唐先干，徐昌旭，謝金水，袁福生，劉 佳，劉光榮，李祖章

(江西省農(nóng)業(yè)科學院 土壤肥料與資源環(huán)境研究所，江西 南昌 330200)

水稻是我國主要的糧食作物，隨著社會、經(jīng)濟的發(fā)展，耕地面積逐漸減少，以及人們消費需求的增加，為保障糧食安全和稻米品質(zhì)，提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)在水稻研究中愈發(fā)重要。雖然水稻高產(chǎn)品種對產(chǎn)量的提高起了重要作用，但在食味蒸煮與營養(yǎng)品質(zhì)等方面已不能滿足市場的需求[1]。關于綠肥對水稻品質(zhì)的影響，湯文光等[2]的研究表明在稻田冬種黑麥草、紫云英、油菜和馬鈴薯等綠肥均不同程度提高了水稻的產(chǎn)量，改善了稻米的品質(zhì)。符冠富等[3]的研究表明，在冬閑稻田種植馬鈴薯、黑麥草、油菜、燕麥草均明顯提高了稻米的整精米率和蛋白質(zhì)含量，但降低了稻米的堊白度、直鏈淀粉含量和膠稠度。因此，通過綠肥還田改善稻米品質(zhì)是一種較好的途徑。

紫云英(Astragalussmicus)是我國南方重要的冬季綠肥，具有固氮固碳、提高土壤養(yǎng)分含量、改善土壤生境等作用。紫云英對提高水稻產(chǎn)量、維持水稻可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[4-8]。前人的研究主要集中在種植利用紫云英后增加作物產(chǎn)量和改良土壤等方面，而有關紫云英對水稻品質(zhì)的影響，以及水稻品質(zhì)與養(yǎng)分吸收相互作用的研究報道較少。受地區(qū)性氣候條件的影響，加上淋溶、作物吸收及養(yǎng)分投入不平衡等導致南方水稻土中堿性離子含量低，土壤多呈酸性，因此研究種植紫云英還田后土壤Ca、Mg、Si對水稻品質(zhì)與養(yǎng)分吸收的影響，將有助于提高養(yǎng)分利用率和改善稻米品質(zhì)。本文通過田間定位試驗，研究了南方冬閑田種植利用紫云英對早稻產(chǎn)量、品質(zhì)的影響，以及早稻養(yǎng)分吸收與土壤肥力之間的相互影響，旨在為南方稻田早稻施肥及改善稻米品質(zhì)的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)狀況

試驗田位于江西省高安市江西省農(nóng)業(yè)科學院高安基地(N28°15′22.03″，E115°07′36.83″)。該區(qū)域屬亞熱帶季風氣候。境內(nèi)年平均降雨量1530 mm，氣溫17.5 ℃，無霜期273 d。供試土壤為第四紀亞紅黏土母質(zhì)發(fā)育的中潴黃泥田。試驗地土壤養(yǎng)分狀況：pH值為5.82,有機質(zhì)含量為23.49 g/kg,全氮含量為0.99 g/kg,全磷含量為0.43 g/kg,全鉀含量為19.71 g/kg,堿解氮含量為71.88 mg/kg,有效磷含量為12.51 mg/kg,速效鉀含量為49.78 mg/kg。

1.2 供試材料

供試紫云英品種為贛紫1號;在紫云英盛花期就地翻壓做早稻基肥;紫云英在盛花期的鮮草養(yǎng)分含量為N 0.30%、P2O50.08%、K2O 0.23%。供試水稻品種為中嘉早17。

1.3 試驗設計

試驗設5個處理：對照(CK)，不施用任何肥料；100%化肥(F10)處理，早稻化肥施用量為N 150 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2；處理G10F8，紫云英翻壓15000 kg/hm2+80%化肥；處理G15F8，紫云英翻壓22500 kg/hm2+80%化肥；處理G20F8，紫云英翻壓30000 kg/hm2+80%化肥。各試驗處理設置3次重復，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積21 m2，各小區(qū)用農(nóng)膜包覆的田埂隔開，獨立排灌。供試化肥種類為尿素、過磷酸鈣與氯化鉀。磷肥、鉀肥全部作基肥；化學氮肥的40%作基肥，30%作分蘗肥，30%作幼穗分化肥。紫云英在早稻移栽前10 d(盛花期)翻壓。試驗小區(qū)水稻移栽規(guī)格為14 cm×26 cm。于2018年4月24日移栽，7月24日收割，試驗為期3個月。

1.4 樣品采集

對每個試驗小區(qū)單獨計量稻谷產(chǎn)量。在測定稻谷產(chǎn)量前，用五點取樣法在各小區(qū)采集早稻植株樣5蔸，用于室內(nèi)考種，測定每穗粒數(shù)、實粒數(shù)、千粒重、結實率等產(chǎn)量構成因子。

在早稻收獲后，采用多點混合取樣法用土鉆在各小區(qū)采集0～20 cm土層土壤樣品，剔除石塊、植物殘根等雜物，混合裝袋后帶回實驗室；將土壤樣品自然風干，在研磨、過篩分裝后測定養(yǎng)分含量。

1.5 土壤、植株養(yǎng)分及稻米品質(zhì)的測定

土壤與植株養(yǎng)分含量的測定參照《土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法》[9]進行；土壤pH值的測定用pH計法；土壤有機質(zhì)含量的測定用油浴加熱-重鉻酸鉀容量法；全氮含量的測定用凱氏定氮法；全磷含量的測定用HClO4-H2SO4-鉬銻抗比色法；全鉀含量的測定用NaOH熔融火焰光度法；堿解氮含量的測定用1.0 mol/L NaOH堿解擴散法；速效鉀含量的測定用1.0 mol/L NH4OAc-火焰光度計法；有效磷含量的測定用Olsen法；交換性鈣、鎂含量的測定用乙酸銨交換-原子吸收分光光度法。

將植株用H2SO4-H2O2消煮分解后，用自動定氮儀法測定全氮含量；用鉬銻抗比色法測定全磷含量；用火焰光度計法測定全鉀含量。用HNO3-HClO4消煮植株后采用原子吸收分光光度法測定鈣、鎂含量；用質(zhì)量稱重法測定硅含量。

稻米品質(zhì)的測定委托農(nóng)業(yè)農(nóng)村部稻米及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心(中國水稻研究所)進行。其中，堊白粒率、堊白度和膠稠度的測定根據(jù)GB/T 17891─1999；出糙率的測定依據(jù)GB/T 5495─2008；整精米率的測定根據(jù)GB 1350─2009；直鏈淀粉含量的測定依據(jù)GB 15683─2008；長寬比的測定根據(jù)GB/T 17891─1999；蛋白質(zhì)含量的測定根據(jù)NY/T 3─1982。

1.6 參數(shù)計算與數(shù)據(jù)分析

養(yǎng)分吸收量(kg/hm2)=單位面積植株干物重×植株養(yǎng)分含量。

用Microsoft Excel 2010、DPS數(shù)據(jù)處理軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，應用LSD法檢驗各處理間的差異顯著性(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 紫云英還田對早稻產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

2.1.1 早稻產(chǎn)量 從表1可以看出，各處理的結實率與千粒重都無顯著差異。處理F10比CK增產(chǎn)69.8%，差異達顯著水平，F(xiàn)10增產(chǎn)的主要原因是有效穗數(shù)和穗粒數(shù)的增加。紫云英配施化肥處理的穗粒數(shù)都低于F10處理，但有效分蘗數(shù)以G15F8處理最高。G15F8的理論與實際產(chǎn)量都達到了F10處理(100%化肥)的水平，而G10F8與G20F8處理的水稻產(chǎn)量相對于F10處理有所下降。表明化肥減量20%后，紫云英還田22500 kg/hm2更能保障早稻的產(chǎn)量。

表1 不同處理的早稻產(chǎn)量與產(chǎn)量構成因子

2.1.2 早稻品質(zhì) 與CK相比，F(xiàn)10處理的早稻糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、蛋白質(zhì)含量均顯著增加，而堿消值、直鏈淀粉含量顯著下降(見表2)，表明F10處理提高了稻米的品質(zhì)與蛋白質(zhì)含量，但外觀品質(zhì)與堿消值下降。與F10處理相比，紫云英配施化肥處理的整精米率有增加的趨勢，堊白度、堊白粒率、膠稠度有下降的趨勢，特別是G15F8處理能有效降低早稻的堊白并顯著增加整精米率。

表2 紫云英還田對早稻品質(zhì)的影響

如表3所示，紫云英還田處理的早稻產(chǎn)量與糙米率、精米率、整精米率、蛋白質(zhì)含量呈極顯著正相關，與堿消值、直鏈淀粉含量呈極顯著負相關，表明在紫云英還田條件下，早稻產(chǎn)量與碾米品質(zhì)、蛋白質(zhì)含量呈正效應，與堿消值、直鏈淀粉含量呈負效應。

表3 紫云英還田處理的早稻產(chǎn)量與稻米品質(zhì)指標間的相關系數(shù)

2.2 早稻養(yǎng)分吸收及其與品質(zhì)的關系

2.2.1 籽粒養(yǎng)分含量 從表4可以看出：F10處理的水稻籽粒N含量比CK增加了45%，P含量增加了8.9%，K含量下降了6.8%，差異均達到了顯著水平；G10F8處理的水稻籽粒N含量比F10增加了11.2%，P含量增加了17.5%，差異都達到了顯著水平；G15F8處理的籽粒N含量比F10下降了5.6%，K含量顯著下降了6.3%；G20F8處理的籽粒N、P、K含量與F10相比差異不顯著；CK的水稻籽粒Ca、Mg含量較低，Si含量較高；F10處理的籽粒Ca含量比CK增加了6.0%，Mg含量顯著增加了19.6%，Si含量顯著降低了27.7%；與F10相比，G10F8處理的籽粒Ca含量增加了16.5%，G15F8處理的籽粒Mg含量增加了10.8%，G20F8處理的籽粒Si含量增加了14.3%，差異均達到了顯著水平。

2.2.2 籽粒養(yǎng)分吸收量 由圖1可見，F(xiàn)10處理的籽粒吸N量比CK增加了146%，吸P量增加了84.9%，吸K量增加了58.1%，差異均達到了極顯著水平。與F10處理相比，G10F8處理的籽粒吸N量增加了6.6%，吸P量顯著增加了12.7%；G15F8處理的籽粒吸N量下降了6.9%，吸K量顯著降低了8.3%。由于處理G10F8的籽粒N、P含量較高，G15F8的籽粒N、K含量較低(表4)，因此相對于F10處理而言，G10F8處理有促進籽粒對N、P吸收利用的趨勢，G15F8處理有降低籽粒對N、K吸收利用的趨勢。

圖中同系列柱狀圖上的不同小寫字母表示不同處理間的差異達到了5%的顯著水平。

表4 紫云英還田對早稻籽粒養(yǎng)分含量的影響

與CK相比，F(xiàn)10處理的籽粒吸Ca量增加了75.9%，吸Mg量增加了87.7%，吸Si量增加了22.9%，差異均達到了顯著水平(圖1)。與處理F10相比，G10F8的籽粒吸Ca量、G15F8的籽粒吸Mg量、G20F8的籽粒吸Si量分別增加了10.6%、13.9%、8.7%，差異也均達到了顯著水平；同時由于處理G10F8的籽粒含Ca量、G15F8的籽粒含Mg量、G20F8的籽粒含Si量都顯著升高(表4)，說明相對于F10處理，G10F8、G15F8、G20F8能分別促進籽粒對Ca、Mg、Si的吸收利用。

2.2.3 早稻品質(zhì)與籽粒養(yǎng)分吸收的相關性 在表5中，糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、蛋白質(zhì)含量與籽粒含N量呈顯著正相關，與籽粒含Si量呈顯著負相關；堿消值、直鏈淀粉含量與籽粒含N量呈顯著負相關，與籽粒含Si量呈顯著正相關；精米率、整精米率、蛋白質(zhì)含量與籽粒含P量呈顯著正相關。上述結果表明籽粒含Si量對早稻品質(zhì)的影響效應與籽粒含N量相反，而籽粒含P量對碾米品質(zhì)、蛋白質(zhì)含量的影響效應與籽粒含N量相同。

2.3 土壤養(yǎng)分與早稻品質(zhì)的關系

2.3.1 土壤養(yǎng)分 如表6所示，與CK相比，F(xiàn)10處理的土壤全氮含量增加，全磷、堿解氮、速效鉀與交換性鈣、鎂含量顯著增加。與F10處理相比，紫云英配施化肥處理的土壤全鉀、堿解氮、有效磷含量有升高的趨勢，但土壤速效鉀、交換性Ca、Mg含量有降低的趨勢。土壤堿解氮含量增加的原因可能是在種植利用紫云英后生物固氮以及土壤生物和非生物對土壤氮的固定能力增強；而土壤速效鉀、交換性鈣和交換性鎂含量之所以下降，主要是因為在早稻推薦施肥水平下鉀肥投入減少以及長期缺少鈣、鎂肥。

表5 籽粒養(yǎng)分含量與早稻品質(zhì)指標間的相關系數(shù)

表6 紫云英還田對土壤養(yǎng)分含量的影響

土壤養(yǎng)分含量與籽粒養(yǎng)分含量間的相關性分析結果(表7)表明：籽粒Ca、Mg含量與土壤有機質(zhì)含量呈顯著正相關；籽粒N含量與土壤堿解氮、交換性鎂含量呈顯著正相關；籽粒Ca、P含量與土壤堿解氮含量呈顯著正相關；籽粒K含量與土壤交換性鎂含量呈顯著負相關；籽粒Si含量與土壤全磷含量呈顯著負相關。上述結果說明土壤有機質(zhì)含量對籽粒Ca、Mg含量，以及土壤堿解氮含量對籽粒Ca、P含量均具有間接正效應；土壤堿解氮、交換性鎂含量對籽粒N含量具有間接正效應；土壤全磷含量對籽粒Si含量，以及土壤交換性鎂含量對籽粒K含量均具有間接負效應。

表7 土壤養(yǎng)分含量與籽粒養(yǎng)分含量間的相關系數(shù)

2.3.2 土壤養(yǎng)分對早稻品質(zhì)的影響 從表8可知：土壤交換性鎂含量與籽粒直鏈淀粉含量呈顯著負相關，與蛋白質(zhì)含量呈顯著正相關；土壤全磷、交換性鎂含量與糙米率呈顯著正相關；土壤堿解氮含量與精米率呈顯著正相關；土壤有效磷含量與堊白度呈顯著負相關，與整精米率呈顯著正相關。上述結果表明土壤交換性鎂含量對稻米的蛋白質(zhì)含量、糙米率具有間接正效應，對直鏈淀粉含量具有間接負效應；土壤有效磷含量對堊白度具有間接負效應，對整精米率具有間接正效應；土壤堿解氮含量對精米率，以及土壤全磷含量對糙米率均具有間接正效應。

3 討論

3.1 紫云英還田對早稻產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

曹衛(wèi)東等[10]通過匯總2008～2019年間8省11個定位試驗共930個數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，冬種紫云英在不減化肥或者減化肥20%條件下水稻增產(chǎn)效果顯著，增產(chǎn)幅度分別為6.53%或者4.15%。本試驗也同樣發(fā)現(xiàn)紫云英還田22500 kg/hm2+化肥減量20%處理更能保障早稻的產(chǎn)量。

在本研究中，紫云英配施化肥處理有增加早稻整精米率和降低堊白度、堊白粒率的趨勢，特別是處理G15F8(紫云英翻壓22500 kg/hm2+80%化肥)能有效降低稻米堊白和增加整精米率。紫云英配施化肥處理對早稻稻米蒸煮品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)影響不明顯。本研究結果與湯文光等[2]在湖南晚稻上的試驗結果略有不同，可能是因為紫云英還田對早稻的影響效應大于晚稻。國內(nèi)絕大多數(shù)研究都是圍繞水稻產(chǎn)量與肥料利用率進行的，有關有機物料還田提高水稻產(chǎn)量和肥料利用率已有很多報道，但對于有機物料還田是否可以提高水稻品質(zhì)還是有爭議的。在水稻生產(chǎn)過程中，稻米品質(zhì)的形成受到品種、環(huán)境以及栽培等因素的影響。關于有機物料還田對水稻品質(zhì)的影響，劉世平等[11]研究表明，秸稈還田后稻米蛋白質(zhì)含量提高，直鏈淀粉含量略增，膠稠度變硬，食味品質(zhì)有變劣的趨勢；陳培峰等[12]研究認為秸稈覆蓋下的水稻在出糙率、整精米率以及直鏈淀粉含量方面均有所降低；曾研華等[13]研究發(fā)現(xiàn)，稻草還田能提高雙季稻的食味品質(zhì)，但降低了外觀品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)，影響晚稻的加工品質(zhì)；嚴奉君等[14]研究認為麥稈覆蓋能夠有效改善稻米的蒸煮品質(zhì)與外觀品質(zhì)。以上研究觀點不一致可能與還田的有機物料類型不同有關，因為不同區(qū)域不同時期的有機物料對土壤酶活性的影響不同，因而在稻米品質(zhì)形成過程中所起的作用亦不同[3]，產(chǎn)生的結果也不一致。

表8 土壤養(yǎng)分含量與稻米品質(zhì)之間的相關系數(shù)

3.2 紫云英還田下早稻養(yǎng)分吸收和土壤肥力的相互影響

不同紫云英還田量配施不同的化肥量對水稻養(yǎng)分吸收利用的影響是不同的。王建紅等[15]認為，在翻壓45000 kg/hm2紫云英鮮草后，水稻N、P、K的總吸收量以配施80%化肥處理最高，而稻谷P、K養(yǎng)分吸收量以配施40%化肥量處理最高。楊濱娟等[16]發(fā)現(xiàn)，水稻在分蘗期前、孕穗至抽穗期和抽穗至成熟期的養(yǎng)分吸收量均以紫云英翻壓60%+施氮60%處理最高；而在分蘗至孕穗期的養(yǎng)分吸收量以紫云英翻壓100%+施氮100%處理最高。本研究也發(fā)現(xiàn)，與F10(100%化肥)相比，G15F8有降低籽粒吸收N、K的趨勢，G10F8有促進籽粒吸收N、P的趨勢，處理G10F8、G15F8、G20F8能分別促進籽粒對Ca、Mg、Si的吸收利用。南方稻田冬種紫云英不僅能充分利用冬季的水、熱資源，還可以在高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的同時改善和提高土壤肥力[17-21]。高菊生等[22]研究認為，紫云英的種植與還田能較快提高土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮和有效磷含量，特別是活性有機質(zhì)所占比例最高，但最需要外界鉀素的補充。本研究同樣發(fā)現(xiàn)，與F10處理相比，紫云英配施化肥處理的土壤速效鉀、交換性鈣、交換性鎂含量有降低的趨勢。土壤有機質(zhì)含量對籽粒Ca、Mg含量，以及土壤堿解氮含量對籽粒Ca、P含量均具有間接正效應；土壤堿解氮、交換性鎂含量對籽粒N含量具有間接正效應；土壤全磷含量對籽粒Si含量，以及土壤交換性鎂含量對籽粒K含量均具有間接負效應。南方紅壤性水稻土呈酸性，淋溶、作物吸收及養(yǎng)分投入不平衡會導致土壤中堿性離子含量低。有研究發(fā)現(xiàn)，稻米鈣含量與直鏈淀粉含量呈顯著正相關，稻米鈣、鎂含量與淀粉譜的黏滯特性關系密切[23]；在缺鈣條件下，稻米堊白米率、堊白度、直鏈淀粉含量和崩解值顯著增加，膠稠度和堿消值顯著降低，稻米的外觀品質(zhì)和食味品質(zhì)變劣；水稻結實前中期根系分泌的K+、Ca2+與稻米堊白米率、堊白度和直鏈淀粉含量均呈顯著或極顯著負相關[24]。所以在南方地區(qū)化肥減量施用配合紫云英還田是否能促進早稻養(yǎng)分吸收利用、改善稻米品質(zhì)，需要對堿性離子Ca、Mg做進一步研究。

3.3 早稻品質(zhì)與養(yǎng)分吸收、土壤肥力之間的相互影響

在南方稻區(qū)早稻灌漿成熟期通常氣溫高，導致早稻堊白粒率高，本試驗的早稻堊白粒率>50%。在本研究中，紫云英還田配施化肥處理的土壤有效磷含量有增加的趨勢，稻米堊白粒率有下降的趨勢，特別是G15F8能顯著降低稻米堊白和增加整精米率；此外，土壤有效磷含量與整精米率呈顯著正相關，籽粒P含量與精米率、整精米率呈顯著正相關，因此提高土壤有效磷含量和早稻籽粒P含量，有利于間接降低早稻的堊白粒率，并提高碾米品質(zhì)。

一般地，南方早秈稻的直鏈淀粉含量高，堿消值低，本試驗的水稻直鏈淀粉含量在27%左右，堿消值在5.2左右。有研究認為，施用鎂肥能改善稻米的外觀品質(zhì)和食味品質(zhì)，提高稻谷的整精米率和蛋白質(zhì)含量[25-26]。本試驗證實土壤交換性鎂含量對稻米蛋白質(zhì)含量、糙米率具有間接正效應，對直鏈淀粉含量具有間接負效應。因此，提高土壤交換性鎂含量還有利于降低南方早秈稻的直鏈淀粉含量。今后在南方稻田種植紫云英并還田利用的同時，可適量增施鎂肥，這樣能間接改善早稻的品質(zhì)。

本試驗發(fā)現(xiàn)，籽粒N含量與糙米率、精米率、整精米率、蛋白質(zhì)含量呈顯著正相關，與堿消值、直鏈淀粉含量呈顯著負相關。一般認為堿消值越大，稻米的蒸煮品質(zhì)越好。有研究表明，降低蛋白質(zhì)含量有助于改善稻米的食味品質(zhì)[27-30]。由于本試驗中籽粒Si含量對水稻品質(zhì)的影響效應與籽粒N含量相反，故通過提高籽粒Si含量可以進一步降低蛋白質(zhì)含量并增加堿消值，平衡籽粒N、Si含量有利于稻米品質(zhì)的提升。商全玉等[31]研究認為，施用硅肥能顯著改善稻米的品質(zhì)，主要表現(xiàn)為稻米的糙米率、精米率和整精米率顯著提高，稻米的堊白粒率和堊白度顯著降低。金正勛等[32]發(fā)現(xiàn)，適量施用硅肥有利于降低稻米的直鏈淀粉含量，進而提高稻米的蒸煮和食味品質(zhì)。王力等[33]認為在倒二葉期施用鋅肥、硅肥能提高稻米的蒸煮和食味品質(zhì)。南方紅壤性稻田土壤有效硅含量低，普查結果顯示，我國50%的耕地面積缺硅[34]，其中江西水稻土缺硅面積占91.5%[35]，故今后南方稻區(qū)在紫云英還田配合化肥減施的同時，增施硅肥可以改善早稻的品質(zhì)。

4 結論

紫云英配施化肥處理有降低稻米堊白和增加整精米率的趨勢，其中減量20%化肥+紫云英還田22500 kg/hm2處理在保障早稻產(chǎn)量的同時能顯著增加整精米率和降低稻米堊白。籽粒P含量與精米率、整精米率、蛋白質(zhì)含量呈顯著正相關；籽粒N含量與糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、蛋白質(zhì)含量呈顯著正相關，與堿消值、直鏈淀粉含量呈顯著負相關；籽粒Si含量對早稻品質(zhì)的影響效應與籽粒N含量相反。土壤交換性鎂含量對糙米率、蛋白質(zhì)含量具有間接正效應，對直鏈淀粉含量具有間接負效應；土壤有效磷含量對堊白度具有間接負效應，對整精米率具有間接正效應；土壤堿解氮含量對精米率，以及土壤全磷含量對糙米率均具有間接正效應。建議今后南方稻區(qū)在紫云英還田配合化肥減量施用的同時，適量增施硅、鎂、磷肥，以改善早稻稻米的品質(zhì)。