不同生育时期施用硅肥对优质食味粳稻产量和品质的影响

杨国英 郭智 盛婧 王国栋 王鑫 陈留根

（江苏省农业科学院循环农业研究中心/农业农村部种养结合重点实验室，南京210014；第一作者：18260410518@163.com；*通讯作者：chenliugen@sina.com）

随着经济的发展和生活水平的改善，人们对稻米品质的要求越来越高，通过栽培技术实现水稻增产和改善稻米品质是主要途径之一[1]。硅是仅次于氮、磷、钾的第四大营养元素。水稻作为喜硅作物，施用硅肥可提高其产量，改善稻米品质[1-3]。因此，研究硅肥施用对水稻产量和品质的影响具有重要意义。以往研究多数是关于硅肥土施对水稻生长发育及产量和品质的影响[1-4]。有关不同时期施用硅肥对水稻产量和品质影响的研究有一些报道，但结果不尽一致。茆卫华等[5]研究了不同时期喷施叶面硅肥对水稻产量影响时得出，喷施叶面硅肥可增加有效穗数、穗粒数、结实率，使产量增加5.0%～8.0%，其中拔节期喷施叶面硅肥的增产效果要好于抽穗期。王艳红等[6]通过研究不同生育时期喷施叶面硅肥对水稻产量及其构成因子的影响得出，喷施叶面硅肥提高了有效穗数、每穗总粒数、结实率、千粒重，产量增加1.5%～13.2%，其中分蘖盛期喷施比分蘖初期、抽穗期喷施增产显著。杜同庆等[7]研究认为，喷施硅肥使水稻产量提高0.7%～3.2%，产量增加的主要原因是穗粒数和千粒重增加，其中拔节期和孕穗期2 次喷施硅肥产量增幅最大，其次为孕穗期喷施，拔节期喷施增产效果最小。朱薇等[8]研究表明，叶面喷施硅肥对水稻产量有较大的提升作用，水溶性硅肥在拔节期和抽穗期喷施2 次的处理产量略高于拔节期1 次喷施处理。

有关不同生育时期喷施硅肥对稻米品质的影响研究已有一些报道。张磊等[9]研究认为，孕穗期喷施硅肥可增加精米率、整精米率，降低垩白、直链淀粉含量，对稻米品质有明显改善作用。杜同庆等[7]分别研究了拔节期、孕穗期、拔节期+孕穗期喷施硅肥处理对稻米品质的影响，认为不同生育时期喷施硅肥均提高了精米率、整精米率和蛋白质含量，降低了垩白粒率、垩白度和直链淀粉含量。任海等[10]研究了苗期、拔节期+抽穗期、苗期+拔节期+抽穗期喷施硅肥处理对稻米品质的影响时也得出，不同生育时期喷施硅肥均使稻米垩白粒率、垩白度降低，同时提高了糙米率、精米率和整精米率。

综上所述，叶面喷施硅肥对水稻具有增产作用，同时提高加工品质和外观品质，对蒸煮食味品质也有一定的改善作用。目前关于不同生育时期施用硅肥对优质食味粳稻产量和品质影响的研究较少，更缺乏系统的比较研究。因此，本研究探讨了不同生育时期施用硅肥对优质食味粳稻产量和品质的影响，并采用主成分分析进行综合评价，确定优质食味粳稻适宜的硅肥施用方式，为优良食味粳稻合理施硅提供理论基础和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

选用由江苏省农业科学院选育的常规迟熟优良食味中粳稻品种南粳9108 为试材。硅肥选用山东淄博山佳硅铝新材料股份有限公司生产的“鲁佳1 号”水溶硅肥（SiO2＞20%）。

1.2 试验设计

试验于2018 年6—10 月在江苏省农业科学院溧水植物科学基地进行，试验点年均气温15.5℃，年均日照2 145.8 h，年均降雨量1 036.9 mm，年无霜期237 d，水稻生长期间平均温度、湿度、日均净辐射和降雨量见表1。试验田土壤属黄棕壤，基本理化性状为：pH 值6.21，有机质16.62 g/kg，全氮0.87 g/kg，全磷0.24 g/kg，碱解氮35.16 mg/kg，速效磷11.84 mg/kg，速效钾89.23 mg/kg。

采用随机区组试验设计，共设置8 个处理：不施肥（CK1）、常规施肥（CK2）、常规施肥+硅肥浸种（T1）、常规施肥+硅肥浸种+苗期喷施硅肥15 kg/hm2（以SiO2计）（T2）、常规施肥+硅肥浸种+拔节期喷施硅肥15 kg/hm2（T3）、常规施肥+硅肥浸种+抽穗期喷施硅肥15 kg/hm2（T4）、常规施肥+硅肥浸种+苗期20%、拔节期30%、抽穗期50%喷施硅肥15 kg/hm2（T5）、常规施肥+硅肥浸种+苗期1/3、拔节期1/3、抽穗期1/3 喷施硅肥45 kg/hm2（T6）。每个处理3 次重复，共24 个小区，每个小区面积30 m2。为了防止养分和水分的交换，试验大区间以土埂（塑料薄膜包埂）隔开。

5 月16 日播种，6 月20 日移栽，栽插规格为30 cm× 13 cm，每丛插3～4 苗。

常规施肥为当地大田高产施肥水平，氮（N）肥用量330 kg/hm2，磷（P2O5）肥用量90 kg/hm2，钾（K2O）肥用量135 kg/hm2。磷肥全作基肥，以复合肥形式施入；钾肥作基蘖肥、促花肥施用，以KCl 形式施入；氮肥中基蘖肥∶穗肥=6∶4。其他栽培措施同当地水稻高产栽培。

表1 水稻生长期间平均温度、湿度、日均净辐射和降雨量

1.3 测定项目及方法

1.3.1 产量及产量构成因素

在水稻成熟前10 d 左右调查各小区群体单位面积穗数（每小区50 丛），根据平均每丛穗数，选取有代表性稻株10 丛，人工脱粒后计算平均每穗粒数。以水漂法区分饱粒和空秕粒，在垩白仪上区分空粒和秕粒，分别统计饱粒、秕粒和空粒数，据此计算饱粒率、空粒率和秕粒率，饱粒烘干至恒质量后称重。成熟期每个处理取样2 m2，测定各小区水稻实际产量。

1.3.2 源强度、库强度和源库比

根据单位面积穗数、每穗颖花数、千粒重，计算库容量[11]。源强度用成熟期总生物量表示。库容量=单位面积穗数×每穗粒数×粒重；源库比=成熟期总生物量/库容量。

1.3.3 稻米品质

参照GB/T17891-1999《优质稻谷》测定糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率、垩白度、胶稠度等。采用瑞典FOSS 公司生产的1241 型近红外快速品质分析仪测定精米蛋白质含量、直链淀粉含量。

1.3.4 淀粉黏滞谱（RVA）分析

采用澳大利亚Newport Scientific 仪器公司生产的Super 3 型RVA 快速测定淀粉黏滞谱特征参数，用TWC（Thermal Cy-clefor Windows）配套软件分析。按照美国谷物化学家协会（AACC）规程（1995261202）和RACI 标准方法测定：当米粉含水量为12%时，样品量为3 g，蒸馏水为25 g。在搅拌过程中，罐内温度50℃下保持1 min，以11.84℃/min 的速度升温至95℃（3.8 min）并保持2.5 min，再以11.84℃/min 的速度下降至50℃并保持1.4 min。搅拌器的转动速度在起始10 s 内为960 转/min，之后保持在160 转/min。稻米RVA 谱特征参数包括最高黏度、最终黏度、热浆黏度、消减值及崩解值等。

表2 不同生育时期施用硅肥对南粳9108 产量及其构成因素的影响

表3 不同生育时期施用硅肥对南粳9108 库容量、源强度和源库比的影响

1.4 数据分析

用Microsoft Excel 2010 录入和整理数据，用SPSS软件进行统计分析，采用LSD 法进行多重比较，采用Origin 进行作图。

2 结果与分析

2.1 施用硅肥对优质食味粳稻产量及其构成因素的影响

由表2 可知，施用硅肥均有一定的增产作用，但不同时期施用的增产效果存在差异。与CK2 相比，T6、T5、T3、T4 处理产量分别增加7.1%、4.2%、3.6%、2.7%，差异显著；T1 和T2 处理略有增加，差异不显著。

从水稻产量构成因素来看，施硅肥能协调提高单位面积穗数、每穗颖花数、结实率和千粒重，较CK2 分别增加0.2%～2.2%、0.2%～3.1%、0%～0.8%、0%～0.9%（表2）。与CK2 相比，T1、T2 和T4 处理的单位面积穗数增幅较小，而T3、T5 和T6 处理的增幅较大，分别为1.2%、1.3%和2.2%。T1、T2、T4 处理的每穗颖花数与CK2 处理差异不显著，而T3、T5、T6 处理较CK2 显著增加，其增幅分别为2.1%、1.8%和3.1%。与CK2 相比，T6 处理的千粒重显著增加0.9%，而其他施硅处理与CK2 差异不显著。结实率在不同硅肥处理间差异不显著。不同硅肥处理下，单位面积穗数、每穗颖花数、千粒重和结实率变异系数分别为5.84%、7.40%、0.46%和0.38%，表明不同硅肥处理下每穗颖花数对产量影响最大，其次是单位面积穗数。因此，在稳定提高单位面积穗数的基础上，通过主攻大穗，并促进库容的充实，是叶面喷施硅肥增产的主要途径。

2.2 施用硅肥对优质食味粳稻源库关系的影响

由表3 可知，施用硅肥不同程度提高了水稻库容量、源强度和源库比，较CK2 分别增加0.4%～6.2%、1.1%～28.6%、0.7%～21.1%。与CK2 相比，T1、T2 处理的库容量略有增加，但差异不显著；T3、T4、T5 和T6 处理显著高于CK2，增幅分别为3.4%、2.0%、3.7%和6.2%。以上数据表明，拔节期、抽穗期喷施硅肥对库容量的影响显著高于苗期，苗期、拔节期和抽穗期喷施3 次硅肥处理（T5 和T6）对库容量的增加效果好于喷施1 次的处理（T2、T3、T4）。与库强度类似，T1 和T2 处理的源强度和源库比较CK2 增幅较小，而T3、T4、T5 和T6 处理较CK2 显著增加。与CK2 相比，T3、T4、T5 和T6 处理的源强度分别增加23.0%、20.3%、25.0%和28.6%，源库比分别增加18.9%、18.0%、20.6%和21.1%。

2.3 施用硅肥对优质粳稻品质的影响

2.3.1 对加工品质和外观品质的影响

由表4 可知，T1、T2 处理的糙米率、精米率及整精米率与CK2 相比差异均不显著，表明硅肥浸种及硅肥浸种+苗期喷施硅肥对稻米加工品质无显著影响。T3、T4、T5 和T6 处理间的糙米率、精米率及整精米率差异不显著，但均显著高于CK2。与CK2 相比，T3、T4、T5 和T6 处理糙米率分别提高0.7%、0.8%、1.0%和0.8%，精米率分别提高2.7%、2.0%、2.2%和2.2%，整精米率分别提高3.2%、2.8%、3.9%和3.3%。

表4 不同生育时期施用硅肥对南粳9108 稻米加工和外观品质的影响 （单位：%）

表5 不同生育时期施用硅肥对南粳9108 稻米营养与食味品质的影响

从表4 可见，T1、T2 处理对稻米垩白粒率和垩白度的影响不显著，而T3、T4、T5、T6 处理显著降低稻米垩白粒率和垩白度。T3、T4、T5、T6 处理稻米垩白粒率较CK2 分别降低33.9%、25.8%、34.4%和35.0%，垩白度分别降低32.9%、18.9%、47.4%和47.8%。此外，T5 和T6 处理的垩白粒率和垩白度要低于T2、T3 和T4 处理，表明喷施3 次硅肥处理较喷施1 次硅肥处理更有利于稻米外观品质的提升。

2.3.2 对营养与蒸煮食味品质的影响

由表5 可知，不同硅肥处理对稻米蛋白质含量的影响较显著，而对直链淀粉含量和胶稠度的影响不显著。T1、T2 处理的蛋白质含量与CK2 相比差异均不显著；T3、T4、T5 和T6 处理间蛋白质含量差异不显著，但均显著低于CK2；与CK2 相比，T3、T4、T5 和T6 处理稻米蛋白质含量分别降低8.5%、8.1%、9.6%和10.0%。不同生育时期施用硅肥对稻米直链淀粉含量和胶稠度的影响不显著，但T6 处理稻米胶稠度最大，达77.00 mm，较CK2 显著增加2.2%。

2.3.3 对淀粉黏滞谱特性的影响

由表6 可知，与CK2 相比，T1、T2、T3、T4 和T5 对稻米淀粉黏滞谱特性的影响不显著，但T6 处理显著提高峰值黏度、崩解值、最终黏度。此外，喷施3 次硅肥处理的峰值黏度、热浆黏度、崩解值及最终黏度均高于喷施1 次硅肥处理。

2.3.4 施用硅肥处理稻米品质指标的相关性分析

由表7 可知，整精米率与糙米率、精米率、胶稠度呈极显著的正相关关系；整精米率、精米率、糙米率、胶稠度与垩白粒率、垩白度、蛋白质含量均呈极显著负相关关系；胶稠度与糙米率、精米率和整精米率均呈极显著的正相关关系；籽粒蛋白质含量与精米率、整精米率、胶稠度均呈极显著负相关关系，与垩白粒率、垩白度均呈极显著正相关关系。源库比与糙米率、精米率、整精米率、胶稠度呈显著正相关关系，与垩白粒率、垩白度、蛋白质含量呈极显著负相关关系。

2.3.5 施用硅肥对优质食味粳稻产量和品质的综合评价

利用主成分分析对不同硅肥处理的效果进行综合评价。主成分分析得出的3 个主成分的特征值、方差贡献率、累计方差贡献率及特征向量如表8 所示。3 个主成分的特征值分别为10.44、6.31 和3.62，方差贡献率分别为46.98%、28.69%和16.47%，累计方差贡献率达92.13%，即这3 个主成分涵盖了原始数据信息总量的92.13%。第一主成分中起主要作用的指标是稻米加工品质、外观品质和营养品质指标，称其为稻米品质因子；第二主成分中起主要作用的指标主要包括单位面积穗数、每穗颖花数、水稻产量、库容量、源强度等，这些指标分别反映了水稻产量形成情况，可称其为产量形成因子；第三主成分中起主要作用的指标与稻米黏滞谱特性有关的指标，因此把第三主成分称为淀粉黏滞谱特性因子。

表6 不同生育时期施用硅肥对南粳9108 淀粉黏滞谱特性的影响

表7 主要品质指标的相关性分析

由于3 个主成分作用不同，因此在主成分得分的基础上利用隶属函数法进行数值转换，得到各处理的隶属函数值和综合评价值。由图1 可知，在第一、二主成分上，T6 处理隶属函数值最高，其次是T5 和T4 处理，T1、T2 隶属函数值较低，表明T1 和T2 处理对稻米品质和产量提升效果不明显。在第三主成分上，T6 隶属函数值最高，T1～T5 处理的隶属函数值均较低，表明T1～T5 处理对稻米淀粉黏滞谱特性的影响不明显。根据综合评价值情况，不同硅肥处理对水稻品质和产量综合影响的大小依次为T6＞T5＞T4＞T3＞T2＞T1（图1）。

3 讨论

3.1 不同生育时期施用硅肥对优质食味粳稻产量的影响

前人研究表明，不同生育时期施用硅肥对水稻均有一定的增产作用。茆卫华等[5]研究认为，喷施叶面硅肥对扬辐粳8 号有明显的增产作用，与对照相比，拔节期、抽穗期、拔节期和抽穗期各喷1 次叶面硅肥增产幅度分别为5.2%、3.2%、7.9%。王艳红等[6]研究认为，与不喷施叶面硅肥相比，分蘖初期、分蘖盛期、抽穗灌浆期喷施叶面硅肥均能显著增加Y 两优143 产量，其增幅分别为4.5%、13.2%、1.5%。杜同庆等[7]对淮北地区不同时期喷施硅肥对水稻产量的影响的研究表明，孕穗期喷施硅肥产量最高，较不喷施硅肥增产3.2%，其次是拔节期+孕穗期喷施硅肥处理，增产1.8%，拔节期喷施硅肥增产幅度最小，为0.7%。本研究表明，在常规施肥加硅肥浸种的基础上喷施硅肥均有一定的增产作用，其增产幅度为0.4%～7.1%，其中拔节期喷施硅肥增产幅度（T3，3.6%）＞抽穗期喷施硅肥（T4，2.7%）＞苗期喷施硅肥（T2，0.8%）。从产量构成因素来看，与CK2 相比，T2 处理提高了单位面积穗数（增幅为0.7%），T3 处理主要提高了单位面积穗数和每穗颖花数（增幅分别为1.2%和2.1%），T4 处理的每穗颖花数、结实率、千粒重均有不同程度的增加（增幅分别为1.4%、0.7%、0.5%）。不同硅肥处理下，产量的主要变异主要来自单位面积穗数和每穗颖花数（变异系数分别为5.8%和7.4%），因此，单次硅肥喷施处理的产量增幅表现为T3＞T4＞T2。T6 处理的单位面积穗数、每穗颖花数、结实率和千粒重均高于T2、T3、T4 处理，因此其产量增幅达7.1%，高于苗期、拔节期、抽穗期1 次喷施处理。T5 处理的单位面积穗数、每穗颖花数、结实率和千粒重虽均未达到最高水平，但不同产量构成因素之间较为协调，使得群体生长也较为合理，因此其增产幅度（4.2%）高于T2、T3、T4 处理。

表8 不同硅肥处理的主成分分析

图1 不同硅肥处理的各主成分隶属函数值和综合评价值（图a、b、c 分别代表第一主成分、第二主成分、第三主成分隶属函数值，图d 代表综合评价值）

3.2 不同生育时期施用硅肥对优质食味粳稻品质的影响

有研究表明，叶面喷施硅肥能改善稻米品质，主要使糙米率、精米率和整精米率显著提高，垩白粒率和垩白度显著降低，从而提高稻米的加工品质和外观品质[9-10]。同时，叶面喷施硅肥还可降低直链淀粉含量，提高蛋白质含量，改善营养品质和蒸煮食味品质[7]。本研究表明，在常规施肥基础上，硅肥浸种、硅肥浸种+苗期喷施硅肥对稻米加工品质及外观品质无显著影响，而常规施肥加硅肥浸种基础上，拔节期喷施硅肥、抽穗期喷施硅肥、苗期+拔节期+抽穗期喷施3 次硅肥均能提高稻米加工品质，改善外观品质。此外，苗期+拔节期+抽穗期喷施3 次硅肥较喷施1 次硅肥更有利于稻米加工品质和外观品质的提升。陶龙兴等[13]研究了库源关系对稻米品质的影响，他们认为，源库比大可以明显提高稻米整精米率，降低稻米的垩白粒率和垩白度。袁继超等[14]发现，源库比降低，灌浆物质供应不足，灌浆速率降低，灌浆期延长，籽粒充实度差；而增加源库比则使水稻充实度提高，加工品质变优。此外，垩白粒率和垩白度与糙米率、精米率、整精米率、胶稠度呈显著负相关[15-16]。因此，叶面喷施硅肥可能是通过协调提高源强度和库容量，提高稻米加工品质，改善稻米外观品质。直链淀粉含量与米饭质地的多项物理特性尤其是硬度、凝聚性和黏度具有十分密切的关系，直链淀粉含量过高或过低，米饭品质均较差[17-18]，降低蛋白质含量有助于改善食味品质[19-21]。李小为等[22]研究认为，施硅提高了稻米蛋白质含量，但对直链淀粉含量的影响较小。商全玉等[2]研究表明，施硅对北方粳稻直链淀粉含量和蛋白质含量的影响均不显著。本研究中，不同时期施用硅肥对稻米直链淀粉含量的影响不显著，但降低了蛋白质含量。

3.3 不同生育时期施用硅肥对南粳9108 产量和品质影响的综合评价

由于不同时期施用硅肥对水稻产量和品质的影响存在差异。因此，使用单个或几个指标很难全面评价不同硅肥施用方式对水稻产量和品质的影响。此外，各单项指标间存在一定的相关性，多指标间容易发生信息的重叠，且各指标的重要程度不同[23]。因此，有必要运用多元分析方法综合评价不同硅肥施用方式的影响。本研究利用主成分分析方法和隶属函数法，用3 个主成分来概括了8 个产量形成指标、8 个品质指标和6个淀粉黏滞谱特性指标，此3 个主成分涵盖了原始数据信息总量的92.13%，且是综合的、相互独立的指标，避免了重复信息的干扰，比较客观的反映了不同硅肥施用方式对水稻产量和品质的影响[24-26]。根据综合评价值情况，不同生育时期硅肥处理对水稻品质和产量影响的大小依次为T6>T5>T4>T3>T2>T1。

4 结论

不同生育时期施用硅肥对水稻有一定的增产效果，在稳定提高单位面积穗数的基础上，通过主攻大穗，并促进库容的充实，是叶面喷施硅肥增产的途径之一。在常规施肥加硅肥浸种的基础上，喷施硅肥45 kg/hm2，苗期1/3、拔节期1/3、抽穗期1/3 的处理对优质食味粳稻产量和品质提升效果最佳；其次是喷施硅肥15 kg/hm2，苗期喷20%、拔节期喷30%、抽穗期喷50%的处理。基于硅肥投入、水稻产量和品质综合考虑，在常规施肥加硅肥浸种基础上，优质食味粳稻推荐硅肥喷施方式为：喷施硅肥15 kg/hm2，苗期喷20%、拔节期喷30%、抽穗期喷50%。