韓曉楠，孫書洪，2，馬文慧，薛 鑄，2

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

0 引 言

隨著水資源短缺問題日益嚴(yán)重，在農(nóng)業(yè)灌溉方面，合理開發(fā)利用微咸水資源成為解決問題的一個重要途徑。硅肥是水稻生長所需的第四大營養(yǎng)元素，能促進(jìn)水稻根系發(fā)育，改變?nèi)~片形態(tài)、提高抗倒性、增加干物質(zhì)積累。水稻作為重要的糧食作物之一，探究其合理的硅肥-微咸水灌溉方式，對于開發(fā)利用微咸水資源，減輕土壤鹽漬化，提高肥料的使用效率，以及發(fā)展農(nóng)業(yè)、種植業(yè)等方面有著十分重要的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義。國外的一些學(xué)者采用2.4～4.8 g/L微咸水灌溉，在合理的田間管理下，棉花的產(chǎn)量較之前淡水灌溉反而有所增加[1]。在我國，通過開展微咸水灌溉，發(fā)現(xiàn)土壤中累積的鹽分有著明顯的下降，微咸水灌溉對鹽分可以起到一定的淋洗作用[2]；而在微咸水灌溉的基礎(chǔ)上，通過施肥管理等手段可以進(jìn)一步起到控鹽增產(chǎn)的作用[3]。目前在微咸水灌溉條件下，施加硅肥對水稻鹽分脅迫的緩解作用尚未有系統(tǒng)研究。因此本試驗(yàn)通過開展試驗(yàn)研究，探究不同鹽分脅迫下施加不同硅肥量對水稻生長性狀的影響，以期找到最佳水肥鹽調(diào)控方案。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在濱海地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水研究中心試驗(yàn)站進(jìn)行，地處北緯38°85′，東經(jīng)117°21″，屬華北平原，地勢平坦。試驗(yàn)地屬暖溫帶季風(fēng)型氣候，全年降雨天數(shù)約為65～75 d，年平均降水量550～650 mm，降雨多集中在6-8月，降雨量占全年約70%左右。日照時數(shù)約為2 600～2 800 h，日照時間較長。在試驗(yàn)基地內(nèi)布設(shè)氣象站，全年對降雨及蒸發(fā)進(jìn)行監(jiān)測，水稻生育期內(nèi)氣象條件見圖1。試驗(yàn)地四季變化明顯，春季約70 d 左右；夏季長達(dá)90～110 d，天氣炎熱，風(fēng)速較??；秋季約65 d左右，降雨集中，風(fēng)速較?。欢咎鞖夂?，風(fēng)速較大，平均風(fēng)速為2～4 m/s，平均氣溫在10～13 ℃，多為西南風(fēng)。試驗(yàn)基地地勢平坦，0～60 cm 土層干容重為1.46 g/cm3。試驗(yàn)區(qū)土壤中有機(jī)質(zhì)含量為11.9 g/kg，水解氮含量為55.4 mg/kg，速效磷含量為6.4 mg/kg，速效鉀含量為156 mg/kg，硝態(tài)氮含量為8.1 mg/kg，土壤pH值為7.93，見表1。

表1 土壤的基本理化性質(zhì)Tab.1 Basic physical and chemical properties of soil

圖1 2020年生育期內(nèi)氣象數(shù)據(jù)Fig.1 2020 meteorological data during the reproductive period

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

水稻品種選用“津原89”，采用田間小區(qū)試驗(yàn)。水稻試驗(yàn)測坑尺寸為1.2 m×0.9 m×1.0 m(長×寬×高)。每測坑栽插24 穴、每穴6 苗、行距30 cm、株距15 cm。試驗(yàn)肥料統(tǒng)一采用尿素（N 46%），復(fù)合肥（N 24%，P2O520%，K2O 10%），硅肥（SiO2≥290 g/L）采用葉面噴施。在各生育期分別對水稻進(jìn)行不同礦化度的微咸水灌溉，設(shè)置3 個微咸水礦化度處理(W1，W2，W3)和1個對照處理（CK），礦化度分別為3、4、5 g/L和0；設(shè)置3 個硅肥水平（F0，F(xiàn)1，F(xiàn)2），施肥量為0、6、12 kg/hm2，共12 種處理方式[4]，每種處理方式3 組重復(fù)。試驗(yàn)期間，對不同處理組的水稻均進(jìn)行充分灌溉，試驗(yàn)處理見表2。

表2 試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)Tab.2 Design of experimental treatment

表3 2020年施肥情況Tab.3 Fertilization in 2020

1.3 指標(biāo)測定方法

1.3.1 株高測定

選取各個不同試驗(yàn)處理的測坑里代表性5穴，測量由土面量至第二高度葉尖與第三高度葉尖，取其平均值為該穴平均株高。

1.3.2 葉面積測定

水稻葉面積計(jì)算式為：

式中：k為修正系數(shù)，取0.75；L為葉片最大長度，cm；W為葉片最大寬度，cm。

1.3.3 水稻穗粒數(shù)測定

選取不同試驗(yàn)處理的測坑里代表性5穴，數(shù)出每穗所結(jié)穗粒數(shù)，最終取其平均值。

20世紀(jì)90年代，美國哈佛大學(xué)的教授根據(jù)服務(wù)性企業(yè)的數(shù)據(jù)，對利潤與市場份額在企業(yè)中兩者的關(guān)系進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)，在企業(yè)的利潤中顧客的忠誠度是一個相當(dāng)重要的重要因素。每爭取一位新顧客所花成本是維系一位老顧客的5-10倍；而維系一位老顧客給予企業(yè)的價值是開發(fā)一個新顧客所無法給予的。在20世紀(jì)初意大利經(jīng)濟(jì)學(xué)家帕累托提出的二八營銷法則也表明，80%的公司利潤來自20%的重要客戶，企業(yè)經(jīng)營利潤的最大來源是占企業(yè)顧客群體中20%的忠誠顧客的重復(fù)購買[2]。這些數(shù)據(jù)表明了忠實(shí)顧客對于企業(yè)的重要性，及提高顧客忠誠度的必要性。

1.3.4 水稻千粒重及產(chǎn)量測定

（1）先將樣本穗子的籽粒全部脫粒，然后用清水漂洗，將空秕粒和飽粒分開，沉入水底的是飽粒，漂浮在水面上的是空秕粒，分別撈出置于烘箱中烘干或太陽下曬干后，分別計(jì)數(shù)。

（2）飽粒數(shù)的計(jì)數(shù)方法。先稱取飽?？傊?精確至0.01 g)，然后隨機(jī)稱取3個30 g飽粒，分別數(shù)記其粒數(shù)，求得飽粒平均千粒重，就可算得總飽粒數(shù)。

（3）結(jié)實(shí)率和千粒重。結(jié)實(shí)率為飽粒數(shù)占總粒數(shù)的百分率。千粒重為1 000個飽粒重量，單位為g。

（4）產(chǎn)量。在成熟期時，于每測坑隨機(jī)抽取5 穴進(jìn)行取樣，測定其有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)、每穗成粒數(shù)、千粒重等。此外，還統(tǒng)計(jì)每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率及千粒重(選取1 000粒進(jìn)行測定)，并求出其理論產(chǎn)量[5]。

1.3.5 水分利用效率

水分利用效率計(jì)算公式為：

式中：WUE為水稻灌溉水利用效率，kg/m3；Y為作物產(chǎn)量，kg/m3；I為灌溉用水量，m3/hm2，P為降雨量，m3/hm2。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)針對水稻全生育期，在各生育期對其生長形狀進(jìn)行測量取樣，數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel 2016 和SPSS 26.0 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。試驗(yàn)結(jié)果趨勢一致，重復(fù)性較好，以2020年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同硅肥量對水稻株高的影響

不同微咸水灌溉模式下對水稻株高的影響不同，水稻植株生長環(huán)境的肥力水平影響著株高的發(fā)育，施加一定量的硅肥能整體促進(jìn)株高的增長，進(jìn)而影響水稻產(chǎn)量。由圖2（a）可知，水稻在全生育期淡水灌溉下，適量施加硅肥能明顯發(fā)現(xiàn)株高增加，而由硅肥施用量為6 kg/hm2增至12 kg/hm2時，株高反而由提高4.96%變成減少11.24%，說明硅肥在淡水灌溉處理下并不是一味的促使株高增加，反而會在一定程度上影響水稻株高，在該灌水礦化度下，硅肥施用量為6 g/hm2最佳。由圖2（b）可知，在全生育期3 g/L 微咸水灌溉下，能發(fā)現(xiàn)硅肥的施用能使株高增長，少量的硅肥不能明顯促進(jìn)株高的增長，當(dāng)施加12 kg/hm2硅肥時，株高可提高14.51%，在該灌水處理下，說明硅肥能促進(jìn)水稻株高增長。由圖2（c）可知，在全生育期4 g/L 微咸水灌溉下，水稻株高隨著硅肥施用量的增加呈遞增趨勢，施加6 kg/hm2、12 kg/hm2硅肥比未施加硅肥的處理分別提高7.62%、20.00%，說明硅肥能緩解鹽分脅迫，促進(jìn)植株的生長發(fā)育。由圖2（d）觀察可知，在全生育期5 g/L微咸水灌溉下，施加硅肥對水稻株高的增長無明顯變化，此時12 g/hm2的硅肥施用量已經(jīng)不能抑制該礦化度下的鹽分脅迫，該礦化度能夠明顯抑制水稻生長，對其生理發(fā)育造成影響，施加硅肥已無法緩解其鹽分毒害。經(jīng)過分析水稻株高在不同灌水礦化度下的變化情況，能夠發(fā)現(xiàn)硅肥在淡水情況下作用效果不明顯，而在鹽分脅迫下能夠明顯起到緩解作用，促進(jìn)植株生長發(fā)育，但在重度鹽分脅迫下已無法緩解其鹽分脅迫對水稻生理損害。

圖2 不同水處理下硅肥對株高的影響Fig.2 Effect of silicon fertilizer on plant height under different water treatment

由表4可以看出在所有處理中，各個生育期對水稻株高的影響未存在顯著差異。在淡水灌溉水平下，施加硅肥，分蘗期、拔節(jié)期存在差異。在3 g/L 微咸水灌溉水平下，施加硅肥在拔節(jié)期對水稻株高有影響。在4 g/L 微咸水灌溉水平下，施加不同硅肥量在不同生育期對株高的影響有明顯差異，在灌漿期、成熟期差異尤為明顯，說明硅肥在該礦化度下作用顯著。在5 g/L 微咸水灌溉水平下，施加硅肥株高增長顯著的為拔節(jié)期、孕穗期，顯著性表現(xiàn)為F2=F1＞F0，說明硅肥在該礦化度下作用效果不明顯。根據(jù)表4，分析施加硅肥在不同處理下各生育期的株高變化，表明施加硅肥在鹽分脅迫下作用效果明顯，能在一定程度上抑制鹽分脅迫，在不同的鹽分脅迫下，應(yīng)調(diào)節(jié)適宜的硅肥量，才能促進(jìn)水稻株高的增長，從而促進(jìn)植株的生長發(fā)育，提高產(chǎn)量。

表4 不同處理下各生育期株高的變化 cmTab.4 Changes of plant height at different growth stages under different treatments

2.2 不同硅肥量對水稻葉面積的影響

水稻葉面積的大小是反映水稻光合能力的重要指標(biāo)之一，良好的葉面積指數(shù)有利于水稻提高光合速率，從而提高光合同化能力，增加同化物的積累，加快同化物的轉(zhuǎn)運(yùn)，最終影響產(chǎn)量。由圖3（a）分析可得，在淡水處理下，施加6 kg/hm2硅肥比未施加硅肥的處理葉面積增長0.56%，而硅肥量為12 kg/hm2比未施加硅肥的處理葉面積反而降低14.86%，施加硅肥比未施加硅肥處理下的葉面積增長更低，說明單方面增加硅肥量不能保證其葉面積增加，硅肥在淡水處理中的效果并不明顯。如圖3（b），在全生育期3 g/L 微咸水灌溉下，隨著施加硅肥量的增加能促使水稻葉面積增加，當(dāng)硅肥量為12 kg/hm2時比未施加硅肥的處理最多增長16.19%，說明硅肥能在一定程度上抑制鹽分脅迫，增大葉面積，促進(jìn)水稻生長發(fā)育。由圖3（c）可知，在全生育期4 g/L 微咸水灌溉下，增加硅肥施用量能使水稻葉面積明顯高于其他處理，施加6 kg/hm2及12 kg/hm2硅肥相較于未施加硅肥的處理，葉面積分別增長6.13%、18.45%，說明硅肥能促進(jìn)水稻生長發(fā)育。由圖3（d）可知，在全生育期5 g/L 微咸水灌溉下，能發(fā)現(xiàn)施加硅肥，可以保證水稻的基本生長，但在該鹽分脅迫下，施加硅肥已不能起到明顯的促進(jìn)作用，考慮鹽分脅迫對其根部造成損傷，阻礙營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，影響葉面積的生長。經(jīng)過分析不同礦化度下施加硅肥對水稻葉面積的變化，說明在一定鹽分脅迫下，施加適量硅肥能緩解鹽分脅迫，增大水稻葉面積，促進(jìn)植株生長發(fā)育。

圖3 不同水處理下硅肥對葉面積的影響Fig.3 Effect of silicon fertilizer on leaf area under different water treatment

由表5可以看出在所有處理中，各個生育期對水稻葉面積的影響存在顯著差異。在淡水灌溉水平下，施加不同硅肥量，只有分蘗期有差異。在3 g/L 微咸水灌溉水平下，隨著硅肥施用量的增加，水稻葉面積有差異，不施加硅肥與施加6 kg/hm2及12 kg/hm2硅肥之間無明顯差異。在4 g/L 微咸水灌溉水平下，施加不同硅肥量在不同生育期對葉面積的影響無明顯差異。在5 g/L 微咸水灌溉水平下，施加不同硅肥量對葉面積的影響并不顯著，在拔節(jié)孕穗其有顯著性差異為F2＞F1=F0。表明施加硅肥能在一定程度上抑制鹽分脅迫，在不同的鹽分脅迫下，應(yīng)調(diào)節(jié)適宜的硅肥量，才能促進(jìn)水稻葉面積的增加，從而促進(jìn)植株的生長發(fā)育，提高產(chǎn)量。

2.3 不同硅肥量對水稻產(chǎn)量及灌溉水利用效率的影響

由表6可以看出在所有處理中，各個生育期對水稻產(chǎn)量的影響存在顯著差異。在淡水灌溉水平下，施加不同硅肥量，產(chǎn)量存在差異，其中施加6 kg/hm2硅肥比未施加硅肥的處理減產(chǎn)19.15%。在3 g/L 微咸水灌溉水平下，施加不同硅肥量對穗粒數(shù)有明顯差異，而穗粒數(shù)對產(chǎn)量的影響較大，施加12 kg/hm2硅肥量的處理差異最為顯著，比未施加硅肥的處理產(chǎn)量提高12.80%。在4 g/L 微咸水灌溉水平下，同樣是穗粒數(shù)中的差異最為明顯，差異表現(xiàn)為F2＞F1＞F0，施加6 kg/hm2、12 kg/hm2硅肥相較于未施加硅肥的處理，產(chǎn)量分別提高10.12%、14.66%。在5 g/L 微咸水灌溉水平下，施加不同硅肥量對穗粒數(shù)、產(chǎn)量的影響最為顯著，顯著性表現(xiàn)為F2＞F0＞F1，在硅肥量為12 kg/hm2水平下，產(chǎn)量提高11.02%，表明施加硅肥能在一定程度上抑制鹽分脅迫，在不同的鹽分脅迫下，應(yīng)調(diào)節(jié)適宜的硅肥量，才能促進(jìn)植株的生長發(fā)育，提高產(chǎn)量。

基于本試驗(yàn)研究，在未施加硅肥、施加6 kg/hm2以及施加12 kg/hm2硅肥處理下，將水稻產(chǎn)量曲線擬合后，分別得到產(chǎn)量隨鹽分濃度的關(guān)系式，如圖4所示。曲線擬合相關(guān)系數(shù)R2分別達(dá)到0.952 6、0.943 4、0.938 7，對擬合曲線求解極值點(diǎn)，得出微咸水礦化度分別為2.12 g/L、2.49 g/L、2.56 g/L 時，產(chǎn)量有最大值為9 904.46 kg/hm2、11 015.65 kg/hm2、11 454.03 kg/hm2。因此，在考慮最優(yōu)產(chǎn)的情況下，微咸水灌溉為2.56 g/L，硅肥量為12 kg/hm2時，產(chǎn)量可達(dá)11 454.03 kg/hm2。

由表6可知，各處理在灌水量相同情況下，同一礦化度微咸水不同硅肥處理的水分利用效率均有差異，淡水灌溉下，增加硅肥施用量能提高水分利用效率；在3 g/L 微咸水灌溉水平下，施加少量硅肥和未施硅肥無明顯差異，施加12 kg/hm2硅肥差異明顯，水分利用效率提高12.84%；在4 g/L 微咸水灌溉水平下，施加硅肥能明顯提高水分利用效率，分別提高10.01%、14.61%；在5 g/L 微咸水灌溉水平下，施加12 kg/hm2有明顯差異，相較未施加硅肥提高10.95%，以上數(shù)據(jù)分析均說明在同一灌水處理下，施加硅肥有利于水稻水分利用效率的提高。

表6 不同處理對產(chǎn)量的影響Tab.6 Effect of different treatments on yield

3 討 論

水稻植株生長環(huán)境的肥力水平影響著其群體和個體的發(fā)育，進(jìn)而影響水稻產(chǎn)量及水稻種植的經(jīng)濟(jì)效益。硅是水稻等禾本科作物生長發(fā)育的有益元素，對作物生長具有促進(jìn)作用，能明顯提高作物的干物質(zhì)積累，減緩病害的發(fā)生，緩解作物的生物和非生物脅迫[6]。有研究表明，在不同灌溉處理下，增加氮肥施用量均能顯著增加水稻地上部的干物質(zhì)積累量，水稻有效穗數(shù)顯著增加，但可能會導(dǎo)致水稻千粒重的降低[7]。史栩帆通過模型對夏玉米在微咸水灌溉下的土壤水鹽動態(tài)進(jìn)行模擬，為微咸水的合理利用提供了參考依據(jù)[8]。牟曉宇等通過對冬小麥進(jìn)行微咸水、淡水交替灌溉，發(fā)現(xiàn)在80 mm 淡水+80 mm 微咸水+80 mm 微咸水的處理下既保證作物的生長需求，同時能夠節(jié)約淡水資源[9]。陳小飛等研究表明，適當(dāng)?shù)乃詈咸幚恚谶m當(dāng)減少氮肥施用量的情況下，產(chǎn)量不但不降低反而有所提高，表明適當(dāng)?shù)牡偷幚砗蜏\濕干間歇灌溉模式有利于群體高產(chǎn)[10]。相關(guān)學(xué)者還以粳稻為試驗(yàn)材料開展了許多研究，張國良等[9]對水稻施加硅肥（0～450 kg/hm2）的研究表明，在大田基施適量硅肥，隨硅肥施用量的增加，產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢；商全玉等[11]認(rèn)為施用適量硅肥（180～240 kg/hm2），能有效增產(chǎn)11.4%～24.4%；韋還和等[11]研究表明，硅肥的施用量為225 kg/hm2時能有效增產(chǎn)，最高產(chǎn)量為1.27 萬kg/hm2，而產(chǎn)量隨硅肥施用量增加而遞增，結(jié)實(shí)率和千粒重則隨之遞減。楊國英等[12]研究表明，硅肥采用葉面噴施的方式，施硅量為15 kg/hm2時效果最佳，水稻產(chǎn)量及品質(zhì)最優(yōu)。

本試驗(yàn)以天津地區(qū)“津原89”為研究材料開展試驗(yàn)，通過對生長性狀及產(chǎn)量等數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)硅肥的施用在該試驗(yàn)中也是同樣情況，隨著硅肥施用量的增加，能有效促進(jìn)水稻株高、葉面積的增長，提高水稻產(chǎn)量，這與相關(guān)學(xué)者研究施用硅肥可促進(jìn)光合作用，提高產(chǎn)量與米質(zhì)等的結(jié)論相似[12]。通過試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了良好的水肥耦合模式，不僅能減少用水量，還能使作物生長更優(yōu)，并提高作物產(chǎn)量，通過分析在2.56 g/L微咸水灌溉，硅肥（SiO2≥290 g/L）施用量為12 kg/hm2時，產(chǎn)量最高為11 454.03 kg/hm2；在礦化度為5 g/L 的微咸水灌溉下，施加的硅肥量不能達(dá)到最優(yōu)效果，但可發(fā)現(xiàn)硅肥能明顯抑制鹽分脅迫，促進(jìn)水稻的生長發(fā)育，具體施肥量可進(jìn)一步研究討論。

4 結(jié) 論

在鹽分脅迫下，施加硅肥在一定程度上能減緩鹽分脅迫。在淡水處理下，施加硅肥的作用并不明顯，隨著鹽分脅迫程度的加深，硅肥量的增加能產(chǎn)生明顯的抑制作用，但重度鹽分脅迫硅肥作用效果不顯著，說明硅肥對鹽分脅迫有一定的抑制作用，能夠?qū)λ旧L性狀產(chǎn)生影響。

（1）在不同礦化度微咸水灌溉下，增加硅肥施用量，能有效促進(jìn)水稻株高、葉面積的增長，促進(jìn)水稻光合作用和營養(yǎng)吸收，使有效穗數(shù)增加，提高產(chǎn)量。施用硅肥比未施用硅肥的株高可提高4.96%～20.00%，葉面積可增大0.56%～18.45%，產(chǎn)量可提高6.15%～14.62%。

（2）在灌水量一定的條件下，通過增加硅肥施用量，有利于提高水稻水分利用效率，可達(dá)到1.73 kg/m3。

（3）結(jié)合作物生長性狀、產(chǎn)量的分析結(jié)果來看，在2.56 g/L微咸水，12 kg/hm2施肥處理下，水稻生長性狀生長最佳，產(chǎn)量最優(yōu)為11 454.03 kg/hm2，可作為硅肥-微咸水灌溉試驗(yàn)的參考依據(jù)。