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        施用不同石灰類物質(zhì)對(duì)雙季優(yōu)質(zhì)稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

        2023-05-29 05:52:18陳雅慧楊星蓮劉磊邵華曾勇軍黃山潘曉華
        中國(guó)稻米 2023年3期
        關(guān)鍵詞:雙季稻類物質(zhì)精米

        陳雅慧 楊星蓮 劉磊 邵華 曾勇軍 黃山* 潘曉華

        (1 教育部作物生理生態(tài)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,南昌 330045;2 江西省土壤肥料技術(shù)推廣站,南昌 330046;*通訊作者:ecohs@126.com)

        水稻是我國(guó)最重要的口糧作物。雙季稻區(qū)的水稻面積占我國(guó)水稻播種面積的33.0%。近年來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人民收入水平的提高,市場(chǎng)對(duì)優(yōu)質(zhì)稻米的需求快速提升[1]。因此,提高雙季稻產(chǎn)量和品質(zhì)對(duì)保障我國(guó)口糧安全至關(guān)重要[1]。

        南方雙季稻區(qū)氣候溫暖濕潤(rùn),日照充足,降水充沛,水稻生產(chǎn)潛力較高。但受長(zhǎng)期偏施氮肥加上酸雨等因素影響,土壤酸化嚴(yán)重。土壤酸化會(huì)限制水稻根系生長(zhǎng),制約其生長(zhǎng)發(fā)育,降低氮素吸收,進(jìn)而影響水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)。大量研究表明,適量施用石灰能夠改良土壤酸化,提高作物產(chǎn)量[2-3],還能夠促進(jìn)水稻根系生長(zhǎng)及其對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用[4]。但是,以往的研究主要關(guān)注施用石灰對(duì)水稻產(chǎn)量和土壤改良的影響[5-7],對(duì)雙季稻稻米品質(zhì)的影響研究較少。而且,很多研究?jī)H施用一種石灰類物質(zhì),缺乏不同石灰類物質(zhì)的對(duì)比。因此,本研究在南方典型的酸性雙季稻田上開(kāi)展試驗(yàn),以明確不同石灰類物質(zhì)對(duì)雙季稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響,為雙季稻優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)栽培提供技術(shù)支撐。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)地概況

        試驗(yàn)于2021 年在江西省宜春市上高縣泗溪鎮(zhèn)曾家村(28°31′N,115°09′E)進(jìn)行。試驗(yàn)地年均氣溫17.5 ℃,年平均降雨量1 650 mm。該地種植水稻模式為“早稻季-晚稻季-冬閑季”,土壤質(zhì)地類型為砂質(zhì)粘壤土。試驗(yàn)前0~15 cm 耕層的土壤基本理化性質(zhì)為:土壤容重1.3 g/cm3,pH 值5.0,有機(jī)質(zhì)含量32.6 g/kg,總氮1.7 g/kg,總磷1.0 g/kg,總鉀20.0 g/kg,堿解氮160.0 mg/kg,有效磷56.5 mg/kg,速效鉀180.8 mg/kg。

        1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),在秸稈全量還田且常規(guī)施肥的條件下,共設(shè)4 個(gè)處理,分別為:CK,不施用石灰;CaO 即施用氧化鈣;Ca (OH)2即施用氫氧化鈣;Ca-CO3即施用碳酸鈣。每個(gè)處理3 次重復(fù)。3 種石灰類物質(zhì)于2020 年晚稻收獲后均勻施入小區(qū)。CaO 施用量為1 500.0 kg/hm2,而Ca (OH)2、CaCO3施用量則根據(jù)CaO施用量和3 種石灰類物質(zhì)酸中和值計(jì)算[8]。施肥方式為人工撒施。各處理的氮、磷、鉀施用量和方式一致。施氮量261.0 kg/hm2,基肥∶分蘗肥=5∶5;施磷量499.5 kg/hm2,全部作基肥;施鉀量100.5 kg/hm2,全部作基肥。氮、磷、鉀肥分別為CH4N2O、P2O5和K2O。試驗(yàn)早稻品種為柒兩優(yōu)2012(雜交秈稻),晚稻品種為美香占2 號(hào)(常規(guī)秈稻)。采用人工方式進(jìn)行秧苗移栽和水稻收獲。早、晚稻播期分別為3 月20 日和6 月22 日,移栽日期分別為6 月14 日和7 月15 日。早、晚稻移栽密度分別為13 cm×23 cm 和13 cm×27 cm,栽插基本苗分別為4 株/叢和2 株/叢。

        1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

        1.3.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子

        于成熟期每個(gè)小區(qū)取120 叢計(jì)算有效穗數(shù)。按照平均有效穗數(shù)從各小區(qū)取5 叢水稻調(diào)查每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。各小區(qū)取150 叢水稻植株脫粒測(cè)產(chǎn)。

        1.3.2 氮素吸收

        將烘干后的成熟期植株,按莖、葉和穗分別機(jī)械粉碎,過(guò)0.25 mm 篩保存。采用Foss-2300 型全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定各器官的氮素含量, 并根據(jù)各器官干物質(zhì)量和氮素含量計(jì)算地上部氮素吸收總量。

        1.3.3 葉片SPAD 值

        在水稻分蘗期、穗分化期、抽穗期和灌漿期,各小區(qū)選擇30 片長(zhǎng)勢(shì)基本一致的完全展開(kāi)葉,用SPAD-502 葉綠素儀測(cè)定葉片葉綠素值(SPAD 值)。

        1.3.4 稻米品質(zhì)

        早、晚稻成熟后,各小區(qū)取20 叢水稻植株進(jìn)行脫粒,風(fēng)干水分低至14.5%,室溫貯藏3 個(gè)月后測(cè)定稻米品質(zhì)。稱取無(wú)空殼的200 g 稻谷。利用糙米機(jī)[永元電機(jī)(蘇州)有限公司]磨掉谷殼加工為糙米,稱質(zhì)量。再利用精米機(jī)加工為精米,稱質(zhì)量。根據(jù)糙米質(zhì)量和精米質(zhì)量,計(jì)算出糙米率和精米率。整精米率是完整米和粒長(zhǎng)達(dá)到完整米粒平均長(zhǎng)度4/5 以上的精米質(zhì)量占稻谷試樣質(zhì)量的百分率。經(jīng)加工的精米利用MRS-9600TFU2L 掃描儀(上海中晶科技有限公司)掃描堊白及整精米情況。

        完成加工的精米利用由錘式旋風(fēng)磨(上海嘉定糧油儀器有限公司)磨為米粉,參照GB/T17891-2017《優(yōu)質(zhì)稻谷》方法測(cè)定蒸煮和食味品質(zhì)指標(biāo),利用碘比色-分光光度計(jì)法測(cè)定直鏈淀粉含量;用凱氏定氮法測(cè)定米粉含氮量,將其含氮量再乘以換算系數(shù)5.95 即為蛋白質(zhì)含量。

        1.3.5 土壤pH 值

        晚稻收獲后,于各小區(qū)采用“五點(diǎn)法”取0~15 cm耕層土樣,自然風(fēng)干后過(guò)2 mm 篩保存。采用PHS-3C型pH 測(cè)試儀(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)測(cè)定土壤pH 值[9]。

        1.4 統(tǒng)計(jì)分析

        采用SPSS 18.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析,并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同石灰類物質(zhì)對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

        由表1 可知,與CK 相比,施用CaO、Ca (OH)2和CaCO3均顯著提高了晚稻產(chǎn)量,增幅分別為11.3 %、17.4%和17.6%,但對(duì)早稻產(chǎn)量無(wú)顯著影響;與CK 相比,施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3均提高了早、晚稻的有效穗數(shù),還提高了晚稻的每穗粒數(shù),但差異均未達(dá)顯著水平。

        表1 不同石灰類物質(zhì)對(duì)雙季優(yōu)質(zhì)稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

        2.2 不同石灰類物質(zhì)對(duì)總生物量和氮素吸收的影響

        由圖1 可知,與CK 相比,施用石灰類物質(zhì)的早稻生物量有下降的趨勢(shì),但晚稻生物量有所升高,其中施用Ca(OH)2的處理顯著提升9.5%。由圖2 可知,與CK相比,施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3均顯著提高了晚稻的氮素吸收,增幅分別為15.1%、13.5%和17.1%,但對(duì)早稻氮素吸收無(wú)顯著影響。

        圖1 不同石灰類物質(zhì)對(duì)雙季稻總生物量的影響

        圖2 不同石灰類物質(zhì)對(duì)雙季稻氮素吸收的影響

        2.3 不同石灰類物質(zhì)對(duì)葉綠素含量的影響

        與CK 相比,施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3使晚稻分蘗期和穗分化期葉片SPAD 值顯著提升,增幅分別為3.3%、2.9%、4.2%和1.3%、1.2%、3.8%,但對(duì)早稻分蘗期、穗分化期、抽穗期和灌漿期葉片SPAD 值均無(wú)顯著影響(圖3)。不同石灰類物質(zhì)處理組間雙季稻葉片SPAD 值無(wú)顯著差異。

        圖3 不同石灰類物質(zhì)對(duì)雙季稻葉片SPAD 值的影響

        2.4 不同石灰類物質(zhì)對(duì)稻米品質(zhì)的影響

        2.4.1 不同石灰類物質(zhì)對(duì)稻米加工品質(zhì)的影響

        由表2 可見(jiàn),與CK 相比,施用CaO、Ca (OH)2和CaCO3顯著提升了晚稻的精米率和整精米率,增幅分別為1.6%、2.1%、1.3%和6.3%、6.1%、6.3%,但對(duì)早稻糙米率、精米率和整精米率均無(wú)顯著影響。

        2.4.2 不同石灰類物質(zhì)對(duì)稻米外觀品質(zhì)的影響

        由表3 可見(jiàn),與CK 相比,施用CaO、Ca (OH)2和CaCO3使早、晚稻的堊白粒率及堊白度均有所下降;施用CaO 使早稻的堊白度顯著降低35.9%,施用Ca(OH)2使晚稻堊白粒率顯著降低23.6%。

        表3 不同石灰類物質(zhì)對(duì)雙季優(yōu)質(zhì)稻外觀品質(zhì)的影響

        2.4.3 不同石灰類物質(zhì)對(duì)稻米蒸煮食味及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

        由表4 可見(jiàn),與CK 相比,施用CaO、Ca (OH)2和CaCO3對(duì)晚稻米的蒸煮食味品質(zhì)有顯著影響,直鏈淀粉含量分別顯著下降4.7%、4.8%和4.8%;施用CaO 和CaCO3使晚稻膠稠度分別顯著升高9.8%和12.8%。施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3對(duì)早稻米的蒸煮食味及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)均無(wú)顯著影響。

        表4 不同石灰類物質(zhì)對(duì)雙季優(yōu)質(zhì)稻蒸煮食味及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

        2.5 不同石灰類物質(zhì)對(duì)土壤pH 的影響

        由圖4 可見(jiàn),施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3使早稻季土壤pH 值分別顯著提高0.52、0.42 和0.50 個(gè)單位,使晚稻季土壤pH 值分別顯著提高0.41、0.57 和0.48個(gè)單位。

        圖4 不同石灰類物質(zhì)對(duì)雙季優(yōu)質(zhì)稻土壤pH 值的影響

        3 討論

        3.1 不同石灰類物質(zhì)對(duì)雙季稻產(chǎn)量的影響

        大量研究結(jié)果表明,施石灰顯著提升酸性稻田的水稻產(chǎn)量[10-11]。本研究結(jié)果亦表明,施用不同石灰類物質(zhì)均顯著增加了晚稻產(chǎn)量。原因可能是:1)施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3顯著提高氮素吸收,進(jìn)而提高了水稻有效穗數(shù)[12]。2)石灰類物質(zhì)能夠改善酸性土壤,提高有機(jī)質(zhì)礦化和土壤碳氮代謝相關(guān)酶活性,增加了對(duì)Ca2+的利用率,降低了對(duì)Al3+的吸收,減少對(duì)水稻的毒害作用,促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)和氮素吸收[13-14]。3)施用石灰類物質(zhì)有利于水稻進(jìn)行光合作用,促進(jìn)同化物向籽粒運(yùn)轉(zhuǎn),使水稻增產(chǎn)[13,15]。4)在分蘗期和穗分化期,施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3顯著提高了葉片SAPD 值。這有利于水稻分蘗,增加水稻的有效穗數(shù),從而使得水稻增產(chǎn)。

        但是,與前人研究施用石灰能夠顯著提升雙季早稻產(chǎn)量[13,15-16]的結(jié)果不同,本研究表明,施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3對(duì)早稻產(chǎn)量無(wú)顯著影響。原因可能是:本研究中水稻秸稈全量還田,而有研究表明石灰能夠促進(jìn)秸稈腐解、養(yǎng)分釋放[17]。在晚稻季,施用石灰緩解了秸稈還田對(duì)水稻前期分蘗的不利影響,降低了大量秸稈還田后微生物對(duì)速效氮素的固定,促進(jìn)了晚稻根系生長(zhǎng)及其養(yǎng)分吸收[18]。而在早稻季,上一年晚稻秸稈還田至翌年早稻移栽有5 個(gè)月的冬閑期,大部分秸稈已經(jīng)腐解。因此,在早稻季施用石灰對(duì)緩解秸稈還田導(dǎo)致的氮素固定的效果可能不顯著,從而弱化了其對(duì)早稻生長(zhǎng)的促進(jìn)作用。

        本研究表明,3 個(gè)施用石灰類物質(zhì)處理對(duì)雙季稻產(chǎn)量影響的差異不顯著,這與PAGANI 等[17]的研究結(jié)果相似。這可能與本研究中所施用不同石灰類物質(zhì)的濃度很高有關(guān)。

        3.2 不同石灰類物質(zhì)對(duì)雙季稻稻米品質(zhì)的影響

        本研究表明,不同石灰類物質(zhì)均顯著提升了晚稻的加工品質(zhì),主要表現(xiàn)為晚稻的精米率和整精米率有所升高。在秸稈全量還田的條件下施用石灰,可為水稻提供更豐富的氮磷鉀及其他微量養(yǎng)分[19],從而使水稻籽粒在灌漿期灌漿物質(zhì)充足,減少堊白形成。堊白的下降使稻米在加工過(guò)程中不易破碎[20]。本研究表明,施用不同石灰類物質(zhì)均降低了晚稻的直鏈淀粉含量,提高了膠稠度。因此,施用石灰類物質(zhì)可能使稻米的食味更好[21]。

        本研究也表明,不同石灰類物質(zhì)處理間對(duì)雙季優(yōu)質(zhì)稻產(chǎn)量和品質(zhì)影響的差異不顯著。主要是因?yàn)椴煌翌愇镔|(zhì)均使雙季稻土壤pH 顯著提升。而且,石灰類物質(zhì)的堿性雖不同,但根據(jù)酸中和值來(lái)計(jì)算施用量,在提高土壤pH 的效果基本一致。因此,在實(shí)際生產(chǎn)中,石灰類型對(duì)雙季稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響差異并不大,關(guān)鍵是適宜的施用量。

        應(yīng)當(dāng)指出,本試驗(yàn)還存在一些不足之處。首先,研究?jī)H進(jìn)行1 年試驗(yàn),結(jié)論的可靠性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。其次,石灰的效果受不同土壤類型、土壤酸化程度以及不同氣候的影響。因此,還需進(jìn)行多年試驗(yàn)明確不同石灰類物質(zhì)對(duì)雙季稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。

        4 結(jié)論

        在酸性雙季稻田上,施用CaO、Ca (OH)2和CaCO3顯著提高了晚稻的產(chǎn)量和稻米品質(zhì),特別是加工和食味品質(zhì)。但是,不同石灰類物質(zhì)之間的效果較為一致。因此,施用適量的石灰類物質(zhì)在改良土壤酸化的同時(shí),有利于實(shí)現(xiàn)雙季優(yōu)質(zhì)稻豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。

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