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

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)與遺傳育種重點實驗室/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）

水稻是我國最重要的口糧作物。雙季稻區(qū)的水稻面積占我國水稻播種面積的33.0%。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人民收入水平的提高，市場對優(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)對保障我國口糧安全至關(guān)重要[1]。

南方雙季稻區(qū)氣候溫暖濕潤，日照充足，降水充沛，水稻生產(chǎn)潛力較高。但受長期偏施氮肥加上酸雨等因素影響，土壤酸化嚴(yán)重。土壤酸化會限制水稻根系生長，制約其生長發(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)水稻根系生長及其對土壤養(yǎng)分的吸收利用[4]。但是，以往的研究主要關(guān)注施用石灰對水稻產(chǎn)量和土壤改良的影響[5-7]，對雙季稻稻米品質(zhì)的影響研究較少。而且，很多研究僅施用一種石灰類物質(zhì)，缺乏不同石灰類物質(zhì)的對比。因此，本研究在南方典型的酸性雙季稻田上開展試驗，以明確不同石灰類物質(zhì)對雙季稻產(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 試驗地概況

試驗于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 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，在秸稈全量還田且常規(guī)施肥的條件下，共設(shè)4 個處理，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。試驗早稻品種為柒兩優(yōu)2012（雜交秈稻），晚稻品種為美香占2 號（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

于成熟期每個小區(qū)取120 叢計算有效穗數(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)實率和千粒重。各小區(qū)取150 叢水稻植株脫粒測產(chǎn)。

1.3.2 氮素吸收

將烘干后的成熟期植株，按莖、葉和穗分別機械粉碎，過0.25 mm 篩保存。采用Foss-2300 型全自動凱氏定氮儀測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 片長勢基本一致的完全展開葉，用SPAD-502 葉綠素儀測定葉片葉綠素值（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 個月后測定稻米品質(zhì)。稱取無空殼的200 g 稻谷。利用糙米機[永元電機（蘇州）有限公司]磨掉谷殼加工為糙米，稱質(zhì)量。再利用精米機加工為精米，稱質(zhì)量。根據(jù)糙米質(zhì)量和精米質(zhì)量，計算出糙米率和精米率。整精米率是完整米和粒長達(dá)到完整米粒平均長度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》方法測定蒸煮和食味品質(zhì)指標(biāo)，利用碘比色-分光光度計法測定直鏈淀粉含量；用凱氏定氮法測定米粉含氮量，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“五點法”取0～15 cm耕層土樣，自然風(fēng)干后過2 mm 篩保存。采用PHS-3C型pH 測試儀（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司）測定土壤pH 值[9]。

1.4 統(tǒng)計分析

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。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同石灰類物質(zhì)對水稻產(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%，但對早稻產(chǎn)量無顯著影響；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，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%，但對早稻氮素吸收無顯著影響。

圖1 不同石灰類物質(zhì)對雙季稻總生物量的影響

圖2 不同石灰類物質(zhì)對雙季稻氮素吸收的影響

2.3 不同石灰類物質(zhì)對葉綠素含量的影響

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%，但對早稻分蘗期、穗分化期、抽穗期和灌漿期葉片SPAD 值均無顯著影響（圖3）。不同石灰類物質(zhì)處理組間雙季稻葉片SPAD 值無顯著差異。

圖3 不同石灰類物質(zhì)對雙季稻葉片SPAD 值的影響

2.4 不同石灰類物質(zhì)對稻米品質(zhì)的影響

2.4.1 不同石灰類物質(zhì)對稻米加工品質(zhì)的影響

由表2 可見，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%，但對早稻糙米率、精米率和整精米率均無顯著影響。

2.4.2 不同石灰類物質(zhì)對稻米外觀品質(zhì)的影響

由表3 可見，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)對稻米蒸煮食味及營養(yǎng)品質(zhì)的影響

由表4 可見，與CK 相比，施用CaO、Ca (OH)2和CaCO3對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對早稻米的蒸煮食味及營養(yǎng)品質(zhì)均無顯著影響。

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

2.5 不同石灰類物質(zhì)對土壤pH 的影響

由圖4 可見，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 個單位，使晚稻季土壤pH 值分別顯著提高0.41、0.57 和0.48個單位。

圖4 不同石灰類物質(zhì)對雙季優(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，提高有機質(zhì)礦化和土壤碳氮代謝相關(guān)酶活性，增加了對Ca2+的利用率，降低了對Al3+的吸收，減少對水稻的毒害作用，促進(jìn)水稻的生長和氮素吸收[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對早稻產(chǎn)量無顯著影響。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速效氮素的固定，促進(jìn)了晚稻根系生長及其養(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，從而弱化了其對早稻生長的促進(jìn)作用。

本研究表明，3 個施用石灰類物質(zhì)處理對雙季稻產(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。主要是因為不同石灰類物質(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)酸中和值來計算施用量，在提高土壤pH 的效果基本一致。因此，在實際生產(chǎn)中，石灰類型對雙季稻產(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，本試驗還存在一些不足之處。首先，研究僅進(jìn)行1 年試驗，結(jié)論的可靠性有待進(jìn)一步驗證。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)行多年試驗明確不同石灰類物質(zhì)對雙季稻產(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，有利于實現(xiàn)雙季優(yōu)質(zhì)稻豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。