硅对长江中下游双季稻区化肥农药协同增效减施技术的研究

发布时间：2020-04-06 11:29

【摘要】：长江中下游双季稻区是我国水稻生产的第一大主产区,其水稻生产能力对全国的水稻生产、粮食安全而言至关重要。大量研究已经证明了硅能有效促进水稻的生长及其对矿质养分的吸收、提高水稻植株对生物胁迫的抗性,以及农用有机硅助剂能有效提高除草剂的除草效率,这意味着在实际的水稻生产过程中,硅的施用对肥料、农药的增效减施具有一定的潜力。但到目前为止,关于系统探究硅在长江中下游双季稻区化肥、农药的协同提效减施中的应用潜力及其作用机制鲜有报道。因此,本研究依托长江中下游双季稻作区水稻种植系统,设计了系列田间试验,并结合温室水培试验系统分析了硅在长江中下游双季稻区化肥农药协同提效减施技术上的应用潜力及其可能的作用机制,以期为长江中下游双季稻区水稻生产过程中减少化肥农药的投入提供理论基础和技术指导。主要研究结果如下:1、适量施硅肥能显著提高氮磷肥利用率和双季稻产量。在试验设置的五个硅肥梯度(以 SiO_2 计:0、7.80 kg hm~(-2)、15.60 kg hm~(-2)、23.40 kg hm~(-2)、31.20 kg hm~(-2))范围内,水稻产量、氮磷肥利用率均随着硅施用量的增加而先增后减,且均在Si0_2施用量为23.40kghm~(-2)时达到最高。另外,基施SiO223.40kghm~(-2)搭配N 137.10kghm~(-2)、P_2O_5 67.48 kghm~(-2)、K_2O80.98 kghm~(-2)(早稻不做任何追肥处理,晚稻分蘖期追施 N 11.25kg hm~(-2)、P_2O_5 11.25 kg hm~(-2)、K_2O13.50 kg hm~(-2))的双季早、晚稻施肥模式是长江中下游双季稻试验区的最佳施肥模式,能在显著提高氮磷肥利用率、保证不减产的前提下减少约17%的氮磷肥投入量。2、适量施硅肥有效提高了稻田土壤氮磷养分的有效性并改善了稻田土壤微生物的群落结构及多样性。在试验设置的五个硅肥梯度范围内,稻田土壤养分的矿化率、易矿化的有机态养分的储备以及土壤微生物活度、功能微生物数量、重要代谢酶活性均随着硅施用量的增加而先增后减,并在SiO_2施用量为23.40kg hm~(-2)时达到最大。通过统计分析,结果表明适量施硅提高氮磷肥利用率的核心生态机制在于施硅显著提高了稻田土壤的微生物总量、氮磷养分循环相关的微生物数量以及重要代谢酶的活性,从而促进了氮磷养分的矿化以及易矿化有机态氮磷养分的储备,使得土壤养分易被水稻根系吸收利用。高通量测序结果同样显示,适量施硅能明显提高稻田土壤微生物群落结构的丰度和多样性,增加了与土壤有机质分解以及土壤氮、磷养分循环相关的微生物的数量,进一步解释了适量施硅促进土壤氮磷养分矿化、提高氮磷养分有效性的生态机制。3、适量施硅肥能有效缓解水稻真菌病害的严重程度。结果表明,在试验设置的五个硅施用量梯度范围内,水稻植株真菌病害的严重程度随着硅施用量的增加先减轻后加重,并在SiO_2施用量为23.40 kg hm~(-2)时病害严重程度最轻。水培试验结果表明,适量浓度的硅处理能明显促进叶片表皮细胞的硅化作用,增加叶片表皮角质层蜡质的分布及含量,而且还明显提高了茎、叶中的硅含量,从而增强了水稻植株阻碍病原真菌入侵的机械抗性,并抑制了病原菌菌丝体的生长发育。另外,适量浓度的硅处理能明显降低水稻植株的丙二醛(MDA)含量,提高过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)及多酚氧化酶(PPO)活性,提升了水稻的生理抗性,从而进一步缓解病原真菌的侵入对细胞的伤害。4、有机硅助剂的应用可明显提高除草剂和叶面肥的施用效果。当有机硅助剂的添加体积分数达到其胶束临界浓度时(0.05%),除草剂的除草效率和叶片对Zn、Mn的积累量最佳。同时添加有机硅助剂能明显改善肥液的界面性质,在试验设计的有机硅助剂添加的体积分数(0、0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.10%)范围内,肥液的表面张力与有机硅助剂添加的体积分数呈显著负相关,润湿直径和铺展面积与有机硅助剂添加的体积分数呈显著正相关;而肥液的干燥时间及其在水稻叶片上的最大持留量随着有机硅助剂添加的体积分数的增大而先增后减,并在有机硅助剂的添加体积分数为0.05%时达到最大。说明添加适量有机硅助剂提高叶面喷施药肥的施用效果的核心机制是有机硅助剂可改善药肥液滴的界面性质,从而提高其在水稻及杂草叶片上的渗透、铺展及持留时间。
【图文】：

试验田,位置,硅肥

２．２．２研究区概况逡逑研究区位于江西省宜春市上高县泗溪镇曾家村（东经１１５°０７’０４．４１”，北纬逡逑２８。１６’１５．７９’’），具体位置见图２－１红色标注区域；属典型的亚热带季风气候，逡逑年平均气温丨７．６０邋°Ｃ，年平均降水量１７１８．４０邋ｍｍ。研究区为长江中下游双季稻作逡逑区，其成土母质主要是第四纪红壤及河湖沉积物。逡逑，卿＿逡逑焌邋－．．．二逡逑图２－１试验田块的具体位置逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｔｈｅ邋ｓｐｅｃｉｆｉｃ邋ｌｏｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｔｅｓｔｅｄ邋ｆｉｅｌｄ逡逑另外，为排除双季早稻田施用硅肥后可能会对双季晚稻田的最适硅肥施用量逡逑的试验结果产生影响，因此本双季稻试验选择两个相邻的田块进行为期一年的双逡逑季早、晚稻肥料试验，其土壤的基本理化性质见表２－１。逡逑表２－１供试土壤基本理化性质逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－１邋Ｂａｓｉｃ邋ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｔｅｓｔｅｄ邋ｓｏｉｌ逡逑项目逦全氮逦碱解氮逦全磷逦速效磷逦速效钾逦有机质逦ｐＨ逡逑（ｇｋｇ－１）邋（ｍｇ邋ｋｇ＇１）邋（ｍｇ邋ｋｇ＊１）邋（ｍｇ邋ｋｇ＊１）邋（ｍｇ邋ｋｇ＇１）邋（ｇ邋ｋｇ＇１）逡逑早稻田逦３．６１逦２５６．９９逦５６９．９９逦５７．３３逦２６２．９５逦５３．８５逦５．０３逡逑晚稻田

早稻,分蘖期,聚类分析,施用量

结合聚类分析的属水平群落组成热图是将属水平的群落组成数据根据分类逡逑单元的丰度分布或样本间的相似程度加以聚类后通过颜色梯度来反映样本之间逡逑的群落组成相似度的。图４－３、４－４分别为分蘖期早、晚稻稻田土壤结合聚类分逡逑析的属水平群落组成热图。分析图４－３可知，硅施用量的差异导致早稻稻田土壤逡逑微生物群落中的“优势”微生物的属发生变化，，其中Ｅ－ＣＫ（Ａ６，邋ＳｉＣｂ施用量为逡逑０）的土壤“优势”微生物属有邋Ｋｉｔａｓａｔｏｓｐｏｒａ、Ｓｏｉｌ－ｂａｃｔｅｒｉｕｍ－ＷＦ５５、Ｂａｃｉｌｌｕｓ邋（芽逡逑孢杆菌属）、Ｄｙｅｌｌａ等；Ｅ－Ｓｌ邋（Ａ７，邋Ｓｉ0２施用量为７．８０ｋｇｈｎｒ２）处理的土壤“优逡逑势”微生物属有邋Ａｑｕｉｃｅｌｌａ、Ｔｈｅｒｍｏａｎａｅｒｏｂａｃｕｌｕｍ邋（嗜热厌氧杆菌）等；Ｅ－Ｓ２（Ａ８，逡逑Ｓｉ0２施用量为１５．６０ｋｇｈｎｒ２）处理的土壤“优势”微生物属有Ｎａｋａｍｕｒｅｌｌａ、逡逑Ｏｒｙｚｉｈｕｍｕｓ邋等；Ｅ－Ｓ３邋（Ａ９，Ｓｉ0２施用量为邋２３．４０ｋｇｈｎｒ２）处理的土壤“优势”逡逑微生物属有邋Ｒｈｏｄｏｐａｎｅｓ邋（红游动菌属）、Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ－ｋｏｒｉｂａｃｔｅｒ、逡逑Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓ－ｓｏｉｌｂａｃｔｅｒ、Ａｎａｅｒｏｍｙｘｏｂａｃｔｅｒ邋（厌氧黏细菌）、Ｂｒａｄｙｒｈｉｚｏｂｉｕｍ邋（慢生逡逑根瘤菌属）等；Ｅ－Ｓ４邋（Ａ１０，邋Ｓｉ０２施用量为３１．２０ｋｇｌｍｒ２）处理的土壤“优势”逡逑微生物属有Ｓｉｇｕｌｉｓｐｈａｅｒａ、Ｍａｓｓｉｌｉａ邋（草酸杆菌属）、Ｉｓｏｓｐｈａｅｒａ邋（属浮霉菌科）、逡逑Ｔｕｍｅｂａｃｉｌｌｕｓ邋（环脂酸芽孢杆菌属）等。分析图４＾４可知
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S511.42

【参考文献】