不同耕作模式下施硅量對墾粳7號抗倒伏性能的影響

王文玉, 萬思宇, 張雪松, 王旭, 李佳碩, 鄭桂萍

(黑龍江八一農墾大學農學院， 黑龍江 大慶 163319)

水稻是我國主要糧食作物之一，全國約有60%以上的居民以大米為主食，因此水稻對我國糧食安全起著至關重要的作用[1]。影響水稻安全生產的因素較多，其中影響最嚴重的是病害、冷害、倒伏等[2]。目前，水稻倒伏現象越來越嚴重，一方面是農民為了增加水稻產量，水稻移栽密度大；另一方面由于強降雨、冰雹、暴風等極端天氣多，加劇了倒伏的發生。水稻發生倒伏后，不僅費時費工，而且產量大幅下降[3]。如遇陰雨天氣可能引起霉變和穗發芽，影響稻米品質[4]。因此，研究水稻抗倒伏的能力，采取有效措施防止倒伏的發生具有重要意義。

水稻倒伏可分為根倒伏和莖倒伏兩種情況，一般多發生于抽穗后。前人研究表明，水稻發生倒伏的敏感時期是齊穗后21～30 d，發生倒伏的敏感節位多在莖稈基部的2～3個節間[5-8]。隨著種植密度的增加，水稻群體通風透光變差，易引起倒伏[9-10]。郭相平等[11]研究表明，控制灌溉可以增強水稻莖稈莖粗、莖壁厚度，以及增加莖鞘部分干物質分配比例，提高莖稈充實度，莖稈的機械強度變大，抗折力得到提高，最終倒伏指數降低，抗倒伏能力增強。在肥料方面，有研究顯示，硅、鉀肥配合施用可通過改善莖稈物理化學特性有效增強易倒伏水稻植株的抗倒伏能力[12]。劉紅芳等[13]研究表明，施硅有增加水稻拔節期和成熟期植株硅含量的趨勢，顯著降低水稻莖稈倒伏指數。并且施用硅肥能夠顯著降低水稻基部節間的長度，同時還能增加水稻基部節間的壁厚[14-15]和莖稈橫截面積，顯著提高水稻的抗折力[15-17]，從而有效提高水稻的抗倒伏能力。關于栽培管理措施對水稻植株抗倒伏性的影響，前人研究主要集中于種植密度[9,18]、肥料施用的種類和用量[19-20]、水分管理模式[21-23]等方面，而且都是在某一特定種植方式下進行的，對同一品種在不同耕作模式下噴施不同濃度硅肥植株的抗倒伏能力，目前還鮮有報導，更缺乏比較研究。為此，本研究在平作和壟作(壟作采用黑龍江八一農墾大學水稻研究中心提出的水稻旱平壟作雙側雙深高效栽培新模式[24])兩種耕作模式下，分別噴施不同濃度硅肥，測定計算水稻的株高、節間長度、節間粗度、莖壁厚度、節間干重等莖稈物理性狀和莖稈抗折力、倒伏指數、彎曲力矩等力學特性，并對它們與植株抗倒伏能力的關系進行研究與分析，旨在揭示不同耕作模式下施硅濃度對水稻莖稈特征及其抗倒伏的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及試驗材料

試驗地點：試驗于2019年在黑龍江八一農墾大學水稻中心試驗田進行。北溫帶大陸性季風氣候區，年太陽總輻射量491.1 kJ·cm-2，年降雨量約為427 mm，年蒸發量1 635 mm，年均日照時數達2 726 h，無霜期為166 d，年平均氣溫4.2 ℃，夏季平均氣溫23.2 ℃，農作物生長發育期氣溫日均10 ℃以上。土壤堿解氮123.0 mg·kg-1，有效磷18.6 mg·kg-1，速效鉀191.5 mg·kg-1，有機質含量32.4 g·kg-1，pH為8.2。

供試品種：墾粳7號(黑龍江八一農墾大學提供)，主莖12片葉，株高約88.00 cm，穗長約15.00 cm，千粒重約23.00 g，生育期135 d左右，需≥10 ℃活動積溫2 575 ℃左右。

供試肥料：中化復合肥(N 21.0%，其中緩釋氮素含量為7.0%、P2O515.0%、K2O 16.0%)，尿素(含N 46%)、磷酸二銨(P2O546%、N 18%)、硫酸鉀(含K2O 50%)，離子硅金甲Ⅱ號(阿托菲納中國化工有限公司)。

1.2 試驗方法

1.2.1水稻旱平壟作雙側雙深栽培模式本研究采用水稻旱平壟作雙側雙深栽培兩種模式(圖1)。當土壤墑情適宜時進行秋起壟，同時施肥和鎮壓，要求壟底寬60 cm，壟面寬40 cm，鎮壓后壟高達到10 cm左右。旱起壟的同時，將基肥分層深施于壟中形成一深二淺共三條肥帶，一深肥帶位于壟正中央，將肥施入距壟面6～8 cm深處，選擇具有緩效氮的肥料(中化復合肥)，兩條淺肥帶分別位于深肥帶兩側水平距離10.5～18 cm，將肥施入距壟面2～3 cm深處，選擇速效氮的肥料(常規化肥)，這樣就形成了一壟三肥帶，即實現了苗帶雙側雙深分層分類速緩結合的立體施肥效果。

1.2.2試驗設計試驗采用隨機區組設計，每個處理設3次重復。在平作和壟作兩種耕作模式下，分別設置四個硅肥用量處理，其施用量分別為：D1(0 mL·hm-2)、D2(拔節期、齊穗期、灌漿期分別噴施150 mL·hm-2)、D3(拔節期、齊穗期、灌漿期分別噴施375 mL·hm-2)、D4(拔節期、齊穗期、灌漿期分別噴施600 mL·hm-2)。各處理氮、磷、鉀用量相同(施肥量詳見表1)。小區面積16.8 m2(2.4 m×7.0 m)。氮肥分基肥(80% N)、調節肥(10% N)和穗肥(10% N)施入，鉀肥分基肥(70% K2O)和穗肥(30% K2O)施入，磷肥和有機肥以基肥形式一次性施入。穗肥分兩次施用。小區間筑埂，兩邊設保護行。4月9日播種，5月7日插秧，行距為43 cm×17 cm，穴距為12 cm，每穴5苗。壟作分層施肥，上層(淺肥帶)均為速效肥，下層(深肥帶)均為中化復合肥；平作全層為上下兩層的肥料混合一起施用。

圖1 水稻壟作雙深栽培模式的壟型施肥布局Fig.1 Ridge-type fertilization layout of rice ridge-cropping and double-deep cultivation mode

表1 兩種耕作模式下施肥種類和用量Table 1 Fertilization type and dosage under the two tillage modes (kg·hm-2)

1.3 測定項目及方法

1.3.1田間取樣齊穗期后25 d，在每區調查點連續數20穴，調查處理田塊的平均莖蘗數，再在社區內按照平均莖數取3穴作為代表性樣株，帶根取出后，用自來水沖洗干凈(注意保持莖稈的完整性)，保留葉鞘、葉片和穗并保持不失水，于實驗室每穴取出4個主莖測定株高、重心高、基部第1、2、3、4節間(分別簡寫為N1、N2、N3、N4)的節間長、莖粗和莖壁厚度，測定并計算各節間的抗折力及節間基部到穗頂的長度和鮮重，烘干稱重。

1.3.2測定方法用直尺測量株高與基部各節間長；用電子游標卡尺測量莖粗和莖壁厚度?；扛鞴濋g的抗折力、彎曲力矩和倒伏指數的測定及計算參照文獻[4,25]。

抗折力的測定方法:用自行設計的簡單儀器測定，將待測定的節間莖稈(不失水、保留葉鞘)置于自制的簡單支架上，該節間中點與支架中點對應(支點間距為5 cm)，在節間中點掛一適當的塑膠容器，逐漸加入砝碼至莖稈快要折斷時，再逐漸向盤中加入沙子直至莖稈折斷，此時砝碼、沙子及塑膠容器的重量之和即為該節間的抗折力(g)。

彎曲力矩(cm·g)=節間基部至穗頂長度(cm)×該節間基部至穗頂鮮重(g)

倒伏指數(cm·g·g-1)=彎曲力矩(cm·g)/抗折力(g)×100

重心高測定：按照楊長明等[21]的方法，將植株水平放置于刀口上，重心高為該植株保持平衡時與刀口接觸點到莖稈基部的距離。

單位節間干重(g·cm-1)=某節間干物質重(g)/節間長(cm)

1.4 數據分析

采用DPS 7.05軟件和WPS 2019軟件進行數據統計與分析。

2 結果與分析

2.1 不同耕作模式下硅肥用量對水稻節間配置、株高和重心高的影響

由表2可以看出，不同耕作模式下，隨著硅肥施用量的變化，株高變化規律不盡相同。壟作模式下，隨著硅肥用量增大，株高呈先降低后升高的趨勢，表現為D1>D2>D4>D3；而平作條件下，隨著硅肥用量增大，株高逐漸降低，表現D1>D2>D3>D4，各處理間差異不顯著。在不同耕作模式下均表現為株高不同，重心高也有所不同，并且株高降低，重心高下移的趨勢。從節間長度來看，在一定硅肥用量范圍內，N1、N2節間長度隨著硅肥用量的增加而縮短，達到一定程度后反而伸長；N3、N4長度則相反，呈先伸長后縮短的趨勢。壟作和平作在D3處理時，N1、N2節間長度最短，N3、N4節間長最長。壟作模式下，D3處理N1節間長顯著低于D1，與D2、D4處理差異不顯著；N2節間長略低于其他處理；N3節間長略高于其他處理，處理間差異不顯著；N4節間長顯著高于D1，與D2、D4處理差異不顯著。平作模式下D3處理N1、N2節間長均低于其他處理；N3、N4節間長均高于其他處理。說明在一定范圍內，施硅可以降低N1、N2節間長度，增加N3、N4節間長度。

表2 不同處理下水稻節間配置、株高和重心高Table 2 Internode distribution, plant height and gravity center height of rice under different treatments

2.2 不同耕作模式下硅肥用量對水稻各節間抗折力、彎曲力矩、倒伏指數的影響

倒伏指數是反映水稻植株抗倒性的綜合性指標，倒伏指數與莖稈的抗折力成反比，與彎曲力矩成正比。倒伏指數越小，抗倒伏能力越強，植株就越不易發生倒伏。由表3可知，不同耕作模式下水稻基部節間抗折力、彎曲力矩均表現為N1>N2>N3>N4，倒伏指數變化為N1

不同硅肥用量下，壟作N1至N4抗折力表現為D3>D4>D2>D1;平作N1、N4抗折力表現為D3>D2>D1>D4，N2、N3抗折力表現為D3>D2>D4>D1。壟作D3處理各節間抗折力與D1處理差異達顯著水平。不同硅肥用量下，壟作N1、N3、N4彎曲力矩表現為D3>D2>D4>D1，N2彎曲力矩表現為D3>D4>D2>D1;平作N1至N4彎曲力矩表現為D3>D2>D1>D4處理之間差異不顯著。說明適量的硅肥可以增加各節間抗折力和彎曲力矩，但隨著硅肥用量的增加有下降的趨勢。不同耕作模式下隨著硅肥用量增加，倒伏指數呈現先降低后升高的趨勢。兩種耕作模式均在D3處理時倒伏指數最小，壟作模式下D3處理N1、N2、N3、N4節間倒伏指數較D1分別降低了15.35%、5.18%、5.89%、10.61%，平作模式下D3處理N1、N2、N3、N4節間倒伏指數較D1分別降低了12.20%、6.59%、6.29%、8.70%?；扛鞴濋g倒伏指數與節間粗度、單位節間干重、莖壁厚呈負相關，與株高、重心高呈正相關。壟作的N1節間D3與D1達到顯著水平，平作倒伏指數處理之間差異不顯著?？傮w來說，適宜的施硅用量可以增加抗折力和彎曲力矩，降低倒伏指數，增強稻株的抗倒伏性能。

表3 不同處理下水稻各節間抗折力、彎曲力矩、倒伏指數Table 3 Breaking-resistance strength,bending moment, and lodging index of rice internodes under different treatments

2.3 不同耕作模式下硅肥用量對水稻節間粗、莖壁厚度和單位節間干重的影響

由表4可知，隨著硅肥用量的增多，兩種耕作模式下節間粗、單位節間干重及莖壁厚也相應增大，達到一定值后開始降低。壟作下節間粗表現為D3>D4>D2>D1，其中N1節間D3顯著高于D1。壟作N1、N2、N4莖壁厚度表現為D3>D2>D4>D1，其中D3處理的N1、N2顯著高于D1。平作下N1、N3、N4節間粗表現為D3>D2>D1>D4，N2節間粗為D3>D2>D4>D1，平作N1、N2、N4莖壁厚度表現為D3>D4>D2>D1。壟作和平作不同硅肥處理下單位節間干重均表現為D3>D4>D2>D1。這說明施用硅肥有利于基部節間的增粗，使水稻莖稈粗壯，有利于抗倒伏。

表4 不同處理下水稻節間粗、莖壁厚度和單位節間干重Table 4 Internode diameter, stem wall thickness, and internode dry weight of rice under different treatments

2.4 抗折力和倒伏指數與莖稈主要物理性狀的相關性

不同耕作模式下水稻植株莖稈主要物理性狀與莖稈抗折力和倒伏指數間的相關分析結果(表5)表明，水稻基部節間的抗折力和倒伏指數與莖稈物理性狀關系非常密切。壟作模式下N1、N2、N3、N4抗折力與株高呈負相關，平作下各節間抗折力與株高呈正相關。株高出現相反趨勢可能與不同耕作模式下肥料利用率有關，還有待進一步探究其規律。N1、N2、N3、N4抗折力與重心高呈負相關，壟作模式下達到顯著或極顯著水平。N1、N2節間抗折力與節間長呈負相關，N3、N4節間抗折力與節間長呈正相關。N1、N2、N3、N4抗折力與節間粗、莖壁厚度、單位節間干重等性狀基本上均呈顯著或極顯著的正相關，尤其是節間粗與抗折力相關系數較大。N1、N2、N3、N4倒伏指數與株高重心高呈正相關，各節間倒伏指數與節間長的關系變化趨勢略有不同，N1、N2、N3、N4倒伏指數與節間粗、莖壁厚度、單位節間干重等性狀基本上均呈顯著或極顯著的負相關，尤其是莖壁厚度和單位節間干重與倒伏指數相關系數較大。綜上所述，適當增加節間粗、節間單位節間干重、莖壁厚度、縮短水稻基部第1、2節間長，有利于增加水稻基部節間抗折力，減小倒伏指數，使水稻的抗倒伏性能增強。

表5 抗折力和倒伏指數與莖稈主要物理性狀的相關系數Table 5 Correlation coefficients of breaking-resistance strength, lodging index and main physical traits of stem

3 討論

水稻植株抗倒伏能力與株高、重心高、節間長、節間粗、莖壁厚度和單位節間干重等植株性狀關系十分密切。有研究認為，株高與倒伏指數呈正相關，隨著植株高度的增加，重心高也隨著增高，抗折斷力變差，水稻越易倒伏[26-27]。張明聰等[28]研究表明，株高增加，倒伏指數下降。但也有研究認為，株高與倒伏指數相關性不顯著[29]，或者認為引起倒伏的最直接原因并不是株高。陳健曉等[30]研究表明，施用硅肥后，稻株高度有少量提高。本研究結果表明，在相同氮水平下，施硅后水稻株高呈下降趨勢，并且抗折力增大，倒伏指數降低，說明株高越高倒伏指數越大。水稻的倒伏多發生在N1、N2節間，張明聰等[28]研究指出，基部兩個節間長度越短，植株的抗倒伏能力越強。馬均等[31]研究進一步證實，基部節間相對較短，上部節間適當伸長是水稻高產抗倒的形態學基礎。本研究結果表明，噴施硅肥縮短了N1、N2節間長度，增加了N3、N4節間長度，通過節間的優化配置，提高了水稻抗倒伏能力。這與張忠旭等[32]的研究結果相一致。一般認為，倒伏指數與節間粗、莖壁厚度、單位節間干重呈負相關[12]。本研究結果表明，莖稈基部各節間的倒伏指數與節間粗、莖壁厚度、單位節間干重呈負相關。說明基部節間短而粗，莖壁厚而充實有利于增強其抗倒性。

水稻莖稈的抗折力與株高、重心高、節間長、節間粗、莖壁厚、單位節間干重[33]等諸多因素有關，一般認為，抗折力與株高、重心高、節間長呈負相關，與節間粗、莖壁厚、單位節間干重呈正相關[12]。本研究結果表明，壟作條件下，基部各節間的抗折力與株高、重心高基本上呈顯著或極顯著水平負相關；平作條件下，抗折力與株高呈正比、與重心高呈負相關，差異不顯著。N1、N2抗折力與節間長呈負相關，而N3、N4抗折力與節間長呈正相關，抗折力與節間粗、莖壁厚、單位節間干重呈顯著或極顯著的正相關。陳立強[34]研究表明，壟作較平作提高了肥料利用率。研究表明，隨著施氮量的增加，抗折力和彈性模量減小，抗倒伏能力下降，隨施氮量的增加，莖鞘中淀粉、纖維素、木質素含量降低，從而影響莖稈的倒伏指數和抗倒伏能力[9,26]。而通過養分綜合管理能夠在提高水稻產量的同時，增加水稻的抗倒伏能力，實現高產和強抗倒伏能力的統一。由于肥料利用率的不同可能導致了兩種耕作模式的差異。適量施用硅肥可提高水稻的杭倒伏能力，施用量過少抗倒伏效果不明顯，施硅量過大會使抗倒伏性能降低，所以應根據不同的品種作適當調整[35]。本研究通過考察葉面噴施硅肥對水稻抗伏性的影響，得出噴施適量硅肥能有效增強水稻抗倒伏性，這對于減少倒伏發生、減少產量損失具有重要意義。由于本研究為一年試驗，設置濃度梯度偏少，對于最適濃度還有待進一步研究，也是下一個課題研究的重要內容。本研究表明，在一定范圍內噴施硅肥可降低水稻的株高、重心高，提高水稻抗折力和抗倒伏性能，使N1、N2節間長度縮短，各節間粗度、莖壁厚度、單位節間干重增加。兩種耕作模式下均在硅施用量為375 mL·hm-2時抗倒伏性最好，并且不同的耕作方式使水稻抗倒伏能力存在差異，平作條件下水稻的抗倒性能更優。