邱菁華，薛 鑄,2，孫書洪,2，彭勁舟，張鵬飛，董建舒，衣若晨

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

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

研究水稻節(jié)水灌溉技術，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水關鍵。眾多學者以高產(chǎn)、高效、節(jié)水為目標，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，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，為緩解水資源短缺造成的經(jīng)濟、社會效益壓力具有重要意義。

硅對植物生長發(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、鉀等營養(yǎng)元素的能力，促進水稻光合作用，提高水稻抗逆性[8-9]。適宜的硅肥可增強作物抗旱能力，有助于緩減干旱脅迫對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，國內(nèi)外研究表明，硅肥在增加旱作水稻根系活力、促進干物質(zhì)積累、提高水稻每穗粒數(shù)、結實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期施硅肥研究較少。因此，本研究以間歇灌溉技術與硅肥施用相結合為切入點，研究間歇灌溉下不同生育時期施硅肥對水稻農(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 試驗區(qū)概況

試驗地位于天津農(nóng)學院西校區(qū)試驗基地（N39°16′，E116°97′），屬于華北平原東北部，地勢平坦，海拔為7 m。試驗區(qū)所屬氣候為暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年平均氣溫13℃，年降水量510.80 mm，年日照時數(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。試驗區(qū)內(nèi)布設氣象站，全年監(jiān)測氣象條件。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。水稻生育期試驗地氣象條件見圖1。

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

1.2 試驗設計

試驗采用田間測坑隨機布置，測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。測坑尺寸為2 m×2 m×1.50 m（長×寬×高），間距為1 m。以水稻“津原85”為研究對象，栽插行距30 cm、株距20 cm，每個測坑共計54穴、每穴6苗。根據(jù)《灌溉試驗規(guī)范》（2004版本）相關規(guī)定劃分水稻生育期[17]，水稻各生育時期日期及天數(shù)詳見表1。試驗以不同生育時期施硅肥設置6個處理，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）和揚花灌漿期施硅肥（S5），以不施硅肥（CK）為對照處理，每個處理3個重復。

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

試驗肥料統(tǒng)一采用復合肥（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，有水層和無水層各2～3 d[5]。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 株高及功能葉的葉面積

水稻齊穗后12 d，每測坑除去邊行外隨機選擇5穴，測量土面至最高穗頂（不計芒）高度為水稻株高。

水稻齊穗后12 d，每測坑除去邊行外隨機選取3株，測量功能葉的葉片長度和寬度，計算功能葉的葉面積。

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)量構成

水稻成熟時，每測坑除去邊行外選取長勢平均的5穴帶回室內(nèi)測定其穗長、有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)、每穗實粒數(shù)、千粒重并求出水稻結實率及理論產(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)

水稻風干后，采用SY-88-TH型礱谷機和CBS-300型精米機測定加工品質(zhì)（糙米率、精米率）；采用RJQI20型顆粒評定儀測定精米相關外觀品質(zhì)（稻米長度、寬度和長寬比）；采用SATAKE型稻米食味計測定精米營養(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)計分析

試驗各指標數(shù)據(jù)均測定至少3個平行樣，利用SPSS 22.0對數(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)法對水稻產(chǎn)量、灌水利用效率及品質(zhì)作綜合評價。計算公式如下：

2 結果與分析

2.1 間歇灌溉下不同生育時期施硅肥對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，對水稻株高無顯著影響，但可促進水稻功能葉生長。與CK相比，功能葉的葉面積在增施硅肥后均顯著增加，增長為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期施硅肥對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

結果表明，間歇灌溉下施硅肥有利于水稻功能葉生長，且分蘗期、孕穗期施硅肥對功能葉生長發(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期施硅肥對水稻產(chǎn)量構成、產(chǎn)量和灌水利用效率的影響

由表2可知，各處理間穗長和千粒重差異未達顯著水平；各處理間穗數(shù)以S1處理最大為362.96個·m-2，與其他處理相比達顯著水平；與CK相比，間歇灌溉下施硅肥使實穗粒數(shù)和結實率顯著提高，分別增長1.89%～5.66%、0.16%～1.89%。實穗粒數(shù)在S3、S5處理下最大，結實率在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水稻產(chǎn)量及灌水利用效率均有顯著促進作用，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期施硅肥對水稻產(chǎn)量構成、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、孕穗期為關鍵施硅時期?？赡苡捎诜痔Y期施硅肥增加有效分蘗，促進有效穗數(shù)提高，而孕穗期施硅有利于籽粒灌漿成熟，促進結實率提高，實現(xiàn)增產(chǎn)。

2.3 間歇灌溉下不同生育時期施硅肥對稻米品質(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、長度和寬度未達顯著水平；與CK相比，S4、S5長寬比增加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期施硅肥對稻米品質(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，改善營養(yǎng)品質(zhì)，但促進稻米直鏈淀粉積累，不利于食味提高。抽穗期、揚花灌漿期施硅對改善稻米品質(zhì)的作用最為顯著?？赡苁且驗榈久灼焚|(zhì)形成實質(zhì)是水稻體內(nèi)碳、氮代謝以及籽粒灌漿充實過程，而抽穗期和揚花灌漿期是籽粒灌漿充實關鍵時期，此時人工施用礦質(zhì)元素對稻米品質(zhì)的影響十分重要。

2.4 間歇灌溉下不同生育時期施硅肥的水稻綜合評價

間歇灌溉下不同生育時期施硅對水稻的作用不同，選取施硅肥后影響顯著且增幅較大的蛋白質(zhì)、直鏈淀粉作為評價水稻品質(zhì)指標，運用隸屬函數(shù)法將水稻品質(zhì)、產(chǎn)量及灌水利用效率作綜合評價。首先計算各指標隸屬函數(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價越好，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期施硅肥的水稻綜合評價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期施硅肥對經(jīng)濟效益的影響

由表4可知，與不施硅肥相比，S1～S5處理經(jīng)濟產(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期施硅肥對經(jīng)濟效益的影響Table 4 Effects of silicon fertilizers at different growth stages on economic benefit under intermittent irrigation

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

3 討 論

3.1 間歇灌溉下不同生育時期施硅肥對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)境不同均可造成結論差異，可能是間歇灌溉下水稻增施硅肥對株高無顯著影響的原因，有待深入研究。水稻抽穗后上三葉被稱為功能葉，對水稻產(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，可提高功能葉的葉面積，與蔡德龍研究結果一致[18]。研究還發(fā)現(xiàn)，間歇灌溉下在孕穗期施硅對功能葉的葉面積作用最大，可能原因是孕穗期施硅可保護功能葉，防止早衰，需進一步試驗研究其機理。

3.2 間歇灌溉下不同生育時期施硅肥對水稻產(chǎn)量構成、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、結實率共同影響。間歇灌溉下水稻施硅有利于實穗粒數(shù)、結實率及產(chǎn)量提高，與王圣毅等研究結果一致[19]，但施硅對穗長和千粒重影響小，原因尚不明確。今后可針對間歇灌溉下增施硅肥對穗長和千粒重的影響展開進一步研究。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，促進水稻生長并提高產(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期施硅肥對稻米品質(zhì)的影響

關于水稻施硅肥對稻米品質(zhì)的研究已有相關報道。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、粒寬，但對長寬比影響較小[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養(yǎng)品質(zhì),但促進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，且抽穗期和揚花灌漿期是改善水稻品質(zhì)施硅關鍵時期，但施硅對精米率及稻米粒長、粒寬無顯著影響，造成這一結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。

3.4 硅肥施用量及施用時期

試驗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，因此試驗中可不考慮人工回收硅肥的問題。水稻作為典型喜硅植物，學者已開展水稻施用硅肥研究，金正勛等研究韓國擴散型“Silica Tabs”和中國可溶性硅肥兩種硅肥對寒地水稻產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，結果表明，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9.60%[26]。楊國英等認為，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期尚無統(tǒng)一標準，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價及經(jīng)濟效益最高，但僅為一年試驗所得，未來關于間歇灌溉下硅肥適宜施用量和施用時期需進一步驗證。

4 結論

在間歇灌溉下，噴施水溶性硅肥有利于水稻功能葉生長、產(chǎn)量及灌水利用效率提高，一定程度上改善稻米品質(zhì)。不同生育時期施硅肥對水稻影響不同，孕穗期施硅有利于水稻功能葉生長，分蘗期施硅有利于水稻有效穗數(shù)增加，實現(xiàn)增產(chǎn)。抽穗期施硅對稻米出糙率影響最大，揚花灌漿期對稻米蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量影響最顯著。水稻綜合評價及經(jīng)濟效益分析可知，分蘗期可作為間歇灌溉下水稻推薦施硅時期。本研究結果可為間歇灌溉下制定水稻施硅制度提供依據(jù)，未來需在不同灌溉間歇時間、施硅量和水稻品種下開展進一步研究。