間歇灌溉下不同生育時(shí)期噴施水溶性硅肥對(duì)水稻產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

邱菁華，薛 鑄,2，孫書(shū)洪,2，彭勁舟，張鵬飛，董建舒，衣若晨

（1.天津農(nóng)學(xué)院水利工程學(xué)院，天津 300384；2.天津市農(nóng)業(yè)水利技術(shù)工程中心，天津 300384）

我國(guó)水資源相對(duì)短缺，農(nóng)業(yè)用水量消耗較大，約占總用水量62.14%[1-2]。實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水，對(duì)緩解我國(guó)用水緊張現(xiàn)狀并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。水稻是我國(guó)主要糧食作物之一[1]，又是半水生性糧食作物，在種植過(guò)程中用水量較大，灌水量是其他作物2～3倍[3]。

研究水稻節(jié)水灌溉技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水關(guān)鍵。眾多學(xué)者以高產(chǎn)、高效、節(jié)水為目標(biāo)，從水稻需水規(guī)律及耕作模式出發(fā)，提出多種節(jié)水灌溉技術(shù)，并取得顯著成果，如控制灌溉、間歇灌溉、滴灌等[4]。與淹灌相比，間歇灌溉可提高水稻生長(zhǎng)后期抗旱能力，減少25%～77.80%稻田灌水量，提高水分利用效率，有利于水稻植株干物質(zhì)積累[5-6]。因此，研究水稻間歇灌溉技術(shù)，為緩解水資源短缺造成的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益壓力具有重要意義。

硅對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育起重要作用[7]。水稻為喜硅植物，硅肥可提高水稻吸收氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素的能力，促進(jìn)水稻光合作用，提高水稻抗逆性[8-9]。適宜的硅肥可增強(qiáng)作物抗旱能力，有助于緩減干旱脅迫對(duì)蕎麥幼苗和生菜的損傷，增加玉米在干旱或半干旱地區(qū)的產(chǎn)量[10-12]。同時(shí)，國(guó)內(nèi)外研究表明，硅肥在增加旱作水稻根系活力、促進(jìn)干物質(zhì)積累、提高水稻每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重等方面作用顯著[13-14]，有利于提高水稻產(chǎn)量并改善其品質(zhì)[15-16]。

目前，間歇灌溉下不同生育時(shí)期施硅肥研究較少。因此，本研究以間歇灌溉技術(shù)與硅肥施用相結(jié)合為切入點(diǎn)，研究間歇灌溉下不同生育時(shí)期施硅肥對(duì)水稻農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、灌水利用效率及品質(zhì)的影響，綜合分析適宜施硅時(shí)期，以期為間歇灌溉下水稻施硅制度確立提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于天津農(nóng)學(xué)院西校區(qū)試驗(yàn)基地（N39°16′，E116°97′），屬于華北平原東北部，地勢(shì)平坦，海拔為7 m。試驗(yàn)區(qū)所屬氣候?yàn)榕瘻貛О霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫13℃，年降水量510.80 mm，年日照時(shí)數(shù)2 338 h，其中最熱月份為7月，最冷月份為1月，夏季降水量最多，春季日照時(shí)數(shù)最多。土壤為沙質(zhì)土壤，土壤pH為7.91，水解氮61.08 mg·kg-1，速效磷62.28 mg·kg-1，速效鉀216.50 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)為0.91%。0～100 cm土層平均土壤飽和含水率為27.58%，干容重為1.52 g·cm-3。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)布設(shè)氣象站，全年監(jiān)測(cè)氣象條件。水稻生育期內(nèi)平均氣溫為22.40℃，降雨量為442.30 mm，最大一次降雨量出現(xiàn)在7月，為67.70 mm。水稻生育期試驗(yàn)地氣象條件見(jiàn)圖1。

圖1 水稻生育期試驗(yàn)地氣象條件Fig.1 Meteorological conditions of experimental sites in rice growth period

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用田間測(cè)坑隨機(jī)布置，測(cè)坑用磚砌水泥砂漿抹面修筑，有底且覆蓋有塑料薄膜，可避免水肥串流。測(cè)坑尺寸為2 m×2 m×1.50 m（長(zhǎng)×寬×高），間距為1 m。以水稻“津原85”為研究對(duì)象，栽插行距30 cm、株距20 cm，每個(gè)測(cè)坑共計(jì)54穴、每穴6苗。根據(jù)《灌溉試驗(yàn)規(guī)范》（2004版本）相關(guān)規(guī)定劃分水稻生育期[17]，水稻各生育時(shí)期日期及天數(shù)詳見(jiàn)表1。試驗(yàn)以不同生育時(shí)期施硅肥設(shè)置6個(gè)處理，分別為分蘗期施硅肥（S1）、拔節(jié)期施硅肥（S2）、孕穗期施硅肥（S3）、抽穗期施硅肥（S4）和揚(yáng)花灌漿期施硅肥（S5），以不施硅肥（CK）為對(duì)照處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。

表1 水稻各生育時(shí)期日期及天數(shù)Table 1 Dates and days of each growth stage of rice

試驗(yàn)肥料統(tǒng)一采用復(fù)合肥（15-15-15，N 15%，P2O515%，K2O 15%）作為基肥，600 kg·hm-2；尿素（含N≥46%）作為追肥，172.50 kg·hm-2，其中返青期施37.50 kg·hm-2，分蘗期、孕穗期和抽穗期分別施45 kg·hm-2；硅肥（SiO2≥290 g·L-1）作為供試肥采用葉面噴施，6 kg·hm-2。采用間歇灌溉模式灌水，即在返青期維持30～50 mm水層，分蘗末期曬田，黃熟期停止灌溉，自然落干。其他時(shí)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(wú)水層各2～3 d[5]。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 株高及功能葉的葉面積

水稻齊穗后12 d，每測(cè)坑除去邊行外隨機(jī)選擇5穴，測(cè)量土面至最高穗頂（不計(jì)芒）高度為水稻株高。

水稻齊穗后12 d，每測(cè)坑除去邊行外隨機(jī)選取3株，測(cè)量功能葉的葉片長(zhǎng)度和寬度，計(jì)算功能葉的葉面積。

式（1）中，S為功能葉的葉面積（cm2），Li為水稻葉片長(zhǎng)度（cm），Di為水稻葉片最大寬度（cm），K為校正系數(shù)，取為0.75。

1.3.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

水稻成熟時(shí)，每測(cè)坑除去邊行外選取長(zhǎng)勢(shì)平均的5穴帶回室內(nèi)測(cè)定其穗長(zhǎng)、有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、千粒重并求出水稻結(jié)實(shí)率及理論產(chǎn)量。

1.3.3 灌水利用效率

式（2）中，WUE為灌水利用效率（kg·m-3），Y為水稻產(chǎn)量（kg·hm-2），L為灌水量（m3·hm-2）。

1.3.4 品質(zhì)

水稻風(fēng)干后，采用SY-88-TH型礱谷機(jī)和CBS-300型精米機(jī)測(cè)定加工品質(zhì)（糙米率、精米率）；采用RJQI20型顆粒評(píng)定儀測(cè)定精米相關(guān)外觀品質(zhì)（稻米長(zhǎng)度、寬度和長(zhǎng)寬比）；采用SATAKE型稻米食味計(jì)測(cè)定精米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)（蛋白質(zhì)含量）和食味品質(zhì)（直鏈淀粉含量）。

1.3.5 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)各指標(biāo)數(shù)據(jù)均測(cè)定至少3個(gè)平行樣，利用SPSS 22.0對(duì)數(shù)據(jù)作單因素方差（ANOVA）分析（圖中及數(shù)據(jù)不同英文字母表示P=0.05水平差異顯著）。利用隸屬函數(shù)法對(duì)水稻產(chǎn)量、灌水利用效率及品質(zhì)作綜合評(píng)價(jià)。計(jì)算公式如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 間歇灌溉下不同生育時(shí)期施硅肥對(duì)水稻株高及功能葉的葉面積影響

由圖2可知，間歇灌溉下施硅肥，對(duì)水稻株高無(wú)顯著影響，但可促進(jìn)水稻功能葉生長(zhǎng)。與CK相比，功能葉的葉面積在增施硅肥后均顯著增加，增長(zhǎng)為12.33%～39.70%。各處理間，功能葉的葉面積在S3處理下最大，S1次之，分別為114.82和111.13 cm2，與其他各處理相比差異顯著。

圖2 間歇灌溉下不同生育時(shí)期施硅肥對(duì)水稻株高及功能葉的葉面積的影響Fig.2 Effects of silicon fertilizer application at different growth stages on rice plant height and functional leaf area under intermittent irrigation

結(jié)果表明，間歇灌溉下施硅肥有利于水稻功能葉生長(zhǎng)，且分蘗期、孕穗期施硅肥對(duì)功能葉生長(zhǎng)發(fā)揮重要作用。水稻功能葉為籽粒灌漿成熟提供光合產(chǎn)物，功能葉光合作用能力直接影響產(chǎn)量，對(duì)品質(zhì)影響較大。因此，間歇灌溉下在分蘗期、孕穗期施硅肥可能對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生顯著影響。

2.2 間歇灌溉下不同生育時(shí)期施硅肥對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成、產(chǎn)量和灌水利用效率的影響

由表2可知，各處理間穗長(zhǎng)和千粒重差異未達(dá)顯著水平；各處理間穗數(shù)以S1處理最大為362.96個(gè)·m-2，與其他處理相比達(dá)顯著水平；與CK相比，間歇灌溉下施硅肥使實(shí)穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率顯著提高，分別增長(zhǎng)1.89%～5.66%、0.16%～1.89%。實(shí)穗粒數(shù)在S3、S5處理下最大，結(jié)實(shí)率在S3處理下最大，與其他處理相比差異顯著。與CK相比，間歇灌溉下施硅肥對(duì)水稻產(chǎn)量及灌水利用效率均有顯著促進(jìn)作用，并在S1處理下最大，為9 825.20 kg·hm-2、1.51 kg·m-3，S3處理次之，為9 752.90 kg·hm-2、1.50 kg·m-3。

表2 間歇灌溉下不同生育時(shí)期施硅肥對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成、產(chǎn)量和灌水利用效率的影響Table 2 Effects of silicon fertilizer application at different growth stages on rice yield composition,yield and irrigation water use efficiency under intermittent irrigation

以上結(jié)果表明，間歇灌溉下施硅肥有利于提高水稻產(chǎn)量和灌水利用效率，分蘗期、孕穗期為關(guān)鍵施硅時(shí)期?？赡苡捎诜痔Y期施硅肥增加有效分蘗，促進(jìn)有效穗數(shù)提高，而孕穗期施硅有利于籽粒灌漿成熟，促進(jìn)結(jié)實(shí)率提高，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。

2.3 間歇灌溉下不同生育時(shí)期施硅肥對(duì)稻米品質(zhì)的影響

由表3可知，與CK相比，其他處理糙米率有不同程度增加，增幅為0.84%～1.87%，并在S4處理下最大糙米率為79.08%，差異顯著；各處理間精米率、長(zhǎng)度和寬度未達(dá)顯著水平；與CK相比，S4、S5長(zhǎng)寬比增加2.60%，差異顯著；與CK相比，其他處理蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量有不同程度增加，增幅分別為5.04%～10.35%、2.39%～6.04%，其中S5處理蛋白質(zhì)、直鏈淀粉含量最大值分別為12.47%和25.27%，差異顯著。

表3 間歇灌溉下不同生育時(shí)期施硅肥對(duì)稻米品質(zhì)的影響Table 3 Effects of silicon fertilizer application on rice quality at different growth stages under intermittent irrigation

以上結(jié)果表明，間歇灌溉下增施硅肥可提高糙米率，改善加工品質(zhì)，并顯著提高稻米蛋白質(zhì)含量，改善營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，但促進(jìn)稻米直鏈淀粉積累，不利于食味提高。抽穗期、揚(yáng)花灌漿期施硅對(duì)改善稻米品質(zhì)的作用最為顯著?？赡苁且?yàn)榈久灼焚|(zhì)形成實(shí)質(zhì)是水稻體內(nèi)碳、氮代謝以及籽粒灌漿充實(shí)過(guò)程，而抽穗期和揚(yáng)花灌漿期是籽粒灌漿充實(shí)關(guān)鍵時(shí)期，此時(shí)人工施用礦質(zhì)元素對(duì)稻米品質(zhì)的影響十分重要。

2.4 間歇灌溉下不同生育時(shí)期施硅肥的水稻綜合評(píng)價(jià)

間歇灌溉下不同生育時(shí)期施硅對(duì)水稻的作用不同，選取施硅肥后影響顯著且增幅較大的蛋白質(zhì)、直鏈淀粉作為評(píng)價(jià)水稻品質(zhì)指標(biāo)，運(yùn)用隸屬函數(shù)法將水稻品質(zhì)、產(chǎn)量及灌水利用效率作綜合評(píng)價(jià)。首先計(jì)算各指標(biāo)隸屬函數(shù)值，再求得其隸屬函數(shù)值平均值，數(shù)值越大代表水稻綜合評(píng)價(jià)越好，反之越差。

由圖3可知，間歇灌溉模式不同處理下水稻產(chǎn)量、灌水利用效率和品質(zhì)綜合排名為S1＞S3＞S4＞S5＞S2＞CK。

圖3 間歇灌溉下不同生育時(shí)期施硅肥的水稻綜合評(píng)價(jià)Fig.3 Comprehensive evaluation of rice application of silicon fertilizer in different growth periods under intermittent irrigation

2.5 間歇灌溉下不同生育時(shí)期施硅肥對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表4可知，與不施硅肥相比，S1～S5處理經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值增加2.01%～8.63%，差異顯著；肥料成本增加210元·hm-2，人工投入增加200元·hm-2；與CK相比，經(jīng)濟(jì)效益在S2處理下減少39元·hm-2，在S1處理下增加最高，為1 151元·hm-2；產(chǎn)投比在S1處理下最大，為2.56，S3處理次之，為2.55，其他處理與CK相比均有降低。

表4 間歇灌溉下不同生育時(shí)期施硅肥對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響Table 4 Effects of silicon fertilizers at different growth stages on economic benefit under intermittent irrigation

以上結(jié)果表明，間歇灌溉下不同生育時(shí)期施硅肥雖有利于提高水稻經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值，但隨肥料成本和人工投入增加，經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)投比可能降低。說(shuō)明選擇適宜的施硅肥時(shí)期十分重要，分蘗期施硅肥可使經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值、經(jīng)濟(jì)效益、產(chǎn)投比最優(yōu)。

3 討 論

3.1 間歇灌溉下不同生育時(shí)期施硅肥對(duì)水稻株高及功能葉的葉面積的影響

水稻株高受數(shù)量基因和環(huán)境共同控制，品種和環(huán)境不同均可造成結(jié)論差異，可能是間歇灌溉下水稻增施硅肥對(duì)株高無(wú)顯著影響的原因，有待深入研究。水稻抽穗后上三葉被稱(chēng)為功能葉，對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)間歇灌溉下增施硅肥有利于水稻功能葉生長(zhǎng)，可提高功能葉的葉面積，與蔡德龍研究結(jié)果一致[18]。研究還發(fā)現(xiàn)，間歇灌溉下在孕穗期施硅對(duì)功能葉的葉面積作用最大，可能原因是孕穗期施硅可保護(hù)功能葉，防止早衰，需進(jìn)一步試驗(yàn)研究其機(jī)理。

3.2 間歇灌溉下不同生育時(shí)期施硅肥對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成、產(chǎn)量和灌水利用效率的影響

水稻產(chǎn)量受有效穗數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率共同影響。間歇灌溉下水稻施硅有利于實(shí)穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率及產(chǎn)量提高，與王圣毅等研究結(jié)果一致[19]，但施硅對(duì)穗長(zhǎng)和千粒重影響小，原因尚不明確。今后可針對(duì)間歇灌溉下增施硅肥對(duì)穗長(zhǎng)和千粒重的影響展開(kāi)進(jìn)一步研究。硅肥施用有利于提高作物抗逆性，葉面噴施硅肥有助于產(chǎn)量提高[20]。韓曉楠等研究表明，增施硅可緩解鹽分脅迫提高水稻產(chǎn)量和水分利用效率[21]。本研究也發(fā)現(xiàn)，在間歇灌溉下增施硅肥有利于緩解干旱脅迫，促進(jìn)水稻生長(zhǎng)并提高產(chǎn)量和灌水利用效率，其中分蘗期施硅肥作用最佳。

3.3 間歇灌溉下不同生育時(shí)期施硅肥對(duì)稻米品質(zhì)的影響

關(guān)于水稻施硅肥對(duì)稻米品質(zhì)的研究已有相關(guān)報(bào)道。任海等研究發(fā)現(xiàn)，水稻糙米率、精米率及整精米率在施加硅肥后有所提高，施加硅肥還增加稻米粒長(zhǎng)、粒寬，但對(duì)長(zhǎng)寬比影響較小[22]。劉奇華等研究表明，高溫逆境下施硅肥有利于改善水稻營(yíng)養(yǎng)品質(zhì),但促進(jìn)直鏈淀粉積累不利于改善水稻食味品質(zhì)[23]。Ahmad等研究發(fā)現(xiàn)，在水稻孕穗期噴灑1%硅肥后，水稻蛋白質(zhì)含量較不施硅處理顯著提高5.30%[24]。本研究也發(fā)現(xiàn)間歇灌溉下施硅肥提高水稻糙米率、蛋白質(zhì)及直鏈淀粉含量，且抽穗期和揚(yáng)花灌漿期是改善水稻品質(zhì)施硅關(guān)鍵時(shí)期，但施硅對(duì)精米率及稻米粒長(zhǎng)、粒寬無(wú)顯著影響，造成這一結(jié)果原因有待深入研究，可能與水稻品種、灌水模式及硅肥施用量不同有關(guān)。

3.4 硅肥施用量及施用時(shí)期

試驗(yàn)所選硅肥為水溶性硅肥，可溶于水被農(nóng)作物直接吸收，肥料利用率較高，因此試驗(yàn)中可不考慮人工回收硅肥的問(wèn)題。水稻作為典型喜硅植物，學(xué)者已開(kāi)展水稻施用硅肥研究，金正勛等研究韓國(guó)擴(kuò)散型“Silica Tabs”和中國(guó)可溶性硅肥兩種硅肥對(duì)寒地水稻產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，寒地水稻在最高分蘗期至幼穗分化始期施用10 kg·hm-2中國(guó)可溶性硅肥可提高水稻單產(chǎn)和稻米蒸煮食味品質(zhì)，而“Silica Tabs”硅肥最佳施用量為6 kg·hm-2[25]。呂健飛等研究發(fā)現(xiàn)，水稻“甬優(yōu)6760”水溶性硅肥用量最佳為3 kg·hm-2，可使產(chǎn)量增幅達(dá)9.60%[26]。楊國(guó)英等認(rèn)為，優(yōu)質(zhì)食味粳稻推薦硅肥施用方式為：苗期3 kg·hm-2、拔節(jié)期4.50 kg·hm-2、抽穗期7.50 kg·hm-2[27]。目前，水溶性硅肥用量及施用時(shí)期尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，本研究選擇施用6 kg·hm-2水溶性硅肥，表明間歇灌溉下分蘗期施硅肥的綜合評(píng)價(jià)及經(jīng)濟(jì)效益最高，但僅為一年試驗(yàn)所得，未來(lái)關(guān)于間歇灌溉下硅肥適宜施用量和施用時(shí)期需進(jìn)一步驗(yàn)證。

4 結(jié)論

在間歇灌溉下，噴施水溶性硅肥有利于水稻功能葉生長(zhǎng)、產(chǎn)量及灌水利用效率提高，一定程度上改善稻米品質(zhì)。不同生育時(shí)期施硅肥對(duì)水稻影響不同，孕穗期施硅有利于水稻功能葉生長(zhǎng)，分蘗期施硅有利于水稻有效穗數(shù)增加，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。抽穗期施硅對(duì)稻米出糙率影響最大，揚(yáng)花灌漿期對(duì)稻米蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量影響最顯著。水稻綜合評(píng)價(jià)及經(jīng)濟(jì)效益分析可知，分蘗期可作為間歇灌溉下水稻推薦施硅時(shí)期。本研究結(jié)果可為間歇灌溉下制定水稻施硅制度提供依據(jù)，未來(lái)需在不同灌溉間歇時(shí)間、施硅量和水稻品種下開(kāi)展進(jìn)一步研究。