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2021 , Vol. 42 >Issue 4: 1071 - 1079

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2021.04.024

植物保护与生物安全

施用硅肥对甘蔗抗条螟性及其产量的影响

  • 林兆里 1 ,
  • 张华 1 ,
  • 罗俊 1 ,
  • 高世武 1 ,
  • 姚俊丽 2 ,
  • 许莉萍 , 1, *
展开
  • 1.福建农林大学农业农村部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室/福建农林大学国家甘蔗工程技术研究中心,福建福州 350002
  • 2.福建农林大学植物保护学院,福建福州 350002
* 许莉萍,E-mail：。

林兆里（1987—）,男,硕士,农艺师,研究方向：甘蔗有害生物防控。

收稿日期: 2020-05-05

  要求修回日期: 2020-06-23

  网络出版日期: 2021-04-25

基金资助

现代农业产业技术体系建设专项资金项目(CARS-17)

版权

版权所有，未经授权，不得转载、摘编本刊文章，不得使用本刊的版式设计。
收起

Effect of Silicon Fertilizer on Sugarcane Production and Its Resistance to Stalk Borer

  • LIN Zhaoli 1 ,
  • ZHANG Hua 1 ,
  • LUO Jun 1 ,
  • GAO Shiwu 1 ,
  • YAO Junli 2 ,
  • XU Liping , 1, *
Expand
  • 1. Key Laboratory of Sugarcane Biology and Genetic Breeding (Fujian), Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Fujian Agriculture and Forestry University / National Engineering Research Center for Sugarcane, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China
  • 2. College of Plant Protection, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China
* XU Liping, E-mail: .

Received date: 2020-05-05

  Request revised date: 2020-06-23

  Online published: 2021-04-25

Copyright

Copyright reserved © 2021.
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摘要

为明确甘蔗施用硅肥对甘蔗条螟（Chilo sacchariphagus Bojer）抗性的影响,在田间自然螟虫胁迫条件下,对甘蔗含硅量、抗条螟性指标和产量性状等进行测定。结果显示,硅肥在187.5~750 kg/hm2施用量范围内能显著提高整个生长季甘蔗植株的硅含量,显著降低甘蔗条螟钻蛀率和为害程度。硅肥施用量、植株硅含量和抗条螟性指标间响应一致。采用因子分析对7个抗条螟性指标进行简化,可分为3个公因子,即苗期条螟为害因子、工艺成熟期条螟为害因子和条螟生长发育因子。苗期螟害枯心率、工艺成熟期螟害节率和羽化率可作为硅肥调控甘蔗对条螟抗性效应的评价指标。经逐步回归分析可知,在7个抗条螟性指标中,苗期螟害枯心率和累积蛀道长度对蔗茎产量影响最大。562.5 kg/hm2硅肥施用量对甘蔗条螟防治效果和甘蔗增产效应最适宜。研究表明,硅肥能显著提升甘蔗植株硅含量,增强甘蔗植株对条螟的抗性,有效降低甘蔗条螟发生为害,促进甘蔗增产增收。

关键词： 甘蔗; 硅肥; 条螟; 抗条螟性指标; 产量

本文引用格式

林兆里 , 张华 , 罗俊 , 高世武 , 姚俊丽 , 许莉萍 . 施用硅肥对甘蔗抗条螟性及其产量的影响[J]. 热带作物学报, 2021 , 42(4) : 1071 -1079 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.04.024

Abstract

In order to validate the effect of silicon fertilizer on the increase of sugarcane resistance to Chilo sacchariphagus Bojer, the silicon content, the resistance indexes of stalk borer and yield traits of sugarcane were investigated under the natural population of stalk borer in the field. The application amount range of 187.5-750 kg/hm2 silicon fertilizer could significantly increase the silicon content in sugarcane in the whole growth period, significantly reduce the boring rate and damage degree of stalk borer. The positive responses observed due to the amount of silicon fertilizer were consistent with the content of silicon in sugarcane and the indexes of stalk borer resistance. In term of the results of factor analysis, the seven resistance indexes could be simplified to three main factors, including the damage factor of stalk borer at seedling stage, the damage factor of stalk borer and growth and development factors of stalk borer at technically matured stage. The rate of dead heart at seeding stage, the rate of bored internodes and the rate of adult emergence at technically matured stage could be used as the indexes for evaluation the effect of silicon fertilizer on sugarcane resistance to stalk borer. Based on the stepwise regression analysis, the dead heart rate and the length of cumulative tunnels among the seven resistance indicators had the greatest effect on sugarcane yield. The dosage of 562.5 kg/hm2 silicon fertilizer could result in the best effects on the control of sugarcane borer and increment of sugarcane yield. This study shows that silicon fertilizer can significantly increase the silicon content in sugarcane and enhance the resistance to stalk borer, and thus effectively reduces the occurrence and damage of stalk borer, together with the promotion to increase sugarcane yield and income.

Key words： sugarcane; silicon fertilizer; Chilo sacchariphagus Bojer; resistance indexes of stalk borer; production

甘蔗条螟（Chilo sacchariphagus Bojer）属鳞翅目螟蛾科,为甘蔗螟虫的优势种,是甘蔗生产上最重要的害虫之一,严重制约甘蔗产业的可持续发展。条螟通过幼虫钻蛀苗期和生长期植株,并分别造成枯心苗和螟蛀节,对整个生长季的甘蔗都能造成为害,显著降低蔗茎产量与品质[1]。在各种螟虫防治措施中,种植抗螟性甘蔗品种被认为是最经济、最有效的措施之一[2],因为不同基因型之间的抗性存在一定差异。但是,抗螟性品种通常纤维分含量较高,使甘蔗压榨环节耗能更大,且抗性和蔗糖产量间存在负相关关系[3],即高产高糖品种往往对螟虫更为敏感,因此,目前抗螟性甘蔗品种的商业应用较少。如何提升甘蔗内源抗性潜力,改善敏感优良栽培品种对螟虫的抗性,已成为甘蔗螟虫综合治理的重要研究内容之一。
甘蔗作为喜硅作物,硅含量占其叶片干重的0.1%~3.2%,单季可从土壤中获取70~800 kg/hm2有效硅[4]。硅虽然是地壳中的第二大元素,但受土壤酸化、淋溶作用等影响,供植物吸收的可溶性硅含量较低[5]。我国蔗区主要分布在广西、云南、广东等省（区）,地处亚热带,酸性土壤且降雨淋溶较强,加之连作年限久,土壤中植物可吸收的硅含量普遍偏低。施用硅肥能够增强甘蔗植株光合效率、改善植株对重金属的耐受性、提升抗逆性、抗病性和抗虫性[6,7],并能显著增加蔗茎产量和蔗糖分。大量研究表明硅营养能够提升甘蔗对螟虫的抗性,是甘蔗有害生物综合治理的重要组成部分。目前已有研究表明甘蔗施用硅肥对非洲茎螟、小蔗螟和二点螟等钻蛀性害虫均有显著影响[8],而硅肥对条螟的防治效果尚未见报道。据报道,硅增强植物对螟虫的抗性机制,一是降低植株可食性,对螟虫取食口器造成磨损;二是抑制螟虫的生长、发育和繁殖[9,10],同时,硅还能通过增强植株茎秆强度间接影响螟虫,增加幼虫暴露的时间,增强不利环境和天敌的影响[11]。
前人研究主要通过施用硅肥与否来评价硅对甘蔗螟虫的防控效果[9, 12],但硅肥的施用量对植株中的硅含量效应和螟害响应程度的影响研究较少[13],因此研究硅的施用量与植株抗螟性响应具有一定的应用价值。本研究在田间螟害自然侵害条件下,比较硅肥不同施用量对甘蔗植株硅含量和条螟为害程度的影响。通过量化甘蔗条螟为害程度、生长发育和甘蔗农艺性状,以评价硅对条螟抗性和甘蔗经济效益的影响,为应用硅肥综合调控甘蔗生长和条螟综合治理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验地概况：试验地位于广西壮族自治区来宾市兴宾区廖平农场（23°24'19.12″ N,108°57'58.32″ E）,地处桂中南甘蔗优势产区,属南亚热带气候。试验地土壤类型为红壤,质地为砂质粘土,甘蔗常年连作。耕层土壤理化性质：pH 3.67,有机质25.26 g/kg,全氮1.12 g/kg,有效磷117.30 mg/kg,速效钾336.90 mg/kg,有效硅含量57.02 mg/kg。该地区螟虫周年发生,条螟、黄螟和二点螟混合发生为害,其中以条螟为优势种群。
供试材料：供试甘蔗品种为‘桂柳05-136’,供试硅肥由金正大生态工程集团股份有限公司生产,硅肥理化指标：pH 9.0、SiO2 31.71%、CaO 20.02%、MgO 12.33%。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 于2018年2月上旬种植,试验周期1 a。硅肥处理设5个处理水平：T0：空白对照（未施硅肥）;T1：施用硅肥187.5 kg/hm2;T2：施用硅肥375 kg/hm2;T3：施用硅肥562.5 kg/hm2;T4：施用硅肥750 kg/hm2。试验采用完全随机区组设计,每个处理3次重复,每个重复4行区,行距1.3 m,行长10 m,小区面积52 m2。处理间设置2行保护行用于隔离处理间的相互影响。种植时硅肥作为基肥撒施于植沟,并充分与土壤混匀。在种植及培土期均施用3%噻虫嗪颗粒剂75 kg/hm2用于防治甘蔗害虫,试验栽培管理与大田生产措施一致。
1.2.2 抗条螟性评价指标调查 在田间螟虫自然虫源侵害下,分别于2018年5月甘蔗苗期（5~6叶龄）、2019年2月甘蔗工艺成熟期对试验处理的甘蔗抗条螟性评价指标进行调查,参照林兆里等[14]的方法。
在甘蔗苗期,每个小区连续调查3行总苗数,并根据条螟为害症状统计因条螟造成的枯心苗数,计算螟害枯心率。螟害枯心率=螟害枯心苗数/总苗数×100%。在甘蔗工艺成熟期,每个小区随机选择1个点,连续调查20株甘蔗。结合蔗茎纵剖,统计总节间数、枯梢株数、螟害节数、蛀道长度、蛀道数和羽化孔数,并计算各处理的螟害节数、螟害节率、枯梢率、节蛀道长度和羽化率。计算公式如下：螟害节数（节/株）=螟害节数/调查总株数;螟害节率=螟害节数/总节间数×100%;枯梢率=枯梢株数/调查总株数×100%;节蛀道长度（cm）=蛀道长度/螟害节数;羽化率=羽化孔/蛀道数×100%。
1.2.3 植株硅含量测定 分别于甘蔗苗期和工艺成熟期,每个小区连续采集20株甘蔗的+1叶叶片,于甘蔗工艺成熟期每个小区连续采集20株甘蔗植株蔗茎,采用削皮刀将蔗皮与蔗茎分离,蔗茎经机械压榨后与叶片、蔗皮75 ℃烘干至恒重,研磨成粉,采用钼蓝比色法[15]测定植株中硅含量。
1.2.4 植株形态及产量性状调查 在甘蔗苗期利用LAI-2000冠层分析仪测定叶倾角;在甘蔗工艺成熟期,剥叶后可见肥厚带下第3、4、5节间,用LX-D邵氏硬度计测定蔗茎穿刺硬度,以其均值作为茎皮硬度,用压榨烘干法测定甘蔗蔗皮及蔗茎纤维分。
在甘蔗工艺成熟期每小区连续测定20株甘蔗株高、茎径和田间锤度,及单位面积有效茎数,计算成茎率、单茎重和蔗茎产量。成茎率=单位面积有效茎数/单位面积总苗数×100%,单茎重（kg）=0.785×株高×茎径2/1000,产量（t/hm2）=单茎重×每公顷有效茎数/1000。

1.3 数据处理

采用IBM SPSS Statistics 22软件进行数据统计分析。采用ANOVA单因素方差分析的Duncan’s新复极差法进行多重比较;采用Pearson相关分析法进行指标间的相关性分析;采用多元线性回归中的逐步法进行回归分析;采用最大方差法旋转获得因子载荷矩阵,并根据因子贡献率计算因子综合得分;对多元回归后的相关指标进行通径分析[16],计算决策系数。

2 结果与分析

2.1 不同硅肥用量下苗期甘蔗抗条螟性

由表1可见,各处理的叶片硅含量为7.90~ 9.30 mg/g。施硅肥处理的硅含量显著高于未施硅的空白对照（T0）。施硅处理中,施硅量高的处理（T3、T4）硅含量显著高于施硅量相对较低的处理（T1、T2）,但T3和T4间、T1和T2间差异不显著。苗期条螟螟害枯心率范围1.79%~7.18%,变异系数较大,施硅肥处理的枯心率显著低于未施硅处理（T0）,且螟害枯心率随着施硅量增加而减少。同时,施硅处理中,施硅量高的处理（T3、T4）螟害枯心率显著低于施硅量相对较低的处理（T1、T2）,且与叶片硅含量趋势一致,T3和T4间、T1和T2间差异不显著。硅肥施用量与叶片硅含量间呈极显著正相关（r=0.88,P<0.01）,与螟害枯心率间呈极显著负相关（r=-0.95,P<0.01）,且叶片硅含量与螟害枯心率间也呈极显著负相关（r=-0.91,P<0.01）。
表1 不同硅肥用量下苗期甘蔗抗条螟性

Tab. 1 Sugarcane resistance to stalk borer at seeding stage under different silicon fertilizer dosages

处理
Treatments		 叶片硅含量
Leaf Si content/(mg·g-1)		 螟害枯心率
Dead heart rate/%
T0 7.90±0.13c 7.18±0.11a
T1 8.42±0.15b 4.48±0.58b
T2 8.35±0.05b 3.99±0.26b
T3 9.30±0.29a 2.32±0.54c
T4 9.21±0.31a 1.79±0.26c
均值 8.64 3.95
变异系数/% 6.94 53.6
F值 24.16** 87.11**

注：表中数据为平均值±标准误,同列不同小写字母表示差异显著（P<0.05）,**表示极显著相关（P<0.01）。

Note: Data are mean ± SE. Different lowercase letters in the same column indicate significant difference (P<0.05). ** indicates extremely significant correlation (P<0.01).

2.2 不同硅肥用量下工艺成熟期甘蔗抗条螟性

由表2可知,工艺成熟期甘蔗田间条螟螟害节率均值为11.60%,大于经济防治指标10%[17],说明尽管本试验是在自然侵染条件下进行的,但田间条螟虫源压力仍然较大,能够有效验证在甘蔗工艺成熟期硅肥对条螟的抑制效应。
表2 不同硅肥用量下工艺成熟期甘蔗抗条螟性

Tab. 2 Sugarcane resistance to stalk borer at technically matured stage under different silicon fertilizer dosages

处理
Treatments		 叶片硅含量
Leaf Si content/(mg·g-1)		 蔗皮硅含量
Stem epidermis Si content/(mg·g-1)		 蔗茎硅含量
Stalk Si content/(mg·g-1)		 抗条螟性指标Resistance indexes of stalk borer
每株螟害节数
Number of bored internodes per plant		 螟害节率
Bored internodes rate/%		 枯梢率
Dieback rate/%		 每株累积蛀道长度
Length of cumulative tunnels per plant/cm		 节蛀道长度
Length of tunnels per bored internodes/cm		 羽化率
Adult emergence rate/%
T0 5.56±0.34c 2.52±0.08b 2.32±0.18b 2.94±0.24a 14.07±1.17a 30.00±5.00a 44.30±3.91a 2.63±0.16a 83.52±1.02a
T1 6.12±0.46bc 2.48±0.04b 2.53±0.06ab 2.81±0.56a 14.33±1.85a 27.11±2.59a 42.13±15.57a 2.52±0.24a 83.13±9.16a
T2 7.03±0.75a 2.75±0.13a 2.56±0.22ab 2.15±0.26b 10.84±1.31b 15.82±0.83b 25.27±3.59b 2.46±0.17a 73.71±4.68a
T3 7.32±0.33a 2.87±0.17a 2.73±0.13a 2.11±0.25b 9.88±1.17b 10.00±5.00b 22.53±9.85b 1.71±0.29b 59.30±6.78b
T4 6.73±0.33ab 2.73±0.04a 2.53±0.09ab 1.82±0.08b 8.87±0.39b 13.51±5.63b 16.93±3.71b 1.71±0.09b 59.33±2.81b
均值 6.55 2.67 2.53 2.37 11.60 19.29 30.23 2.21 71.80
变异
系数/%		 10.82 6.30 5.76 20.45 21.35 45.47 40.52 20.76 16.79
F值 6.77** 2.82 7.67** 11.43** 6.91** 12.95** 5.91* 15.07** 13.56**

注：表中数据为平均值±标准误,同列不同小写字母表示差异显著（P<0.05）,*表示显著相关（P<0.05）,**表示极显著相关（P<0.01）。

Note: Data are mean ± SE. Different lowercase letters in the same column indicate significant difference (P<0.05). * indicates significant correlation (P<0.05). ** indicates extremely significant correlation (P<0.01).

施用硅肥有效促进工艺成熟期甘蔗植株各部位（叶片、蔗皮和蔗茎）硅含量的提升,但不同组织部位的提升效应不同,叶片效应最大,其硅含量和升幅均高于蔗皮和蔗茎。除低施硅量T1处理与空白对照T0无显著差异外,T2、T3和T4处理的叶片和蔗皮硅含量均显著高于空白对照T0。工艺成熟期施硅处理的蔗茎硅含量均高于空白对照T0,但仅有T3处理显著。此外,除T4处理外,植株硅含量随硅肥施用量增加而显著上升,但随施硅量进一步增加,T4处理的植株硅含量比T3处理有所下降。
6个田间抗条螟性指标在处理间的差异均达到显著水平,其中枯梢率和累积蛀道长度变异系数较大,分别为45.47%和40.52%,说明硅肥处理对这2项抗条螟性指标影响较大。螟害节数、螟害节率、枯梢率等6个抗条螟性指标随着硅肥施用量增加,呈逐渐降低的趋势。T2、T3和T4处理的螟害节数、螟害节率、枯梢率和累积蛀道长度4个抗条螟性指标显著低于T0与T1处理,其中T0和T1间,T2、T3和T4间差异不显著。T3、T4处理的节蛀道长度和羽化率显著低于T0、T1和T2处理,T0、T1和T2间,T3和T4间差异不显著。T3、T4处理与空白对照T0相比,螟害节率分别降低29.78%和36.96%,累积钻蛀长度分别减少49.40%和61.78%。
由表3可知,硅肥施用量与叶片硅含量、蔗皮硅含量间呈极显著正相关,说明施用硅肥能显著提升叶片和蔗皮硅含量;叶片硅含量与蔗茎硅含量、蔗皮硅含量间呈显著正相关,说明叶片硅含量的高低能反映甘蔗蔗皮和蔗茎硅含量的高低,可作为甘蔗植株硅含量的重要指征。硅肥施用量与6个抗条螟性指标间均呈极显著负相关,说明硅肥施用量显著提高了甘蔗对条螟的抗性。除节蛀道长度外,叶片硅含量与其余5个抗条螟性指标（螟害节数、螟害节率、枯梢率、累积蛀道长度和羽化率）间均呈显著负相关;蔗皮硅含量与6个抗条螟性指标间均呈显著负相关;蔗茎硅含量仅与枯梢率呈显著负相关。
表3 工艺成熟期甘蔗硅含量与抗条螟性指标间相关性

Tab. 3 Correlation analysis between sugarcane silicon content and resistance indexes of stalk borer at technically matured stage

相关系数
Correlation coefficient		 施硅量
Application amount		 叶片硅含量
Leaf Si content		 蔗皮硅含量
Stem epidermis Si content		 蔗茎硅含量
Stalk Si content		 螟害节数
Number of bored internodes		 螟害节率
Bored internodes rate		 枯梢率
Dieback rate		 累积蛀道长度
Length of cumulative tunnels		 节蛀道长度
Length of tunnels per bored internodes		 羽化率
Adult emergence rate
施硅量 0.67** 0.67** 0.49 -0.82** -0.86** -0.83** -0.80** -0.85** -0.87**
叶片硅含量 0.67** 0.57* 0.54* -0.64* -0.67** -0.82** -0.54* -0.46 -0.62*
蔗皮硅含量 0.67** 0.57* 0.47 -0.59* -0.66** -0.79** -0.62* -0.74** -0.81**
蔗茎硅含量 0.49 0.54* 0.47 -0.41 -0.40 -0.54* -0.37 -0.35 -0.48

注：*表示显著相关（P<0.05）,**表示极显著相关（P<0.01）。

Note: * indicates significant correlation (P<0.05). ** indicates extremely significant correlation (P<0.01).

2.3 不同硅肥用量抗条螟性相关指标因子分析

为评价硅肥处理对甘蔗条螟为害的影响,挖掘抗条螟性指标间的内在联系,消除指标间的共线性及揭示指标间的差异,利用因子分析进行降维,并进行因子综合得分评价。对苗期（螟害枯心率）和工艺成熟期（螟害节数、螟害节率、枯梢率、累积蛀道长度、节蛀道长度和羽化率）共7个抗条螟性指标进行因子分析,相关矩阵经KMO和Bartlett’s检验,KMO=0.81,Bartlett’s= 107.39（P<0.01）,适合进行因子分析,经因子分析得到旋转后的因子载荷矩阵见表4。经最大方差法进行旋转,共提取3个公因子,分别为F1,F2和F3,其累计贡献率为94.12%,说明提取的公因子对总信息量解释度达到94.12%。供试的7个抗条螟性指标提取率为87.88%~98.12%,所提取的公因子能够较好地反映原有的指标信息。第1类公因子F1包含螟害节数（0.90）、螟害节率（0.86）、枯梢率（0.71）和累积蛀道长度（0.80）,方差贡献率为44.23%,主要反映工艺成熟期甘蔗条螟为害程度,称为工艺成熟期条螟为害因子;第2类公因子F2包含节蛀道长度（0.88）和羽化率（0.87）,方差贡献率为35.00%,主要反映条螟生长发育情况,称为工艺成熟期条螟生长发育因子;第3类公因子F3仅包含螟害枯心率（0.73）,方差贡献率为14.89%,主要反映苗期甘蔗条螟为害情况,称为苗期条螟为害因子。在因子分析的基础上,结合田间抗条螟性指标调查的难易程度,苗期的螟害枯心率、工艺成熟期的螟害节率与节蛀道长度3个指标可作为硅肥调控甘蔗对条螟抗性效应的评价指标。
表4 抗条螟性指标旋转后因子载荷矩阵

Tab. 4 Rotated factor loading matrix of stalk borer resistance indexes

指标
Indexes		 F1 F2 F3 提取率
Extraction rate/%
螟害枯心率 0.44 0.49 0.73 96.27
螟害节数 0.90 0.22 0.36 98.12
螟害节率 0.86 0.36 0.31 96.35
枯梢率 0.71 0.50 0.36 87.88
累积蛀道长度 0.80 0.51 0.07 89.97
节蛀道长度 0.34 0.88 0.25 94.98
羽化率 0.34 0.87 0.30 95.24
方差贡献率/% 44.23 35.00 14.89
累计方差贡献率/% 44.23 79.23 94.12
根据各因子方差贡献率,建立模型Y= 0.4423F1+0.3500F2+0.1489F3,Y为螟害因子综合得分,计算各硅肥处理的螟害因子综合得分。由表5可知,螟害因子综合得分由高到低依次为：T0>T1>T2>T3>T4,其得分越低,说明该硅肥处理对条螟防治效果越好,T4处理对条螟的防治效果最佳。通过条螟综合因子得分评价,说明随着硅肥施用量增加,条螟种群数量随之减少,甘蔗植株受害程度随之减轻,条螟生长发育受限。
表5 不同硅肥用量的螟害因子综合得分

Tab. 5 The comprehensive scores of borer damage factors under different silicon fertilizer dosages

处理
Treatments		 因子得分Factor score 螟害因子Y综合得分
Borer damage factor comprehensive score		 排序
Order
F1 F2 F3
T0 0.62 0.48 1.37 0.65 1
T1 0.98 0.64 -0.49 0.59 2
T2 -0.76 0.63 0.08 -0.10 3
T3 -0.18 -1.02 -0.44 -0.50 4
T4 -0.66 -0.74 -0.52 -0.63 5

2.4 不同硅肥用量下蔗茎产量性状

硅肥对蔗茎产量性状的影响见表6。硅肥能提高甘蔗的单茎重、有效茎数、成茎率和蔗茎产量。其中T3、T4处理的单茎重显著高于空白对照T0,T3和T4处理间差异不显著,虽然也高于T1、T2处理,但差异不显著。有效茎数在T0~T3处理中随着施硅量增加而增多,在T4处理趋于稳定,T3和T4处理显著高于T0、T1和T2处理,T3和T4间,T0、T1和T2间差异不显著。5个处理的成茎率随施硅量增加而增大,成茎率在处理间无显著差异。由蔗茎产量可知,硅肥的4个处理均显著高于空白对照T0,T3、T4处理显著高于T1、T2处理,其中T3处理的蔗茎产量最高,达到83.05 t/hm2。田间锤度在5个处理间无显著差异。以硅肥1500元/t、甘蔗收购价520元/t进行投入产出核算,T3处理的经济效益最高。
表6 不同硅肥用量下蔗茎产量性状

Tab. 6 Traits of sugarcane stalk yield under different silicon fertilizer dosage

处理
Treatments		 单茎重
Weigh per stalk/kg		 每公顷有效茎数
Stalk number per hectare		 成茎率
Stalk forming rate/%		 蔗茎产量
Stalk yield /(t·hm-2)		 田间锤度
Brix/%		 成本投入
Cost input /(yuan•hm-2)		 产出
Output /(yuan·hm-2)
T0 1.09±0.12b 50 803±2719b 57.84±5.46a 55.16±4.14c 19.20±0.10a 0 28 683
T1 1.27±0.08ab 53 360±3699b 58.17±2.16a 67.38±0.72b 18.80±0.59a 282 34 756
T2 1.24±0.01ab 54 215±3603b 59.66±3.17a 66.94±4.18b 19.33±0.35a 563 34 246
T3 1.33±0.04a 62 424±4483a 59.67±3.67a 83.05±3.78a 18.77±0.50a 844 42 342
T4 1.32±0.15a 62 253±4364a 59.68±4.11a 81.93±9.42a 19.07±0.20a 1125 41 479

注：表中数据为平均值±标准误,同列不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。

Note: Data are mean ± SE. Different lowercase letters in the same column indicate significant difference (P<0.05).

通过逐步回归分析,将苗期和工艺成熟期7个抗条螟性指标与蔗茎产量进行多元回归分析。回归方程为：Y=109.38-2.98X1-12.12X2,（r=0.92,P<0.01）。Y：蔗茎产量,X1：螟害枯心率,X2：累积蛀道长度,说明在所评价的7个指标中苗期螟害枯心率和工艺成熟期累积蛀道长度对蔗茎产量影响较大。对逐步回归筛选出来的这2个抗条螟性指标与蔗茎产量作通径分析,螟害枯心率和累积蛀道长度对蔗茎产量的直接效应均为负效应,且螟害枯心率效应更大。决策系数分析显示,苗期螟害枯心率对蔗茎产量的影响大于累积蛀道长度,说明其还通过间接效应影响蔗茎产量（表7）。
表7 相关抗条螟性指标与产量间的效应分析

Tab. 7 Effect analysis between the related resistance indexes of stalk borer and stalk yield

自变量X
Independent
variable X		 与Y的简单相关系数
Correlation
coefficients		 直接通径系数
Direct path
coefficients		 间接通径系数Indirect path coefficients 决策系数
Decision
coefficients
枯心率
Dead heart rate		 累积蛀道长度
Length of cumulative tunnels
枯心率 -0.87 -0.51 -0.36 0.62
累积蛀道长度 -0.86 -0.47 -0.39 0.59

2.5 不同硅肥用量下甘蔗农艺性状

叶片披垂程度、茎皮硬度和纤维分是影响甘蔗对条螟抗性的重要因素。由表8可知,通过硅肥处理后,甘蔗叶倾角随施硅量增加而逐渐降低,甘蔗叶片更为直立,但处理间差异不显著。茎皮硬度随施硅量增加而逐渐增大,T3和T4处理显著高于空白对照T0。蔗皮纤维分随硅肥施用量增加虽有所下降,但各处理间差异不显著。此外,处理间蔗茎纤维分的差异也不显著。说明通过硅肥处理后能够有效改善甘蔗叶片披垂程度,提升甘蔗茎皮硬度,从而提高甘蔗植株对条螟的抗性。
表8 不同硅肥用量下甘蔗农艺性状

Tab. 8 Sugarcane agronomic traits under different silicon fertilizer dosages

处理
Treatments		 叶倾角
Leaf inclination angle/°		 茎皮硬度
Stem epidermis hardness/HD		 蔗皮纤维分
Stem epidermis fiber/%		 蔗茎纤维分
Stalk fiber/%
T0 67.17±2.57a 25.28±0.50b 34.82±6.88a 14.58±1.91a
T1 64.50±5.63a 26.89±5.01ab 33.00±1.48a 14.99±1.21a
T2 64.67±2.84a 29.19±3.43ab 32.10±1.88a 12.79±2.50a
T3 63.17±2.31a 31.20±3.36a 31.38±0.62a 13.21±3.24a
T4 60.17±3.82a 33.99±0.60a 31.39±2.50a 12.43±2.86a

注：表中数据为平均值±标准误,同列不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。

Note: Data are mean ± SE. Different lowercase letters in the same column indicate significant difference (P<0.05).

3 讨论

本研究在我国甘蔗主要产区进行,其土壤类型及螟虫为害均具有一定代表性。试验地土壤有效硅含量为57.02 mg/kg,根据苏广达等[18]的标准,属缺硅土壤（<100 mg/kg）,而甘蔗为喜硅作物,研究结果也显示施用硅肥后,能显著提升甘蔗植株的硅含量以及对条螟的抗性和蔗茎产量。在本研究中,甘蔗苗期叶片含硅量大于0.75%,根据前人标准[19],说明在甘蔗苗期硅的供给是足够的。但工艺成熟期叶片的硅含量偏低（未施硅处理0.56%）,可能是由于土壤中硅的供给有限而工艺成熟期甘蔗需求量大所导致。在0~ 562.5 kg/hm2硅肥施用量范围内,甘蔗苗期和工艺成熟期植株的硅含量随施用量增加而增加,在750 kg/hm2施用量时,植株的硅含量有所回落,这与Keeping等[20]的研究结果是一致的。表明在一定硅肥施用量内,甘蔗植株硅含量与硅肥施用量间的响应是一致的,但在较高施用量下,可能由于生物量及甘蔗品种硅吸收能力而导致植株硅含量无法进一步提升。
硅对植物抗虫性有直接或间接影响,能在一定程度上增强植物的抗生性、影响植食性昆虫的选择性[8]。Meyer等[21]研究表明,施用硅肥能够提升植株硅含量显著降低螟虫为害,工艺成熟期甘蔗的抗螟性差异也显示抗螟性更强的品种叶片和蔗茎的硅含量更高[22,23]。本研究也证实了硅肥对甘蔗条螟具有一定的防控效果,能显著提升整个生育期甘蔗植株硅含量,有效降低条螟的发生率和为害程度。通过研究硅肥施用量与甘蔗对条螟抗性指标的内在联系,显示硅肥的施用量、植株的硅含量与植株抗条螟性响应是一致的,可通过调节甘蔗植株硅的含量提高甘蔗对条螟的抗性。本研究在甘蔗苗期仅对甘蔗叶片含硅量进行测定,而甘蔗条螟在苗期的侵害部位不仅包括心叶还有叶鞘等部位,甘蔗苗期含硅量与植株含硅量对条螟的抗性响应仍有待进一步完善。
植物抗虫性是植物与害虫之间在一定条件下相互作用的表现。硅提高植物抗虫性涉及两方面的机制,硅能富集在甘蔗叶片、茎秆的表皮细胞,形成“角质-硅双层”结构,对甘蔗螟虫钻蛀形成物理屏障[24];而且能够减少幼虫对食物的不完全吸收影响其正常生长发育,控制其种群数量[25]。甘蔗品种的抗螟性评价指标通常采用枯心率、螟害节率、枯梢率等螟虫种群密度指标,而对螟虫的为害程度及个体发育情况较少涉及,为验证硅对条螟的抗性机制是否具有多元抗性,本研究引入反映植株受害程度指标（累积蛀道长度）,螟虫反应指标（节蛀道长度和羽化率）。结果显示硅肥对甘蔗条螟的影响是多方面的,通过因子分析发现螟害节数、螟害节率、枯梢率和累积蛀道长度为一个类群,反映硅肥增强甘蔗植株组织强度形成物理屏障,导致条螟种群数量和为害程度显著降低,体现硅肥对条螟抗生性的影响;而节蛀道长度和羽化率为一个类群,反映条螟的取食量及生长情况,体现硅肥对条螟生长发育的影响。由此可见,硅肥不但影响条螟的钻蛀成功率,而且影响钻蛀后的生存质量,对条螟的抗性具有多元性。同时,硅肥能同时提高苗期和工艺成熟期甘蔗对条螟的抗性,说明硅肥对甘蔗条螟的防控具有持续性特点,能在一个相对较长的时间内将条螟种群数量控制在经济允许水平下,这与柏丽华等[26]在水稻上的发现类似,与药剂防治方式相比,硅肥对条螟的防控持效性长,受环境干扰较小。
甘蔗抗螟性与农艺性状密切相关,硅肥能够改善甘蔗农艺性状,进而影响甘蔗对螟虫的抗性。任大方等[27]认为甘蔗叶片的披垂程度同抗螟性密切相关,叶片较为直立的品种其螟害程度更轻。本研究施用硅肥后能显著改善甘蔗植株的叶倾角,使甘蔗叶片更为直立,其本质是叶片硅含量提升,通过降低叶片的可食性,延缓条螟的生长发育,这与甘蔗条螟低龄幼虫取食心叶的习性密切相关。甘蔗叶片的披垂程度与硅含量间存在内在联系,暗示在抗螟性品种选育过程中,叶片披垂程度作为抗螟性评价的重要指标具有潜在价值,有待进一步研究。茎皮硬度是甘蔗抗螟性的重要屏障,研究表明茎皮硬度能够增加低龄螟虫钻蛀难度,从而延长其在外界环境的暴露时间,增加不良环境对其的干扰和天敌侵害的几率。不同抗螟性甘蔗品种间存在硅含量差异[21, 28-29],主要体现在叶片、叶鞘和茎表皮的细胞硅密度和细胞形态上[30],施用硅肥能够增强蔗茎表皮硬度[31],硅的微区分布显示硅在蔗茎中主要富集在根间带和蔗茎表皮,而在维管束和薄壁细胞中则相对稀疏。本研究表明施用硅肥使硅在蔗茎表皮上富集,从而提高组织硬度,而蔗皮硬度与抗条螟性指标显著正相关,能够有效降低条螟种群数量和减轻为害程度,这与Kvedaras等[31]的研究结果一致。甘蔗条螟整个生育期需2次钻蛀蔗茎表皮,一是在低龄幼虫开始钻蛀入蔗茎时,另一次是在老熟幼虫钻蛀出蔗茎准备羽化时,因此,茎皮硬度对其影响较大,因为在低龄幼虫时,较高的茎皮硬度能有效降低条螟的钻蛀成功率,而在老熟幼虫时,茎皮硬度又能影响成虫羽化率,制约其正常生长发育。由此可见,硅肥通过增强甘蔗组织的硬度,成为抵御条螟钻蛀为害的重要物理屏障。
在一定施用量下,硅肥能够增加土壤有效硅含量,促进甘蔗增产,这与蒋雄英等[32]的研究结果一致。对抗条螟性指标与产量间进行通径分析可知,施用硅肥后,抗条螟性指标中,苗期螟害枯心率和累积蛀道长度对蔗茎产量影响最大,且以苗期螟害枯心率对蔗茎产量的影响最大。施用硅肥一方面能够显著减少苗期螟害枯心率,保证齐苗,从而避免因枯心重新发株所致的甘蔗成茎率下降,增加有效茎数;另一方面能够提高工艺成熟期甘蔗植株对条螟的耐害性,降低条螟为害程度,增加单茎重,说明施用硅肥后增强了甘蔗对条螟的抗性是甘蔗增产的重要因素之一。施用硅肥对甘蔗田间锤度没有明显的影响,这与Nikpay等[11]和Camargo[33]的研究结果一致,不过Nikpay等[11]也指出硅肥能显著提高蔗糖分、蔗汁纯度和转光度等蔗汁品质。在本研究中,562.5 kg/hm2与750 kg/hm2硅肥施用量对甘蔗条螟均具有较好的防治效果,对蔗茎产量具有显著增产效应,且2个施用量处理间差异不显著,遵循经济效益原则,认为562.5 kg/hm2硅肥为最适宜施用量。但甘蔗的硅含量受硅肥种类、土壤类型和甘蔗品种吸收能力等因素影响较大,不同蔗区硅肥适宜施用量应因地制宜而定。
在一定施用量范围内,硅肥能够提高甘蔗植株硅含量,提升甘蔗在整个生育期对条螟的内源抗性,不仅干扰条螟的正常生长发育,降低种群数量,而且提高甘蔗对条螟的耐害性、减轻甘蔗的受害程度,促进甘蔗增产增收,在甘蔗螟虫防控中发挥重要作用,是有害生物综合防控的重要组成部分。硅肥在施用过程中具有对环境友好、长效性和对害虫具有多元抗性等特点,应该将其作为现有防治手段的有效补充。

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