牛同旭 鄭桂萍* 姜玉偉 趙婷婷 張麗微仲維君李猛陳立強周健解保勝
(1黑龍江八一農(nóng)墾大學農(nóng)學院,黑龍江大慶163319;2黑龍江省農(nóng)墾科學院水稻研究所,黑龍江佳木斯154007;第一作者∶1147603226@qq.com;*通訊作者∶byndzgp@163.com)
水稻是黑龍江省的主要糧食作物[1]。我國可用耕地面積有限且耕地質(zhì)量不高,優(yōu)質(zhì)耕地面積只占全國耕地面積的三分之一[2-4]。鹽害是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上最主要的非生物逆境之一[5],黑龍江省約有鹽堿地96.7萬hm2,且多為蘇打鹽堿土,主要分布在松嫩平原。松嫩平原西部是世界三大鹽堿地之一,面積為257.3萬hm2[6]。秸稈經(jīng)無氧高溫熱解可以得到生物炭,具有高度的生物化學抗分解性,與秸稈直接還田相比能夠大幅度提升土壤碳庫的穩(wěn)定性[7],生物炭常被稱為是各種自然資源存在的基礎(chǔ)。利用具體的碳化技術(shù),在缺氧條件下,生物質(zhì)生產(chǎn)的富碳產(chǎn)品并不完全被燒成灰燼[8]。生物質(zhì)在碳化后,孔隙度和比表面積增大,具有很強的吸附能力,可作為農(nóng)業(yè)、工業(yè)等方面的原料。圍繞生物炭對作物產(chǎn)量的影響國內(nèi)外學者開展了大量研究。絕大多數(shù)研究表明,生物炭能改善土壤理化性質(zhì),提高肥料利用率,增加作物產(chǎn)量,促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[9-16]。然而,有研究發(fā)現(xiàn),生物炭的增產(chǎn)效果僅在一定的施用量范圍之內(nèi)起作用,過高或過低均會導致作物產(chǎn)量降低[17-18]。但有關(guān)鹽堿地施用生物炭對水稻產(chǎn)量及品質(zhì)影響的研究較少。為此,本試驗研究了生物炭對鹽堿地水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響,以期為鹽堿地水稻栽培提供理論依據(jù)。
試驗于2016年在黑龍江八一農(nóng)墾大學盆栽場中進行。供試品種為墾粳5號,主莖12片葉。試驗用盆規(guī)格∶上口直徑 29.0 cm,下口直徑 18.5 cm,高 28.0 cm。供試土壤為蘇達鹽堿土,各養(yǎng)分含量見表1。
表1 供試土壤養(yǎng)分含量狀況
試驗為單因素完全隨機設計,以常規(guī)施用化肥為對照(CK),以常規(guī)施化肥基礎(chǔ)上配施不同用量生物炭為處理,分別施生物炭3 000 kg/hm2(處理1)、7 500 kg/hm2(處理2)、12 000 kg/hm2(處理3)、16 500 kg/hm2(處理4)。每盆施用量及施用時期見表2。
于4月9日浸種,4月16日催芽,4月18日播種,秧田管理按常規(guī)生產(chǎn)進行。盆栽,每個處理14盆。每個盆底中央均用2 mm的電鉆均勻一致打孔一個,并用濾紙覆蓋。每盆裝過篩混勻土13 kg。泡田并模擬水耙地攪漿,連同生物炭和基肥一同施入,沉降2 d后于5月21日插秧。插秧方法∶4叢/盆,4苗/叢。生育期間人工除草,成熟期收獲。
表2 生物炭及化肥施用時期及施用量
表3 不同處理對墾粳5號產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響
表4 不同處理對墾粳5號碾磨品質(zhì)的影響 (%)
表5 不同處理對墾粳5號外觀品質(zhì)的影響 (%)
1.3.1 產(chǎn)量
于成熟期,連續(xù)調(diào)查14盆每叢穗數(shù),每處理按照平均穗數(shù)取樣7叢,進行理論測產(chǎn)。并考查穗長、每叢穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重,計算出理論產(chǎn)量。
1.3.2 碾磨品質(zhì)
稱取部分樣品,質(zhì)量記為W0,用FC-2K型實驗礱谷機(YAMAMOTO,離心式)加工成糙米,質(zhì)量記為W1,并按公式計算糙米率(糙米率=W1/W0×100%);用日本公司生產(chǎn)的VP-32型實驗碾米機加工精米,用浙江臺州生產(chǎn)的CPC96-3型稻米精白機加工精米。從W1中稱取一定量的糙米W2(21 g,3次重復)精碾,除去糠粉并稱質(zhì)量記為W3,再揀出整精米粒,稱質(zhì)量記為W4,并按下列公式計算其精米率和整精米率∶精米率(%)=W3/W2×(W1/W0)×100;整精米率(%)=W4/[W0×(W2/W1)]×100。
1.3.3 外觀品質(zhì)
用日本靜岡機械株式會社生產(chǎn)的ES-1000便攜式品質(zhì)分析儀測定精米的堊白粒率、堊白度。
1.3.4 營養(yǎng)品質(zhì)
用瑞典FOSS福斯公司的FOSS1242近紅外分析儀測定籽粒糙米中蛋白質(zhì)含量及直鏈淀粉含量。
1.3.5 食味品質(zhì)
用日本佐竹公司(SATAKE)生產(chǎn)的米飯食味計(STA1A)測定。
用Excel 2003軟件和DPS V9.01數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計分析。
從表3可見,有效穗數(shù)處理2極顯著高于CK。每穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重與CK差異均不顯著,但結(jié)實率各處理均高于對照。理論產(chǎn)量處理2極顯著高于CK。
2.2.1 對碾磨品質(zhì)的影響
從表4可見,糙米率、精米率和整精米率各施生物炭處理均高于CK。糙米率以處理4最高,顯著高于CK;精米率以處理3最高,極顯著高于CK;整精米率以處理1和處理3較高,極顯著高于CK。
2.2.2 對外觀品質(zhì)的影響
從表5可見,堊白度和堊白粒率除處理2外施生物炭處理均低于CK,處理1、處理4的堊白度顯著低于CK,處理3堊白度極顯著低于CK;處理1堊白粒率顯著低于CK,處理3堊白粒率極顯著低于CK,處理4與CK差異不顯著。
2.2.3 對營養(yǎng)品質(zhì)的影響
從圖1可見,處理2的稻米蛋白質(zhì)含量最低,極顯著低于CK和其他處理;處理1低于CK,但差異不顯著。從圖2可見,直鏈淀粉含量表現(xiàn)為CK<處理2<處理3<處理 4<處理1,處理 1、處理 2、處理 3和處理 4分別比 CK 高 2.51%、0.18%、0.72%、1.97%,但差異均不顯著。
圖1 不同處理對墾粳5號蛋白質(zhì)含量的影響
圖2 不同處理對墾粳5號直鏈淀粉含量的影響
圖3 不同處理對墾粳5號食味評分的影響
表6 不同處理產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成與食味評分的相關(guān)性
2.2.4 對食味評分的影響
從圖3可見,不同處理墾粳5號的食味評分表現(xiàn)為處理2>處理3>CK>處理1>處理4,平均值分別為87.6 分、87.2 分、86.7 分、86.6 分和 86.5 分。處理 2 食味評分顯著高于CK和處理1,極顯著高于處理4,但與處理3差異不顯著。
從表6可見,有效穗數(shù)、結(jié)實率與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān),千粒重與結(jié)實率、產(chǎn)量呈極顯著負相關(guān)。理論產(chǎn)量與食味評分值的相關(guān)性達到了顯著水平,有效穗數(shù)與食味評分值的相關(guān)性達到了極顯著水平。表明基施生物炭主要通過促進有效分蘗而增加有效穗數(shù)和提高結(jié)實率,從而提高產(chǎn)量和食味評分值。
本試驗結(jié)果表明,7 500 kg/hm2是生物炭的適宜施用量,水稻產(chǎn)量達 13.90 g/叢,較對照增產(chǎn) 24.89%,差異極顯著;其次是3 000 kg/hm2和12 000 kg/hm2。有效穗數(shù)、結(jié)實率與產(chǎn)量達顯著正相關(guān)??梢?,基施生物炭主要通過促進有效分蘗而增加有效穗數(shù)和提高結(jié)實率來提高產(chǎn)量。生物炭處理均提高了稻米的碾磨品質(zhì),糙米率、精米率和整精米率的提高幅度分別為1.26%、1.70%和 7.09%,在生物炭用量為 7 500 kg/hm2時,食味評分顯著高于對照。
國內(nèi)外研究認為,施用生物炭對不同作物生長發(fā)育與產(chǎn)量有著積極作用,已被越來越多的研究證實。張偉明等[17]研究表明,施用生物炭增加了水稻每叢穗數(shù)、每穗粒數(shù)和結(jié)實率。陳琳等[19]研究發(fā)現(xiàn),施用生物炭基復混肥可不同程度提高水稻每穗總粒數(shù)、單穗質(zhì)量、水稻經(jīng)濟產(chǎn)量,并減少氮肥施用量,提高水稻氮素利用效率。本試驗結(jié)果表明,與常規(guī)施肥相比,施用生物炭的處理產(chǎn)量顯著提高。從產(chǎn)量構(gòu)成來看,施用生物炭提高了水稻的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和結(jié)實率。
關(guān)于生物炭對作物品質(zhì)影響的研究已有很多,但對于生物炭對稻米品質(zhì)影響的研究甚少。陳敏等[20]研究認為,生物炭可以提高優(yōu)質(zhì)煙葉的品質(zhì);張偉明等[21]研究認為,玉米芯生物炭對提高大豆品質(zhì)具有良好的作用。本研究認為,在一定施用量下生物炭可以提高稻米的食味評分值,過低或過高均會使稻米品質(zhì)下降。但本研究時間只有1年,時間太短,因此,有必要針對生物炭對稻米品質(zhì)的影響做進一步研究。