海南島典型水稻土施硅肥對水稻產量與品質的影響

呂烈武 郭玉蓮 龍笛笛 吳治澎

關鍵詞：海南島；典型水稻土；硅肥施用量；水稻產量；水稻品質

硅元素已被列為繼氮、磷、鉀的第四類元素，是影響作物產量與品質的重要限制因子[1-2]。雖然在地殼中硅元素豐度排名第二，但大部分硅是作物無法直接利用的，作物根系只能以單硅酸的形式吸收有效態硅營養[3]。其中，水稻是典型喜硅作物，硅素營養能夠提高其抵抗病蟲害，增強抗倒伏能力，提高分蘗數、千粒重、穗數、每穗的實粒數等產量相關的農藝學指標，也可提高稻米的品質[4-7]。在水稻整個生長發育過程中，都需要從土壤中吸收大量的有效硅，且隨耕作年限增加，土壤中有效硅素含量遠遠低于作物需求量，導致土壤有效硅素越來越缺乏。如果不能及時補充硅元素將導致土壤有效硅含量嚴重缺乏，嚴重影響水稻產量和品質[8-9]。因此，水稻田合理施用硅肥對提高其產量與稻米品質具有十分重要的意義。

土壤有效硅豐度常受氣象條件、成土母質、灌溉條件、農藝學措施等多種因素影響[6，10-11]。調查顯示，我國近1/2以上水稻田土壤有效硅含量低于100mg/kg的臨界指標，土壤缺硅問題嚴重[12]。尤其在我國南方地區，由于淋溶作用和風化作用強烈，導致水稻田土壤脫硅化嚴重，有效硅含量較低[9，13]。從不同類型成土母質來看，南方地區由花崗巖、紅砂巖、海相沉積物、片麻巖、第四紀紅色粘土等母質發育的水稻土有效硅含量均低于80mg/kg[14]。海南島屬熱帶季風氣候區，常年高溫多雨，土壤脫硅淋溶作用尤為強烈，有效態硅素更加缺乏。近期，有關海南島典型母質（玄武巖、海相沉積物、河流沖積物、砂頁巖、花崗巖）發育水稻土的調查發現，土壤平均含硅量處于缺乏水平，僅為44.79mg/kg[13]，土壤有效硅素的缺乏勢必會影響水稻產量與品質。針對海南島水稻土硅素缺乏的現狀，前期基于盆栽試驗結果表明，隨著施用硅肥量的增加，水稻增產率呈階梯式先增高再降低的趨勢，最佳硅肥量因水稻土的成土母質不同而具顯著差異，水稻增產5%、10%的單位質量土壤施用有效硅分別為25～37mg/kg與43～67mg/kg[15]。然而，前期有關海南島典型母質水稻土施硅肥臨界值均基于盆栽實驗結果，其土壤環境明顯不同于開放的自然農田系統。因此，亟需在盆栽試驗的基礎上，進一步開展田間小區試驗，深入探究海南島不同母質發育水稻土施硅肥的效應并驗證土壤施硅肥閾值。

本研究從海南島5種主要母質（玄武巖、海相沉積物、河流沖積物、砂頁巖、花崗巖）發育水稻土入手，結合前期施硅肥閾值的盆栽試驗結果設置田間小區試驗的施硅肥方案，研究典型母質發育的水稻土對硅素-產量/品質效應等，在此基礎上確定水稻的最佳施硅肥量，為制定海南水稻土施硅肥標準與水稻高效施硅的示范與推廣提供科學基礎。

1材料與方法

1.1材料

在海南島選取大豐鎮、博鰲鎮、龍滾鎮、定城鎮、黃竹鎮5種典型母質發育試驗點，開展田間試驗，其中龍滾鎮、定城鎮、黃竹鎮的試驗點的土壤母質分別為玄武巖、砂頁巖、花崗巖坡積物（以下由母巖代替）。供試土壤為經人工熟化形成的水稻土，土壤保肥、保水和通透性好，土層深厚、肥沃，土壤理化性質如表1。供試基礎肥料為富島水稻配方肥（21-6-26），施用量600kg/hm2，氮磷鉀肥作基肥一次性施入；第四元素礦物硅肥（有效成分為SiO2≥25%，山東科達生物科技有限公司生產），硅肥施用量的40%作為基肥施用，分蘗期追施30%和孕穗期追施30%。

供試水稻品種為谷優629，水稻于6月初移栽，病蟲害采用預防為主，綜合防治原則。6月12日進入分蘗期，6月22日進入拔節期，7月20日開始進入抽穗期，8月10日進入乳熟期，9月5日收割。整個生育期灌溉、除草等其他田間管理與當地常規管理相同。

1.2方法

1.2.1試驗設計本研究設4個處理，包括1個空白對照處理和3個不同梯度（T1～T3）處理（表2）。本次田間試驗主要根據前期盆栽試驗增產5%、10%的結果來設計硅肥處理方案[14]，結合土壤母質類型、土壤容重等指標計算施用硅肥量。每個處理面積為533m2，每個處理余為過道與田包含3個小區，每個小區有效面積為173m2（其?。S機區組排列。小區間起壟隔開，使用農用薄膜保護所用地壟，防止竄水竄肥，以免影響試驗結果。

1.2.2樣品采集與分析在水稻基本苗期、拔節期、抽穗期、成熟期等關鍵生長時期，統計每個小區水稻莖蘗數量，并計算不同施硅肥處理水平下每株水稻平均莖蘗數量。采集灌漿期水稻植株樣品，用1.25%酸堿劑洗滌法測定烘干植株粗纖維含量；葉片葉綠素含量及水稻根系活力等生理生化指標。洗凈稻株葉片后，去主脈，剪成4～8mm的小片混勻后稱取0.5g，放入50mL容量瓶中，使用體積比為4.5∶5.5∶1的丙酮-乙醇-水混合液在黑暗環境中提取葉綠素24h，在625nm條件下分析葉綠素含量。稻株根系被清水沖洗后淋干，使用甲烯藍吸附法測定根系總吸收表面積和活躍吸收表面積；每個指標測定重復3次，上述測定方法均參照《土壤農化分析》[15]。

水稻成熟后，按小區收割，分別進行實地測產，試驗結束后對各小區產量結果進行統計分析。與此同時，每個小區采用“S”采樣法，隨機選取10株水稻測定水稻株高、穗長、每穗總粒數、每穗實粒數、結實率、千粒重等產量性狀；水稻品質的評價主要包括外觀品質和碾磨品質，主要包括堊白和透明度、糙米率、精米率和整精米率等[16]。稻谷儲存15d后，測定糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、直鏈淀粉含量和蛋白質含量。每個指標測定重復3次，上述測定方法均參照《土壤農化分析》[15]。

1.3數據處理

使用SPSS27軟件對所獲得數據進行單因素方差分析和相關性分析，應用OriginPro9.1和ArcGIS10.8軟件制圖。

2結果與分析

2.1不同硅肥處理下水稻莖蘗動態變化

對于5種母質類型水稻田來說，基本苗分別為4.97萬、5.14萬、5.02萬、5.00萬和5.00萬，水稻苗數大小規律均為：拔節期＞抽穗期＞成熟期＞苗期（圖1）。在玄武巖、花崗巖母質水稻田中，拔節期和抽穗期的苗數隨施硅肥量增加呈現先降低后上升趨勢，成熟期的苗數隨施硅肥量增加而增加，均在T3處理中達到最大。在海相沉積物、河流沖積物和砂頁巖母質水稻田中，拔節期、抽穗期、成熟期苗數隨施硅肥量增加而增加，在T3處理中達到最大；成熟期的苗數隨施硅肥量增加呈現先增加后降低，T2處理中達到最高。

2.2不同硅肥處理下水稻灌漿期根系活力、葉綠素、粗纖維素含量動態變化

灌漿期是水稻干物質積累且影響產量的重要時期。由圖2可知，在玄武巖、河流沖積物和花崗巖母質水稻田中，隨施硅肥量增加，水稻植株粗纖維含量、葉片葉綠素含量以及根系總吸收面積與活躍吸收面積均呈現增加趨勢，T3處理中達到最大。在海相沉積物母質水稻田中，水稻植株粗纖維含量和葉片葉綠素含量隨施硅肥量增加呈現先增后降趨勢，T2處理中增加率最高；根系總吸收面積與活躍吸收面積隨施硅肥量增加呈現上升趨勢。在砂頁巖母質水稻田中，水稻植株粗纖維含量隨施硅肥量增加而顯著地增加；水稻葉片葉綠素含量隨施硅肥量增加呈現先增后趨于穩定；水稻根系總吸收面積與活躍吸收面積均隨施硅肥量增加而增加。

2.3不同硅肥處理下水稻產量與農藝學指標變化

由圖3可知，在玄武巖和花崗巖母質水稻田，水稻株高、穗長、有效穗數、每穗實粒數千粒重均隨施硅肥量增加呈上升趨勢，T2和T3處理與CK相比顯著提高，除株高T3顯著高于T2處理外，其他指標T2和T3處理無顯著差異；水稻實際產量隨施硅肥量增加呈現增加趨勢。在海相沉積物、河流沖積物、砂頁巖母質水稻田中，水稻株高、穗長、有效穗數、每穗實粒數、結實率、千粒重以及實際產量均隨施硅肥量增加呈上升趨勢，但T2和T3處理間無顯著差異。

2.4不同硅肥處理下水稻品質指標變化

由圖4可知，在玄武巖母質水稻田中，增施硅肥主要影響水稻的精米率、堊白度、堊白粒率和直鏈淀粉含量，對稻米蛋白質含量和出糙率無顯著影響。其中T2施硅肥處理中稻米整精米率最高；提高施硅量顯著地降低稻米的直鏈淀粉含量、堊白度和堊白粒率，T2與T3處理間差異不顯著。在海相沉積物母質水稻田中，T3施硅肥處理中稻米精米率最高；提高施硅量顯著地降低了直鏈淀粉含量、堊白度和堊白粒率，T2與T3處理間差異不顯著。在河流沖積物母質水稻田中，T2與T3處理中稻米精米率達到最高但差異不顯著；提高施硅量顯著地降低了直鏈淀粉含量、堊白度和堊白粒率，T2處理中達到最低。在花崗巖母質水稻田中，T2處理中稻米整精米率最高；施硅量增加顯著地降低了直鏈淀粉含量、堊白度和堊白粒率，T2與T3處理間差異不顯著。在砂頁巖母質水稻田中，T2與T3處理中稻米整精米率達到最高但差異不顯著；施硅量增加顯著地降低了直鏈淀粉含量、堊白度和堊白粒率，T3處理中直鏈淀粉含量達到最低；T2處理中堊白度最低。

3討論

本研究對海南島主要5種母質水稻田的施硅肥水稻產量與品質效應進行了田間試驗。結果表明，在不同成土母質發育的缺乏有效硅養分水稻土中，增施硅肥能夠顯著提高水稻的產量，這與之前大部分研究結論一致[17-19]。對于玄武巖和花崗巖發育的水稻土，水稻產量隨施硅量增加而顯著增加，施硅量分別達到最大時產量最高（T3處理分別為：950、935kg/hm2），此時增產量分別為22.87%和22.85%；而在海相沉積物、河流沖積物、砂頁巖母質發育的水稻土中，分別在T2時（分別為：560、560、750kg/hm2）產量已經達到最大值，此時的增產量分別為17.31%、15.51%和15.53%，繼續提高硅肥施用量（T3處理分別為：780、780、900kg/hm2），水稻產量并未進一步達到顯著增產效果。不同母質類型水稻土中施用硅肥產量效應差異較大，這可能與不同類型土壤的理化性質有關。前期研究發現：相對較為黏重的玄武巖、花崗母質發育的水稻土對有效硅素具有較強的吸附作用[13]，這不僅利于減緩脫硅淋溶速率，也使得土壤有效硅素緩慢釋放并供給水稻不同生長發育階段的需求；而海相沉積物、河流沖積物與砂頁巖母質發育水稻土的黏粒與有機質含量相對較少，對有效硅吸附容量有限，進而導致過量硅肥淋溶流失[14]。前人研究也正證實了這一觀點[20-21]，建議適量施硅就有很好的增產效果且最經濟，過量硅肥施用對水稻產量的再次提高無顯著影響，甚至會通過影響其他養分吸收（如氮、磷等營養元素）而降低水稻產量[22]。研究表明，由于硅與磷的化學性質相似，尤其是二者都是含氧酸根陰離子，硅會與磷競爭吸附位點，因此過量施用硅肥會導致硅酸根占據土壤中鐵鋁氧化物或粘粒表面部分吸附位置，從而減少了磷酸根的吸附量[23]。

從農藝學指標來看，不同施硅肥水平下水稻產量變化與成熟期分蘗數、千粒重、穗數、每穗實粒數、等農藝學指標密切相關。李衛國等[24]研究證實，硅肥通過提高水稻的千粒重、結實率、穗粒數、有效穗等農藝學指標促進產量的形成，與本次田間試驗的結論基本一致。然而，周青等[17，19]的研究發現，增施硅肥提高稻米產量與千粒重關系不大，主要通過提高單位面積上水稻群體的總穎花量、莖蘗成穗率、最大葉面積指數、粒/葉與粒重/葉比，協調源庫關系提高群體質量，這可能與本研究所用水稻品種、土壤、氣候以及種植栽培技術不同有關。從水稻生理生化指標來看，T2和T3施硅肥水平能顯著提高灌漿期水稻根系活力、葉綠素含量和粗纖維含量。有關研究表明，水稻產量的提高可能歸因于光合能力的提高[25]。改善水稻灌漿期水稻植株粗纖維含量、葉片葉綠素含量及水稻根系活力，不僅可延緩水稻生育后期光合作用的時間，提高莖稈強度，提高根系活力，大大增強水稻抗倒伏和抗病能力，也利于光合產物直接運往穗部，促進穗部干物質積累，從而利于籽粒灌漿成熟和產量的形成[26-27]。同時，本研究表明，T2和T3施硅肥水平一定程度上能提高稻米精米率，降低直鏈淀粉含量、堊白度和堊白粒，對提高稻米的蒸煮品質和食味品質有很大作用；但對稻米蛋白質含量和出糙率無顯著影響。此結果與先前鄧接樓等[28]、張學軍等[29]、龔玉琴等[30]的研究一致。

前人有關重慶市紫色型水稻土施硅肥肥效試驗表明[31]：最佳施有效SiO2量分別為120kg/hm2；山東省水稻施硅肥田間試驗結果顯示[32]，棕壤型水稻土最佳施有效SiO2量為85.14kg/hm2，鹽化潮土型水稻土最佳施有效SiO2量為65.50kg/hm2，砂姜黑土型水稻土最佳施有效SiO2量為66.08kg/hm2。以上均明顯低于本研究有關海南島典型水稻田施有效SiO2量，這可能與海南島常年高溫多雨，土壤脫硅富鐵鋁過程強烈，導致有效態硅素嚴重缺乏（平均為44.79mg/kg）有關[13]，為提高水稻產量與品質需要施用更多硅素營養。綜合看來，各地區最佳施硅量不僅要結合肥料投入與經濟產量來看，也與該地區氣候條件、土壤理化性質等息息相關。因此，制定各地區水稻施硅標準對于區域發展高效、可持續農業具有重要意義。

4結論

本研究以玄武巖、海相沉積物、河流沖積物、砂頁巖、花崗巖等5種海南島典型成土母質發育的水稻土為研究對象，開展了田間小區試驗，通過統計分析不同硅肥水平處理下水稻產量、品質及其相關的生理生化與農藝學指標，以制定合理的海南水稻土施硅肥標準。試驗結果表明，合理施用硅肥能顯著提高水稻產量，提升水稻品質，但硅肥的過量施用則會降低水稻產量與品質。綜合分析各項指標，對于玄武巖和花崗巖發育的水稻土，與空白對照相比，在梯度范圍內增施硅肥能顯著地提高水稻產量及其相關的水稻莖蘗數、分蘗數、有效穗數、結實率、千粒重、根系活力、葉綠素、粗纖維素含量等指標水平，且稻米的精米率、堊白度、直鏈淀粉含量等品質特征也有所提高，并且在T3處理下增效最為顯著；對于海相沉積物、河流沖積物和砂頁巖發育的水稻土，相較于空白對照，T2與T3處理都能明顯地增加水稻分蘗數以及水稻灌漿期根系活力、葉綠素、粗纖維素含量等指標，但水稻產量在T2水平施硅肥量時已達到最高且品質也達到較好水平，繼續提高施硅肥量（T3）水稻產量及其相關農藝學指標提高不明顯，甚至個別指標出現下降趨勢，因此從增效和經濟性原則出發，得出最佳施硅肥量為T2處理。針對海南島典型水稻土有效硅嚴重缺乏的現狀，根據本研究結果，推薦玄武巖水稻土最佳施硅肥量為750～950kg/hm2（有效態SiO2為187～238kg/hm2），花崗巖水稻土最佳施硅肥量為625～935kg/hm2（有效態SiO2為156～234kg/hm2），海相沉積物和河流沖積物水稻土最佳施硅肥量為560kg/hm2（有效態SiO2分別為140kg/hm2），砂頁巖水稻土最佳施硅肥量為750kg/hm2（有效態SiO2為187kg/hm2）。