水稻是主要粮食作物之一，在其生长过程中，可能会发生倒伏现象，导致产量和品质下降。因此，提高抗倒伏能力是水稻生产中的一个重要研究方向。硅是土壤中的重要元素，对植株生长起重要作用。水稻是典型的集硅、喜硅作物，在生长和发育过程中，对硅的需求量较大，接近氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）的需求量。硅是水稻组成的重要营养元素之一，水稻茎叶干物质中二氧化硅（SiO2）含量可以达到15%～20%[1]。刘晓刚等[2]研究指出，硅元素与水稻茎秆抗倒伏能力有密切联系。水稻茎秆中SiO2含量与基部节间茎壁厚及抗折断强度密切相关，茎秆抗折断强度高的品种茎鞘中硅的含量明显大于抗折断强度低的品种[3]。
施用硅肥作为一种重要的栽培措施，已被广泛应用于水稻生产中。适量施用硅肥可以有效提高水稻基部茎秆的机械强度，降低植株发生倒伏的可能性[4]。刘红芳等[5]研究表明，施用硅肥可以增强水稻的抗倒伏能力，其主要原因在于水稻吸收硅后，可以在表皮形成硅化细胞，增强细胞壁强度，使水稻茎秆的机械组织发达。目前，施用硅肥进行水稻抗倒伏的研究主要是关于硅肥的基施，通过叶面喷施硅肥增强植株抗倒伏能力在其他作物中被证明是切实可行的[6]，但在水稻中的研究较少。相比于作基肥施用，叶片喷施硅肥具有时间、浓度和剂量等方面的灵活性，可对潜在的水稻倒伏风险进行有效的预防和补救。因此，本试验通过喷施不同浓度的叶面硅肥，探讨其对粳稻茎秆抗倒伏能力及其形态生理特性的影响，为进一步深入研究水稻抗倒伏栽培技术提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验地基本情况
试验于2021年在苏州农业职业技术学院东山校区试验基地（31°09′ N，120°44′ E）进行，试验地位于亚热带季风气候区，土壤类型为黄壤土，主要物理化学参数如下：有机物含量19.12 g/kg，总氮含量1.06 g/kg，有效氮含量59.75 mg/kg，有效磷含量11.02 mg/kg，有效钾含量103.17 mg/kg，pH 6.87。
1.2 试验设计
试验材料为粳稻品种宁粳8号。采用秧盘旱育秧方式培育水稻秧苗，5月28日播种，6月18日人工进行大田移栽，栽插密度为30.0 cm×13.3 cm，每穴2 苗。采用单因素随机区组设计，共设置3个叶面硅肥处理（水溶性硅肥，SiO2≥55%），分别为0（CK）、100和200 mg/L（以SiO2计算），喷液量500 mL/m2，喷施时间与氮素穗肥施用同步，分2次在晴朗天17：00—18：00进行喷施，使叶片完全湿润，以液滴即将滴落的程度为准。对照（CK）喷施同等体积的清水。
大田试验中，氮肥的用量是270 kg/hm2，以尿素形式施用，其中基肥、分蘖肥、促花肥和保花肥的占比分别是30%、30%、20%和20%。磷肥施用量90 kg/hm2，使用过磷酸钙作为基肥一次性施用。钾肥施用量120 kg/hm2，以氯化钾作为钾肥，按50%基肥和50%促花肥的比例等量施入。每个时期的具体肥料施用量见表1，其他管理同当地水稻生产。
表1 大田试验中的肥料施用量单位：（kg/hm2） |
| 类别 | 施用量 | 基蘖肥 | 穗肥 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 基肥 | 蘖肥 | 促花肥 | 保花肥 | ||
| 氮肥（N） | 270 | 67.5 | 67.5 | 81 | 54 |
| 磷肥（P2O5） | 90 | 90 | |||
| 钾肥（K2O） | 120 | 60 | 60 | ||
1.3 测定指标和方法
1.3.1 抗倒伏力学指标及节间形态特征
在抽穗30 d后，利用数显推拉力计对茎秆基部第二节间的抗折力进行测量，将基部第二节间放置在相隔8 cm的两个固定支架上，使用数显推拉力计，将其作用在茎秆上两支点的中心位置，然后缓慢地向下用力，直至茎秆折断，此时，抗折力仪数值F即为抗折力。之后，剥去叶鞘，将基部第二节间的中间切开，用游标卡尺测定基部第二节间长短轴的茎粗外径和两边的壁厚，从而得到长短轴的内径[7]。折断弯矩（M）、断面模数（Z）和弯曲应力（BS）的计算如式（1 ）～（3 ）。
M（g∙cm）= L×F/4
Z（mm3） = π/32×（a 1 3 b 1–a 2 3 b 2）/a 1
BS（g/mm2）=M/Z
式（1 ）～（3 ）中，F为抗折力仪测定的抗折力，kg；L为两支点间的距离，cm；a 1和a 2分别表示茎秆椭圆横切面短轴的外径和内径，mm；b 1和b 2是长轴的外径和内径，mm。
1.3.2 茎秆节间形态特征
在抽穗30 d后，对各个小区进行采样，选择10个生长速度相同的主茎，并测量其株高、茎粗和壁厚，基部第一、二和三节间的长度。
1.3.3 节间充实度
分装上述测定后的植株茎秆的基部第一、二和三节间，用烘箱在105 ℃下杀青30 min，然后在70 ℃下烘干至恒重，对其进行称量，并计算出单位节间的干重（节间充实度）。
1.4 数据处理
采用Excel 2019和SPSS 20.0软件进行数据分析。
2 结果与分析
2.1 对水稻茎秆力学指标的影响
由图1可知，与CK（0）相比，喷施200 mg/L SiO2能显著提高水稻茎秆的折断弯矩M和断面模数Z（P<0.05)；增加了弯曲应力BS，但与CK差异无统计学意义（P>0.05）。喷施100 mg/L SiO2增加了水稻茎秆的折断弯矩M和断面模数Z，但与CK差异无统计学意义（P>0.05）。这表明叶面喷施硅肥能够增强水稻茎秆抗倒伏能力，以200 mg/L SiO2处理效果较佳。
2.2 对水稻节间形态特征的影响
由表2可知，与CK相比，叶面喷施SiO2可以显著增加水稻茎粗（P<0.05），100和200 mg/L SiO2处理下，茎粗分别较CK增加了9.96%和12.61%；而壁厚在各处理间差异无统计学意义（P>0.05)。此外，叶面硅肥浓度处理均显著增加了茎秆长轴和短轴的内外径（P<0.05）。这说明叶面喷施硅肥可以通过改变水稻节间形态特征来提高茎秆抗倒伏能力。
表2 不同叶面硅肥浓度对水稻节间形态特征的影响 |
| SiO2浓度/（mg/L） | 茎粗/mm | 壁厚/mm | 短轴外径a 1/mm | 短轴内径a 2/mm | 长轴外径b 1/mm | 长轴外径b 2/mm |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0（CK） | 4.52 b | 0.83 a | 4.03 b | 2.72 b | 5.00 b | 2.87 b |
| 100 | 4.97 a | 0.79 a | 4.61 a | 3.34 a | 5.56 a | 3.72 a |
| 200 | 5.09 a | 0.78 a | 4.50 a | 3.15 a | 5.45 a | 3.64 a |
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2.3 对水稻株高和基部节间长度的影响
由表3可知，3个处理间的水稻株高差异无统计学意义（P>0.05)。叶面喷施硅肥显著降低了基部第一、二和三节间的长度，与CK相比，100 mg/L SiO2处理下基部第一、二和三节间长度分别降低了31.71%、30.23%和9.67%，而200 mg/L SiO2处理下基部第一、二和三节间长度分别降低了45.12%、40.38%和24.34%，组间差异均具有统计学意义（P<0.05)。这表明叶面喷施硅肥，尤其是200 mg/L的硅肥，能够显著降低基部第一、二和三节间的长度，从而提高水稻茎秆的机械强度。
表3 不同叶面硅肥浓度对水稻株高和基部节间长度的影响 |
| SiO2浓度/（mg/L） | 株高/cm | 第一节间长/cm | 第二节间长/cm | 第三节间长/cm |
|---|---|---|---|---|
| 0（CK） | 105.53 a | 4.10 a | 13.10 a | 15.61 a |
| 100 | 105.60 a | 2.80 b | 9.14 b | 14.10 b |
| 200 | 105.17 a | 2.25 c | 7.81 c | 11.81 c |
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2.4 对水稻基部节间充实度的影响
由表4可知，叶面喷施硅肥显著降低了基部第一、二节间的干重，与CK相比，100 mg/L SiO2处理下基部第一、二节间干重分别减小了23.70%和31.76%，而200 mg/L SiO2处理下基部第一、二节间干重分别减小了45.19%和36.86%。3个处理下的第三节间干重差异无统计学意义（P>0.05）。节间单位长度干重（节间充实度）分析发现，除了200 mg/L SiO2处理下第三节间充实度增加外，其余处理均未表现出显著差异。这说明基部节间充实度受叶面喷施硅肥处理的影响较小。
表4 不同叶面硅肥浓度对水稻基部节间充实度的影响 |
| SiO2浓度/ （mg/L） | 第一节间 干重/g | 第二节间 干重/g | 第三节间 干重/g | 第一节间单位长度干重/（g/cm） | 第二节间单位长度干重/（g/cm） | 第三节间单位长度干重/（g/cm） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0（CK） | 1.35 a | 2.55 a | 2.52 a | 0.33 a | 0.19 a | 0.16 b |
| 100 | 1.03 ab | 1.74 b | 2.37 a | 0.37 a | 0.19 a | 0.17 b |
| 200 | 0.74 b | 1.61 b | 2.46 a | 0.33 a | 0.21 a | 0.21 a |
3 结论与讨论
水稻茎秆倒伏是水稻生产中面临的一个难题。水稻倒伏后，机械收获难度增加，且由于籽粒灌浆被破坏，导致稻米产量和品质下降[8-9]。茎秆的抗倒伏能力由茎秆上部的重量和基部茎秆的抗折力强度决定[10]，其中折断弯矩M、断面模数Z和弯曲应力BS等力学指标常被用于评价植株的抗倒伏能力[11]。袁新捷等[12]和李贵勇等[13]研究表明，株高、基部节间长度、茎秆粗度和茎壁厚度等与水稻茎秆的抗倒伏能力密切相关。通常情况下，植株越矮、基部节间越短，茎粗和壁厚越大的品种，其茎秆抗倒伏能力越强。本研究发现，叶面喷施硅肥能显著增加茎粗，缩短基部节间长度，以提高水稻茎秆的折断弯矩M、断面模数Z和弯曲应力BS，从而增强粳稻茎秆的抗倒伏能力。
综上，本试验在大田开展叶面硅肥试验，结果表明，合理适量喷施叶面硅肥能够通过改变基部节间形态特征来增强粳稻茎秆抗倒伏能力，以200 mg/L SiO2处理效果较佳，具有较好的应用推广价值。