硫酸鎂對水稻光合特性和品質的影響

馬艷，鄭桂萍，趙洋，蔡永盛，李丹丹，鄭悅，潘世駒，胡法龍，李曉蕾

（黑龍江八一農(nóng)墾大學農(nóng)學院，大慶 163319）

隨著人們生活水平的不斷提高和全球水稻市場的激烈競爭，中國水稻生產(chǎn)應逐步朝著“高產(chǎn)、優(yōu)質、高效”的方面邁進[1-3]。人們普遍重視稻米的品質，對稻米的外觀品質、營養(yǎng)品質、適口性及理化品質都提出了更高的要求。在影響稻米品質的諸多因素中，肥料運籌對稻米品質影響極為顯著[4]。水稻生長除需磷鉀等大量必要元素外，對硅、鎂反應也較為敏感。鎂是葉綠素的組成成分之一，是作物生長發(fā)育的必需元素，也是多種酶的活化劑，它對水稻的光合作用和其他代謝過程有著重大的影響[5]。硫酸鎂肥中的鎂離子能夠有效提高水稻的光合作用效率，使水稻千粒重明顯增加，從而使水稻增產(chǎn)。因此，如何在保證水稻的產(chǎn)量水平的前提下通過施用鎂肥提高稻米品質成為水稻生產(chǎn)中需要解決的問題。為了進一步驗證硫酸鎂在水稻上的使用效果，試驗在盆栽環(huán)境條件下，研究了施用硫酸鎂對粳稻光合特性和品質的影響，旨在為水稻施鎂技術提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗地

試驗品種為墾鑒稻5 號，東農(nóng)428。墾鑒稻5 號由黑龍江八一農(nóng)大水稻中心選育而成，圓粒。東農(nóng)428由東北農(nóng)業(yè)大學選育而成，長粒。試驗用肥料為市售硫酸鉀（50%）、尿素（含N 46.5%）、磷酸二銨（含N 18%，P2O546%）、硫酸鉀（含K2O 50%）、七水硫酸鎂（99%）。

試驗于2012年在黑龍江省大慶市黑龍江八一農(nóng)墾大學盆栽場進行。供試土壤為黑鈣土，試驗地土壤基礎肥力狀況如表1。

表1 土壤基礎肥力狀況Table 1 The basic conditions of soil fertility

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區(qū)組設計，盆栽方法進行。以不施硫酸鎂為對照，記為CK，以硫酸鎂不同生育期施用為處理，分別記為M1、M2、M3、M4，M1 處理為100%基施，M2 處理基肥、中期各50%，M3 處理100 中期施入，M4 處理采用2%濃度中期葉噴的方式。盆缽的直徑（內(nèi)徑）為29 cm，每盆3 穴，每穴4 苗，每處理設16 盆。尿素、磷酸二銨和硫酸鉀分別按187.5、120.0和157.5 kg·hm-2施用，尿素的基肥、蘗肥和穗肥施用比例為：40∶40∶20；磷酸二銨的基肥和穗肥施用比例為：50∶50；硫酸鉀做基肥100%施入?；试谧詈笠淮螖囃燎笆┤?，蘗肥施用時期為插秧返青后即施用，穗肥施肥時期為抽穗前20 d 以后（判斷以倒二葉長出一半左右）施用。

硫酸鎂做基肥施用時，也于最后一次攪土前溶于水中施入盆缽。硫酸鎂中期施用于抽穗前35 d（11葉品種于7.0～7.5 葉、12 葉品種于8.0～8.5 葉）時進行（溶于水中混勻）。葉噴處理是采用硫酸鎂以2%的濃度溶于水噴于葉面的方式。試驗處理、施肥量及施肥時期如表2。試驗采用日本缽盤育苗，3.0 葉齡左右移栽。試驗按常規(guī)旱育稀植、葉齡指標計劃管理進行[6]。水稻成熟后收獲，自然風干后進行品質分析。

表2 肥料施用量及施用方法Table 2 The amount and methods of fertilizer application

1.3 測定項目

1.3.1 葉片光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率的測定

選擇晴天9∶00～10∶30，分別于分蘗盛期的功能葉和灌漿盛期的劍葉中部，用美國LI-COR 公司生產(chǎn)的LI-6400 型便攜式光合作用測定儀進行測定光合特性。每處理測6 片葉，取平均值。測定葉片光合作用時設定系統(tǒng)內(nèi)氣流速度為500 μmol·s-1，采用專用內(nèi)置紅光源，光照強度設定為1 300 μmol·m-2·s-1光量子。

1.3.2 不同處理水稻加工品質的變化

用FC-2 K 型實驗礱谷機（YAMAMOTO，離心式）加工成糙米，用日本公司生產(chǎn)的VP-32 型實驗碾米機（YAMAMOTO，直立式）加工精米，之后再從精米中分離整精米，以測定稻米的糙米率、精米率和整精米率。

1.3.3 不同處理水稻外觀品質的變化

包括堊白度、堊白粒率、整粒長寬比等，用RGQ120A 顆粒判定儀進行。

1.3.4 不同處理水稻營養(yǎng)品質的測定

用FOSS1241 近紅外谷物分析儀測定蛋白質和直鏈淀粉含量。

1.3.5 不同處理水稻蒸煮食味品質的測定

食味品質用日本佐竹公司（SATAKE）生產(chǎn)的米飯食味計（STA1A）進行食味評分的測定。包括香氣、光澤、完整性、味道、口感及綜合食味評分等。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理和圖表繪制采用Microsoft Excel 2007有關程序求算，并作圖；變異系數(shù)及差異顯著性比較，利用唐啟義DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行分析，做圖[7]。

2 結果與分析

2.1 硫酸鎂對分蘗盛期光合特性的影響

由表3 可知，除東農(nóng)428 的M3 外，兩品種各處理胞間CO2濃度均有降低的趨勢，且與CK 均達到了極顯著水平。另外，東農(nóng)428 的蒸騰速率也極顯著降低。墾鑒稻5 號的M2 和M4 處理的氣孔導度與蒸騰速率都極顯著增高，M3 處理極顯著降低。兩品種的凈光合速率在增施硫酸鎂后都極顯著增加。墾鑒稻5號的增加幅度高于東農(nóng)428，M2 較CK 增加了59.88%。兩品種各處理的凈光合速率均極顯著高于CK，且各處理間也達到了顯著或極顯著水平。墾鑒稻5 號的凈光合速率以M2 最高，其次為M4。東農(nóng)428以M3 最高，其次為M3。說明對于這兩個品種來說，對于不同方式施用硫酸鎂均可提高凈光合速率，但不同的品種增加幅度不同。M3 較其他處理更顯著提高了東農(nóng)428 的光合作用。

表3 分蘗盛期不同處理的水稻葉片光合特性Table 3 The photosynthetic indexes of rice leaf in late tillering period

2.2 硫酸鎂對灌漿盛期光合特性的影響

由表4 知，兩品種灌漿盛期各處理胞間CO2濃度、蒸騰速率、氣孔導度、凈光合速率均有所增加，且各處理的胞間CO2濃度與CK 均達到了顯著水平。對于墾鑒稻5 號來說，M4 處理的胞間CO2濃度、蒸騰速率、氣孔導度的增幅最大，分別增加了8.07%、28.78%、42.69%。M3 處理的凈光合速率增幅最大，達到了20.50%。東農(nóng)428 的M4 處理的蒸騰速率和凈光合速率增幅較大，分別達到了52.58%、40.94%。與CK 達極顯著水平。M2 處理的凈光合速率最大，較CK 高41.89%，達極顯著水平。說明對于這一時期來說，硫酸鎂可以提高水稻的光合作用。

表4 灌漿盛期不同處理的水稻葉片光合特性Table 4 The photosynthetic indexes of rice leaf in filling stage

2.3 不同處理對稻米加工品質的影響

通過對不同處理稻谷加工品質的測定，結果如表5 所示?？梢?，墾鑒稻5 號的糙米率以CK 最高，且與CK 間的差異達顯著水平。M2 和M4 處理也較CK增加，但未達到顯著水平。各處理的精米率和整精米率均較CK 降低。對于東農(nóng)428，M4 處理的糙米率、精米率、整精米率都高于CK，其中M3、M4 的整精米率與CK 的差異達到顯著和極顯著水平。說明M3 和M4 處理對于改善東農(nóng)428 加工品質的效果較明顯。

表5 不同處理對水稻加工品質的差異顯著分析Table 5 Analysis of the significant differences on milling quality of treatments

2.4 不同處理對稻米外觀品質的影響

圖1 同處理對稻米外觀品質的影響Fig.1 Effects of the different treatments on appearance quality

由圖1 可知，和CK 比，墾鑒稻5 號的堊白粒率和堊白度均有所增加，M3 處理的堊白粒率較其他處理較低，而M4 處理的堊白度較其他處理較低。說明在供試土壤條件下，硫酸鎂對提高墾鑒稻5 號的外觀品質的意義不大，這可能和墾鑒稻5 號的稻米籽粒中的含鎂量有關系。與CK 比，東農(nóng)428 的M3 處理的堊白粒率和堊白度較對照降低，分別降低了20%、27%。另外，M2 處理的堊白度也較CK 降低了25.66%。但M1、M4 處理的堊白粒率和堊白度都有所提高，說明不同時期施用鎂肥對外觀品質的改善程度是不同的。

2.5 不同處理對稻米營養(yǎng)品質的影響

圖2 不同處理對稻米蛋白質和直鏈淀粉含量的影響Fig.2 Effects of the different treatments on protein and amylose content

從圖2 中可以看出，東農(nóng)428 蛋白質含量以M1處理最高，其次為M2，分別較CK 提高了1.76%和0.88%。M4 處理的蛋白質含量最低，且與M1 處理達到了顯著水平。說明M1、M2 施肥處理可以提高蛋白質的含量。且與CK 相比，各施肥處理的直鏈淀粉含量均極顯著，各處理之間的差異不顯著，且M2 含量最低。對墾鑒稻5 號來說，除M2 的蛋白質含量略高于CK 外，各施肥處理的蛋白質含量均低于CK，M1、M3、M4 與對照達到了極顯著或顯著水平。其中M1的降低幅度最大。M2、M3 的直鏈淀粉含量較CK 比相差不大，但M1 和M4 處理的直鏈淀粉含量都較CK 有所提高，且M4 處理與CK 達到了顯著水平。

圖3 不同處理對稻米食味值的影響Fig.3 Effects of the different treatments on taste value

2.6 不同處理對稻米食味品質的影響

由圖3 知，墾鑒稻5 號的各處理均能提高稻米的食味值，且均與CK 達到了顯著水平，各處理間的差異均不顯著。對于東農(nóng)428 來說，各處理的食味評分均較CK 有所增加，以M4 處理最高，與CK 達顯著水平，其余處理與CK 差異不顯著。M1、M2、M3 分別較CK 提高了0.53%、0.12%、0.32%。說明施用硫酸鎂可明顯改善稻米的食味品質，且不同品種改善程度不同。

2.7 水稻光合特性與品質各指標的關系

由表5 可以看出，對于東農(nóng)428 來說，分蘗盛期凈光合速率與灌漿盛期凈光合速率、蛋白質均呈正相關，與整精米率、堊白度、食味評分呈負相關。灌漿盛期凈光合速率與堊白度、食味評分、整精米率和蛋白質均呈正相關。整精米率與食味評分呈正相關，與堊白度、蛋白質呈負相關，且與堊白度達顯著水平，與蛋白質達極顯著水平。堊白度與蛋白質、食味評分呈正相關，蛋白質與食味評分呈負相關。

墾鑒稻5 號的兩個時期的凈光合速率均與食味評分、堊白度呈正相關，分蘗盛期凈光合速率和整精米率呈負相關，且與整精米率達顯著水平，與蛋白質呈正相關。灌漿盛期凈光合速率與蛋白質呈負相關，與整精米率呈正相關。整精米率與蛋白質呈正相關，與與食味評分、堊白度呈負相關。堊白度與蛋白質呈負相關，與食味評分呈正相關。墾鑒稻5 號的蛋白質與食味評分也呈負相關。

表6 水稻光合特性與品質各指標的相關性Table 6 Correlation of photosynthetic rate and quality indexes

3 結論和討論

3.1 討論

就光合作用而言，分蘗盛期和灌漿盛期的凈光合速率都是極顯著或顯著增加的。對于同一處理不同品種，其作用效果不同。研究指出[8-9]，鎂肥能夠降低堊白粒率和堊白度。供鎂充足時，稻米必需氨基酸總量、賴氨酸、蘇氨酸含量提高[10]。本試驗兩品種的食味品質均得到改善，但墾鑒稻5 號的外觀品質沒有提高，反而下降，這可能與品種本身的鎂元素含量有關系。對于外觀品質較好而食味品質較差的品種來說，本試驗的意義較大。另外，大田環(huán)境中的各種因素（礦質離子、pH、水分等）對水稻吸收轉運鎂的影響，以及栽培措施對稻米中的鎂元素含量的影響，也是高產(chǎn)優(yōu)質水稻生產(chǎn)的重要研究方向[11]。因此，應對其作用方式和過程繼續(xù)探究，以期更好地實現(xiàn)水稻高產(chǎn)優(yōu)質的目標。

3.2 結論

（1）由光合特性可知，分蘗盛期水稻各處理的胞間CO2濃度均較CK 顯著或極顯著降低。各處理的凈光合速率均極顯著高于CK，且各處理間也達到了顯著或極顯著水平。100%中期處理對于提高墾鑒稻5號的光合作用效果最好，基肥、中期各50%處理有效提高了東農(nóng)428 的光合速率。因此，可通過100%中期，以及基肥、中期各50%處理提高水稻光合速率。

（2）東農(nóng)428 加工品質以中期葉噴處理的改善程度最為明顯。墾鑒稻5 號的糙米率以100%基施處理最高，與對照達顯著水平。對墾鑒稻5 號來說，各處理均能顯著提高稻米的食味值。中期葉噴處理顯著提高了東農(nóng)428 的食味值。說明硫酸鎂能明顯改善稻米的加工和食味品質，且對于不同的品種改善程度不同。

（3）東農(nóng)428 的食味評分與分蘗盛期凈光合速率呈負相關，與灌漿盛期凈光合速率呈正相關，與整精米率、堊白度呈正相關，與蛋白質呈負相關，這點與前人研究結果一致[12]。墾鑒稻5 號的食味評分與兩個時期的光合速率均呈正相關，與堊白度呈正相關，與整精米率、蛋白質呈負相關，其分蘗盛期凈光合速率與整精米率呈顯著負相關。

［1］徐富賢，洪松.環(huán)境因素對稻米品質影響的研究進展［J］.西南農(nóng)業(yè)學報，1994，7（2）：101-105.

［2］王新兵，鄭桂萍，趙洪英，等.硅、鉀、鎂配比施用對水稻光合特性及產(chǎn)量的影響［J］.黑龍江八一農(nóng)墾大學學報，2008，20（4）：19-22.

［3］張壽南.寧化縣水稻缺鎂調查及施鎂技術的推廣應用［J］.土壤肥料，1995（3）：36-39.

［4］王聲旭，張龍海，柴楠，等.不同施肥處理對龍香稻2 號品質的影響［J］.黑龍江八一農(nóng)墾大學學報，2012，24（2）：1-4.

［5］吳關庭，李旭晨.稻米食味的研究與改良［J］.中國農(nóng)學通報，2000，16（6）：21-24.

［6］徐一戎，邱麗瑩.旱育稀植三化栽培技術［M］.哈爾濱：黑龍江科學技術出版社，1996.

［7］唐啟義，馮明光.實用統(tǒng)計分析及其DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)［M］.北京：科學出版社，2000.

［8］楊文祥，李剛華，王強盛，等.鎂對稻米食味品質的影響［J］.江蘇農(nóng)業(yè)學報，2007，23（3）：166-171.

［9］張堅勇，肖應輝，萬向元，等.水稻品種外觀品質性狀穩(wěn)定性分析［J］.作物學報，2004，30（6）：548-554.

［10］周新橋，鄒冬生.稻米堊白研究綜述［J］.作物研究，2001（3）：52-58.

［11］楊文祥，李剛華，王強盛，等.鎂對稻米食味品質的影響［J］.江蘇農(nóng)業(yè)學報，2007，23（3）：166-171.

［12］黃發(fā)松，孫宗修，胡培松，等.食用稻米品質形成研究的現(xiàn)狀與展望［J］.中國水稻科學，1998，12（3）：172-176.