李燁鋒 周兵 朱練峰 黃潔 黃晶 曹小闖 朱春權(quán) 孔亞麗 張曉紅 金千瑜 張均華*

（1 中國水稻研究所/水稻生物學(xué)國家重點實驗室，杭州310006；2 廬江縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，安徽廬江231500；*通訊作者：zhangjunhua@caas.cn）

氮和硅是水稻生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素，在水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)形成中發(fā)揮著重要作用。在水稻生產(chǎn)中，適宜的氮肥用量不僅可以提高葉片光合能力，還可以優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)，進而提高水稻群體的生產(chǎn)能力[1-3]。作為水稻生長的第四大元素，硅肥的施用可以提高水稻的抗逆能力，如抗病[4-5]、抗旱、抗倒伏[6]以及抗重金屬脅迫等[7]，還可以提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)[8-10]。有研究表明，在氮肥和硅肥配施條件下，水稻植株養(yǎng)分含量、有效穗數(shù)和產(chǎn)量均高于單施氮肥或硅肥的處理[11]，表明氮硅配施可以提高水稻產(chǎn)量和氮肥利用率。此外，氮硅配施下，水稻單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率和產(chǎn)量的提高幅度則與氮肥、硅肥用量有關(guān)[12]。因此，合理的氮硅施用比例是水稻產(chǎn)量提高的關(guān)鍵。在水稻生產(chǎn)中，常常大量施用氮肥，而對硅肥的施用重視程度還遠遠不夠，進一步導(dǎo)致水稻氮硅肥施用比例的不平衡。目前很多研究報道了氮硅配施對水稻生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的影響[8-10]，但不同硅氮配施比例對病蟲減藥增效及水稻產(chǎn)量、經(jīng)濟效益的影響卻鮮有報道。

本研究擬通過硅氮配施，明確增施硅肥對稻田減氮的調(diào)控作用，確定硅氮互作對水稻病蟲害發(fā)生的影響，并解析硅氮互作技術(shù)的經(jīng)濟效益，以期為稻田肥藥減施增效、增加水稻種植效益提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018 年在安徽省廬江縣郭河鎮(zhèn)北圩村試驗田進行。供試土壤為河流沖積物母質(zhì)發(fā)育形成的潴育型水稻土，耕層土壤有機質(zhì)36.24 g/kg，全氮2.19 g/kg，堿解氮 146 mg/kg，有效磷 38.2 mg/kg，速效鉀 318 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

供試水稻品種為秈粳雜交稻甬優(yōu)1540。氮肥用量（純N）設(shè)置3 個水平，分別為300 kg/hm2、240 kg/hm2和 180 kg/hm2，用 N300、N240和 N180表示，N300為當?shù)爻Ｒ?guī)氮肥用量。硅肥用量為前期研究的最佳施用量60 kg/hm2（用Si60表示）。為研究硅氮互作對氮肥減施增效及稻田病蟲害控制的影響，試驗設(shè)置5 個處理，分別為N300、N240、N180、N240Si60、N180Si60。

氮肥按照基肥、分蘗期、穗肥為4∶3∶3 的比例施用。穗肥考慮試驗田土壤的供保肥特性分2 次施用，分別在主莖拔節(jié)后7 d（壯稈促花肥）施40%，在主莖穗長1.5 cm 時（?；ǚ剩┦?0%。為降低磷、鉀養(yǎng)分影響，各處理的磷、鉀肥用量根據(jù)試驗田土壤養(yǎng)分狀況足量施用，磷肥（P2O5）施用量為 90 kg/hm2，鉀肥（K2O）用量為255 kg/hm2。磷肥全部作基肥；鉀肥的50%作基肥、25%作壯稈促花肥、25%作?；ǚ省?/p>

試驗采用缽苗機插，栽插行株距為33.0 cm×12.4 cm。其他管理措施均按照當?shù)卮筇锷a(chǎn)進行。隨機區(qū)組設(shè)計，每個處理3 次重復(fù)，小區(qū)面積101.8 m2。

1.3 測定內(nèi)容及方法

圖1 水稻分蘗動態(tài)及葉齡變化

1.3.1 水稻分蘗數(shù)及有效穗數(shù)

水稻進入分蘗期后，每小區(qū)定株20 叢，每7 d 調(diào)查1 次莖蘗數(shù)，分蘗盛期后每14 d 調(diào)查1 次，直至齊穗期為止，記錄水稻分蘗動態(tài)。

水稻抽穗期每小區(qū)選取20 叢水稻，除每穗實粒數(shù)少于5 粒的稻穗以外，其余結(jié)實的稻穗和被病蟲害造成的白穗均作有效穗數(shù)計算。

1.3.2 水稻葉齡動態(tài)

水稻機插后，每小區(qū)選取10 株水稻標記主莖葉位（不包括不完全葉）。新生葉片抽出葉鞘時繼續(xù)標記，至劍葉抽出，為水稻葉齡變化動態(tài)。

1.3.3 水稻病蟲害發(fā)生情況

水稻分蘗期、齊穗期、灌漿期為稻田農(nóng)藥施用高峰期，于農(nóng)藥施用后10～15 d 考察稻田病蟲害發(fā)生情況。（1）稻縱卷葉螟調(diào)查。在每個處理重復(fù)區(qū)均采用對角線5 點取樣法，每點取5 叢，共取25 叢，記錄各處理卷葉數(shù)和活蟲數(shù)。（2）稻飛虱及捕食性天敵（蜘蛛）的調(diào)查。各處理每個重復(fù)采用5 點法進行抽樣調(diào)查，每一調(diào)查點抽取20 叢水稻采用盤拍法進行褐飛虱和蜘蛛的數(shù)量統(tǒng)計。（3）水稻紋枯病調(diào)查。每個處理區(qū)均采取5 點平行跳躍式取樣，每點調(diào)查相連的10 叢，每小區(qū)調(diào)查50 叢，記錄病穴數(shù)和病級[13-14]。

1.3.4 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

于水稻成熟期每小區(qū)選取3 叢水稻考察產(chǎn)量構(gòu)成。收獲時每小區(qū)單收單打，曬至標準含水量后測定產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 硅氮互作對水稻生長特性的影響

圖2 硅氮互作對水稻有效穗數(shù)的影響

從圖1 可以看出，各處理水稻莖蘗發(fā)育動態(tài)基本一致，均為6 月28 日達到分蘗盛期，60 d 后水稻分蘗趨于穩(wěn)定。N300處理的水稻早期分蘗數(shù)一直處于較高水平，但后期分蘗消亡較快，無效分蘗多。對于水稻最終分蘗數(shù)來說，與N300處理相比，N180Si60處理的水稻分蘗數(shù)降低10.7%，N240Si60處理提高了1.9%，N180處理降低了19.4%，N240處理降低了2.9%。施氮量180 kg/hm2條件下，配施硅肥對水稻分蘗動態(tài)無顯著改善作用，說明氮肥用量降低40%后即使配施硅肥也不能達到當?shù)剞r(nóng)戶習慣高氮水平下的水稻分蘗數(shù)。施氮量240 kg/hm2條件下，配施硅肥可緩解施氮量降低對水稻分蘗能力的消減作用，甚至比N300處理略有提高，說明氮肥用量降低20%后配施硅肥可保證水稻有足夠的分蘗數(shù)。各處理間的水稻葉齡增長動態(tài)無顯著差異（圖1）。

從圖2 可以看出，N180Si60處理的有效穗數(shù)與N300、N240處理無顯著差異，但顯著高于N180處理。說明施用硅肥能顯著提高水稻有效穗數(shù)和成穗率，為水稻高產(chǎn)提供群體物質(zhì)基礎(chǔ)。

表1 硅氮配施對水稻蟲害發(fā)生的影響 （7 月 12 日）

表2 硅氮配施對稻曲病的影響 （9 月 27 日）

圖3 硅氮互作對水稻產(chǎn)量的影響

2.2 硅氮互作對水稻病蟲害發(fā)生的影響

以往研究表明，稻田卷葉螟隨氮肥用量增加而增多，減少氮肥用量可顯著降低其數(shù)量。與N300處理相比，N240和N180處理卷葉螟的數(shù)量分別降低了14.3%和28.6%。與N240處理相比，氮肥用量減少20%條件下配施硅肥有顯著降低稻田卷葉螟數(shù)量的作用。稻田卷葉率與卷葉螟數(shù)量發(fā)生規(guī)律相似，均隨著稻田氮肥用量增加而增高。但是，相同施氮水平下，配施硅肥對水稻卷葉率控制作用較小?？赡芫砣~螟數(shù)量與水稻卷葉率之間有發(fā)生作用的滯后效應(yīng)。天敵（蜘蛛）數(shù)量對稻田蟲害有顯著的控制作用，天敵數(shù)量總體隨著施氮量增加而降低，減少氮肥用量條件下，硅氮配施可顯著提升稻田天敵數(shù)量。各處理對稻飛虱發(fā)生數(shù)量無顯著影響，具體發(fā)生規(guī)律需進一步研究。

水稻稻曲病發(fā)生率隨施氮量增加而顯著增加，N300處理的病株率高達16.06%，高病株率不僅與病蟲防治水平有關(guān)，可能還與高氮水平下水稻群體密度過高有關(guān)。與氮肥單施相比，氮肥用量減少20%～40%條件下，配施硅肥可顯著降低稻曲病的發(fā)生率，并降低其病情指數(shù)。

2.3 硅氮互作對水稻產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響

單施氮肥條件下，隨著施氮量的增加水稻產(chǎn)量增加，但是N300處理與N240處理產(chǎn)量差異不顯著，表明氮肥用量降低20%仍可以保持與高氮條件下同等產(chǎn)量。與N240處理相比，N240Si60處理下水稻產(chǎn)量提高4.0%；與N180處理相比，N240Si60處理產(chǎn)量提高約5.9%。與N300處理相比，N240Si60和N180Si60處理水稻產(chǎn)量分別提高約2.6%和2.8%。N300處理為當?shù)爻Ｒ?guī)氮肥用量，說明施氮量降低20%～40%條件下，配施一定量的硅肥，可達到減肥增產(chǎn)的目標，為減肥增效技術(shù)的集成提供了重要數(shù)據(jù)支撐。

由表3 和圖3 可以看出，施氮量從180 kg/hm2提高到300 kg/hm2，水稻產(chǎn)量有提高的趨勢，但是水稻的種植除了看產(chǎn)量，更應(yīng)該重視水稻種植中的投入產(chǎn)出比，即經(jīng)濟效益。通過研究發(fā)現(xiàn)，N180Si60處理的經(jīng)濟效益在各處理中最高，凈收益為12 810 元/hm2，其次為N240Si60處理 （12 556 元/hm2），分別比 N300處理提高6.3%和4.1%。由此表明，在常規(guī)施氮基礎(chǔ)上降低氮肥用量20%或40%并配合施用硅肥不僅可以提高水稻產(chǎn)量，也可以提高經(jīng)濟效益。

3 討論與結(jié)論

過量施用氮肥會導(dǎo)致植株瘋長，群體密度變大，通風透光能力變?nèi)?，莖葉柔軟，產(chǎn)量和抗性下降[15-16]。有研究表明，降低氮肥用量配施硅肥可以促進水稻對氮素的吸收，改善其營養(yǎng)狀況，促進地上部分生長，提高地上部干物質(zhì)積累量，進而增加產(chǎn)量[17]。本研究結(jié)果表明，與常規(guī)施氮相比，在氮肥用量降低20%～40%條件下，配施硅肥可以提高水稻產(chǎn)量以及經(jīng)濟效益。施用硅肥的增產(chǎn)作用主要是通過有效穗數(shù)和每穗實粒數(shù)的增加來實現(xiàn)[18]。此外，施用硅肥可以調(diào)節(jié)養(yǎng)分供應(yīng)，提高水稻根系的氧化能力，延長根系功能期[19-20]，促進水稻對營養(yǎng)元素的吸收。氮硅配施能有效改善水稻株型和群體結(jié)構(gòu)，使其更有助于水稻對光的捕獲并提高光能利用效率，提高葉綠素含量和凈光合速率，進而增強冠層葉片光合生產(chǎn)能力[21-25]，最終提高水稻產(chǎn)量。硅氮配施提高產(chǎn)量，除了受到水稻生長及生理的影響外，還與硅氮配施可以顯著控制病蟲害的發(fā)生有關(guān)。在本研究中，氮肥用量減少20%～40%，配施硅肥可顯著降低卷葉螟數(shù)量、稻曲病的發(fā)生率及其病情指數(shù)。有研究表明，施硅可以使稻瘟病發(fā)病率降低20%～30%、紋枯病發(fā)病率降低10%～15%[26]。主要是由于施硅可增加水稻莖稈中硅化細胞的數(shù)量及硅含量，增加莖稈強度，加強了莖葉表皮硅質(zhì)化[27]，進而增強了機械防護作用，減少了病蟲害的入侵，為提高水稻產(chǎn)量提供了保證。

表3 硅氮互作經(jīng)濟效益

綜合現(xiàn)有對比試驗結(jié)果表明，配施硅肥可緩解低氮對水稻分蘗的抑制作用，在氮肥用量降低20%情況下配施硅肥可保證水稻有足夠的分蘗數(shù)，同時施用硅肥可顯著提高水稻的成穗率，為高產(chǎn)提供群體物質(zhì)基礎(chǔ)。此外，硅氮配施還增強了水稻對稻縱卷葉螟、稻曲病等的抗性，為水稻高產(chǎn)提供了保障。因此，本研究結(jié)果表明，在當?shù)爻Ｒ?guī)氮肥用量（300 kg/hm2）的基礎(chǔ)上，適當減少氮肥并配施一定量的硅肥可達到減肥增效的目標。