不同有機肥對旱直播水稻品質的影響

徐令旗，郭曉紅，張佳檸，趙 洋，李曉蕾，劉紹峰，崔致遠，安懿亮，呂艷東

(1.黑龍江八一農墾大學 農學院，黑龍江省教育廳寒地作物種質改良與栽培重點實驗室，黑龍江 大慶 163319；2.北大荒墾豐種業(yè)股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150090)

水稻是我國重要的糧食作物，長期以來，高產、優(yōu)質和高效一直是我國水稻生產的目標[1]。到如今，隨著社會經濟的發(fā)展，我國國力日漸增強，人民生活水平得到很大改善，對水稻要求越來越高，水稻生產已由數(shù)量型向質量效益型轉變[2]。而傳統(tǒng)的大量施用化肥又會導致土壤板結，土壤質量下降，保肥能力衰退[3]，很難實現(xiàn)水稻優(yōu)質生產，并且還會引起一系列環(huán)境污染問題[4]。因此，如何擺脫這種困境，提高新時期水稻優(yōu)質生產，滿足市場需求已成為生產者的迫切需求。

有機肥料可直接為水稻提供各種豐富的養(yǎng)分，并為微生物創(chuàng)造良好的土壤生態(tài)環(huán)境，促進土壤微生物繁殖，加速土壤有機質腐解，并使得一部分有機物合成轉化為土壤腐殖質，這對增加土壤養(yǎng)分含量，培肥土壤，改善土壤理化性質和結構等方面具有重要作用[5-7]，并且有機肥腐熟程度隨水稻生育進程而增高，在水稻生育后期能夠充分滿足水稻對養(yǎng)分的需求，進而達到提升稻米品質的作用[8]。王顯等[9]研究表明，與尿素相比，生物有機肥能夠改善稻米外觀品質，降低堊白粒率和堊白度并能顯著提高蛋白質含量。唐微等[10]研究表明，沼液可以提高稻米中蛋白質和礦質元素的含量，提升稻米營養(yǎng)品質。唐雪[11]研究表明，豆粕能顯著提高稻米中蛋白質和氨基酸含量，但會降低稻米的碾磨品質，而生物有機肥處理下稻米的峰值黏度和熱漿黏度得到改善，稻米的食味值提高。趙秀哲等[12]研究表明，后期追施有機肥能夠提高稻米精米率和整精米率，降低堊白粒率。

直播水稻因其省工、省力、節(jié)水易機械化，而備受生產者們青睞[13]，近年來，直播水稻種植面積呈增加的趨勢[14]。目前，多數(shù)關于旱直播產量、品質的研究是基于傳統(tǒng)的多次性的氮肥管理模式[15]，而關于有機肥對旱直播水稻品質形成的研究卻鮮有報道，更缺乏旱直播條件下不同有機肥處理間稻米品質的系統(tǒng)比較。因此，本試驗在旱直播條件下以第三積溫帶品種龍粳31為試驗材料，采用生物炭、海藻生物有機肥、基施旺生物有機肥和凹凸棒有機肥4種有機肥并設置零肥、常規(guī)施肥(CK)，共6個試驗處理，比較了不同有機肥處理下旱直播稻米加工品質、外觀品質、營養(yǎng)品質和蒸煮食味品質的差異，明確有機肥對旱直播稻米品質的影響，以期為寒地旱直播水稻優(yōu)質栽培提供理論依據(jù)

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018—2020年在黑龍江省友誼農場試驗基地(東經131°49′，北緯46°45′)，大田條件下進行。氣候類型均為中溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫3.1 ℃，年均降水量501.2 mm，土壤類型為草甸黑土。水稻生育期間氣象變化如圖1所示。

圖1 2018—2020年水稻生育期間田間氣象因子變化Fig.1 Changes in field meteorological factors during the growth period of rice from 2018 to 2020

1.2 試驗設計

按照單因素完全隨機設計，設置6個處理：零肥(N0)、常規(guī)施肥(NPK)、生物炭+常規(guī)施肥(OF1)、海藻生物肥+常規(guī)施肥(OF2)、基施旺生物有機肥+常規(guī)施肥(OF3)、凹凸棒有機肥+常規(guī)施肥(OF4)，以常規(guī)施肥為對照，氮肥總量為 204.05 kg/hm2，其中基肥為88.82 kg/hm2、蘗肥為69.00 kg/hm2、穗肥為46.23 kg/hm2；磷肥總量為80.04 kg/hm2，全部為基肥；鉀肥總量為115.00 kg/hm2，基肥為63.75 kg/hm2、穗肥為51.25 kg/hm2。OF1、OF2、OF3和OF4處理在常規(guī)施肥的基礎上，于旋地之前分別施入15 000 kg/hm2生物炭、300 kg/hm2海藻生物有機肥、300 kg/hm2基施旺生物有機肥和750 kg/hm2凹凸棒有機肥。每個處理3次重復，共18小區(qū)，小區(qū)面積為222.3 m2。

供試品種為龍粳31(主莖葉為11葉)，生育期130 d左右，需≥10 ℃活動積溫2 350 ℃左右。試驗材料播種前使用亮盾種衣劑包衣，機械播種，播量為210 kg/hm2，播深2～3 cm，行距20 cm，同時各處理均側深施入基肥，用覆土鏈覆土，播后鎮(zhèn)壓2次。

1.3 測定項目及方法

水稻收獲后風干1個月，按《中國農業(yè)標準匯編：糧油作物卷》的標準測定品質。用FC-2K型實驗礱谷機(YAMAMOTO，離心式)加工成糙米，用日本公司生產的VP-32型實驗碾米機(YAMAMOTO，直立式)加工精米；堊白粒率、堊白度用日本靜岡機械株式會社生產的ES-1000便攜式品質分析儀測定；直鏈淀粉含量、蛋白質含量用FOSS公司生產的1241型近紅外谷物分析儀測定；食味品質用日本佐竹公司(SATAKE)生產的米飯食味計(STA1A)進行測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用 Microsoft Excel 2010 與 SPSS 17.0 軟件對數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 有機肥對水稻加工品質的影響

有機肥對旱直播水稻加工品質的影響如表1所示，2018年，除OF1外，OF2、OF3和OF4的稻米糙米率均大于NPK，但從2019—2020年來看，與NPK相比，OF1、OF2和OF3表現(xiàn)出不同程度的降低趨勢，平均分別降低0.36，0.22，0.29百分點，而OF4卻有增加的趨勢，平均增加幅度為0.68百分點，但OF1、OF2、OF3和OF4與NPK間的差異均未達顯著水平，說明長期施用生物炭、海藻生物有機肥和基施旺生物有機肥有降低稻米糙米率的趨勢。3 a間，不同有機肥處理下稻米精米率均高于常規(guī)施肥處理。與NPK相比，OF1、OF2、OF3和OF4平均分別提高1.05，1.03，1.05，1.53百分點，但OF1、OF2和OF3與NPK間的差異均未達顯著水平，而2019—2020年OF4與NPK間的差異均達顯著水平，說明施用有機肥有提高旱直播稻米精米率的趨勢，且施肥效果以施用凹凸棒有機肥最佳。3 a間，6個處理的稻米整精米率維持在53.43%～69.53%，而不同有機肥處理下稻米整精米率均高于常規(guī)施肥處理，且以OF1最高。與NPK相比，OF1、OF2、OF3和OF4平均分別提高2.64，1.78，1.06，2.53百分點，其中2018—2019年OF1、OF2、OF3和OF4與NPK間的差異均未達顯著水平，而2020年OF1、OF2和OF4與NPK間的差異均達顯著水平，但OF3與NPK間的差異未達顯著水平。

2.2 有機肥對水稻外觀品質的影響

有機肥對旱直播水稻外觀品質的影響如表2所示，處理和年際環(huán)境變化極顯著影響旱直播稻米堊白粒率、堊白度、精米粒長和精米粒寬。3 a間，施肥處理的稻米堊白粒率和堊白度均大于零肥處理，但6個處理的稻米堊白粒率和堊白度變化略有差異，堊白粒率和堊白度分別以NPK和OF2最高，分別為3.21%，1.82%。與NPK相比，OF1、OF2、OF3、OF4堊白粒率平均分別降低0.72，0.24，0.54，1.05百分點，其中OF4與NPK間的差異均達顯著水平，說明OF4對降低旱直播稻米堊白粒率的效果最好。對于堊白度來說，OF1、OF3和OF4較NPK平均分別降低0.26，0.41，0.51百分點，OF1和OF3與NPK間的差異均不顯著，而2020年OF4與NPK間的差異達顯著水平，說明長期施用OF4效果最好；而OF2表現(xiàn)增加的趨勢，平均增加幅度為0.11百分點，但與NPK間的差異不顯著。不同年份間稻米的粒長、粒寬和稻米的長寬比在不同處理間差異不大。

表1 有機肥對旱直播稻米加工品質的影響Tab.1 The effect of organic fertilizer on the processing quality of dry direct-seeded rice %

表2 有機肥對旱直播稻米外觀品質的影響Tab.2 The effect of organic fertilizer on the appearance quality of dry direct-seeded rice

2.3 有機肥對水稻營養(yǎng)品質的影響

有機肥對旱直播水稻營養(yǎng)品質的影響如表3所示，2018年有機肥處理對稻米蛋白質含量、直鏈淀粉含量影響相較于2019—2020年表現(xiàn)出一定的差異性，說明有機肥施肥短期內肥效發(fā)揮差，而隨著有機肥逐年施入，有機肥肥效逐漸發(fā)揮作用，2019—2020年，OF1、OF2、OF3、OF4稻米蛋白質含量平均分別達8.99%，9.13%，9.08%，9.16%，較NPK平均分別增加0.54，0.68，0.63，0.71百分點。2019—2020年，NPK處理的稻米直鏈淀粉含量最高，達16.51%，而與NPK相比，OF1、OF2、OF3、OF4均表現(xiàn)為降低的趨勢，平均分別降低0.20，0.64，0.69，0.38百分點。

表3 有機肥對旱直播稻米營養(yǎng)品質的影響Tab.3 The effect of organic fertilizer on the nutritional quality of dry direct-seeded rice

2.4 有機肥對水稻蒸煮食味品質的影響

有機肥對旱直播稻米蒸煮食味品質的影響如表4所示，有機肥施入初期可提高旱直播稻米光澤、味道、口感和食味評分值，降低稻米香氣和完整性；有機肥長期施用則會降低稻米蒸煮食味品質。2019—2020年，與NPK相比，OF1、OF2、OF3和OF4處理稻米香氣、光澤、味道、口感和食味評分值均表現(xiàn)不同程度地降低趨勢，但稻米完整性表現(xiàn)出不同程度增加趨勢。與NPK相比，2019—2020年OF1、OF2、OF3和OF4處理稻米完整性分別不同程度提高2.57%，3.38%，2.30%，0.95%，其中2019年OF2與NPK間的處理達顯著水平，2020年OF1、OF2、OF3和OF4與NPK間的差異均未達顯著水平。與NPK相比，2019—2020年NPK處理的稻米食味評分值平均為72.70，而OF1、OF2、OF3、OF4處理的稻米食味評分值平均分別為68.68，68.05，70.00，70.35，較NPK分別降低5.53%，6.40%，3.71%，3.23%，其中受年際環(huán)境及處理和年份交互效應的影響，2019年OF1、OF2、OF3和OF4與NPK間的差異均達顯著水平，而2020年差異均未達顯著水平。

表4 有機肥對旱直播稻米食味品質的影響Tab.4 The effect of organic fertilizer on the eating quality of dry direct-seeded rice

為了進一步探究有機肥對旱直播蒸煮食味品質的影響，將食味品質特征值間進行相關性分析(圖2)，結果表明，香氣、光澤、味道、口感與食味品質之間均呈極顯著正相關，且其彼此之間也均呈極顯著正相關，但完整性與香氣、光澤、味道、口感與食味評分值均呈極顯著負相關，可見完整性不利于香氣、光澤、味道、口感與食味評分值的形成。相關分析更進一步揭示了有機肥導致旱直播蒸煮食味品質降低的原因。

圖2 有機肥處理下旱直播稻米食味特征值間的相關性Fig.2 Correlation among edible characteristic values of dry direct-seeded rice under organic fertilizer treatment

2.5 有機肥處理下水稻品質性狀間的相關性分析

有機肥處理下水稻各品質性狀間存在顯著相關性(圖3)，糙米率與精米率、整精米率、堊白粒率、堊白度、直鏈淀粉含量、食味評分值間均呈極顯著正相關，而與蛋白質含量呈極顯著負相關；精米率與整精米率、堊白粒率、堊白度、直鏈淀粉含量間呈極顯或顯著正相關，而與蛋白質含量、食味評分值間相關性不顯著；整精米率與堊白粒率、堊白度、直鏈淀粉含量、食味評分值間均呈極顯著正相關，而與蛋白質含量呈極顯著負相關。說明有機肥處理下水稻加工品質的提高有利于食味品質的改善，但不利于營養(yǎng)品質的形成，而且也會降低稻米外觀品質。堊白粒率、堊白度與直鏈淀粉含量、食味評分值間均呈極顯著正相關，并且堊白粒率與堊白度存在極顯著正相關，但二者均與蛋白質含量呈極顯著負相關；說明外觀品質降低能有利于營養(yǎng)品質的形成，但會降低食味品質，并且堊白粒率將隨著堊白度增加而增加。蛋白質與直鏈淀粉含量、食味評分值間均呈極顯著負相關，而直鏈淀粉含量與食味評分值間呈極顯著正相關，說明營養(yǎng)品質的提高將導致食味品質降低，而直鏈淀粉含量提高則會促進食味品質的形成。

圖3 有機肥處理下旱直播稻米各品質性狀間的相關性分析Fig.3 Correlation analysis table of various quality traits of dry direct-seeded rice under organic fertilizer treatment

為了探索蛋白質、直鏈淀粉與食味評分值關系，將蛋白質、直鏈淀粉分別與食味評分值進行回歸分析，得到食味評分值(Y)與蛋白質(X)的一次線性回歸方程為：Y=136.84-7.46X(R2=0.806，F(xiàn)=209.03，P<0.01)，食味評分值(Y)與直鏈淀粉(M)的一次線性回歸方程為：Y=-48.69+7.42M(R2=0.702，F(xiàn)=165.22，P<0.01)，一定范圍內，蛋白質每增1%，食味評分值則會降低7.46，直鏈淀粉每增1%，食味評分值則會增加7.42。

3 討論與結論

稻米品質的形成主要受品種自身的遺傳特性和外部的生存環(huán)境共同控制，但也受到栽培措施的影響[16-17]。本研究結果表明，施肥處理對旱直播稻米各品質性狀特征值有一定的影響，影響程度與年際環(huán)境變化和品質性狀特征指標均有密切聯(lián)系。

稻米的加工品質、外觀品質受環(huán)境影響較大[18]，本研究表明，不同處理下旱直播稻米加工品質和外觀品質受施肥處理、年際環(huán)境的影響達極顯著水平。李先[19]研究表明，有機肥能夠顯著提高晚稻糙米率、精米率和整精米率。黃濤[20]研究表明，施用有機肥對稻米糙米率、精米率影響不顯著，但能夠使整精米率增加5.05%～7.09%。而周江明[21]研究表明，施用有機肥前期養(yǎng)分釋放緩慢，土壤有效養(yǎng)分供應不足，水稻莖、鞘、葉等部分養(yǎng)分儲存量少，而后期大量有機養(yǎng)分礦化釋放而增加，穎花數(shù)雖增加但籽粒灌漿速率低，不利于稻米糙米率和整精米率的形成。本研究表明，與NPK相比，長期施用有機肥對稻米糙米率影響不顯著，但長期施用有機肥能夠提高稻米精米率和整精米率，這可能是因為在旱直播條件下土壤透氣性好，土壤微生物活動增強，有機肥養(yǎng)分釋放要高于淹水條件，利于水稻吸收、貯存，并保證后期籽粒灌漿，從而增加了稻米的精米率和整精米率。此外，吳殿星等[22]認為，蛋白質是影響稻米糙米率和整精米率的因素之一，稻米中高量的蛋白質可充分填充淀粉細胞，使其變得緊密，而胚乳的結構也會因此變得緊密而堅硬，稻米強度和耐壓性得到進一步提高，減少碎米率，提高出糙率和整精米率。而本研究中，稻米糙米率、整精米率與蛋白質呈極顯著負相關，說明稻米蛋白質含量提高并不會提高稻米出糙率和整精米率反而可能會抑制稻米出糙率和整精米率。關于蛋白質與加工品質的關系需要進一步探究。李冠男[5]研究表明，稻米堊白粒率和堊白度在有機肥與NPK配施下增幅最大。唐雪[11]則認為，基因是影響稻米粒型的主要因素。本研究表明，長期施用生物炭、基施旺生物有機肥和凹凸棒有機肥有利于稻米堊白粒率和堊白度降低，這可能是因為有機肥能改善水稻葉片的光合性能，提高光合能力，促進光合產物的分配和利用[19]，淀粉、蛋白質在胚乳中充實良好，稻米堊白粒率和堊白度降低。但長期施用海藻生物有機肥則有增加稻米堊白粒率和堊白度的趨勢。可能與有機肥本身的營養(yǎng)物質有關。倪國榮[23]研究認為，植物吸收利用和自然流失的程度因有機肥種類所含營養(yǎng)物質結構不一而有差異。而海藻生物有機肥結構物質可能延緩了化肥的肥效，使水稻生殖期土壤保留較高的氮素，較高氮素導致水稻貪青旺長，成熟期延遲增加稻米的堊白度，降低外觀品質[5]，此外，蛋白質含量的提高也會起到一定的降低堊白的作用。3 a間各處理間稻米粒長、粒寬和長寬比差異不明顯，說明基因遺傳是影響粒型的主要因子。

本研究表明，長期施用有機肥有利于稻米蛋白質形成。與NPK相比，2019—2020年OF1、OF2、OF3和OF4顯著提高了稻米的蛋白含量，平均分別增加0.54，0.68，0.63，0.71百分點。張三元等[24]發(fā)現(xiàn)，稻米蛋白質含量的高低與抽穗前15 d水稻吸氮量有關，但一部分氮肥因開花期間水稻根系吸氮能力下降不能及時轉運而造成氮素流失進而導致蛋白質含量降低。而施用有機肥能夠提高作物生育后期對氮素的吸收能力[25-27]。此外，受降雨的影響，常規(guī)施肥處理土壤中氮素易隨雨水流失，而有機肥具有減少氮素流失的能力[28]，配施有機肥的處理土壤中氮素較高，并且有機肥還能夠促進作物吸收并積累氮素[29]，從而改善蛋白質含量。另外，有機肥是各種養(yǎng)分的載體，不僅含作物生長所需的大量營養(yǎng)元素，還含有作物所需微量元素[8]，而有些微量元素是組成蛋白酶的輔助因子，如鋅、鎂、鈷、銅、硼等，植物能從施有機肥土壤中吸收這些元素，提高蛋白質合成酶的活性，因而稻米中蛋白質含量高[30]。但高比例施用有機肥或不施肥，會導致土壤前期有效氮不足，影響水稻早期對養(yǎng)分的積累，進而影響到籽粒中的蛋白質含量[21]。所以在本試驗中，有機肥處理與常規(guī)施肥處理間蛋白質含量間差異不顯著，可能是因為有機肥施用比例過高導致的。

蒸煮食味品質也是國標規(guī)定的評定稻米品質等級的 4 項指標之一[16]，而直鏈淀粉是國內對稻米蒸煮食味品質進行評定的指標之一[30]，同時稻米蛋白質含量與蒸煮食味品質之間具有非常密切的關系[31-33]。一些研究表明，稻米蒸煮食味品質與一定范圍內直鏈淀粉含量呈極顯著正相關[34]。本研究表明，長期施用有機肥不利于直鏈淀粉含量的提高，與NPK相比，2019—2020年OF1、OF2、OF3和OF4處理下稻米的直鏈淀粉含量平均分別降低0.20，0.64，0.69，0.38百分點。說明長期施用有機肥不利于直鏈淀粉含量的提高，本研究結果與關靜[35]一致。相關分析表明，蛋白質含量與直鏈淀粉含量呈極顯著負相關，而整精米率、堊白粒率和堊白度與直鏈淀粉呈極顯著正相關，而有機肥處理下，整精米率和蛋白質含量增加，而堊白粒率和堊白度降低，說明蛋白質是影響直鏈淀粉的主要因素。本研究結果表明，長期施用有機肥不僅不能改善旱直播稻米蒸煮食味品質反而會降低蒸煮食味品質。與NPK相比，2019—2020年OF1、OF2、OF3和OF4處理下稻米食味評分值平均分別降低5.53%，6.40%，3.71%，3.23%。主要原因可能是因為有機肥降低了米飯的香氣、光澤、味道、口感等蒸煮食味品質的指標，提高了米飯的完整性，而香氣、光澤、味道、口感與食味評分值呈極顯著正相關，完整性與香氣、光澤、味道、口感、綜合食味評分值呈極顯著負相關；而另一方面有機肥提高了蛋白質含量，降低了直鏈淀粉含量，相關分析表明，蛋白質含量與食味評分值呈極顯著負相關，相關系數(shù)為-0.90，直鏈淀粉與綜合食味評分值呈極顯著正相關，相關系數(shù)為0.84，且線性回歸方程分析也表明，一定范圍內，蛋白質含量每增加1%，食味評分值則會降低7.46，直鏈淀粉含量每增加1%，食味評分值則會增加7.42。但李瑞峰[36]研究表明，旱直播水稻籽粒直鏈淀粉與食味值間呈極顯著正相關，蛋白質與食味值間相關性不顯著。而項亞威[37]研究表明，旱直播種植方式下直鏈淀粉含量低，膠稠度值高，米飯更加柔軟，利于食味品質的提高，而蛋白質的提高對食味品質有一定負面影響。本試驗與上述結果產生差異的原因可能與旱直播水稻種植的播期、施肥方式、水分管理等有關，但本試驗中，導致稻米食味品質下降是由蛋白質直接引起的還是間接通過淀粉結構合成的尚不清楚，需要進一步深入研究才能確定。此外，堊白度、堊白粒率降低也影響了食味評分值。

與常規(guī)施肥相比，長期施用有機肥提高了稻米的精米率和整精米率改善了旱直播稻米的加工品質。長期施用有機肥降低了稻米的堊白粒率，而生物炭、基施旺生物有機肥、凹凸棒有機肥降低了稻米的堊白度，海藻生物有機肥表現(xiàn)為增加，各處理對稻米粒型無顯著影響。有機肥增加了稻米的蛋白質含量，提升了旱直播稻米的營養(yǎng)品質，但降低直鏈淀粉含量。施用有機肥不利稻米蒸煮食味的改善，有機肥處理下稻米的香氣、香氣、光澤、味道、口感和食味評分值均表現(xiàn)不同程度降低。