豇豆水稻輪作模式下水稻生長的不均勻性

顧驍 吳孚桂 劉慧芳 馬啟林

摘 ?要 ?冬季瓜菜之后輪作水稻是海南省一種重要的栽培模式。為了充分利用前作的肥效，一般后作水稻都會減少肥料的使用，這時前作肥料條施所導(dǎo)致的田間肥力不均會較大地影響后作水稻的生產(chǎn)。本研究以豇豆水稻輪作為對象，以雜交稻品種‘聚兩優(yōu)747為材料，于分蘗末期、成熟期分別在不同肥力下生長表現(xiàn)強勢（T1）和生長表現(xiàn)弱勢（T2）的行間取樣，分析了豇豆水稻輪作模式對后作水稻的生長發(fā)育、產(chǎn)量構(gòu)成和稻米品質(zhì)的影響。研究結(jié)果顯示，生長在不同肥力行間的植株，在分蘗末期，其生長發(fā)育性狀上有明顯的差異，如株高、分蘗數(shù)、地上部干重、倒三葉葉面積、植株含氮量等方面差異顯著，其中，T1植株根、莖、葉的含氮量分別比T2植株的高117.1%、368.8%、72.3%，差異都達到極顯著水平;在成熟期，與產(chǎn)量構(gòu)成相關(guān)的指標，如有效穗數(shù)、實粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重等方面存在顯著差異，尤其是T1植株的穗數(shù)和結(jié)實率分別比T2植株高64.0%和9.3%，差異達極顯著水平;在稻米品質(zhì)方面，雖然在出糙率、精米率、精米的長和寬及長寬比、糊化溫度和直鏈淀粉含量等方面沒有顯著差異，但在整精米率、膠稠度、蛋白質(zhì)含量、堊白粒率方面存在顯著差異，如T1的堊白粒率比T2低4.5%，而T1的整精米率則比T2高5.5%，差異都達到極顯著水平。因此，在豆稻輪作的情況下要獲得水稻的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，需要制定合理的栽培技術(shù)方案，改進耕作技術(shù)、均衡前作的遺留肥力，并注意在水稻當季合理施肥。

關(guān)鍵詞 ?豇豆-水稻輪作;生長不均;稻米品質(zhì)

中圖分類號 ?S344.1 ?????文獻標識碼 ?A

Abstract ?Winter vegetable and rice rotation is an important cultivation mode in Hainan. In order to raise the residual fertilizer utilization efficiency of fore-rotating crop， the use of fertilizer will be reduced in rice， the succession crop， in general. At this time， the fertility inequality caused by the row application of fertilization of fore-rotating crop will greatly affect the production of subsequent rice. In this study， the cowpea-rice rotation mode was used as the research object， and ‘Juliangyou 747， a hybrid rice variety， was used as the material， the effects of growth， yield components and quality of rice were analyzed at late tillering stage and maturity stage by sampling between rows with strong growth performance （T1） and weak growth performance （T2）， respectively. There were significant differences in plant height， tiller number， shoot dry weight， area of converse third leaves and nitrogen content of plants in late tillering stage. Among them， the nitrogen content of roots， stems and leaves of T1 plants was 117.1%， 368.8% and 72.3% significantly higher than that of T2 plants， respectively. There were significant differences in the number of panicles， grains per panicle， seed setting rate and 1000-grain weight. In particular， the number of ears and seed setting rate of T1 plants was 64.0% and 9.3% higher than that of T2 plants. There were no significant differences in the brown rice rate， milled rice rate， length-width and length-width ratio of milled rice， gelatinization temperature and amylose content， but there were significant differences in head rice rate， gel consistency， protein content and chalky rice rate. The chalky rice rate of T1 was 4.5% lower， and the head rice rate of T1 was 5.5% higher than that of T2， which both reached a very significant level. Therefore， In order to obtain high yield and high quality of rice under cowpea-rice rotation， it is necessary to formulate a plan of reasonable cultivation techniques， improve tillage techniques， balance the residual fertility of fore-rotating crop， and apply fertilizer rationally in current season of rice.

Keywords ?cowpea-rice rotation; growth inequality; rice quality

DOI ?10.3969/j.issn.1000-2561.2019.07.002

海南省具有得天獨厚的光溫條件，已成為全國最重要的冬季瓜菜生產(chǎn)基地[1]，為緩解冬季瓜菜供需矛盾、保障全國各大城市冬季菜籃子工程發(fā)揮著不可替代的作用[2-3]。在冬季瓜菜之后輪作水稻是海南的一種重要的栽培模式。所謂輪作，就是按照確定的順序在季節(jié)間或年間輪換種植不同作物或復(fù)種組合的一種種植方式[4]。研究發(fā)現(xiàn)類似的水旱輪作模式能夠使水稻茬充分利用前作的肥效，對水稻生產(chǎn)具有較好的增產(chǎn)效果[5-7]，還能改善土壤理化性狀和農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，提高土壤養(yǎng)分利用效率[8-10]，并減輕連作障礙[11]，減少農(nóng)田病、蟲、草害[12-14]。大多數(shù)研究都對輪作減輕連作障害、提高土壤養(yǎng)分利用效率給予了積極評價。

海南省的主要冬季瓜菜，如辣椒、豇豆、絲瓜、圣女果等，生產(chǎn)過程中一般都會投入較多的肥料，且主要采用壟作和肥料條施的方式，所以這些冬季瓜菜田間的肥力是不均勻的。豇豆生產(chǎn)的效益高，但豇豆不耐連作[15]，而通過豇豆與水稻輪作既可以避免豇豆連作障礙的發(fā)生，又可以實現(xiàn)豇豆和水稻的雙豐收，是一種高效的栽培模式[16-17]。豇豆-水稻輪作在海南已成為一種常見的栽培模式，但輪作水稻以后，由于未進行徹底的翻耕，前作肥料條施導(dǎo)致的肥力不均依然存在，并對后作水稻的生長發(fā)育、產(chǎn)量構(gòu)成和稻米品質(zhì)會產(chǎn)生不同的影響，至于究竟產(chǎn)生何種影響卻少有人關(guān)注且并未充分研究。本研究以豇豆水稻輪作為對象，分析了前作豇豆壟作和肥料條施技術(shù)導(dǎo)致的養(yǎng)分不均對后作水稻的生長發(fā)育、產(chǎn)量構(gòu)成和稻米品質(zhì)產(chǎn)生的影響，以期為海南省冬季瓜菜-水稻輪作制度下的水稻生產(chǎn)管理提供理論依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

試驗在海南省澄邁縣瑞溪鎮(zhèn)羅浮洋冬季瓜菜生產(chǎn)基地進行，以雜交水稻品種‘聚兩優(yōu)747為材料，該品種由廣東農(nóng)業(yè)科學院水稻研究所和廣東省金稻種業(yè)有限公司育成，具有豐產(chǎn)性好、抗病蟲性好，米質(zhì)較優(yōu)、適應(yīng)性廣等特點。

1.2 ?方法

1.2.1 ?試驗設(shè)計與取樣方法 ?試驗地位于海南省澄邁縣瑞溪鎮(zhèn)北畔仔村，屬熱帶季風氣候，年均氣溫23.8?℃，日照時數(shù)2059?h，降雨量1786?mm，且雨熱同季，終年基本無霜，生產(chǎn)條件優(yōu)越，是澄邁縣重要的糧食及冬季瓜菜生產(chǎn)基地。試驗區(qū)土壤為潮濕黏土，pH?6.7，有機質(zhì)含量為45.58?g/kg，堿解氮含量為147.35?mg/kg，有效磷含量為32.69?mg/kg，速效鉀含量為133.28?mg/kg。該試驗地前作為豇豆，起壟作畦，沿壟進行條形施肥，每公頃使用4478 kg羊糞肥，746?kg復(fù)合肥（N、P、K三種元素各15%）做基肥，每隔半個月左右追施149 kg/hm2復(fù)合肥作追肥。2017年4月中旬水稻育秧，5月初對豇豆撤架整田，整田時未進行翻耕，采用小型旋耕機旋耕松土，并在整田時以尿素149 kg/hm2、復(fù)合肥（N、P、K三種元素各15%）448 kg/hm2作為基肥，5月中旬水稻移栽，慣行管理，未施追肥。

由于豇豆作肥料條施的影響，水稻生長過程中出現(xiàn)了明顯的生長勢的差異（圖1）。于6月10日（分蘗期）、8月12日（成熟期）分別在生長勢不同的行間取樣（前作豇豆的種植行，水稻生長旺盛，設(shè)為T1;前作豇豆的空白行，水稻生長較弱，設(shè)為T2），4次重復(fù)。同時在同區(qū)域慣行栽培的連作水稻（晚造，同品種且播種期相近）田里取樣作為對照（CK）。該水稻連作田前作水稻施尿素448 kg/hm2、過磷酸鈣597 kg/hm2、KCl 299??kg/hm2，全部作為基肥一次性施入，不再追肥;連作水稻畝施尿素179 kg/hm2、復(fù)合肥（15∶15∶15）537 kg/hm2、KCl 179 kg/hm2，也是作為基肥一次性施入，不再追肥。取樣時，分蘗期的植株樣品連根挖取，洗凈后用干毛巾擦干水分，帶回實驗室測量株高、根長、分蘗數(shù)、主莖粗、倒三葉葉面積，每重復(fù)剪取3～4片倒三葉的部分葉片置于20?℃保存用于葉綠素含量測定，其余部分分成地上部分和地下部分放入干燥箱中105?℃殺青30 min后70?℃干燥至恒重。成熟期取樣時，分單株收獲地上部分，分離莖葉和稻穗，分別放入不同的干燥箱中干燥。

1.2.2 ?測定指標及方法 ?形態(tài)指標的測定：測定了株高、分蘗數(shù)、根長，主莖粗系用游標卡尺測量主莖基部3個角度的平均值，倒三葉葉面積測定采用長寬法[18]。電子天平稱重法測定干物質(zhì)重。

根、莖、葉總氮的測定：參照林咸永等[19]的方法測定。

產(chǎn)量指標測定：按單株考測穗數(shù)、穗長、實粒數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成指標，根據(jù)單株重量換算每公頃理論產(chǎn)量。

稻米品質(zhì)指標：精米長、寬、長寬比，堊白粒率、出糙率、整精米率，精米蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量、糊化溫度、膠稠度等品質(zhì)相關(guān)指標，按中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準NY/T 593-2013食用稻品種品質(zhì)的規(guī)定進行。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2007和SPSS 20軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并采用Duncans法進行多重比較。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?豇豆-水稻輪作模式對水稻生長性狀的影響

由表1可知，T1植株的生長性狀指標中除了根長之外的各項指標值均顯著大于T2植株，而與對照相當或大于對照?？梢?，前作豇豆的殘留肥效對后作水稻的營養(yǎng)生長起到了極大的促進作用，完全滿足水稻正常生長發(fā)育的需要。同時，除了根長、根干重、葉片葉綠素含量和對照沒有明顯差別外，T2植株的其他指標如株高、分蘗數(shù)、倒三葉葉面積、主莖粗、地上部干物質(zhì)重等均低于對照植株，其原因可能是T2植株由于養(yǎng)分不足而在營養(yǎng)生長上處于劣勢。

對豇豆-水稻輪作模式下水稻不同部位的含氮量進行比較分析（表2）。由表2可知，在分蘗期，關(guān)于植株根、莖、葉等部位的含氮量，T1植株與CK植株相比，T1植株的根、莖含氮量和

CK植株的沒有明顯差異，但葉氮含量比CK植株高18.6%，達極顯著水平。T1植株和CK植株的根、莖、葉等部位的含氮量都極顯著地高于T2植株，其中，T1植株根、莖、葉的含氮量分別比T2植株的高117.1%、368.8%、72.3%;而CK植株根、莖、葉的含氮量分別比T2植株的高102.4%、325.0%、45.3%。以上結(jié)果顯示，生長在前作豇豆種植行的水稻植株（T1）得到了充足的氮素供應(yīng)，但生長在前作豇豆空白行的水稻植株（T2）則氮素供應(yīng)不足。但是，莖、葉含氮量上的這種差異，在進入成熟期以后就消失了，成熟期莖、葉的含氮量在各個處理之間不存在明顯的差異。

2.2 ?豇豆-水稻輪作模式對水稻產(chǎn)量構(gòu)成的影響

對不同長勢水平下生產(chǎn)水稻的產(chǎn)量構(gòu)成因素如表3所示。由表3可知，T1植株的產(chǎn)量構(gòu)成因素與T2植株相比，除了穗粒數(shù)相互之間不存在顯著差異之外，其他與產(chǎn)量有關(guān)的因素，如穗數(shù)、穗長、結(jié)實率、千粒重等，相互之間都存在顯著或極顯著的差異，尤其是T1植株的穗數(shù)和結(jié)實率分別比T2的高64.0%和9.3%，達極顯著水平。這些差異最終導(dǎo)致T1植株和T2植株的理論產(chǎn)量存在極顯著的差異，T1的理論產(chǎn)量為11.81 t/hm2，T2的理論產(chǎn)量僅有5.72?t/hm2。可見前作豇豆的養(yǎng)分后效對保證水稻產(chǎn)量起了關(guān)鍵作用。

2.3 ?豇豆-水稻輪作模式對稻米品質(zhì)的影響

對不同長勢水平下生產(chǎn)的稻谷進行稻米品質(zhì)分析的結(jié)果顯示，在大米的外觀品質(zhì)上，不同條件下生產(chǎn)的稻米形態(tài)上沒有明顯的區(qū)別，其精米在長度、寬度和長寬比方面都沒有顯著差異，但T2的堊白粒率極顯著地高于T1和CK，T1和CK的堊白粒率之間沒有明顯差異;在加工品質(zhì)方面，3種稻谷的出糙率沒有明顯的差別，但整精米率的差異達極顯著水平，主要是T2的整精米率極顯著地低于T1和CK，T1和CK的整精米率之間沒有明顯差異;在營養(yǎng)品質(zhì)方面，3種稻米的直鏈淀粉含量介于18.68%～20.8%，沒有明顯的差異，但T2的精米蛋白質(zhì)含量為7.20%，顯著地低于T1的8.10%和CK的7.91%，而T1和CK的精米蛋白質(zhì)含量之間沒有明顯差異;在蒸煮特性方面，3種稻米的糊化溫度沒有明顯的差異，但T2的膠稠度為56.6?mm，低于T1的63.8 mm和CK的62.8?mm（表4）。

3 ?討論

菜—水稻輪作方式已是現(xiàn)今極為普通的一種復(fù)種方式[20]。稻田的類似復(fù)種形式能夠帶動稻田高產(chǎn)高效，能兼顧經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益，可解決糧食安全和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及農(nóng)民增收等社會問題，對于自然資源的充分利用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展也有極大的促進作用[14， 21]。早在北魏時期的《齊民要術(shù)》就有記載，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中盛行豆谷輪作的種植模式[22]。豆稻輪作能增加土壤中有機質(zhì)、速效氮、速效磷等，減少土壤容重等良好效果[23-24]，這對促進后茬水稻生長與稻米品質(zhì)的改善有積極作用。

本研究對豇豆-水稻輪作制度下后作對水稻的生長、產(chǎn)量和稻米品質(zhì)進行了調(diào)查和分析，結(jié)果顯示，豇豆-水稻輪作模式較好地保證了后作水稻生長發(fā)育所需的營養(yǎng)供應(yīng)，其各項生長指標與對照田塊相當或大于對照，而同一田塊中不能利用前作豇豆的肥料后效的水稻植株生長發(fā)育指標如株高、分蘗數(shù)、倒三葉葉面積、主莖粗、植株含氮量、地上部干物質(zhì)重等則明顯低于對照植株，說明沒有前作肥效可供利用的這部分水稻植株因為養(yǎng)分不足而在營養(yǎng)生長上處于劣勢。雖然水旱輪作時一般水稻當茬都是減量施肥的[25]，但是，與洪麗芳等[26]的研究結(jié)果一樣，我們認為輪作水稻的栽培不能只考慮依靠前作施肥的后效，在水稻當季的施肥也十分重要。

水稻的產(chǎn)量構(gòu)成特征與其生長環(huán)境條件密切相關(guān)[27-28]。實行水旱輪作后水稻有效穗及每穗實粒數(shù)均有不同程度的提高，千粒重通常也高于單季稻模式[6]。本研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)量構(gòu)成因素中，如穗數(shù)、穗長、結(jié)實率、千粒重等，相互之間都存在顯著或極顯著的差異，這些差異最終導(dǎo)致T1植株和T2植株的理論產(chǎn)量存在極顯著的差異。

關(guān)于稻米品質(zhì)，豇豆-水稻輪作模式對稻米出糙率、精米率、精米的長寬及其比值、直鏈淀粉含量、糊化溫度沒有顯著影響，但可以提高整精米率和精米蛋白質(zhì)含量，并降低堊白粒率和增加膠稠度。這與一般栽培條件下適當增加施氮水平，能提高整精米率及精米蛋白質(zhì)含量的結(jié)果一致[29]。

調(diào)查結(jié)果顯示，豇豆-水稻輪作的情況下農(nóng)戶一般都會大幅度減少后作水稻的肥料使用量，但由于農(nóng)田整田過程中未能采用合適的耕作技術(shù)導(dǎo)致了田間的肥力不均勻現(xiàn)象，在后作水稻生產(chǎn)過程中，一部分能夠利用前作養(yǎng)分的植株能夠維持正常的生長發(fā)育，獲得較好的產(chǎn)量并維持較好的稻米品質(zhì)。但是，對于另外一部分未能利用到前作養(yǎng)分的植株，其生長發(fā)育明顯受到抑制，產(chǎn)量降低，米質(zhì)變差。造成這一現(xiàn)象的主要原因是，豆-稻輪作模式下，前作豇豆等主要采用沿壟進行肥料條施的施肥方式，所以這些冬季瓜菜田間的養(yǎng)分是非常不均勻的。在冬季瓜菜收獲后進行整田時，理應(yīng)以犁具對土壤進行翻耕和移土以平衡田間肥力差異，但因為翻耕機具的缺乏，一般農(nóng)戶都是使用自家的小型旋耕機直接旋耕耙平，代替翻耕，這樣前作肥料條施導(dǎo)致的田間養(yǎng)分不均在后作水稻季依然存在，對后作水稻的生長發(fā)育、產(chǎn)量構(gòu)成和稻米品質(zhì)產(chǎn)生了不同的影響。

所以，在豇豆-水稻輪作的情況下要獲得水稻的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，一方面需要改進耕作技術(shù)，進行翻耕移土以均衡前作的遺留土壤肥力，另一方面仍需要在水稻當季進行合理施肥，注重產(chǎn)量構(gòu)成因素中的穗數(shù)、結(jié)實率、千粒重指標，并充分考慮與稻米品質(zhì)相關(guān)的整精米率、精米蛋白質(zhì)含量、堊白粒率和增加膠稠度等指標，制定合理的栽培技術(shù)方案。

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