緩釋肥和無(wú)機(jī)肥配施對(duì)濱海鹽堿地水稻生長(zhǎng)和食味品質(zhì)的影響

董曉亮，侯紅燕，張金鳳，周 紅，張茂林，魏立興，朱德峰

（1東營(yíng)市一邦農(nóng)業(yè)科技開(kāi)發(fā)有限公司，山東東營(yíng)257000；2東營(yíng)市墾利區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，山東東營(yíng)257000；3東營(yíng)市原碩農(nóng)業(yè)有限公司，山東東營(yíng)257000；4東營(yíng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東東營(yíng)257000；5中國(guó)水稻研究所，杭州310000）

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們的飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生了深刻變化，對(duì)主食稻米的需求由注重價(jià)格和數(shù)量，向注重安全、品質(zhì)和食味轉(zhuǎn)變[1]。國(guó)內(nèi)稻米生產(chǎn)、流通、消費(fèi)各個(gè)領(lǐng)域正在由“數(shù)量型”向“質(zhì)量食味型”轉(zhuǎn)變，人們對(duì)稻米品質(zhì)、米飯食味的要求越來(lái)越高[2]?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)人均稻米消費(fèi)量已由5年前的108 kg，下降到98 kg，遞減率為2.15%。每年國(guó)內(nèi)稻米市場(chǎng)庫(kù)存積壓比例為33%，現(xiàn)在庫(kù)存量為8×107t，但每年尚需從國(guó)外進(jìn)口大量?jī)?yōu)質(zhì)米，以滿足優(yōu)質(zhì)米市場(chǎng)需要。越來(lái)越多的水稻專家將重點(diǎn)放在水稻優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)模式的探索上。國(guó)內(nèi)外大量的鹽堿地開(kāi)發(fā)科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，鹽堿地改良、提高鹽堿地利用率最有效的措施之一是開(kāi)發(fā)水稻種植[3]。近年來(lái)，山東省東營(yíng)市對(duì)濱海鹽堿地進(jìn)行了大規(guī)模的開(kāi)發(fā)利用，種植水稻已經(jīng)成為本地區(qū)鹽堿地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要農(nóng)作物。但是由于鹽堿地pH過(guò)高、可溶性鹽含量高、交換性鉀離子高，且土壤呈沙質(zhì)，保水性、保肥性差，土壤分散性差等特點(diǎn)[4]，水稻的產(chǎn)量不高，不同肥料的種類、配比方式及施肥方式對(duì)黃河三角洲鹽堿地水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)均有不同的影響[5]。大量的研究通過(guò)多年的肥料試驗(yàn)，研究肥料與土壤養(yǎng)分、作物高效高產(chǎn)施肥方式等[6]。肥料的不合理施用，會(huì)損害土壤結(jié)構(gòu)、影響作物的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和品質(zhì)、污染水體[7-8]。肥料的合理配施可以增強(qiáng)土壤有效大量元素的釋放、增加土壤肥力，可以提高土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、有機(jī)碳積累[9-11]。也有研究表明，肥料的合理配施可以提高植物對(duì)氮肥的吸收率[12]，有助于提高植物的干物質(zhì)積累及產(chǎn)量指標(biāo)[13]。在水稻的食味值品質(zhì)上，肥料的合理配施，可以顯著降低籽粒的堊白粒率、提高稻米氨基酸含量、提高稻米的品質(zhì)[14]。本研究于2017—2019年開(kāi)展，經(jīng)過(guò)3年的緩釋肥與無(wú)機(jī)肥配施試驗(yàn)對(duì)濱海鹽堿地水稻生育期、產(chǎn)量指標(biāo)、養(yǎng)分吸收、稻米食味品質(zhì)進(jìn)行研究，旨在尋求適合濱海鹽堿地水稻種植的緩釋肥與無(wú)機(jī)肥的合理配施方式，為濱海鹽堿地優(yōu)質(zhì)食味米種植規(guī)程提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試試驗(yàn)品種為‘南粳9108’，由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。緩釋肥(N-P2O5-K2O=25-15-6)，山農(nóng)大控釋肥廠；磷酸二胺(N-P2O5-K2O=18-46-0)，魯西化工廠；尿素(N=46%)，過(guò)磷酸鈣(P=16%)，硫酸鉀(K=50%)，壽光聯(lián)合化肥廠。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于山東省東營(yíng)市墾利區(qū)永安鎮(zhèn)28村(37°15′N，118°05′E)典型濱海鹽堿地，試驗(yàn)田前茬種植水稻。試驗(yàn)于2017—2019年每年的4—10月進(jìn)行，3年的水稻的全生育平均氣象條件如圖1所示，全生育期降雨量最高為播種后100～120天，溫度最高為播種后100～110天，全生育期總?cè)照諘r(shí)數(shù)為1672.9 h。該試驗(yàn)地塊pH 8.1，土壤鹽分含量4‰，有機(jī)質(zhì)含量1.34 g/kg，陽(yáng)離子交換量8.19 cmol(+)/kg，全氮量0.77 g/kg，有效鉀65.5 mg/kg，有效磷0.1 mg/kg。

圖1 水稻全生育期日降雨量、溫度

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，處理1(T1)為傳統(tǒng)常規(guī)氮素用量，處理2(T2)減少氮素用量20%且基肥使用緩釋肥，處理3(T3)減少氮素用量20%且基肥與追肥均施用緩釋肥，處理4(T4)減少氮素20%不使用緩釋肥，處理5(T5)為不施氮素處理。所有處理的磷鉀肥施用量相同，因各處理的磷酸二銨和復(fù)合肥中的磷鉀肥施入量不同，采用過(guò)磷酸鈣和硫酸鉀補(bǔ)足磷鉀肥，過(guò)磷酸鈣作為基肥施用、硫酸鉀均作為穗肥分2次施用，各試驗(yàn)處理施肥料種類、用量及磷鉀肥補(bǔ)充量見(jiàn)表1。

表1 肥料種類、用量及磷鉀肥補(bǔ)充量 kg/hm2

4月中旬開(kāi)始浸種育秧，自動(dòng)化播種機(jī)播種，播種量150 g干谷/盤，采用暗室疊盤恒溫催芽室催芽后，大棚育秧，秧齡50天，久保田插秧機(jī)機(jī)械插秧，規(guī)格30 cm×14 cm。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)占地300 m2，小區(qū)采用隔水板（高度25 cm）分隔，單排單灌，便于控制準(zhǔn)確施肥量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

1.3.1 生育期調(diào)查 詳細(xì)記錄每個(gè)處理的始穗期、齊穗期、成熟期、全生育期，播種期至抽穗期時(shí)長(zhǎng)、抽穗期至成熟期時(shí)長(zhǎng)。

1.3.2 水稻生長(zhǎng)指標(biāo)調(diào)查 分別于水稻的分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期，每個(gè)小區(qū)取3穴完整水稻，緩慢清洗，保留完整根系，記錄水稻根系的總根長(zhǎng)。于105℃烘箱中殺青1 h，調(diào)80℃烘干至恒重，記錄各時(shí)期單位面積葉干物質(zhì)量、單位面積莖鞘干物質(zhì)量，利用式(1)～(3)計(jì)算水稻葉面積指數(shù)。

式中，S20為抽取處理樣品中20片，L為每片葉的葉長(zhǎng)，D為每片葉的葉寬，0.75為葉面積系數(shù)。

式中，S總為處理樣本的所有葉片的總?cè)~面積，M為處理樣品的所有葉片的總質(zhì)量，m為抽取的20片葉片的質(zhì)量。

式中，LAI為單個(gè)重復(fù)的葉面積指數(shù)，3為所取的樣本的穴數(shù)，n為每個(gè)小區(qū)的水稻穴數(shù)。

1.3.3 產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)的調(diào)查 定點(diǎn)考察每個(gè)處理每個(gè)小區(qū)的10穴，調(diào)查分蘗最高苗、有效穗數(shù)、成穗率；穗總粒數(shù)、穗實(shí)粒數(shù)、千粒重；收割每個(gè)小區(qū)，自然晾曬后測(cè)定產(chǎn)量。

1.3.4 食味值品質(zhì)測(cè)定 稻谷收獲后，自然晾干，稻谷水分降至15.5%以下時(shí)，采用佐竹THU35C試驗(yàn)用礱谷機(jī)加工成糙米，利用佐竹CBS300BS試驗(yàn)用鮮米機(jī)將糙米加工成粳米，利用佐竹-米粒食味計(jì)-RLTA10B(2)-K儀器，對(duì)各處理水稻籽粒中蛋白質(zhì)、直鏈淀粉和食味值進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)濱海鹽堿地水稻生育期的影響

不同肥料類型及用量對(duì)濱海鹽堿地水稻生育期進(jìn)程的影響見(jiàn)表2。T1處理組生育期最長(zhǎng)，達(dá)178天；其次為T3處理組，為176天；T2處理組與T4處理組生育期無(wú)差異，為173天；T5處理組生育期最短為170天。表明減少氮素的20%可以降低水稻的全生育期，基肥和追肥期配施緩釋肥與無(wú)機(jī)肥全生育期減少了2天，與常規(guī)處理組差異不顯著；基肥施用緩釋肥，追肥施用無(wú)機(jī)肥處理可以顯著降低水稻的全生育期。T1、T2、T3、T4、T5處理組的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期（營(yíng)養(yǎng)期—抽穗期）占全生育期的比例分別為79.78%、80.35%、79.55%、80.35%、80.00%，T1、T2、T3、T4、T5處理組的生殖生長(zhǎng)期（抽穗期—成熟期）占全生育期的比例分別為20.22%、19.65%、20.45%、19.65%、20.00%。表明減少氮素的施用量可以提高濱海鹽堿地水稻種植的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，縮短生殖生長(zhǎng)期，全生育期變短。

表2 不同氮素處理下濱海鹽堿地水稻的生育期進(jìn)程

2.2 不同施肥處理對(duì)濱海鹽堿地水稻生長(zhǎng)特性的影響

不同肥料類型及用量處理下濱海鹽堿地水稻各生育期的總根長(zhǎng)、葉面積指數(shù)、單位葉面積干物質(zhì)量、單位面積莖鞘干物質(zhì)量見(jiàn)表3。T1～T4處理組的總根長(zhǎng)均顯著的高于T5處理組；T3處理組的根系總長(zhǎng)度最長(zhǎng)，較T1處理組高4.7%，較T2處理組高10.1%，較T4處理組高17.1%，較T5處理組高99.1%。表明減少氮素20%施用量但基肥和追肥均施用緩釋肥，可以顯著的提高濱海鹽堿地水稻的根系長(zhǎng)度。

表3 不同施肥處理對(duì)水稻生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

葉面積指數(shù)最高的為T3處理組，較T1處理組高4.7%，較T2處理組高15.4%，較T4處理組高18.4%，較T5處理組高95.6%。表明基肥與追肥均施用緩釋肥，在氮素用量減少20%的情況下，葉面積指數(shù)依然最高；穗肥期追施氮素可以顯著的增加葉面積指數(shù)。

在水稻的分蘗期和拔節(jié)期，單位葉面積干物質(zhì)積累量最高的為T3處理組，與T1處理組無(wú)顯著差異，T3處理組較T1處理組高2.3%；T3處理組與T2、T4、T5處理組均有顯著差異，T3處理組較T2處理組高10.6%，較T4處理組高11.1%，較T5處理組高33.1%。在水稻的抽穗期，T4處理組單位葉面積干物質(zhì)量高于T2處理組1.6%。表明基肥和蘗肥階段，即使減少氮素用量的20%，緩釋肥和無(wú)機(jī)肥配施處理組的單位葉面積干物質(zhì)積累量較高(T3＞T1，T2＞T4)；穗肥追施緩釋肥與無(wú)機(jī)肥，單位葉面積干物質(zhì)積累量高于追施無(wú)機(jī)肥處理(T3＞T1)，穗肥追施肥，單位葉面積干物質(zhì)積累量高于不追施肥料處理組(T4＞T2＞T1)。

水稻莖鞘干物質(zhì)積累量最高的為T3處理組，較T1處理組高1.6%，較T2處理組高6.1%，較T4處理組高79.2%。表明基肥與追肥均施用緩釋肥，在氮素用量減少20%的情況下，水稻莖鞘干物質(zhì)積累量依然最高；基肥使用緩釋肥較常規(guī)施肥（即T2處理組較T4處理組）的莖鞘干物質(zhì)積累量高；穗肥期追施氮素可以顯著的增加水稻莖鞘干物質(zhì)積累量。

2.3 不同施肥處理對(duì)濱海鹽堿地水稻產(chǎn)量指標(biāo)的影響

不同施肥處理對(duì)濱海鹽堿地水稻產(chǎn)量指標(biāo)的影響主要表現(xiàn)在對(duì)有效穗數(shù)、穗總粒數(shù)、穗實(shí)粒數(shù)、穗結(jié)實(shí)率、稻谷千粒重及產(chǎn)量的影響[15]，其影響結(jié)果見(jiàn)表4。各施肥處理組的有效穗數(shù)具有顯著的差異，T3處理組有效穗數(shù)最高，較T1處理組高8.6%，較T4處理組高15.1%，較T2處理組高26.6%，較T5處理組高105.8%，表明緩釋肥與無(wú)機(jī)肥配施可以顯著地增加水稻的有效穗數(shù)，在穗肥追施氮素可以顯著地提高水稻的有效穗數(shù)。

表4 不同施肥處理對(duì)濱海鹽堿地水稻產(chǎn)量指標(biāo)的影響

T3、T1與T2處理組穗總粒數(shù)、穗實(shí)粒數(shù)之間的差異顯著，T2、T4、T5處理組之間無(wú)顯著的差異，表明緩釋肥與無(wú)機(jī)肥配施可以顯著地提高穗總粒數(shù)與實(shí)粒數(shù)。T1、T2、T3、T4處理組的結(jié)實(shí)率無(wú)顯著差異，與T5處理組具有顯著差異，表明配施緩釋肥與無(wú)機(jī)肥、全氮量施肥、減少氮素20%用量不能顯著地影響水稻的結(jié)實(shí)率。

各處理之間的千粒重?zé)o顯著差異。每公頃產(chǎn)量最高的為T3處理組，較T1處理組高4.3%，較T4處理組高10.5%，較T2處理組高17.8%，較T5處理組高64.9%。

2.4 不同施肥處理對(duì)濱海鹽堿地水稻品質(zhì)的影響

水稻籽粒中的蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量是稻米營(yíng)養(yǎng)和蒸煮食味品質(zhì)的主要影響因素[16]，不同氮肥處理對(duì)鹽堿地水稻蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量、食味值的影響見(jiàn)表5。各施肥處理之間經(jīng)過(guò)晾曬處理后，含水量無(wú)顯著差異。蛋白質(zhì)含量最高的為T3處理組，較T1處理組高1.4%，較T2、T4處理組高4.3%，較T5處理組高7.4%。表明減少氮素用量的20%，但緩釋肥與無(wú)機(jī)肥配施不能降低水稻的蛋白質(zhì)含量；在穗期追肥水稻的蛋白質(zhì)含量會(huì)升高；不施用氮素處理組水稻蛋白質(zhì)含量最低。

表5 不同施肥處理對(duì)濱海鹽堿地水稻品質(zhì)的影響

T3與T1處理組直鏈淀粉含量無(wú)顯著差異，T2與T4處理組之間直鏈淀粉含量無(wú)顯著差異，均顯著高于T5處理組，表明氮素施用量減少可以降低水稻直鏈淀粉的含量，但是全程緩釋肥與無(wú)機(jī)肥配施增加了土壤的肥效，使水稻直鏈淀粉含量升高。

各施肥處理之間的食味值具有顯著的差異，食味值最高為T5處理組，其次為T2處理組，再次T4處理組，食味值最低的為T3處理組。表明不施用氮肥、減少氮肥使用量可以顯著增加稻米的食味值，但追肥施用緩釋肥，即使減少氮素使用量(T3)也不能提高稻米的食味值。

3 討論

3.1 緩釋肥和無(wú)機(jī)肥配施對(duì)濱海鹽堿地水稻生長(zhǎng)的影響

水稻的生育期決定著光合生產(chǎn)及物質(zhì)積累時(shí)間的長(zhǎng)短，水稻生育期的長(zhǎng)短決定了灌漿期長(zhǎng)短及籽粒的灌漿進(jìn)程，因此也在很大程度上決定水稻的產(chǎn)量和質(zhì)量[17]。在濱海鹽堿地上種植中晚熟品種水稻縮短生育期能夠提高水稻應(yīng)對(duì)溫度驟降的風(fēng)險(xiǎn)，提高中晚熟品種的抗風(fēng)險(xiǎn)能力[18]。本研究表明，減少氮素用量的20%，且基肥和追肥期配施緩釋肥與無(wú)機(jī)肥，可以縮短水稻的生育期2天，但營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期（營(yíng)養(yǎng)期—抽穗期）占全生育期的比例提高了0.57%、生殖生長(zhǎng)期（抽穗期—成熟期）占全生育期的比例減少了0.57%，提高了營(yíng)養(yǎng)的積累。

水稻根系是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要吸收器官，水稻總根長(zhǎng)與土壤中肥料利用率具有相關(guān)性，總根長(zhǎng)越長(zhǎng)表明根系生長(zhǎng)越旺盛，是水稻高產(chǎn)的主要因素[19]。在濱海鹽堿地，土壤鹽分含量隨季節(jié)、水層、土壤含水量變化極大，當(dāng)土壤鹽分升高時(shí)，直接作用于根系[20]，水稻根系指標(biāo)對(duì)濱海鹽堿地水稻生長(zhǎng)的影響極大。本研究表明，施用氮素處理組的總根長(zhǎng)均顯著高于不施用氮素的處理組，減少氮素用量20%且基肥與追肥均配施緩釋肥和無(wú)機(jī)肥處理組的根系總長(zhǎng)度最長(zhǎng)，緩釋肥中營(yíng)養(yǎng)元素的緩慢釋放使肥效淋失減緩，更有利于濱海鹽堿地水稻根系的生長(zhǎng)、有利于水稻產(chǎn)量的形成。

3.2 緩釋肥和無(wú)機(jī)肥配施對(duì)濱海鹽堿地水稻葉面積指數(shù)及干物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)的影響

水稻葉面積指數(shù)反映水稻的生長(zhǎng)狀況，且能直接反映水稻的產(chǎn)量，可以衡量水稻群體生長(zhǎng)、光能利用率[21]。水稻葉面積指數(shù)越高，水稻對(duì)光合產(chǎn)物的積累也越多，水稻各時(shí)期的葉面積指數(shù)的發(fā)展，對(duì)水稻產(chǎn)量的意義重大[22]。本研究表明基肥與追肥均配施緩釋肥與無(wú)機(jī)肥，在氮素用量減少20%的情況下，葉面積指數(shù)依然最高，基肥使用緩釋肥較常規(guī)施肥葉面積指數(shù)高；穗肥期追施氮素可以顯著增加葉面積指數(shù)。

水稻干物質(zhì)的合成、運(yùn)轉(zhuǎn)、積累過(guò)程形成水稻產(chǎn)量，氮素是影響水稻產(chǎn)量的主要因素，影響干物質(zhì)的形成、積累、再分配[23]。有研究表明，在總氮素用量適宜的條件下，增加穗期的氮素分配，可以顯著提高水稻單位葉面積干物質(zhì)、莖鞘干物質(zhì)積累與運(yùn)轉(zhuǎn)[24]。也有研究表明優(yōu)化各關(guān)鍵時(shí)期的養(yǎng)分管理，有利于干物質(zhì)的積累，提高抽穗后干物質(zhì)轉(zhuǎn)化對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率，提高產(chǎn)量[25]。本研究結(jié)果顯示，基肥與追肥均施用緩釋肥，在氮素用量減少20%的情況下，水稻單位葉面積、單位面積莖鞘干物質(zhì)積累量均為最高；基肥使用緩釋肥較常規(guī)施肥的干物質(zhì)積累量高；穗肥期追施氮素，可以顯著增加水稻干物質(zhì)積累量、增加水稻產(chǎn)量。

3.3 緩釋肥和無(wú)機(jī)肥配施對(duì)濱海鹽堿地水稻產(chǎn)量指標(biāo)和食味品質(zhì)的影響

土壤中均衡的養(yǎng)分決定了水稻的產(chǎn)量指標(biāo)，最佳的施肥方式能反映土壤養(yǎng)分均衡供應(yīng)狀況[26]。有研究表明，在所有的水稻產(chǎn)量限制因子中，氮素的影響最為顯著[27]。本研究的結(jié)果表明，緩釋肥與無(wú)機(jī)肥配施且氮素減少20%用量，可以顯著提高有效穗數(shù)、穗總粒數(shù)、穗實(shí)粒數(shù)，較常規(guī)處理組提高了4.3%的產(chǎn)量。

日本優(yōu)質(zhì)食味米的大量研究也表明，減低水稻中蛋白質(zhì)、直鏈淀粉的含量可以顯著提升稻米的食味值[28]，日本佐竹公司根據(jù)對(duì)優(yōu)質(zhì)食味米起主要影響因素的蛋白質(zhì)、直鏈淀粉、脂肪酸值、水分含量研發(fā)了食味值的速測(cè)儀器。本研究的結(jié)果表明，稻米中蛋白質(zhì)含量與食味值呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，蛋白質(zhì)含量越高，食味值越低；稻米中直鏈淀粉含量與食味值之前呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，直鏈淀粉含量越高，食味值越低。氮肥用量的提高可以顯著降低稻米的食味品質(zhì)，不施用氮素的T5處理組食味值最高，配施緩釋肥與無(wú)機(jī)肥處理土壤肥效增強(qiáng)，但稻米的食味值也最低，在減少氮素用量20%，且穗肥不追施任何氮素處理時(shí)，可以顯著提高稻米的食味值。

4 結(jié)論

緩釋肥與無(wú)機(jī)肥配施，減少氮素用量20%，且穗肥不追施任何氮素處理時(shí)，水稻的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期（營(yíng)養(yǎng)期—抽穗期）占全生育期的比例提高了0.57%、生殖生長(zhǎng)期（抽穗期—成熟期）占全生育期的比例減少了0.57%，全生育期較全氮處理組縮短了2天。該處理下根系總長(zhǎng)度最長(zhǎng)、葉面積指數(shù)最高，可以顯著提高水稻單位葉面積干物質(zhì)、莖鞘干物質(zhì)積累與運(yùn)轉(zhuǎn)，可以顯著提高產(chǎn)量指標(biāo)、提高產(chǎn)量4.3%，增加稻米的食味品質(zhì)。緩釋肥中營(yíng)養(yǎng)元素的緩慢釋放使肥效淋失減緩，更有利于濱海鹽堿地水稻根系的生長(zhǎng)、有利于水稻產(chǎn)量的形成、有利于鹽堿地優(yōu)質(zhì)食味米的形成。