不同播期對豫南直播稻米品質(zhì)的影響

雷振山，李猛，祁玲，吳延洋，劉娟，楊俊霞，肖榮英，季新

(1.信陽農(nóng)林學(xué)院，河南 信陽 464000； 2.固始縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，河南 固始 465200)

水稻(OryzasativaL.)是中國主要的糧食作物之一，約65%以上人口以稻米為主食，對保障中國糧食安全具有至關(guān)重要的作用。水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)受品種基因型[1]、氣候生態(tài)因子[2-3]、土壤環(huán)境條件[4]和栽培管理措施[5-6]等多種因素的影響。不同地區(qū)和不同種植方式對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)有較大影響。合理的播期可調(diào)節(jié)水稻生育進(jìn)程，使其與當(dāng)?shù)剡m宜的氣候生態(tài)條件相一致，提高溫光資源利用率[7]。因此，應(yīng)結(jié)合不同水稻品種特性與當(dāng)?shù)貧夂蛏鷳B(tài)條件，確定合理的水稻播期。

近年來，隨著農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革以及土地流轉(zhuǎn)加快，水稻生產(chǎn)正向輕簡化方向發(fā)展。直播稻種植具有省時(shí)省工、生產(chǎn)成本低和綜合效益高等優(yōu)點(diǎn)。豫南稻區(qū)是河南省水稻主產(chǎn)區(qū)，水稻種植面積約占全省水稻種植面積的80%以上，目前河南省直播稻面積已達(dá)10萬hm2以上[8]。張靜等[9]通過聚類分析，對豫南稻區(qū)直播豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)中秈雜交稻品種進(jìn)行了篩選。豫南稻區(qū)直播種植水稻品種Y兩優(yōu)886，隨播期推遲其產(chǎn)量呈先上升后下降的趨勢[10]。孫建軍等[11]采用毯苗機(jī)插方式，研究結(jié)果顯示隨播期推遲，不同品種類型水稻產(chǎn)量呈逐漸下降趨勢。對豫南稻區(qū)移栽常規(guī)粳稻研究也表明，隨播期推遲產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢；糙米率、精米率總體上呈現(xiàn)增加趨勢；堊白度、堊白粒率以及堊白大小呈明顯的降低趨勢[12-13]。前人多對豫南稻區(qū)移栽稻適宜播期進(jìn)行了研究，而對豫南稻區(qū)直播稻適宜播期，尤其是播期對直播稻稻米品質(zhì)影響研究較少。因此，本研究選用豫南稻區(qū)優(yōu)質(zhì)雜交秈稻豐優(yōu)香占，通過不同播期處理，研究了播期對直播雜交秈稻稻米品質(zhì)的影響規(guī)律。由于稻米品質(zhì)涉及指標(biāo)眾多，本研究利用主成分分析法，將多個(gè)稻米品質(zhì)指標(biāo)簡化為若干個(gè)互不相關(guān)的綜合變量[14]，通過對不同播期稻米品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期篩選出豫南稻區(qū)雜交秈稻直播種植的最適播期。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種為豐優(yōu)香占，屬中晚熟三系雜交秈稻品種，在豫南稻區(qū)作優(yōu)質(zhì)稻種植，直播全生育期約155 d。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年在河南省信陽市平橋區(qū)洋河鎮(zhèn)試驗(yàn)基地(32°14′N，113°13′E)進(jìn)行，供試土為潴育水稻土。土壤基礎(chǔ)農(nóng)化性狀：有機(jī)質(zhì)32.6 g·kg-1，全氮2.0 g·kg-1，速效磷 18.2 mg·kg-1，速效鉀155.6 mg·kg-1，pH 6.3。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置5個(gè)播期，分別為4月25日(A1)，5月5日(A2)，5月15日(A3)，5月25日(A4)，6月4日(A5)，小區(qū)面積為50 m2，每個(gè)播期3次重復(fù)。直播采用人工撒播方式進(jìn)行，播量為27 kg·hm-2?？偸┘兊?80 kg·hm-2，其中基肥∶分蘗肥∶穗肥按5∶3∶2比例施入，其他病蟲草害及水分管理同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)，成熟期各小區(qū)實(shí)收測產(chǎn)。大田生育期氣象數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 不同播期水稻大田生育期間氣象資料Table 1 Meteorological data of paddy fields during the growth stage with different sowing dates

1.3 稻米品質(zhì)測定

水稻收獲后，置于陰涼通風(fēng)處保存6個(gè)月，待其理化性質(zhì)穩(wěn)定后，使用稻谷精米檢測機(jī)(JGMJ8098，嘉定糧油，上海)對樣品進(jìn)行脫殼出糙和出精，使用大米外觀品質(zhì)檢測儀(JMWT12，東孚久恒，北京)，按照國家標(biāo)準(zhǔn)《優(yōu)質(zhì)稻谷》(GB/T 17891—2017)測定水稻出糙率、精米率、整精米率、整精米粒長、粒寬、堊白粒率和堊白度；按照國家標(biāo)準(zhǔn)《食品中蛋白質(zhì)的測定》(GB 5009.5—2016)測定大米的蛋白質(zhì)含量；按照國家標(biāo)準(zhǔn)《大米直鏈淀粉含量的測定》(GB/T 15683—2008)測定大米的直鏈淀粉含量；按照國家標(biāo)準(zhǔn)《糧油檢驗(yàn)大米膠稠度的測定》(GB/T 22294—2008)測定大米的膠稠度。使用RVA快速黏度分析儀(Super3,NewportScientific,澳大利亞)測定峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度、崩解值、消減值、峰值時(shí)間和糊化溫度等淀粉黏滯性譜特性，其中淀粉黏滯性以厘泊(centi-Poise,cP)為單位。使用米飯食味計(jì)(STA1B，佐竹，日本)測定大米的綜合食味值。

使用SPSS 23.0軟件經(jīng)多重比較Duncan檢驗(yàn)法對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。使用R語言scale函數(shù)對稻米品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和中心化，基于R語言vegan包對稻米品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分(principal component,PC)分析，按照荊瑞勇等[15]報(bào)道的方法計(jì)算綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值和綜合指標(biāo)權(quán)重，并對各指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 播期對直播稻豐優(yōu)香占產(chǎn)量的影響

不同播期對豫南直播稻豐優(yōu)香占產(chǎn)量有顯著影響(圖1)，隨播期推遲，產(chǎn)量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，由高到低依次為A4>A3>A2>A1>A5播期。其中A4播期產(chǎn)量最高，達(dá)8 927 kg·hm-2，顯著高于其他4個(gè)播期的水稻產(chǎn)量；其次為A3播期產(chǎn)量，為7 922 kg·hm-2；A1和A2播期產(chǎn)量差異不顯著；而A5播期由于收獲時(shí)水稻尚未完全成熟，產(chǎn)量最低為4 807 kg·hm-2，只有最高產(chǎn)量的53.8%。

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05).

2.2 播期對直播稻豐優(yōu)香占加工和外觀品質(zhì)的影響

不同播期對豫南直播稻豐優(yōu)香占加工和外觀品質(zhì)有顯著影響。如表2所示，A4和A5播期的糙米率較高且二者差異不顯著，A3播期的糙米率最低；A2～A4播期的精米率差異不顯著，但顯著低于A1和A5播期的精米率；整精米率較高的是A1和A4播期，A3播期的整精米率最低，只有41.39%。不同播期對豫南直播稻豐優(yōu)香占外觀品質(zhì)影響也較為顯著，整精米粒型中，粒長受播期影響較小，除A5播期粒長顯著高于其他播期外，其余4個(gè)播期的精米粒長差異均不顯著；精米粒寬最大的仍為A5播期，而A3播期的精米粒寬最短；堊白粒率和堊白度均隨播期推遲呈先升高后降低的趨勢，A2播期的堊白粒率和堊白度顯著高于其他播期，而A5播期的最小。

表2 播期對直播稻豐優(yōu)香占加工和外觀品質(zhì)的影響Table 2 Effects of sowing date on milling and appearance quality of direct seeding rice Fengyouxiangzhan

2.3 播期對直播稻豐優(yōu)香占RVA譜特性的影響

稻米淀粉RVA譜特性值是反應(yīng)稻米蒸煮品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)，不同播期對豫南直播稻豐優(yōu)香占RVA譜特性有顯著影響。如表3所示，A1和A2播期峰值黏度較高且差異不顯著，隨播期推遲峰值黏度降低。熱漿黏度為A1播期最低，A5播期最高。A1和A2播期崩解值較高，而崩解值最低的為A5播期，與崩解值最高的A2播期相比降幅達(dá)35.26%。最終黏度隨播期推遲呈逐漸升高趨勢，最高的A5播期比最低的A1播期增加20.24%。消減值隨播期推遲也逐漸增加，A5播期的消減值最大為35.33 cP，其余4個(gè)播期的消減值均為負(fù)值，其中A1播期最小為-849.33 cP。峰值時(shí)間隨播期推遲逐漸升高，A5播期達(dá)到峰值黏度用時(shí)最長為6.17 min，顯著高于其余4個(gè)播期，而A1播期峰值時(shí)間最小為5.74 min。同樣，A5播期的糊化溫度也顯著高于其余4個(gè)播期，A1和A4播期糊化溫度較低，分別為73.88和73.69 ℃。

表3 播期對直播稻豐優(yōu)香占RVA譜特性的影響Table 3 Effects of sowing date on RVA parameters of direct seeding rice Fengyouxiangzhan

不同播期對豫南直播稻豐優(yōu)香占營養(yǎng)和食味品質(zhì)有顯著影響。如表4所示，不同播期稻米蛋白質(zhì)含量變化為8.03%～8.73%，其中A3播期蛋白質(zhì)含量顯著高于其余4個(gè)播期。直鏈淀粉含量變幅范圍為16.97%～18.70%，其中A1和A3播期直鏈淀粉含量最低且無顯著差異，A4播期直鏈淀粉含量最高。膠稠度最高的A1播期為92.33 mm，比最低的A3播期高17.69%。食味值較高的為A1和A3播期，其次為A2和A4播期，食味值最低的為A5播期，A1和A3播期的食味值要顯著優(yōu)于A5播期。

表4 播期對直播稻豐優(yōu)香占營養(yǎng)和食味品質(zhì)的影響Table 4 Effects of sowing date on nutritional and eating quality of direct seeding rice Fengyouxiangzhan

為研究播期對豫南直播稻豐優(yōu)香占稻米品質(zhì)的綜合影響，采用主成分分析法對稻米品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。由于堊白粒率、堊白度、最終黏度、消減值、峰值時(shí)間、糊化溫度和蛋白質(zhì)含量為逆向指標(biāo)，即與稻米品質(zhì)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此，對上述指標(biāo)進(jìn)行趨同化處理，取倒數(shù)后再進(jìn)行主成分分析。同時(shí)，由于精米粒長和精米粒寬對稻米品質(zhì)無直接影響，故在主成分分析時(shí)將二者去除。如表5所示，前3個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了84.930%，表明三者基本綜合了稻米品質(zhì)的大部分信息，可用前3個(gè)主成分表征16個(gè)稻米品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。其中PC1貢獻(xiàn)率為46.012%，是最主要的主成分，主要綜合了RVA譜特性中的峰值時(shí)間、消減值、崩解值和最終黏度；PC2貢獻(xiàn)率為25.127%，主要綜合了營養(yǎng)和食味品質(zhì)中的蛋白質(zhì)含量和膠稠度；PC3貢獻(xiàn)率為13.791%，主要綜合了RVA譜特性中的糊化溫度及外觀品質(zhì)中的堊白度。

表5 主成分特征值、貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 5 Eigenvalues,contribution rate and cumulative contribution rate of principal component

依據(jù)主成分的綜合指標(biāo)值和隸屬函數(shù)值對播期影響直播稻豐優(yōu)香占稻米品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并根據(jù)綜合評(píng)價(jià)值對播期進(jìn)行排序。如表6所示，得分從高到低依次為A3、A4、A5、A1、A2播期。表明A3播期直播稻豐優(yōu)香占稻米品質(zhì)最優(yōu)，而A2播期直播稻豐優(yōu)香占稻米品質(zhì)最差。同時(shí)，對不同稻米品質(zhì)性狀受播期影響進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，如表7所示，得分前5位的依次為堊白粒率、峰值時(shí)間、最終黏度、蛋白質(zhì)含量和堊白度，表明這5個(gè)稻米品質(zhì)性狀受播期影響較大；而得分后5位的依次為熱漿黏度、崩解值、峰值黏度、糊化溫度和食味值，表明播期對這5個(gè)稻米品質(zhì)性狀影響較小。

表6 不同播期直播稻豐優(yōu)香占稻米品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)Table 6 Comprehensive evaluation of sowing date for the grain quality of direct seeding rice Fengyouxiangzhan

表7 直播稻豐優(yōu)香占稻米品質(zhì)性狀受播期影響的綜合評(píng)價(jià)Table 7 Comprehensive evaluation of grain quality of direct seeding rice Fengyouxiangzhan affected by the different sowing date

對各播期氣象因子與稻米品質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析，如圖2所示，活動(dòng)積溫和日平均溫度主要與堊白粒率、堊白度、峰值黏度、崩解值和食味值呈正相關(guān)關(guān)系；與熱漿黏度、最終黏度、消減值和峰值時(shí)間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。總?cè)照諘r(shí)數(shù)主要與糙米率和膠稠度呈正相關(guān)關(guān)系，與蛋白質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系?？偨涤炅恐饕c峰值黏度、崩解值和膠稠度呈正相關(guān)關(guān)系，與最終黏度、消減值和峰值時(shí)間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

圖2 氣象因子與直播稻豐優(yōu)香占稻米品質(zhì)相關(guān)性分析Fig.2 Correlation analysis of meteorological factors and grain quality of direct seeding rice Fengyouxiangzhan

3 結(jié)論與討論

水稻適期播種，不僅是水稻高產(chǎn)栽培管理中的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)，播期過早和過晚均會(huì)對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)造成顯著影響。大量研究表明，隨播期推遲水稻產(chǎn)量顯著降低[11,16-17]；但也有學(xué)者認(rèn)為，隨播期推遲水稻產(chǎn)量呈先增加后降低趨勢[10,17]。豫南稻區(qū)溫光資源豐富，隨著“秈改粳”、機(jī)插秧、直播和再生稻等技術(shù)的推廣應(yīng)用，豫南水稻播期由4月中下旬?dāng)U展到3月上中旬至6月上中旬[18]。前人研究發(fā)現(xiàn)，隨播期推遲，直播稻拔節(jié)期、抽穗期和成熟期會(huì)相應(yīng)推遲[7]。本試驗(yàn)設(shè)置的最晚播期為6月4日，直播稻豐優(yōu)香占灌漿成熟時(shí)已至11月中旬，其生育期積溫比A1播期少202.4 ℃，收獲時(shí)尚未完全成熟，造成產(chǎn)量顯著下降。而播期過早，則無法充分利用豫南稻區(qū)9月中下旬至10月上旬的溫光資源。因此，在不考慮稻米品質(zhì)的情況下，豫南稻區(qū)直播雜交秈稻播期安排在5月25日左右可獲得較高的產(chǎn)量。這與王梓豪等[10]得出的豫南稻區(qū)秈稻直播種植不宜太早播種且不宜遲于5月30日后的結(jié)論較為一致。

稻米品質(zhì)不僅受品種遺傳特性控制，也受生態(tài)環(huán)境和栽培措施的影響。水稻子粒灌漿期是稻米品質(zhì)形成的關(guān)鍵時(shí)期，不同播期處理通過改變水稻各生育時(shí)期，尤其是灌漿結(jié)實(shí)期的溫光資源配置，進(jìn)而影響稻米品質(zhì)。朱鎮(zhèn)等[19]認(rèn)為播期對稻米加工品質(zhì)影響主要集中在糙米率和精米率上，隨播期推遲，加工品質(zhì)呈先升高后降低的變化趨勢，外觀品質(zhì)則變優(yōu)。但也有研究表明，稻米加工品質(zhì)隨播期推遲而變優(yōu)，且以整精米率變化最為顯著[20]。姚義等[16]對不同熟期類型水稻品種研究表明，隨播期推遲，中熟中粳和遲熟中粳類型直播稻糙米率、精米率和整精米率均呈上升趨勢，早熟晚粳則相反，而各類型水稻品種外觀品質(zhì)均隨播期推遲變優(yōu)。本研究氣象數(shù)據(jù)表明，堊白粒率和堊白度與積溫和日平均溫度呈正相關(guān)關(guān)系，糙米率與總?cè)照諘r(shí)數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系。豐優(yōu)香占加工品質(zhì)的糙米率和精米率以及外觀品質(zhì)的堊白粒率和堊白度最優(yōu)的均是較晚直播的A5播期，該播期的積溫和日平均溫度最低，而總?cè)照諘r(shí)數(shù)最長。因此，灌漿時(shí)期較低的溫度可能使灌漿時(shí)間延長灌漿速率減慢，使得子粒灌漿充實(shí)較好質(zhì)地較為緊密[21]。而A2播期的外觀品質(zhì)堊白粒率和堊白度均是最差的，氣象資料也表明A2播期的積溫較高。因此，較劣的稻米外觀品質(zhì)可能與A2播期水稻抽穗揚(yáng)花期易遭遇豫南稻區(qū)8月上中旬的高溫?zé)岷τ嘘P(guān)[11]。RVA譜特性反映了稻米的蒸煮食味品質(zhì)，前人有研究表明，隨播期推遲，峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度、消減值和起始糊化溫度呈先降低后升高的趨勢，崩解值先升后降[19]。而也有研究認(rèn)為推遲播期，峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度、崩解值呈規(guī)律性下降，消減值逐漸升高，RVA譜變劣[22]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，豫南稻區(qū)隨播期推遲，直播稻豐優(yōu)香占熱漿黏度、最終黏度、消減值和峰值時(shí)間整體呈升高趨勢，峰值黏度和崩解值則波動(dòng)性降低。峰值黏度和崩解值高，消減值低，則稻米蒸煮食味品質(zhì)好[23]。因此，本試驗(yàn)中A1播期的蒸煮食味品質(zhì)理論上是最優(yōu)的，隨播期推遲，豐優(yōu)香占蒸煮食味品質(zhì)變劣，這與本文使用米飯食味計(jì)測得的食味值結(jié)果基本是一致的。

稻米品質(zhì)是一個(gè)綜合性狀，不同指標(biāo)受播期影響是不同的，需對各指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)才能全面判定稻米品質(zhì)的優(yōu)劣。前人采用了灰色關(guān)聯(lián)度分析[24]和模糊綜合評(píng)判[25]等方法對稻米品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，但以上方法存在一定的主觀性，指標(biāo)的選擇對評(píng)判結(jié)果影響較大[25]。本試驗(yàn)采用的主成分分析法，根據(jù)綜合因子的貢獻(xiàn)率確定指標(biāo)的權(quán)重，使得評(píng)價(jià)結(jié)果客觀唯一，此方法已在稻米品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)中有較多應(yīng)用[15]。主成分綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，豫南稻區(qū)直播稻豐優(yōu)香占在5月15日播種時(shí)稻米品質(zhì)綜合表現(xiàn)最佳，但此時(shí)產(chǎn)量卻不是最高，要比5月25日播種的產(chǎn)量低11.26%；5月25日直播的豐優(yōu)香占雖然產(chǎn)量最高，但稻米品質(zhì)僅排在第二位。由此可見，水稻產(chǎn)量和品質(zhì)往往是矛盾的，需通過調(diào)節(jié)不同生態(tài)條件下的栽培技術(shù)盡量削弱產(chǎn)量與品質(zhì)間的負(fù)相關(guān)關(guān)系，以獲得最高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。對各稻米品質(zhì)性狀進(jìn)行主成分綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示豫南直播稻豐優(yōu)香占堊白粒率、峰值時(shí)間、最終黏度、蛋白質(zhì)含量和堊白度受播期影響最大，不同播期對豫南直播稻豐優(yōu)香占外觀品質(zhì)會(huì)有較大影響。綜上所述，豫南稻區(qū)雜交秈稻豐優(yōu)香占直播要獲得高產(chǎn)，播期應(yīng)安排在5月25日左右，而要獲得相對高產(chǎn)且最優(yōu)的稻米品質(zhì)，則播期應(yīng)安排5月15日左右。