瞿翔 郝琦 李媛媛 何仕帆

(1盤州市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局貴州盤州 553500;2貴州省地礦局一一三地質(zhì)大隊貴州六盤水 553000;3六盤水市鐘山區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局貴州省六盤水 553000)

玉米是我國第一大糧食作物，玉米的產(chǎn)量對保障我國糧食安全十分重要，玉米生產(chǎn)過程中，我國研究人員探索出了諸多玉米增產(chǎn)途徑，其中包括優(yōu)良品種的選育、耕作措施的優(yōu)化、種植密度的增加以及施肥管理措施等，對玉米產(chǎn)量的增加做出巨大貢獻［1］。施肥管理對玉米的生產(chǎn)至關重要。硅是作物生長的大量元素之一，硅肥能夠為作物提供硅營養(yǎng)、調(diào)理土壤中氮、磷、鉀等養(yǎng)分供給、增加作物抗非生物脅迫以及生物脅迫的能力［2］，被認為是繼氮、磷、鉀之后的第四營養(yǎng)元素。在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，長期以大量施用化肥來提高玉米產(chǎn)量，單一的施肥模式，使得土壤養(yǎng)分結構發(fā)生變化［3］。研究表明，施用硅肥能夠迅速補充土壤中硅的含量，有利于植物對其它營養(yǎng)元素的吸收，提高作物光合生產(chǎn)能力，同時可以促進作物生長［4］。張清華等［5］研究表明，硅肥使西瓜幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a＋b、類胡蘿卜素含量增加，提高凈光合速率、氣孔導度和胞間CO2。祁建勛等［6］研究結果表明，硅肥提高了向日葵葉面積、結實率和單盤粒重，產(chǎn)量較對照高出18.32%，顯著增加了籽粒粗蛋白含量。顧躍等［7］研究表明，硅肥的施用可以降低鹽脅迫下狗牙根草葉中脯氨酸、電解質(zhì)滲出率和根中Na+含量，同時增加葉中葉綠素、相對含水量及根干重、根中K+含量。本試驗研究硅肥對玉米生長過程中生理代謝、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，以期制定合理的硅肥施用技術，為實際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試材

試驗材料選用禾玉6號

1.1.2 樣地概況

試驗于2018年于盤縣板橋鎮(zhèn)銀汞山村進行，試驗土壤為黃壤土，土壤質(zhì)地疏松，土壤基礎肥力：有機質(zhì)28.21 g/kg、全氮1.8 g/kg、堿解氮105.84 mg/kg、速 效 磷47.32 mg/kg、速 效 鉀166.15 mg/kg、pH 6.82。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

試驗采用隨機區(qū)組設計，設置5個硅肥施用量：0 kg/hm2（CK）、10 kg/hm2（T1）、20 kg/hm2（T2）、30 kg/hm2（T3）、40 kg/hm2（T4），播種前所有處理硅肥和N 120 kg/hm2，P5O290 kg/hm2，K2O 90 kg/hm2作基肥一并施入，拔節(jié)期追施N 60 kg/hm2，每小區(qū)長8 m，面積約38.4 m2，每處理重復3次，隨機排列，種植密度為8.5萬株/hm2。1.2.2項目測定

1.2.2.1 葉綠素含量和光合速率測定

試驗于玉米抽雄期用SPAD儀測定棒三葉葉綠素含量，測定完成后采用便攜式光合系統(tǒng)（GFS-3000）測定光合速率和氣體交換參數(shù)。

1.2.2.2 氮代謝關鍵酶活性測定

硝酸還原酶（NR）測定，參考能慶娥等［8］方法。谷氨酰胺合成酶（GS），參考文獻［9-10］的方法。

1.2.2.3 土壤理化性質(zhì)及養(yǎng)分含量測定

供試土壤樣本在每小區(qū)采集適量土壤樣本，將樣品裝于聚乙烯塑料袋中，貼好標簽，帶回實驗室置于陶瓷盤中風干過60目篩備用。

土壤pH和電導率的測定：取20 cm耕層土壤，帶回實驗室自然風干過篩，采用水土比5∶1（V∶V），用pH計測定土壤的pH值，同時用電導率儀測定電導率。土壤容重采用環(huán)刀法測定，土壤孔隙度（%）＝（1－容重/比重）×100，土壤比重近似值取2.65 g/cm3。

土壤養(yǎng)分含量的測定：有機質(zhì)測定采用重鉻酸鉀外加熱法，土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量用流動分析儀測定，速效磷采用鉬銻抗比色法，速效鉀測定采用火焰光度計法。

1.2.2.4 產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素測定

玉米實收測產(chǎn)，于室內(nèi)考察穗行數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重、含水量等穗部性狀，按14%含水量計算籽粒產(chǎn)量。實際產(chǎn)量（kg/hm2，14%含水量）＝測產(chǎn)籽粒重量（kg）/測產(chǎn)面積（m2）×10 000 m2×（1－籽粒含水率）/0.86。

1.2.2.5 玉米籽粒品質(zhì)測定

用PM-8188型谷物水分測定儀測定籽粒含水率，用近紅外谷物分析儀測定籽粒品質(zhì)。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010統(tǒng)計和計算數(shù)據(jù)，采用SPSS 24.0進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 施用硅肥對玉米葉片SPAD值和氣體交換參數(shù)的影響

葉綠素含量反映玉米光合作用強弱，由表1可知，SPAD值隨硅肥施用量呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，在T3處理時達到最大值，T1、T2、T3處理均顯著高于CK，分別高出4.01%、10.04%和16.44%；凈光合速率隨硅肥施用量呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，在T3處理時達到最大值，各處理表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞CK，T1處理和CK沒有顯著差異，T2、T3處理比CK顯著高出3.08%和8.91%。胞間二氧化碳濃度變化趨勢和凈光合速率相似，施硅肥處理均顯著高于CK，T1、T2、T3和T4處理分別比CK高出7.71%、13.76%、18.33%和11.56%；氣孔導度隨硅肥施用量呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，在T2處理時達到最大值，表現(xiàn)為T2＞T3＞T1＞T4＞CK，T1、T2和T3處理均顯著高于CK，高出8.75%、21.25%、17.08%；蒸騰速率趨勢和凈光合速率相似，T1、T2、T3和T4處理顯著高于CK，分別高出12.52%、9.98%和22.42%和13.12%。

表1 施用硅肥對玉米葉片SPAD值和氣體交換參數(shù)的影響

2.2 施用硅肥對玉米葉片氮代謝關鍵酶活性的影響

硝酸還原酶（NR）是氮代謝過程中的關鍵酶和限速酶，其活性的高低和氮同化能力相關。由圖1-a可知，施用硅肥能夠顯著提高玉米葉片硝酸還原酶活性，T1、T2、T3和T4處理顯著高于CK，分別高出16.73%、33.58%、30.52%和35.49%，T2和T4處理顯著高于T1，和T3沒有顯著差異。谷氨酰胺合成酶（GS）是植物氮代謝過程中的多功能酶，參與多種氮代謝調(diào)節(jié)。由圖1-b可知，施用硅肥顯著提高玉米葉片谷氨酰胺合成酶活性，隨硅肥施用量的增加，GS呈現(xiàn)出先升高后降低再次升高的變化趨勢，各處理均顯著高于CK，分別高出20.96%、37.16%和15.92%和37.30%。

圖1 施用硅肥對玉米葉片氮代謝關鍵酶活性的影響

2.3 施用硅肥對玉米田土壤理化性質(zhì)的影響

由表2可知，各處理間pH值沒有顯著差異，說明施用硅肥對土壤pH影響較小；土壤EC值隨硅肥施用量的增加呈先升高后降低的變化趨勢，在T3處理時達到最大值，硅肥處理均顯著高于CK，分別高出13.32%、59.62%和72.20%和66.08%；硅肥顯著降低了土壤容重，各處理均顯著低于CK，各硅肥處理間沒有顯著差異；各處理的孔隙度均顯著高于CK，分別高出3.13%、3.39%和3.90%和 4.43%。

表2 施用硅肥對玉米田土壤理化性質(zhì)的影響

2.4 施用硅肥對玉米田土壤養(yǎng)分含量的影響

土壤養(yǎng)分含量是玉米生長發(fā)育的關鍵，是產(chǎn)量形成的前提。由表3可知，施用硅肥對玉米田土壤有機質(zhì)含量有顯著影響，隨硅肥施用量的增加呈先升高后降低的變化趨勢，在T2處理時達到最大值，T2和T3處理顯著高于CK，分別高出15.32%和6.87%；銨態(tài)氮含量隨硅肥用量的增加呈逐漸增加的趨勢，各處理均顯著高于CK，T1、T2、T3和T4分 別 比CK高 出49.48%、98.60%、159.12%和170.15%；各處理硝態(tài)氮含量均顯著高于CK，T1、T2、T3和T4分 別 比CK高 出119.91%、139.20%、150.13%和140.17%；速效磷含量均顯著高于CK，T1、T2、T3和T4分別比CK高出47.94%、34.77%、62.31%和39.70%；速效鉀含量各處理均顯著高于CK，T1、T2、T3和T4分 別 比CK高 出16.31%、14.52%、22.62%和17.14%。

表3 施用硅肥對玉米田土壤養(yǎng)分含量的影響 單位：g/kg

2.5 施用硅肥對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素的影響

由表4可知，施用硅肥對玉米產(chǎn)量構成因素及產(chǎn)量有顯著影響，各處理間玉米穗數(shù)和穗行數(shù)沒有顯著差異，玉米行粒數(shù)隨硅肥施用量的增加呈先增加后減少的趨勢，T2和T3處理行粒數(shù)顯著高于CK，分別高出11.81%和16.35%，其它處理和CK沒有顯著差異；千粒重T1和CK沒有顯著差異，其它處理均顯著高于CK，T2、T3和T4分別比CK高出6.33%、7.76%和4.68%；各處理產(chǎn)量表現(xiàn)為T3＞T2＞T4＞T1＞CK，T1、T2、T3和T4均顯著高于CK，分別高出12.23%、9.32%、21.17%和15.41%。

表4 施用硅肥對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素的影響

2.6 施用硅肥對玉米籽粒品質(zhì)的影響

由表5可知，施用硅肥顯著提高了玉米籽粒脂肪和蛋白質(zhì)含量，顯著降低了淀粉含量。T1、T2、T3和T4處理的脂肪含量分別比CK高出7.51%、6.91%、7.51%和7.20%，硅肥處理間沒有顯著差異；T1、T2、T3和T4處理的蛋白質(zhì)含量分別比CK高出6.68%、6.57%、7.38%和6.88%，各處理間無顯著差異；硅肥處理的玉米籽粒淀粉含量顯著下降，T1、T2、T3和T4處 理 分 別 比CK低1.69%、1.63%、1.45%和1.54%。

表5 施用硅肥對玉米籽粒品質(zhì)的影響單位：%

3 討論

土壤養(yǎng)分是作物生長的基礎，施肥能夠補充土壤養(yǎng)分，使土壤保持持續(xù)生產(chǎn)力，有利于作物的生長，提高產(chǎn)量和品質(zhì)，硅是重要的營養(yǎng)元素，施用硅肥能在一定程度上改善土壤理化性質(zhì)和養(yǎng)分結構。研究表明，硅肥可促進植物對其它養(yǎng)分元素的吸收，提高作物光合生產(chǎn)能力［11］。石彥召等［12］研究表明，增施硅肥不僅能提高花生葉片的葉綠素含量、光合速率、蒸騰速率、干物質(zhì)積累量，還能提高花生葉片保護酶活性。鄭璞帆等［13］研究表明，噴施硅肥能不同程度提高烤煙圓頂期凈光合速率、水分利用效率和氣孔導度，同時降低蒸騰速率，增加葉綠素含量，提高煙葉氮鉀含量。本研究表明，施用硅肥提高了玉米葉片葉綠素含量、凈光合速率、胞間二氧化碳濃度、氣孔導度和蒸騰速率，可能是由于植物吸收硅以后能使細胞中的葉綠體增大，基粒增多，最適葉面積增大，葉片的葉綠素、類胡蘿卜素含量增加，冠層受光姿態(tài)改善，從而提高了葉片的光合作用能力。氮代謝是植物重要的生命活動，氮代謝能力的強弱影響植物正常生長［14］。NR是氮代謝過程中的關鍵酶和限速酶，NR活性的強弱反映了植物對吸收的硝態(tài)氮的同化能力。GS是植物氮代謝過程中的多功能酶，參與多種氮代謝調(diào)節(jié)［15］，決定了氮代謝水平。本研究結果表明，施用硅肥對玉米葉片氮代謝關鍵酶有顯著的影響，能夠顯著提高玉米葉片NR和GS活性，可能是由于施用硅肥有利于其它養(yǎng)分的吸收，提高了玉米體內(nèi)的物質(zhì)代謝能力［16］。

施用硅肥補充了土壤硅，有利于作物生長、改善品質(zhì)，有研究表明，硅與多種營養(yǎng)元素存在交互作用，施用硅肥還能夠協(xié)調(diào)其他土壤養(yǎng)分，可減少磷酸根的吸附量。Galvez等［17］研究結果表明，施用硅肥，增加了土壤磷素的有效性，改善作物體內(nèi)養(yǎng)分環(huán)境，緩解玉米低磷脅迫。本研究表明，施用硅肥土壤電導率、孔隙度及土壤有機質(zhì)、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效磷和速效鉀含量顯著升高，可能在于施硅改善土壤環(huán)境，增加了土壤動物和微生物數(shù)量，促進了土壤養(yǎng)分的礦化和轉(zhuǎn)化功能，進而提高土壤養(yǎng)分［18］。硅肥對作物產(chǎn)量及品質(zhì)有較好的促進作用，郭彬等［19］研究結果表明，氮肥和硅肥配施顯著提高了水稻有效穗數(shù)、穗實粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量。本研究表明，硅肥處理的玉米產(chǎn)量顯著高于CK，高出12.23%～21.17%；玉米籽粒脂肪和蛋白質(zhì)含量升高，淀粉含量降低，說明使用硅肥能夠改善玉米品質(zhì)。

總體來看，施用硅肥能夠顯著提高玉米葉綠素含量和凈光合速率以及氮代謝關鍵酶活性，土壤電導率、孔隙度及養(yǎng)分含量有明顯的增加，當硅肥施用量為30 kg/hm2時，產(chǎn)量提高21.17%，玉米籽粒品質(zhì)有明顯的改善。