不同施氮水平下硅肥對谷子抗倒伏能力、產量和品質的影響

摘要： 【目的】倒伏嚴重影響谷子產量和品質。探究不同施氮水平下硅肥提高谷子莖稈強度、產量及品質的作用，為谷子高產高效施肥提供技術方案。【方法】以晉谷21 和張雜13 為供試谷子品種，在山西太谷進行大田試驗。在常規施氮量N1 （180 kg/hm2） 和高施氮量N2 （450 kg/hm2） 下，分別設置不施硅、施用硅酸鈉（Si1，SiO268.85 kg/hm2） 和硅鈣肥（Si2，SiO2 67.2 kg/hm2），共6 個處理。在谷子成熟期測量其株高、抗倒伏能力相關指標、光合特性、產量和品質相關指標，并觀察莖稈橫切面顯微結構。【結果】N1 水平下，施用硅肥降低了谷子基節長度，增加了莖粗、莖稈抗折力和穿刺力，晉谷21 和張雜13 兩品種前五基節的節間長度分別降低了4.1%～30.1% 和9.5%～11.5%，莖粗分別增加5.3%～19.4% 和13.0%～34.1%；晉谷21 抗倒性在N1-Si1 處理較強，第一、第二基節抗倒伏指數較N1-Si0 處理分別增加37.4% 和35.8%，張雜13 在N1-Si2 處理時較強，第一、第二基節抗倒伏指數較N1-Si0 處理分別增加136.0% 和94.7%。N2 水平下，施用硅肥后晉谷21 和張雜13 前五基節的節間長度分別降低了9.6%～30.3% 和10.6%～14.9%，莖粗分別增加了9.56%～23.9% 和16.2%～31.0%，莖稈扁平度降低。硅鈣肥對谷子莖稈強度影響大于硅酸鈉，N2-Si2 處理晉谷21 的第二基節抗折力、穿刺力和抗倒伏指數比N2-Si0 分別增加97.9%、77.6% 和83.3%，張雜13 的第一基節抗折力、穿刺力和抗倒伏指數比N2-Si0 分別增加74.0%、66.8% 和128%。施硅后谷子莖稈中機械組織增厚，維管束數量增多且排列均勻，向莖稈中心延伸，且在N2 水平下，硅鈣肥作用效果優于硅酸鈉。硅可促進谷子穗碼發育，增加穗粗、穗粒數和千粒重，在高氮水平下硅鈣肥處理使晉谷21 和張雜13 的產量分別增加23.8% 和24.0%。施用硅肥能夠提高谷子脂肪、蛋白質和氨基酸含量，在高氮水平下可以降低谷子直鏈淀粉/支鏈淀粉值。【結論】在高氮條件下，施用硅鈣肥使谷子前五基節長度降低，莖粗增加，機械強度增加，進而提高抗倒伏能力；施用硅肥還可增加光合速率和蒸騰速率，促進物質積累和運輸，增加產量，改善品質。

關鍵詞： 谷子； 硅酸鈣； 硅酸鈉； 施氮量； 基部莖稈性狀； 機械強度； 抗倒伏指數； 產量； 品質

谷子（Setaria italica） 作為古老的C4 作物，在中國已有8000 多年種植歷史，是重要的雜糧作物。谷子耐旱耐瘠薄，水分養分利用能力強，光合效率高，且營養豐富，富含有益于人體健康的膳食纖維、抗氧化劑、植物化學物質和多酚，是未來潛在的可持續生產的營養物質來源[1?2]。為了獲得高產，谷子生產中普遍增施肥料，特別是氮肥，增加了谷子倒伏的風險[3]。作物倒伏后，冠層光合作用降低，維管束斷裂，限制了光合產物的形成與轉運，顯著降低谷物產量和品質，每倒伏2% 會導致產量下降1%，同時會增加收獲成本[4?6]。

硅是植物的有益元素，增加硅的供應可使作物莖稈細胞壁加厚，維管束加粗，增加機械組織厚度和莖稈充實度，增強莖稈機械強度，因而提高作物抗倒伏能力。硅也能夠提高葉綠素含量，增強光合能力，延緩葉片衰老。水稻施硅能加深葉片顏色，促進葉片堅挺，降低基節長度、增加莖粗，增強其抗倒伏能力[7]。小麥施硅后根系發達，基節硬度變高變粗，株型得到改善，葉片堅韌且葉綠素含量增加，改善光合性能，促進生物量積累和產量增加[8]。施硅后玉米總葉面積增加，葉片挺直、夾角變小、功能期延長[ 9 ]。施用硅肥可促進作物對氮磷鉀的吸收[10]，顯著降低重金屬的吸收累積[11]，通過調節滲透作用、增加細胞強度和抗氧化酶活性等，增加作物對生物（病、蟲） 和非生物脅迫（干旱、鹽、熱等） 的抵抗能力[12]。

盡管目前硅肥在農業生產中已有較多應用，但在谷子生產中的具體應用和效果尚未被充分研究。本研究采用田間試驗，研究不同氮肥用量下，硅酸鈉和硅鈣肥對谷子莖稈特性、光合作用及產量和營養品質的影響，為谷子優質高產提供可行的養分管理措施。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019 年4—10 月在山西農業大學申奉村試驗基地進行。試驗田0—20 cm 土層土壤pH 為7.36，有機質為18.79 g/kg，全氮1.65 g/kg，堿解氮66.6 mg/kg，速效鉀88.2 mg/kg，速效磷22.7 mg/kg，有效硅為126 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試谷子品種為晉谷21 號和張雜13 號。硅肥分別為硅酸鈉（SiO2 49%） 和硅鈣肥（SiO2 24%）。

1.3 試驗設計

試驗設置兩個施氮水平：常規施氮量（N 180kg/hm2，N1）、高施氮量（N 450 kg/hm2，N2）；每個氮水平下，設置不施硅（Si0）、施用硅酸鈉140 kg/hm2（Si1 ， SiO2 68.85 kg/hm2 ）、施用硅鈣肥280 kg/hm2（Si2，SiO2 67.2 kg/hm2），共6 個處理，分別記為N1-Si0、N1-Si1、N1-Si2、N2-Si0、N2-Si1、N2-Si2，每個處理3 次重復，小區面積12 m2（3 m×4 m）。所有處理均施P2O5 90 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2，供試肥料為尿素（N 42%）、過磷酸鈣（P2O5 12%） 和硫酸鉀（K2O 50%），3 種肥料均作為基肥在播種前一次性均勻施入土壤中。谷子于2019 年5 月24 日播種，深度3～4 cm，行距40 cm，株距8 cm，采用常規田間管理措施，10 月8 日收獲后進行產量、品質分析。谷子全生育期平均氣溫、降雨量如圖1 所示。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 硅含量測定

土壤有效硅含量采用檸檬酸提取—鉬藍比色法測定[13]。谷子植株中硅含量采用堿溶法提取—鉬藍比色法測定[14]。

1.4.2 株高、基節長度、粗度測定

于成熟期，在各小區選取5 株具有代表性的谷子測量株高、基部1～5 節的節間長度和莖粗。因谷子莖基節為橢圓形，用游標卡尺分別測量其長軸、短軸長度，根據橢圓周長公式[C=2πb+4（a?b）] 計算莖基節周長，以表示莖粗（式中，a、b 分別為半長軸、半短軸的長，π 為圓周率）。

1.4.3 重心高度、莖稈力學指標測定

重心高度測定：取成熟期谷子植株地上部，將其放置于與地面垂直的支桿上，左右調節莖稈位置，使其處于平衡位置，用卷尺測量從主莖底端到支點處的距離，即為重心高度。

抗折力與穿刺力測定：取成熟期谷子第一、二基節，使用YYD-1 型莖稈強度測量儀測定抗折力（機械強度） 和穿刺力。

抗倒伏指數計算公式[15]：莖稈抗倒指數=莖稈抗折力/莖稈重心高度。

1.4.4 光合指標測定

利用CI-340 型便攜式光合測量儀，于上午9：00—11：00 選取完整無病蟲害的谷子倒二葉片，測定凈光合速率（Pn） 、氣孔導度（Gs）和蒸騰速率（Tr） 等光合參數，并計算水分利用效率（WUE= Pn/Tr）。

1.4.5 莖節顯微結構觀察

取成熟期谷子第二基節，用刀片橫切1～2 mm 厚，放入培養皿中用番紅進行染色，用顯微鏡觀察并拍照。

1.4.6 產量、品質分析

在谷子完全成熟后，各小區隨機收獲2 m2 內的全部谷穗，晾曬1 周后脫粒測產。每小區選取10 株進行考種，測量穗長、穗粗、穗粒重、千粒重等。將谷子脫殼并挑選完整一致的籽粒，采用近紅外光譜分析儀測定蛋白質、氨基酸、直鏈淀粉含量[16]。

1.5 數據分析

采用 Microsoft Excel 2019 整理、分析數據，使用Origin 2021 繪制圖表，利用SPSS 23.0 對每個谷子品種的指標進行二因素方差分析和相關分析，采用鄧肯氏新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 硅肥對谷子莖稈形態特征的影響

從圖2 可以看出高量氮肥處理N2 顯著提高了晉谷21 的株高，對張雜13 無顯著影響。施用硅肥對晉谷21 的株高無顯著影響，卻顯著增加了張雜13的株高。N1-Si1 （硅酸鈉） 和N1-Si2 （硅鈣肥） 處理的張雜13 株高較N1-Si0 分別增高了9.67% 和17.6%，N2-Si1 和N2-Si2 均增高了17.1%。Si1 （硅酸鈉） 和Si2 （硅鈣肥） 對谷子株高的影響無顯著差異，且與氮肥無顯著交互作用。

相比于常規氮量（N1），高量氮肥（N2） 顯著增加了晉谷21 第一、三、四基節和張雜13 第二基節的節間長度（圖3）。施用硅肥顯著降低谷子前四基節長，氮、硅交互作用不顯著，只在晉谷21 號的第二、三基節顯示有交互作用。N1 水平下，施硅處理晉谷21 和張雜13 前五基節的長度分別降低了4.1%～30.1%、9.5%～11.5%，N2 水平下分別降低了9.6%～30.3%、10.6%～14.9% （圖3）。不同基節對硅的響應存在差異，以第一、二基節降低效果最顯著，Si1、Si2 處理后晉谷21 和張雜13 較Si0 分別降低22.6%、14.2% 和20.4%、12.5%。

由圖4 可知，施氮顯著增加晉谷21 基節莖粗，對張雜13 莖粗的影響不顯著。硅對谷子莖稈增粗作用達顯著水平，晉谷21 和張雜13 于常規氮量（N1）下，硅處理的前五基節莖粗較Si0 分別增加5.3%～19.4% 和13.0%～34.1%，Si2 對張雜13 莖粗的促進作用大于Si1；高氮量（N2） 下，前五基節莖粗較Si0分別增加9.56%～23.9% 和16.2%～31.0%，Si1 與Si2 間差異不顯著。

2.2 氮硅肥配施對谷子莖稈強度的影響

由表1 可知，施硅和施氮顯著降低晉谷21 重心高度，而對張雜13 的重心高度影響不顯著，且氮與硅在兩品種中均為表現出交互作用。在N2 水平下，硅處理（Si1 和Si2） 顯著降低晉谷21 莖稈重心高度，分別較Si0 降低9.0% 和10.9%。

除張雜13 第一基節穿刺力外，施氮顯著影響兩個品種的抗折力、穿刺力，增加谷子抗倒伏指數，晉谷21 中硅×氮交互作用顯著（表1）。晉谷21 和張雜13 莖稈第一基節抗折力、穿刺力和抗倒伏指數均大于第二基節。施用硅肥顯著增加莖稈抗折力和穿刺力，提高谷子抗倒伏指數，在常規氮量下，兩種硅肥對谷子抗倒性的影響差異不顯著，晉谷21 抗倒性在N1-Si1 時較強，第一、第二基節抗倒伏指數較N1-Si0 分別增加37.4% 和35.8%，張雜13 在N1-Si2 時較強，第一、第二基節抗倒伏指數較N1-Si0 分別增加136.0% 和94.7%。在高量氮下，N2-Si2 處理時谷子的抗折力、穿刺力和抗倒伏指數均最大，晉谷21 第二基節抗倒性增加量最高，其抗折力、穿刺力和抗倒伏指數比N2-Si0 分別增加97.9%、77.6% 和83.3%，張雜13 第一基節抗倒伏性增加最大，與N2-Si0 相比，抗折力、穿刺力和抗倒伏指數分別增加74.0%、66.8% 和128%。

2.3 硅肥對谷子莖稈顯微結構的影響

谷子莖稈由表皮、基本組織和維管束三部分組成。其中表皮由一層結構緊密的細胞組成，基本組織主要由大的薄壁細胞組成，靠近表皮的薄壁細胞壁增厚并木質化形成機械組織，增加莖的機械支持能力，維管束隨機地分布在基本組織中，由韌皮部和木質部構成，起著長距離運輸水分養分和機械支撐的作用[17]。從圖5 可以看出，施硅后莖稈中機械組織增厚，維管束數量增多且排列均勻，向莖稈中心延伸，使得莖稈整體受力均勻，機械支撐能力或抗折力增加（表1），提高谷子的抗倒伏性和水分養分轉運能力。在N2 條件下，兩種硅肥對谷子莖稈結構的影響存在差異，與硅酸鈉相比，硅鈣肥處理后晉谷21 的維管束增粗且數量增加，張雜13 的維管束較分散，向中心均勻延伸，機械組織增厚顯著。

2.4 硅肥對谷子硅含量的影響

谷子不同器官中硅含量在4.28～36.7 mg/g，葉片中含量最高，其次為根、莖，穗中硅含量最低（圖6）。高量氮肥增加晉谷21 各器官的硅含量，對張雜13 莖中硅含量影響較小。施硅顯著增加谷子根、莖、葉、穗硅含量，除晉谷21 穗硅含量外，硅肥與氮肥存在交互作用。常規施氮量下，兩個硅肥處理晉谷21 根、莖硅含量無顯著差異，但硅酸鈣（N1-Si2） 處理的葉硅含量顯著高于硅酸鈉（N1-Si1）。張雜13 在常規和高量氮下，硅鈣肥處理的葉中硅含量顯著高于硅酸鈉處理，根中硅含量則低于硅酸鈉，穗部硅含量無顯著差異。

2.5 氮硅肥配施對谷子光合作用的影響

硅肥和氮肥對兩個品種光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs） 的影響達極顯著水平且存在交互作用，對蒸騰速率（Tr） 影響顯著但無交互作用。氮肥顯著影響谷子水分利用效率（WUE），而硅的影響不顯著（圖7）。晉谷21 的Pn、Gs、Tr 在N2-Si2 處理時最大，分別為23.5 μmol/（m2·s）、180.8 mmol/（m2·s）、5.38 mmol/（m2·s），顯著高于N2-Si0、N1-Si0 和N1-Si1 處理；N2-Si2 處理的WUE 與N2-Si0 差異不顯著，但是顯著高N1-Si0 和N1-Si1 處理。張雜13 的Pn 和WUE 在N2-Si2 處理時最大分別為24.2 μmol/（m2 ·s） 和6.75 mmol/mol，Gs 和Tr 在N2-Si1 處理時達到最大值，較N2-Si0 分別增加23.3% 和14.3%。表明氮、硅配施可增加谷子光合速率、蒸騰速率和水分利用效率，促進同化物的形成和轉運。

2.6 氮硅肥配施對谷子產量的影響

從表2 可以看出，氮肥和硅肥對谷子穗長、穗粗無顯著影響，但顯著增加穗粒數和產量，其中對張雜13 穗粒數和產量的交互作用顯著。不同氮肥用量下，施硅（Si1、Si2） 能顯著增加谷子穗粒數和產量。硅鈣肥（Si2） 處理顯著增加晉谷21 和張雜13 產量，在高供氮水平（N2-Si2） 時產量最高，較N2-Si0 處理分別增加23.8% 和24.0%，穗粒數分別增加16.9% 和16.8%。氮肥、硅肥對晉谷21 千粒重無顯著影響，而顯著增加張雜13 千粒重。表明施用硅肥促進穗碼發育，增加穗粗、穗粒數和千粒重，進而增加谷子產量，且硅鈣肥（Si2） 的增產作用大于硅酸鈉（Si1）。

2.7 氮硅肥配施對谷子營養品質的影響

施硅和施氮對谷子脂肪和蛋白質含量的影響顯著，在晉谷21 中交互作用顯著，在張雜13 中交互作用不顯著（表3）。在高氮水平下施硅增加了谷子脂肪和蛋白質含量，其中，晉谷21 在硅鈣肥處理（N2-Si2） 時最高，較N1-Si0 分別增加13.65% 和4.14%；張雜13 在硅鈣肥處理（N2-Si2） 的脂肪含量、硅酸鈉處理（N2-Si1） 的蛋白質含量均顯著高于N1-Si0，分別提高10.86% 和4.44%。增施氮肥（N2） 和硅肥（Si1、Si2） 對谷子總淀粉含量的影響不顯著，但改變了直、支鏈淀粉比例（表3）。正常供氮水平下，N1-Si1 處理降低了晉谷21 直鏈淀粉含量，較（N1 -Si0） 降低了3.85%；高供氮水平下，施硅處理后張雜13 的直鏈淀粉含量降低、支鏈淀粉含量增加，N2-Si1 處理時變化最明顯，直鏈淀粉降低3.18%，支鏈淀粉含量提高1.36%。氮硅肥配施對谷子氨基酸含量的影響顯著，在正常供氮水平下，施硅降低晉谷21 籽粒中氨基酸含量，張雜13 氨基酸含量增加；高供氮水平下施硅增加了兩品種籽粒氨基酸含量，在N2 -Si1 處理時含量最高，晉谷21 和張雜13 分別為4.85% 和4.45%。這表明施用硅肥能夠提高谷子脂肪、蛋白質和氨基酸含量，在高氮水平下可以降低谷子直鏈淀粉含量，增加支鏈淀粉含量。

2.8 谷子硅含量、莖稈特性、產量與抗倒伏指數的相關性分析

相關性分析結果（圖8） 表明，兩品種谷子莖稈中硅含量與產量、抗倒伏指數、第一、二基節的穿刺力和抗折力、基節莖粗呈極顯著正相關；與基節長度呈現負相關，第一基節長達極顯著水平。兩個品種的抗倒伏指數與產量、基節的穿刺力和抗折力、前五基節莖粗呈極顯著正相關，與基節長負相關。其中晉谷21 的第一、二基節長與抗倒伏指數呈極顯著負相關。晉谷21 的株高、重心高度與抗倒伏指數和硅含量均無相關性，而張雜13 株高與硅含量和抗倒伏指數呈極顯著正相關，重心高度與抗倒伏指數呈顯著負相關。這表明硅含量、第一、二基節的穿刺力和抗折力、前五基節莖粗是影響谷子抗倒伏性的主要因素，氮硅配施增加谷子莖稈中硅含量（圖6），使基節的節間縮短、增粗（圖4），穿刺力和抗折力提高，顯著增加谷子抗倒伏能力（表1）。

3 討論

3.1 施硅優化谷子莖稈特性增加抗倒伏能力

作物株高、基節長度、莖粗等莖稈形態特征與抗倒伏有直接的關系。谷子倒伏率和倒伏指數與株高、重心高度和節間長度正相關，與莖粗和單位長度節間干重呈顯著負相關[18]。小麥株高、第二基節長度、單莖鮮重和第二節間莖粗是影響倒伏的重要因素[19]，株高、穗頸角度、莖粗與倒伏指數呈顯著正相關[20]。水稻的株高與抗倒伏性無直接相關性，而與第一、二基節長度顯著負相關[21]。說明基部莖粗、節間長度是影響作物倒伏的主要因素，而株高是否影響作物抗倒伏與作物種類有關。本研究中，谷子的抗倒伏指數與第一、二基節長、前五基節粗（長軸長和短軸長） 具有顯著相關性；與張雜13 相比，晉谷21 基節粗、機械組織厚，維管束數量多，表現出較強的莖稈抗折力和抗倒伏能力。

氮是作物的必需營養元素，增施氮肥可增加作物產量和品質，但也增加了倒伏的風險。硅能夠增加作物莖稈強度，增強植株抗倒伏能力[17，20?21]。本試驗設置正常供氮（180 kg/hm2） 和高氮（450 kg/hm2） 兩個施氮水平，配施適量硅肥，研究氮、硅及其交互作用對谷子莖稈特性及抗倒性的影響。施用硅肥增加作物光合速率和葉面積指數、提高產量，同時增加莖鞘中木質素和纖維素含量[22]，提高莖稈機械強度和抗倒伏性[23?25]。在高量供氮水平下，施用硅肥使水稻第一、二基節莖粗增加，從而提高莖稈的抗倒伏指數，顯著提高水稻產量[17]。莖稈的解剖學直觀反映出谷子的抗倒伏能力，莖稈橫截面維管束數量越多越密集代表其莖稈的抗倒性越強[26]。小麥的莖稈外徑和壁厚之比，厚壁組織比例，單位面積上大維管束平均數目和纖維素含量是影響莖稈機械強度的主要因素[27]。水稻抗倒伏能力與莖稈彎曲力矩、硅含量和小維管束數目顯著正相關[28]。研究表明，硅能改善莖的組織結構，促進細胞壁木質化和硅質化，使厚壁細胞更加發達，提高莖稈強度[17]。本研究中，谷子硅含量與第一、二基節的穿刺力和抗折力、前五基節莖粗呈極顯著正相關，與第一基節長顯著負相關，施硅主要通過增加第一、二基節的穿刺力和抗折力、前五基節莖粗而影響谷子抗倒伏性。硅肥降低谷子晉谷21、張雜13 基節節間長度、增加莖粗（圖3、圖4），增加莖稈中機械組織厚度和維管束數量（圖5），穿刺力和抗折力增強，提高了谷子莖稈抗倒伏能力和源—庫間物質運輸能力。

3.2 硅酸鈉和硅鈣肥與谷子莖稈抗倒特性

莖稈強度、抗折力等特性與莖稈中所吸附的硅、鈣等礦質元素密切相關。硅促進細胞壁木質化和硅質化，厚壁細胞增加，能改善莖稈組織結構，提高莖稈強度，降低倒伏指數[29]。鈣促進玉米硬皮組織和維管束的發育，增加莖壁厚度、纖維素沉積和節間充實度，使莖稈機械組織發達，提高植株抗倒伏能力[30]。本試驗中，增施硅肥增加谷子莖稈機械組織厚度，維管束數量增多且排列均勻（圖5），莖稈機械強度和抗倒能力增加（表1）。硅鈣肥的作用效果顯著優于硅酸鈉，硅鈣肥處理后谷子莖維管束增粗且數量增加，維管束較分散，向中心均勻延伸，機械組織增厚（圖5），這可能是由于非水溶性硅鈣肥中硅的后效作用較強，而硅酸鈉為水溶性肥料，肥效快，作用后效較短。此外，硅鈣肥中除了硅元素以外，鈣和其它微量元素對莖稈組織結構產生一定的作用[17]。例如，鈣既可作為營養元素與果膠結合形成果膠酸鈣，抑制細胞壁降解，維持細胞壁結構，又可作為信號分子介導鈣調素及其靶蛋白影響木質素沉積，提高莖稈強度[29，31]。

3.3 氮促進谷子硅的積累

植物中硅含量差異顯著，一般在0.1%～20%（SiO2），單子葉植物的硅含量較高，雙子葉植物相對較低。植物各器官間硅含量存在差異，主動吸硅型植物各器官硅含量的變化范圍約為4～75 mg/g，被動吸硅型植物的變化范圍約為11～39 mg/g[10]。谷子根、莖、葉、穗中硅含量在4.28～36.7 mg/g （圖6），葉片中含量最高，遵循“末端分布規律”，這是因為硅在植株地上部的運輸是隨蒸騰流進行，通過木質部運輸到達植物不同組織和器官中，主要沉積在蒸騰作用最強的葉片中[10]。硅肥提高水稻葉片轉氨酶和籽粒淀粉分支酶活性，促進氮素吸收，氮素積累量與硅素積累量呈極顯著正相關[32]。但氮肥用量過多，會阻礙水稻生長后期對硅的吸收，硅在莖鞘、葉片和全株中的含量均隨氮素水平的提高而下降[27]。施硅顯著增加谷子根、莖和葉片硅含量（圖6），硅鈣肥（Si2） 作用效果優于硅酸鈉（Si1），增施氮肥促進谷子對硅的吸收及其在根、莖中積累，兩個品種對氮、硅的響應差異不顯著。

3.4 施硅提高谷子產量和品質

氮素是生命元素之一，促進氨基酸、蛋白質、核酸、葉綠素等關鍵物質的合成，施硅能夠提高葉綠素的含量、增強光合能力、延緩葉片的衰老，有利于作物產量品質提高[33]。硅促進水稻穗發育，增加籽粒產量，增加了庫容量（庫強度），通過反饋調節葉片光合速率（源強）、葉肉導度和氨基酸代謝，以滿足庫對碳水化合物、含氮化合物的需求，從而維持源—庫協調，并增加氮素利用效率[34]。葉面噴施硅肥增加葉片葉綠素含量、光合速率和碳代謝，提高大豆、咖啡的產量和氮肥利用率[35]。硅增加葉肉細胞中硅化細胞比例，提高散射光的透射量，增加冠層內的光能量，同時增強葉綠體偶聯因子Mg2+-ATPase和Ca2+-ATPase 活性，促進光合磷酸化，從而增加光合能力[36]。施用二氧化硅納米顆粒（SiNP） 增加葉綠素含量、提高凈光合速率，以及可溶性糖和生長素（IAA） 含量，促進田間條件下小麥生長[37]。這表明硅既可直接增強源器官葉片的光合作用，也可增加穗（種子）、果實等庫器官容量反饋促進光合作用的增加[35，38]。此外，硅肥可維持土壤較高含水量，增加碳豐度，增加小麥生物量和產量，是可持續性農業的一項有效措施[36]。硅肥增加玉米穗粗、穗行數、穗粒數，顯著增加產量，但大豆單株生物量、有效分枝數、經濟系數在施硅后降低而減產；水稻施硅增加糙米率、精米率和整精米率，改善加工品質，提高蛋白質含量，直鏈淀粉含量變化較小，食味評分有所降低[39]。氮硅配施提高小麥的有效穗數、穗粒數、千粒重[40]，增加香稻的產量、香氣物質2-乙酰基-1-吡咯啉（2-AP） 以及氮代謝酶活性[41]。谷子的產量構成因素主要包括單位面積穗數、穗長穗粗、穗粒數、千粒重等，品質可分為營養品質、食味品質、商品品質等。合理施肥（包括肥料種類及其配比） 對谷子產量品質有顯著影響。本試驗中，谷子硅含量與產量極顯著正相關，硅肥施用后谷子凈光合速率和氣孔導度顯著增加，提高其光合作用強度，促進谷子穗碼發育，增加穗粗、穗粒數和千粒重，進而增加谷子產量（表2），同時提高谷子脂肪、蛋白質和必需氨基酸含量（表3）；增施氮肥增加硅對谷子的增產效應，降低直鏈淀粉/支鏈淀粉值，改善谷子食味品質和蒸煮品質。

4 結論

施用硅肥促進硅在谷子根、莖和葉片中的積累，降低谷子基部節間長度，增加莖粗及莖稈中機械組織厚度和維管束數量，因而提高了莖稈機械強度、穿刺力和抗折力，進而提高了谷子抗倒伏能力和源—庫間的物質運輸能力。源—庫間的物質運輸能力的提高有利于光合作用和蒸騰作用，促進了谷子穗碼發育，增加穗粗、穗粒數、千粒重和產量，提高谷子脂肪、蛋白質和必需氨基酸含量，降低直鏈淀粉/支鏈淀粉值，改善谷子營養和食味品質。高施氮量條件下，硅鈣肥提高谷子莖稈抗倒伏能力、產量和品質的效果優于硅酸鈉。

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基金項目：國家重點研發計劃項目（2021YFD1901103-5）；國家現代農業產業技術體系項目（CARS-06-14.5-A28）；山西省農業產業技術體系專項（谷子）；山西農業大學農學院育種工程專項（YZ2021-12）。