不同耕作模式下穴苗數(shù)對北方粳稻品質(zhì)的影響

張家智， 王文玉， 王興宇， 張常鈺， 石書文， 何雨宣，周紅媛， 劉麗華， 鄭桂萍

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江省教育廳寒地作物種質(zhì)改良與栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163319）

水稻是人類重要的糧食作物之一。在亞洲人的食物組成中，稻米約占49%，為人體提供35%的能量和28%蛋白質(zhì)，因此，稻米的營養(yǎng)品質(zhì)直接關(guān)系到人體營養(yǎng)的有效供給水平[1]。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，人們生活水平不斷提高，對于食物品質(zhì)的要求也在不斷提高，因此，在保證產(chǎn)量的同時(shí)還應(yīng)注重品質(zhì)的提升。截至2020年，黑龍江水稻種植面積約400萬hm2，已成為全國水稻種植面積、生產(chǎn)量和商品量大省，在我國稻米市場上具有至關(guān)重要的地位[2]。在寒地水稻生產(chǎn)中，攪漿平地易破壞土壤結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤緊實(shí)致密、常規(guī)耕作層泥溫低、插秧基本苗不合理等問題[3-4]。針對以上問題，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)水稻中心提出“旱平壟作、雙側(cè)雙深”栽培技術(shù)（簡稱壟作雙深），該技術(shù)的操作方法為：水田秋翻、秋旋或春旋→秋季或春季旱整平→旱起壟同時(shí)雙側(cè)雙深分類施肥(淺層速效肥、深層包括緩效肥），同時(shí)實(shí)現(xiàn)基肥和分蘗肥同施（由全層施入基肥變?yōu)閴派厦鐜щp側(cè)雙深基蘗同施）→晚泡田（插秧前10 d）→常規(guī)封閉除草→壟上機(jī)插雙行（常規(guī)插秧機(jī)機(jī)插或?qū)捳胁逖頇C(jī)機(jī)插均可）。壟作雙深形成了由水整地、攪漿平地變?yōu)楹嫡?、旱起壟（免水整地），由全層施入基肥變?yōu)閴派厦鐜щp側(cè)雙深基蘗同施（分層分類、速緩結(jié)合），由多次作業(yè)變?yōu)闇p少作業(yè)環(huán)節(jié)而省時(shí)省力的耕作栽培新模式。

栽培環(huán)境、肥水管理、貯藏和加工等因素在一定程度上影響著稻米品質(zhì)[5]。畦溝灌溉和干濕交替灌溉顯著提高了稻米的加工品質(zhì)，但降低了稻米外觀品質(zhì)，其中，根系和冠層性能的改善是提升稻米品質(zhì)的重要因素[6]。周晶[7]研究表明，壟作栽培較常規(guī)栽培能夠提升稻米蛋白質(zhì)、氨基酸含量。章秀福等[8]研究表明，壟畦栽培水稻的加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)優(yōu)于常規(guī)栽培。陳立強(qiáng)等[9]研究表明，與常規(guī)耕作相比，壟作雙深處理主要提高了稻米的加工和食味品質(zhì)。薛亞光等[10]研究表明，麥秸還田不同程度地改善了稻米的加工、外觀和營養(yǎng)品質(zhì)，而旋耕還田不利于水稻增產(chǎn)及品質(zhì)的形成。

穴苗數(shù)對稻米品質(zhì)具有較大影響。荊愛霞[11]和徐春梅等[12]研究表明，稻米的加工品質(zhì)隨株行距的增大呈逐漸升高趨勢，外觀品質(zhì)和直鏈淀粉含量升高，蛋白質(zhì)含量和膠稠度降低。錢銀飛等[13]研究得出，每穴4 本左右最有利于機(jī)插水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的形成。董嘯波[14]以雙季晚粳稻為材料研究認(rèn)為，增加栽插密度可提高糙米率、精米率和整精米率，但降低蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量，使堊白粒率和堊白度增加。周培南等[15]認(rèn)為在保證產(chǎn)量的前提下，適當(dāng)增加密度有利于稻米品質(zhì)的提升，繼續(xù)增加移栽密度又會(huì)降低稻米的外觀品質(zhì)。但關(guān)于不同耕作模式下穴苗數(shù)對北方粳稻品質(zhì)影響的研究較少，因此，本研究選用墾粳8 號為材料，采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，探究在壟作雙深模式和平作模式下，不同穴苗數(shù)對北方粳稻品質(zhì)的影響，為水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)于2020年在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)水稻中心大慶校區(qū)試驗(yàn)田（45°30′—47°11′N、124°26′—125°15′E）進(jìn)行。試驗(yàn)地0 —20 cm 土壤養(yǎng)分平均含量堿解氮為123.00 mg·kg-1、有效磷18.00 mg·kg-1、速 效 鉀 191.50 mg·kg-1、有 機(jī) 質(zhì)32.40 g·kg-1、pH 8.20。供試品種為墾粳8號，由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)選育，其主莖約13 片葉，生育期 142 d 左右，需≥10 ℃活動(dòng)積溫 2 650 ℃左右。供試肥料為中化復(fù)合肥（N 21.0%，其中，緩釋氮素含量為7.0%，P2O515.0%，K2O 16.0%）、尿素（N 46%）、磷酸二銨（P2O546%、N 18%）和硫酸鉀（K2O 50%）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為耕作模式，設(shè)常規(guī)耕作（A1）和壟作雙深（A2）2個(gè)水平；副區(qū)為穴苗數(shù)，分別設(shè)置3（B1，對照）、6（B2）、9（B3）和12 苗·穴-（1B4）共4個(gè)水平；因此，試驗(yàn)共8個(gè)處理，每處理3 次重復(fù)，共計(jì)24個(gè)小區(qū)，每小區(qū)面積48.6 m2。其中，壟作雙深在春季采用人工起壟施肥，施基肥后進(jìn)行鎮(zhèn)壓。要求壟底寬60 cm，壟面寬40 cm，鎮(zhèn)壓后壟高達(dá)到10 cm 左右。人工用鐵鉤在壟上劃出3 條肥帶：1 條深肥帶位于壟正中央，將肥施入距壟面8 cm 深處，選擇含緩效氮的中化肥料；2 條淺肥帶分別位于深肥帶兩側(cè)水平距離11 cm 處，將鎮(zhèn)壓后肥施入距壟面3 cm 深處，選擇速效氮的肥料，即實(shí)現(xiàn)了一壟三肥帶——苗帶雙側(cè)雙深分層分類速緩結(jié)合的立體施肥效果（圖1）。常規(guī)耕作采用常規(guī)攪漿平地，插秧規(guī)格（43～17）cm×12 cm。

圖1 水稻“壟作雙深”栽培模式——壟型施肥Fig.1 Rice“dry land regulation and bilateral deep fertilization on ridge”cultivation mode—ridge fertilization

各處理均于4月18日播種，每盤芽種125 g，播種時(shí)進(jìn)行打籽入泥，3 面著泥，旱育秧。5月18日移栽，插秧規(guī)格（43～17）cm×12 cm。壟作雙深栽培模式的基肥施入按水稻旱平壟作雙側(cè)雙深耕作栽培模式的操作方法，人工起壟同時(shí)，壟體夾施肥料，施肥上層均為速效肥，下層均為中化復(fù)合肥。常規(guī)耕作處理基肥于移栽前7 d 人工撒施，上、下2 層的肥料混合一起施用。蘗肥于移栽后20 d人工撒施。調(diào)節(jié)肥（又稱接力肥，氮肥總量的10%）、穗肥分別在倒4葉長出一半時(shí)、倒2葉長出一半時(shí)人工撒施。具體施肥量及施肥時(shí)期詳見表1。壟作雙深處理插秧后水分管理為施用除草劑時(shí)，使水層淹沒壟面外，其他時(shí)間均保持壟溝有水，壟臺(tái)無水。常規(guī)耕作處理插秧后深水護(hù)苗返青，淺水增溫促蘗，在分蘗達(dá)到預(yù)計(jì)穗數(shù)的80%時(shí)，排水曬田至微裂以控制無效分蘗；拔節(jié)長穗期淺濕灌溉，抽穗前至齊穗淺水灌溉，結(jié)實(shí)灌漿期采用淺濕交替灌溉，成熟期收獲前15 d 左右排水。各處理施肥方案如表1 所示，其他管理措施同常規(guī)生產(chǎn)。

表1 不同處理的施肥種類及用量Table 1 Fertilization type and amount in different treatments （kg·hm-2）

1.3 測定項(xiàng)目及方法

水稻成熟后，調(diào)查一次枝梗和二次枝梗數(shù)。收割的水稻自然風(fēng)干后脫粒，自然陰干2個(gè)月之后測定稻米的加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)及食味品質(zhì)，每處理稱取200 g 籽粒用于品質(zhì)測定，3次重復(fù)。

加工品質(zhì)：取一定質(zhì)量的稻谷（記作M0），采用FC-2K 型實(shí)驗(yàn)礱谷機(jī)礱谷2 次，稱量糙米質(zhì)量（記作M1）；然后采用日本公司生產(chǎn)的VP-32 型實(shí)驗(yàn)?zāi)朊讬C(jī)，將糙米加工成精米，稱精米質(zhì)量（記作M2）；最后采用谷粒判別器（ES-1000，日本產(chǎn)）測定碎米率。按照以下公式分別計(jì)算糙米率（brown rice rate，BRR）、精米率（polished rice rate，PRR）和整精米率（whole rice rate，WRR）。

外觀品質(zhì)：用日本靜岡機(jī)械株式會(huì)社生產(chǎn)的ES-1000 便攜式品質(zhì)分析儀測定堊白粒率（chalky grain rate，CGR）、堊白度（chalkiness）。

營養(yǎng)品質(zhì)：用Foss 近紅外谷物分析儀測定糙米的直鏈淀粉含量（amylose content，AC）、蛋白質(zhì)含量（protein content，PC）。

食味品質(zhì)：用日本佐竹公司（SATAKE）生產(chǎn)的米飯食味計(jì)（STA1A）測定香氣、光澤、完整性、味道、口感的評分及食味值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 7.05 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，數(shù)據(jù)整理與圖表制作采用Excel 2003。

2 結(jié)果與分析

2.1 加工品質(zhì)的比較

耕作模式、穴苗數(shù)對糙米率、精米率、整精米率有顯著影響（表2）。A2處理的糙米率、精米率、整精米率均極顯著高于A1 處理，較A1 處理分別增加0.82%、0.45%、3.73%。不同穴苗數(shù)處理的糙米率和精米率均表現(xiàn)為B1＞B2＞B3＞B4，不同處理間差異極顯著；不同穴苗數(shù)處理的整精米率表現(xiàn)為 B1＞B2＞B3＞B4，B1 和 B2 處理極顯著高于 B3、B4處理，且B1處理極顯著高于B2處理。

表2 不同處理的加工品質(zhì)Table 2 Processing quality of different treatments

2.2 外觀品質(zhì)的比較

由表3 可知，耕作模式對一次枝梗和二次枝梗的谷粒長、谷粒寬、谷粒厚及長寬比均無顯著影響；穴苗數(shù)對一次枝梗的谷粒長和谷粒厚及二次枝梗的谷粒寬有顯著影響；兩者間互作對一次枝梗的谷粒厚有顯著影響。不同耕作模式的外觀品質(zhì)均差異不顯著。不同穴苗數(shù)處理的一次枝梗谷粒長表現(xiàn)為B1＞B2＞B3＞B4，其中，B1 處理較B2 處理顯著增加2.33%，較B3 和B4 處理極顯著增加3.07%和3.23%；且B1 處理的一次枝梗谷粒厚度較B2 處理顯著增加2.64%，較B3 和B4 處理極顯著增加4.02%和3.56%；B1 和B2 處理的二次枝梗谷粒寬度較B3 處理分別顯著增加4.47% 和3.19%。

表3 不同處理的稻谷粒形Table 3 Grain shape of different treatments

耕作模式和穴苗數(shù)的互作效應(yīng)對一次枝梗谷粒厚影響顯著。A1 耕作模式下，B1 處理的一次枝梗谷粒厚度極顯著高于B2、B3、B4處理，較B2、B3、B4 處理分別增加6.28%、5.80%、6.28%；A2 耕作模式下，B2 處理的一次枝梗谷粒厚度較B3 處理顯著增加3.57%（圖2）。

圖2 不同處理一次枝梗谷粒的厚度Fig.2 Grain thickness of primary branch under different treatments

由表4 可知，耕作模式、穴苗數(shù)及兩者間互作對堊白粒率、堊白度影響極顯著。A2 處理的堊白粒率、堊白度分別較A1 處理極顯著增加15.37%和18.42%。不同穴苗數(shù)處理的堊白粒率、堊白度均表現(xiàn)為B4＞B3＞B2＞B1，不同穴苗數(shù)處理間差異極顯著。相同耕作模式下，不同穴苗數(shù)處理間的堊白粒率、堊白度均表現(xiàn)為B4＞B3＞B2＞B1。A1 耕作模式下，B2、B3、B4 處理的堊白粒率和堊白度均極顯著高于B1 處理，B4 處理又極顯著高于 B2 和 B3 處理；A2 耕作模式下，隨著穴苗數(shù)的增加，籽粒的堊白粒率和堊白度顯著增加（圖3）。

表4 不同處理的外觀品質(zhì)Table 4 Appearance quality of different treatments

圖3 不同處理的堊白粒率和堊白度Fig.3 Chalky grain percentage and chalkiness degree of different treatments

2.3 營養(yǎng)品質(zhì)的比較

由表5 可知，耕作模式對直鏈淀粉、蛋白質(zhì)和水分含量無顯著影響；穴苗數(shù)對直鏈淀粉、蛋白質(zhì)和水分含量影響極顯著；兩者間互作對蛋白質(zhì)含量影響顯著。不同耕作模式間的直鏈淀粉、蛋白質(zhì)和水分含量差異不顯著。不同穴苗數(shù)處理的直鏈淀粉含量表現(xiàn)為B4＞B3＞B2＞B1，其中，B4 處理顯著高于B3 處理，極顯著高于B2 和B1 處理，B3處理顯著高于B1 處理；蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)為B1＞B2＞B3＞B4，其中，B1和B2處理的蛋白質(zhì)含量極顯著高于 B3 和 B4 處理；水分含量表現(xiàn)為 B2＞B3＞B4＞B1，其中，B2、B3、B4 處理的水分含量極顯著高于B1處理，B2處理顯著高于B4處理。

表5 營養(yǎng)品質(zhì)的比較Table 5 Comparison of nutritional quality

2.4 食味品質(zhì)的比較

對不同處理的食味品質(zhì)進(jìn)行比較，結(jié)果（表6）表明，僅耕作模式對完整性有極顯著影響，穴苗數(shù)及兩者間互作對稻米食味品質(zhì)無顯著影響。A2 處理的完整性極顯著高于A1 處理，其他性狀差異不顯著。不同穴苗數(shù)處理的食味品質(zhì)差異均不顯著。

表6 食味值的比較Table 6 Comparison of taste value

2.5 稻米品質(zhì)性狀間的相關(guān)關(guān)系

由表7 可知，水分含量與食味值呈極顯著正相關(guān)；糙米率與精米率、整精米率、蛋白質(zhì)含量呈顯著或極顯著正相關(guān)；糙米率與直鏈淀粉含量、堊白粒率和堊白度呈極顯著或顯著負(fù)相關(guān)；精米率與直鏈淀粉含量、堊白粒率、堊白度呈極顯著負(fù)相關(guān)；直鏈淀粉含量與蛋白質(zhì)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與堊白粒率、堊白度呈顯著正相關(guān)；蛋白質(zhì)與堊白粒率、堊白度呈顯著負(fù)相關(guān)；堊白粒率與堊白度呈極顯著正相關(guān)。

表7 稻米品質(zhì)性狀間的相關(guān)分析Table 7 Correlation analysis among quality traits of rice

3 討論

3.1 耕作模式對水稻品質(zhì)的影響

張自常等[6]研究表明，畦溝灌溉和干濕交替灌溉不僅能夠提高水稻產(chǎn)量，還能夠改良稻米的加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)。本研究的灌溉方式為干濕交替，與常規(guī)耕作相比，壟作雙深耕作模式顯著或極顯著提高了稻米的糙米率、精米率、整精米率和完整性，分別較對照提高0.82%、0.45%、3.73%、0.98%；還提高了稻米的加工品質(zhì)及蛋白質(zhì)含量和食味值，食味值較對照增加1.19%，達(dá)極顯著水平，但降低了稻米的外觀品質(zhì)，增加了堊白度與堊白粒率。

3.2 穴苗數(shù)對水稻品質(zhì)的影響

作物生產(chǎn)是個(gè)種群過程，不僅個(gè)體應(yīng)具有較高的競爭能力，還需有較高的群體以保證產(chǎn)量[16]。因此，在保持行距穴距不變的條件下，栽插穴苗數(shù)是影響群體密度的重要措施，穴苗數(shù)過少無群體優(yōu)勢，穴苗數(shù)過多則會(huì)抑制個(gè)體優(yōu)勢，同時(shí)也會(huì)加劇穴內(nèi)個(gè)體與群體的競爭，不利于構(gòu)建良好的群體結(jié)構(gòu)。研究表明，增加基本苗數(shù)會(huì)使稻米的糙米率、精米率和整精米率下降，堊白率和堊白度提高，直鏈淀粉含量和食味值上升[17-18]。本研究表明，隨著穴苗數(shù)的增加，稻米的直鏈淀粉含量升高，加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)和蛋白質(zhì)含量降低，食味值先升高再降低，以B2 處理稻米的食味值最高，為 82.46 分，較 B1、B3、B4 處理分別提高 1.47、0.20、0.15 分，可能是由于穴苗數(shù)增加易造成田間郁閉，通風(fēng)透光不良，個(gè)體之間競爭加劇，導(dǎo)致個(gè)體營養(yǎng)吸收不良，體內(nèi)同化物供應(yīng)不足，積累灌漿物質(zhì)少，灌漿不足所致。因此，綜合高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)來看，墾粳8 號以每穴6 苗為宜，在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)肥水管理，提高營養(yǎng)生長期的物質(zhì)積累，保持結(jié)實(shí)期葉片及根系的光合和代謝能力，為其高產(chǎn)提供技術(shù)支撐。