張運(yùn)紅，孫克剛，杜 君,和愛玲，張起義

(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002)

海藻寡糖增效尿素對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

張運(yùn)紅，孫克剛*，杜 君,和愛玲，張起義

(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002)

在大田試驗條件下，研究海藻寡糖(ADO)增效尿素對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期為ADO增效尿素產(chǎn)業(yè)化及其在農(nóng)業(yè)上的推廣應(yīng)用提供參考。結(jié)果表明，在同等施氮水平下，與普通尿素處理相比，ADO增效尿素處理的水稻穗粒數(shù)及產(chǎn)量均顯著增加。ADO增效尿素處理的水稻精米率、整精米率及稻米蛋白質(zhì)含量均顯著高于不施氮肥處理(對照)和普通尿素處理，其中較普通尿素處理分別增加1.82%、10.83%、7.59%；消減值顯著低于對照和普通尿素處理，其中較普通尿素處理下降36.02%；此外，稻米透明度、膠稠度、堿消值、最高黏度和崩解值也高于對照和普通尿素處理，堊白粒率和堊白度低于對照和普通尿素處理，且與對照相比差異均達(dá)顯著水平。綜上，ADO增效尿素可促進(jìn)水稻增產(chǎn)，對水稻品質(zhì)也有一定的改善作用。

海藻寡糖增效肥料； 水稻； 產(chǎn)量； 品質(zhì)

近年來，我國化肥的使用量隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)強(qiáng)度的加大不斷增加，因過量施肥尤其是氮肥帶來的環(huán)境污染問題日益突出。目前，我國氮肥的生產(chǎn)量和使用量在世界均居首位，然而氮肥利用率卻僅為30%～35%[1-2]。水稻是我國第一大糧食作物，而氮素是影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)形成的重要礦質(zhì)營養(yǎng)元素[3]。如何在不減產(chǎn)的前提下提高氮肥利用率，減輕氮肥流失對環(huán)境造成的污染，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。目前，關(guān)于提高氮肥利用率的主要措施有肥料配施、施用緩釋肥及增效氮肥等[4-5]。相比而言，增效氮肥對傳統(tǒng)耕作方式?jīng)_擊小，易被農(nóng)民短期內(nèi)接受，可實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)中傳統(tǒng)施肥到科學(xué)施肥轉(zhuǎn)型的有效銜接。海藻寡糖(ADO)是海藻酸鈉經(jīng)N-乙酰-B-D-氨基葡萄糖苷酶酶解的產(chǎn)物，由β-D-甘露糖醛酸(M)與α-L-古羅糖醛酸(G)依靠1,4-糖苷鍵連接而成，適量施用可促進(jìn)植物根系生長及植物對氮、磷、鈣、鎂、硼、錳、鋅的吸收[6]。張朝霞等[7]研究發(fā)現(xiàn)，ADO增效尿素可促進(jìn)小麥增產(chǎn)，提高氮肥利用率。此外，在油菜上的研究顯示，海藻酸鈉寡糖對酰胺態(tài)氮的增效作用好于銨態(tài)氮和硝態(tài)氮[8]。然而，ADO增效尿素在水稻上的應(yīng)用效果還未見報道。為此，研究了ADO增效尿素對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，旨在為ADO增效尿素產(chǎn)業(yè)化及其在農(nóng)業(yè)上的推廣應(yīng)用提供參考，這對提高我國農(nóng)業(yè)氮肥利用率、降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本、推動綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況及材料

試驗于2014年在河南省信陽市商城縣蘇仙石鄉(xiāng)和白集鎮(zhèn)進(jìn)行，試驗田土壤類型分別為黃棕壤性潴育型水稻土和黃褐土性潴育型水稻土，其土壤養(yǎng)分狀況見表1。

表1 試驗田土壤養(yǎng)分含量狀況

供試ADO由山東結(jié)晶集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)，聚合度為2～10，糖醛酸組成為M∶G=7∶3，糖醛酸含量>90%。供試普通尿素(含N 46.2%)由山東濟(jì)寧谷豐肥業(yè)有限公司生產(chǎn)。供試水稻品種為雜交秈稻汕優(yōu)63。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)3個處理，即對照(CK)：不施氮肥；普通尿素處理：施普通尿素；ADO增效尿素處理：施普通尿素+ADO。普通尿素折純后氮用量為90 kg/hm2，分2次施入，70%于插秧前1 d作基肥施入，30%于分蘗期做追肥施入。ADO添加量為0.3%，即0.587 kg/hm2。3個處理均施等量的磷肥和鉀肥，其中磷肥為過磷酸鈣，鉀肥用氯化鉀，折純后P2O5、K2O用量分別為33.75、71.25 kg/hm2，全部做基肥于插秧前1 d施入。小區(qū)面積25 m2，重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列，每個小區(qū)之間設(shè)保護(hù)行。于2014年4月2日下種，5月25日移栽，9月16日收獲，栽插行株距為30 cm×15 cm，其他田間管理同當(dāng)?shù)卮筇?，同一作業(yè)當(dāng)日完成。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 收獲時，各小區(qū)取15穴水稻植株，測定有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、單穗質(zhì)量、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量等，并實(shí)收脫谷測產(chǎn)。

1.3.2 品質(zhì) 取蘇仙石鄉(xiāng)放置1個月以上的試驗稻谷1 kg，參照GB/T 17891—1999測定稻米的加工品質(zhì)(出糙率、精米率、整精米率)、外觀品質(zhì)(堊白粒率、惡白度、籽粒長寬比、透明度)、蒸煮品質(zhì)(膠稠度、堿消值)、營養(yǎng)品質(zhì)(直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量)。其中，蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量以精米為測試樣品，采用1241近紅外谷物分析儀(瑞典FOSS公司生產(chǎn))測定。

米粉黏滯特性：采用澳大利亞Newport Scientific儀器公司生產(chǎn)的Super 3型淀粉黏滯性快速分析儀(Rapid Viscosity-analyzer，RVA)測定，并用TCW(Thermal cycle for windows)配套軟件分析。取3 g精米加25 mL蒸餾水，攪拌過程中，罐內(nèi)溫度先50 ℃保持1 min，然后在3.9 min內(nèi)將溫度逐漸上升到95 ℃并保持2.4 min，再在3.9 min內(nèi)將溫度緩慢降到50 ℃保持1.8 min。從測定開始到結(jié)束共13 min，各階段溫度變化和時間均由計算機(jī)控制。稻米RVA譜特性用最高黏度、熱漿黏度、最終黏度3個一級參數(shù)和崩解值(最高黏度-熱漿黏度)、消減值(最終黏度-最高黏度)2個二級參數(shù)表示，黏滯性單位為Pa/s。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用SAS 6.12軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用最小顯著極差法(LSD0.05)進(jìn)行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 ADO增效尿素對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2可知，與對照相比，蘇仙石鄉(xiāng)普通尿素和ADO增效尿素處理水稻有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、單穗質(zhì)量和產(chǎn)量均顯著增加，均以ADO增效尿素處理最高，其中ADO增效尿素處理有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量均顯著高于普通尿素處理，增幅分別達(dá)5.68%、5.42%和9.67%。白集鎮(zhèn)普通尿素和ADO增效尿素處理水稻有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、單穗質(zhì)量和產(chǎn)量均較對照顯著增加，且均以ADO增效尿素處理最高，其中ADO增效尿素處理穗粒數(shù)、產(chǎn)量均顯著高于普通尿素處理，增幅分別達(dá)4.43%、4.64%。上述結(jié)果說明，施用氮肥可促進(jìn)水稻增產(chǎn)，且ADO增效尿素的施用效果好于普通尿素。

表2 ADO增效尿素對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示同一地點(diǎn)不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

2.2 ADO增效尿素對水稻品質(zhì)的影響

2.2.1 加工品質(zhì)和外觀品質(zhì) 由表3可知，ADO增效尿素處理水稻精米率、整精米率均顯著高于對照和普通尿素處理，分別較對照增加2.60%、25.25%，較普通尿素處理增加1.82%、10.83%，普通尿素處理的整精米率較對照顯著增加13.02%。ADO增效尿素處理水稻堊白粒率、堊白度均顯著低于對照，降幅分別為7.96%、16.42%，透明度顯著提高2.25%；普通尿素處理堊白粒率顯著低于對照，降幅達(dá)6.19%，其他指標(biāo)與對照差異不顯著。上述結(jié)果說明，ADO增效尿素可在一定程度上改善水稻的加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)。

表3 ADO增效尿素對水稻加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)的影響

2.2.2 蒸煮品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì) 由表4可知，與對照相比，普通尿素和ADO增效尿素處理稻米膠稠度和堿消值均有不同程度的增加，其中ADO增效尿素處理顯著高于對照，其膠稠度和堿消值分別較對照增加8.18%和11.11%；普通尿素和ADO增效尿素處理的蛋白質(zhì)含量均顯著高于對照，增幅分別為9.72%和18.06%，且ADO增效尿素處理顯著高于普通尿素處理，增幅達(dá)7.59%；3個處理之間直鏈淀粉含量無顯著變化。上述結(jié)果說明，ADO增效尿素對水稻蒸煮品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)有一定的改善效果。

表4 ADO增效尿素對稻米蒸煮品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)的影響

2.2.3 米粉黏滯特性 RVA譜反映了米粉漿在加熱升溫和冷卻過程中淀粉黏滯性的變化特征，淀粉黏滯性與稻米的食味品質(zhì)有密切關(guān)系。米飯質(zhì)地好的稻米最高黏度高，崩解值大，消減值小[9]。由表5可知，ADO增效尿素處理的稻米最高黏度和崩解值均顯著高于對照，增幅分別為13.02%和19.06%，消減值較對照顯著下降51.44%，且消減值顯著低于普通尿素處理，降幅達(dá)36.02%；普通尿素處理的消減值顯著低于對照，降幅為24.10%，最高黏度和崩解值與對照差異不顯著。上述結(jié)果說明，ADO增效尿素能在一定程度上提高稻米的食味品質(zhì)。

表5 ADO增效尿素對稻米米粉黏滯特性的影響 Pa/s

處理最高黏度崩解值消減值CK2.765b1.165b0.278a普通尿素2.978ab1.256ab0.211bADO增效尿素3.125a1.387a0.135c

3 結(jié)論與討論

ADO是一類新型生物制劑，具有可自然降解、不污染環(huán)境和無殘留等優(yōu)點(diǎn)。ADO可提高菜心產(chǎn)量和品質(zhì)[10]，促進(jìn)水稻[11]和小麥[12]根系生長。張朝霞等[8]將ADO添加到不同形態(tài)氮肥中發(fā)現(xiàn)，其均能在一定程度上提高油菜氮肥利用率；與磷、鉀肥配施也能顯著提高玉米磷肥和鉀肥利用率[13]。本研究結(jié)果顯示，在同等施氮水平下，與普通尿素處理相比，ADO增效尿素處理水稻有效穗數(shù)、穗粒數(shù)均顯著增加，進(jìn)而顯著增加產(chǎn)量。張賡等[14]在菜薹上的研究顯示，ADO可促進(jìn)植物光合作用，加快碳水化合物的形成，這可能是其促進(jìn)水稻增產(chǎn)的主要原因之一；此外，ADO可促進(jìn)作物營養(yǎng)元素的吸收[6]，也有利于作物產(chǎn)量的形成。

水稻品質(zhì)主要受品種遺傳特性的影響，而肥料、水分、氣候等環(huán)境因素均能影響水稻的米質(zhì)性狀[15]。良好的加工品質(zhì)要求水稻有較高的精米率、整精米率。李國生等[16]研究顯示，在一定范圍內(nèi)，稻米的整精米率隨施氮量的增加而增加。本研究結(jié)果顯示，與對照和普通尿素處理相比，ADO增效尿素處理可提高水稻的精米率和整精米率，從而改善水稻的加工品質(zhì)。水稻米粒胚乳中含有的堊白是由淀粉和蛋白質(zhì)顆粒積累不夠密實(shí)所致，不僅影響米粒的透明度，降低稻米的商品價值，而且碾米時易產(chǎn)生較多的碎米[17]。氮素營養(yǎng)不足是形成堊白米的重要環(huán)境因素之一。李國生等[16]在盆栽條件下研究顯示，汕優(yōu)63的堊白粒率隨施氮量的增加而降低，堊白度在施氮量為16 g/m2時最低。本研究結(jié)果顯示，與對照和普通尿素處理相比，ADO增效尿素處理可降低堊白粒率和堊白度，提高稻米透明度，改善水稻的外觀品質(zhì)。稻米的理化特性及淀粉RVA譜特性是構(gòu)成稻米蒸煮食味品質(zhì)的主要因素，稻米中的直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量是決定稻米蒸煮食味品質(zhì)特性的最主要化學(xué)成分，其含量高稻米的蒸煮食味品質(zhì)差，膠稠度小，米飯較硬，口感較差。淀粉RVA譜特性中最高黏度和下降黏度值與飯味、黏性及總評分呈正相關(guān)，而黏滯峰消減值與飯味呈負(fù)相關(guān)[18-19]。周瑞慶[20]和金正勛等[17]研究認(rèn)為，增施氮肥可以提高產(chǎn)量，增加稻米的蛋白質(zhì)含量，降低膠稠度和直鏈淀粉含量，使蒸煮食味品質(zhì)變差；但金軍等[21]研究發(fā)現(xiàn)，直鏈淀粉對氮素不敏感；柳金來等[22]則認(rèn)為，施氮量與直鏈淀粉含量之間為拋物線關(guān)系。本研究結(jié)果顯示，與對照和普通尿素處理相比，ADO增效尿素處理在提高稻米蛋白質(zhì)含量的同時，膠稠度、最高黏度和崩解值也增加，消減值降低，說明ADO增效尿素不僅能提高水稻的產(chǎn)量，還能改善稻米的蒸煮品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)。

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Effects of Alginate-derived Oligosaccharides Synergistic Urea on Yield and Quality of Rice

ZHANG Yunhong,SUN Kegang*,DU Jun,HE Ailing,ZHANG Qiyi

(Institute of Plant Nutrition,Resources and Environment,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China)

The effects of alginate-derived oligosaccharides(ADO) synergistic urea on the yield and quality of rice(OryzasativaL.) were studied under field-grown condition,in order to provide references for the industrialization of ADO synergistic urea and its application in agriculture.The results showed that the treatments of ADO synergistic urea increased the grains per panicle as well as yield significantly compared with the common urea with the same content of nitrogen.The milled rice rate,head rice rate and protein contents of ADO synergistic urea treatment were higher than those of the control without urea and common urea treatments,with the increase amplitude of 1.82%,10.83% and 7.59% respectively compared with common urea treatment; the setback value was lower than those of the control without urea and common urea treatments,reduced by 36.02% obviously compared with common urea treatment.Moreover,transparency,gel consistency,alkali spreading value,the maximum viscosity and breakdown values of ADO synergistic urea treatments were higher than those of the control without urea and common urea treatments,and chalky rice rate and chalkiness were lower.These differences with the control without urea reached significant level.Taken together,these results indicated that application of ADO synergistic urea could increase yield,and had a certain improving effects on quality.

alginate-derived oligosaccharide synergistic urea; rice(OryzasativaL.); yield; quality

2015-09-10

河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研發(fā)展專項資金項目(20137913)；河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院自主創(chuàng)新項目(2069999)

張運(yùn)紅(1983-)，女，河南新鄉(xiāng)人，助理研究員，博士，主要從事寡糖生物活性及新型植物生長調(diào)節(jié)劑研究。 E-mail:snowgirl23@126.com

*通訊作者：孫克剛(1965-)，男，河南信陽人，研究員，碩士，主要從事植物營養(yǎng)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)養(yǎng)分管理方面的研究。 E-mail:kgsun@ipni.ac.cn

S143.1;S511

A

1004-3268(2016)01-0053-04