市喀斯特地貌面積占貴州各地區比例最高,達85.02%[15]。近年來,關于硅肥對水稻生長、產量及養分利用效率的影響的報道較多,但針對黔中喀斯特地區配方施肥條件下,增施不同用量硅肥對水稻產量及養分含量的影響研究較少。【擬解決的關鍵問題】以宜優1611為試驗材料,在喀斯特地貌下,以配方施肥為基礎,配施不同用量硅肥,研究其對水稻土壤養分含量、水稻產量及養分吸收特性的影響,確定水稻硅肥適宜用量,以期為黔中地區水稻高產高效栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

于2022年4—9月在貴州省息烽縣西山鎮新寨溝村開展田間小區試驗,試驗地肥力均勻,灌溉便利,前茬作物為油菜。試驗前土壤pH 5.49,有機質含量39.2 g/kg,全氮含量2.30 g/kg,有效磷含量37.2 mg/kg,速效鉀含量117 mg/kg。

1.2 供試材料

1.2.1 供試品種 水稻品種為宜優1611,是2020年通過長江上游國審的一級優質香稻品種,購于息烽縣農資種子店。

1.2.2 供試肥料 尿素(總氮≥46%),貴州赤天化桐梓化工有限公司生產;磷酸二銨(總養分≥64.0%,N-P2O5-K2O=18-46-0),貴州開磷化肥有限責任公司生產;氯化鉀(K2O≥60%),國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司生產;硅肥(SiO2≥25%),山西富邦肥業有限公司生產。

1.3 試驗設計

采用田間小區試驗方法,在配方施肥(尿素328.95 kg/hm2、磷酸二銨326.1 kg/hm2、氯化鉀400.05 kg/hm2)基礎上,設置配施不同用量硅肥處理。CK,不施任何肥料;T1,單施配方肥;T2,配方肥+硅肥480 kg/hm2;T3,配方肥+硅肥960 kg/hm2,分析不同處理土壤理化性質、水稻產量及構成因素和植株養分含量的變化。試驗采用隨機區組設計,重復3次,共12小區,小區面積為25 m2(5 m×5 m)。試驗小區間設置隔離溝,試驗區域外設置保護行。水稻于4月上旬播種,5月底移栽大田,移栽前施入基肥,硅肥作為基肥一次性施入。6月中旬和7月上旬分別追肥1次。各處理除施肥水平不同外其他栽培措施完全一致。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 土壤理化性質指標 參照《土壤農業化學分析方法》[16]測定土壤理化性質指標。

1.4.2 水稻氮、磷、鉀含量 將水稻莖葉和籽粒干樣粉碎過0.25 mm篩,采用濃H2SO4+ H2O2消煮,用全自動凱氏定氮儀測定氮含量,用火焰光度計測定鉀含量,用鉬銻抗比色法測定磷含量。

1.5 數據處理

運用Excel 2016和SPSS 26.0對試驗數據統計分析,利用最小顯著差異法(LSD)進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理土壤的理化性質

由表1可知,不同施肥處理對土壤理化性質影響顯著。土壤pH,施硅肥顯著降低土壤pH,T2、T3土壤pH較CK分別降低0.2個單位與0.54個單位,較T1分別降低0.05個單位與0.39個單位。土壤有機質,施肥顯著提升土壤有機質含量,施肥處理較CK提高6.06%～8.74%。土壤速效鉀含量,T1顯著高于其他處理,其余處理間差異不顯著;與CK相比,施肥處理速效鉀含量提升4.39%～4.43%。土壤有效磷含量,T1與其他處理差異顯著,T2與CK差異顯著;與CK相比,施肥處理有效磷含量增加14.89%～107.62%;與T1相比,T2、T3處理有效磷含量分別減少39.04%和44.66%。土壤全氮含量,T2、T3高于T1和CK,且T2顯著高于其他處理,其他處理間差異不顯著;與CK相比,施肥處理全氮含量增加2.40%～14.97%。土壤陽離子交換量,各處理間差異顯著,以CK最低(4.75 cmol/kg),T3最高(6.33 cmol/kg);與CK相比,施肥處理陽離子交換量增加2.95%～33.26%;與T1相比,T2、T3處理陽離子交換量分別增加16.56%和29.45%。總體看,在常規配方肥基礎上配施硅肥可降低土壤pH、提高土壤全氮含量和陽離子交換量。

表1 不同施肥處理土壤的理化性質

2.2 不同施肥處理水稻的產量及其構成因子

由表2可知,水稻穂數、穗粒數、結實率和產量均表現為配施硅肥處理(T2、T3)高于不配施硅肥處理(T1)和CK。不同施肥處理對水稻穂數和千粒重無顯著影響,對穗粒數、結實率和產量存在顯著影響。與CK相比,施肥處理水稻穗數增加25.00%～32.50%,千粒重降低2.08%～4.36%。穗粒數,T2處理最高,且與T1處理差異顯著;與CK相比,施肥處理穗粒數增幅為—4.68%～12.48%;與T1相比,T2、T3處理穗粒數分別增加18.00%、14.55%。結實率,配施硅肥處理(T2、T3)與不配施硅肥處理(T1)和CK差異顯著;與CK相比,施肥處理結實率增幅為1.75%～7.20%;與T1相比,T2、T3結實率分別高5.35%、3.96%。產量,T2處理最高,T3處理其次,且兩者均顯著高于CK,T1處理與其他處理均無顯著差異;與CK相比,施肥處理產量增加10.90%～21.59%;與T1相比,T2、T3處理產量分別增加9.64%、6.92%。總體看,在常規配方肥基礎上配施硅肥對水稻單位面積穗數及千粒重無明顯影響,但明顯提高水稻結實率和產量。

表2 不同施肥處理水稻的產量及其構成因子

2.3 不同施肥處理水稻各器官的氮磷鉀養分含量

2.3.1 水稻全氮含量 由圖1可知,不同施肥處理對水稻莖葉和籽粒中全氮含量有顯著影響。水稻莖葉和籽粒中全氮含量處理間存在顯著差異,均以CK最低,其莖葉和籽粒全氮含量分別為4.34 g/kg和9.14 g/kg;T3最高,其莖葉和籽粒全氮含量分別為9.22 g/kg和11.58 g/kg;T1、T2和T3的莖葉全氮含量分別較CK增加84.79%、47.93%和112.44%;T1、T2和T3籽粒全氮含量均顯著高于CK,分別較CK增加23.19%、17.61%和26.70%。總體看,在常規配方肥基礎上增施硅肥960.00 kg/hm2可明顯提高水稻莖葉和籽粒全氮含量。

注:相同部位不同字母表示差異顯著(P<0.05),下同。

2.3.2 水稻全磷含量 由圖2可知,不同施肥處理對水稻莖葉和籽粒中全磷含量影響不同。莖葉中全磷含量在不同處理間差異顯著,以T3最高,達1.57 g/kg;CK最低,為0.90 g/kg;與CK相比,T1、T2和T3莖葉全磷含量分別增加41.11%、30.00%和74.44%。籽粒中全磷含量T3最高,達2.70 g/kg;T3與T1、T2差異不顯著;CK最低,為1.42 g/kg,且與其他處理差異顯著;與CK相比,T1、T2和T3處理籽粒全磷含量分別增加83.10%、88.03%和90.14%;與T1相比,T2、T3籽粒全磷含量分別增加3.85%、2.69%。總體看,在常規配方肥基礎上配施硅肥可增加水稻莖葉和籽粒中全磷含量。

圖2 不同施肥處理水稻的全磷含量

2.3.3 水稻全鉀含量 由圖3看出,不同處理對水稻莖葉和籽粒全鉀含量影響不同,但均表現為配施硅肥處理(T2、T3)顯著高于不配施硅肥處理(T1)和CK,T2與T3處理差異不顯著。水稻莖葉全鉀含量T3最高,為41.72 g/kg;CK最低,為33.31 g/kg;與CK相比,T1、T2和T3處理莖葉全鉀含量分別增加10.21%、21.53%和25.25%;與T1相比,T2、T3處理莖葉全鉀含量分別增加13.65%、10.27%。籽粒中全鉀含量表現為T3處理最高,為4.96 g/kg;CK最低,為4.18 g/kg;與CK相比,T1、T2和T3籽粒全鉀含量分別增加2.87%、16.27%和18.66%;與T1相比,T2、T3處理籽粒全鉀含量分別增加15.35%、13.02%。總體看,在常規配方肥基礎上增施硅肥可提高水稻莖葉和籽粒中的全鉀含量。

圖3 不同施肥處理水稻的全鉀含量

3 討論

硅素作為第四營養元素,尤其水稻作為一種喜硅作物,在其正常生長發育過程中離不開硅素供給。針對水稻增施硅肥開展科學研究,明確不同用量硅肥對水稻的影響,可為水稻高產高效栽培提供參考。有研究表明,施用硅肥可促進水稻生長,提高水稻養分的積累量和吸收利用率,提高單位面積有效穗數、每穗粒數、結實率和產量[10-13]。目前,針對硅肥對土壤養分含量的影響研究較少,陶思敏等[17]研究表明,施硅后,土壤中銨態氮含量和有機質含量基本不變或逐步上升,有效磷含量降低,速效鉀含量先升后降。研究表明,增施硅肥能一定程度上增加土壤有機質和氮含量,降低有效磷和速效鉀含量,與前人研究基本一致[17];增施硅肥能不同程度增加水稻氮、磷、鉀含量,與王飛軍等[18]的研究結果一致。吳建富等[13]研究表明,適量氮硅肥配施有利于提高水稻單位面積有效穗數、每穗粒數、結實率和產量。張超[19]研究表明,噴施硅制劑使水稻穗粒數增加0.97%～10.08%,結實率提高2.13%～6.49%,千粒重增加4.44%～14.98%,增產10.52%～15.25%。劉友恒等[20]研究表明,氮硅肥配施顯著提高巨型稻的有效穗數、每穗粒數和千粒質量,產量較對照增加12.6%～42.0%。本研究中,增施硅肥不同程度增加水稻穗數、穗粒數、結實率和千粒重,從而提高水稻產量,與前人研究結果一致。

4 結論

以一級優質香稻品種宜優1611為試驗對象,在常規配方肥(尿素328.95 kg/hm2、磷酸二銨326.1 kg/hm2、氯化鉀400.05 kg/hm2)基礎上配施不同用量硅肥(480 kg/hm2、960 kg/hm2),考察硅肥對水稻產量及土壤養分含量的影響。結果表明,增施硅肥能夠增加土壤有機質含量、全氮含量和陽離子交換量,水稻莖葉和籽粒中全氮、全磷、全鉀含量隨硅肥施用量增加而增加;增施硅肥可提高水稻穗數和穗粒數從而促進水稻增產。與常規配方肥施用相比,增施硅肥480.00 kg/hm2水稻穗粒數增加18.00%,結實率提高5.35%,產量增加9.64%,增產效果最佳。