不同肥料施用與稻米品質(zhì)關(guān)系的整合分析

劉嬡樺 李小坤, 2, *

不同肥料施用與稻米品質(zhì)關(guān)系的整合分析

劉嬡樺1李小坤1, 2, *

(1華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江中下游耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/華中農(nóng)業(yè)大學(xué)微量元素研究中心，武漢 430070；2華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 雙水雙綠研究院，武漢 430070；*通信聯(lián)系人, email: lixiaokun@mail.hzau.edu.cn)

【目的】科學(xué)施肥是提高稻米品質(zhì)的有效手段之一，整合不同養(yǎng)分與稻米品質(zhì)的關(guān)系，為改善稻米品質(zhì)提供理論依據(jù)。【方法】以氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、鋅、鐵、硅、水稻和品質(zhì)為主要關(guān)鍵詞，在“中國知網(wǎng)”和“Web of Science”檢索2001年至2021年公開發(fā)表的文獻(xiàn)，共篩選出符合分析標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)94篇、共計(jì)數(shù)據(jù)4277組。將文獻(xiàn)中的稻米品質(zhì)分為營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)、外觀品質(zhì)和加工品質(zhì)，以不施某養(yǎng)分肥料處理為對(duì)照，應(yīng)用Meta分析方法整合分析不同養(yǎng)分施用對(duì)稻米品質(zhì)指標(biāo)的影響。【結(jié)果】與不施某養(yǎng)分肥料肥理相比，施用氮、鉀、鐵肥可以提高水稻的蛋白質(zhì)含量，平均增幅分別為17.03%、6.10%、5.61%；施用鋅肥和鐵肥分別提高稻米的鋅含量（28.20%）和鐵含量（21.81%），均有利于改善稻米的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。施用氮肥降低稻米的膠稠度（3.33%）、直鏈淀粉含量（6.01%）、峰值黏度（8.05%）和崩解值（9.98%），不利于稻米蒸煮食味品質(zhì)的提高。施用鉀、鎂、硫、硅肥均可降低稻米的堊白粒率，平均降幅分別為15.09%、6.50%、24.07%、23.22%，同時(shí)，鉀、鋅、硅肥的施用可以降低稻米的堊白度，有助于改善外觀品質(zhì)。對(duì)于加工品質(zhì)指標(biāo)，施用氮、鉀、鋅肥均可以顯著提高稻米的整精米率，平均增幅分別為10.29%、2.92%、3.76%，有利于加工品質(zhì)提高?！窘Y(jié)論】不同養(yǎng)分的施用對(duì)稻米的營(yíng)養(yǎng)、蒸煮食味、外觀、加工品質(zhì)均有一定的影響，但其影響的品質(zhì)指標(biāo)不同。在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)目標(biāo)品質(zhì)需求協(xié)調(diào)不同養(yǎng)分對(duì)稻米品質(zhì)的影響，以達(dá)到稻米品質(zhì)最優(yōu)化。

養(yǎng)分；水稻；品質(zhì)；Meta分析

水稻是我國重要的糧食作物之一，全國有一半以上人口將水稻作為主食[1]。近年來，我國水稻產(chǎn)量穩(wěn)中有升，糧食供求也從長(zhǎng)期短缺到總量持平，已成功解決我國14億多人口的溫飽問題[2]，居民對(duì)于糧食追求也從溫飽向營(yíng)養(yǎng)健康轉(zhuǎn)變，米飯也更加注重軟硬、咀嚼香味等感性特性[3]。雖然能量、蛋白質(zhì)等大量營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足所導(dǎo)致的顯性饑餓問題已基本解決，但人體維生素、礦物質(zhì)等微量營(yíng)養(yǎng)素缺乏所產(chǎn)生的隱性饑餓卻出現(xiàn)在發(fā)展中國家的婦女以及幼齡兒童中，據(jù)報(bào)道我國有近3億人口處于隱性饑餓狀態(tài)[4]。相較于小麥、玉米等其他糧食作物需要加工成面粉再制成主食，稻米的食用方式簡(jiǎn)便，并且稻米富含淀粉、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，能滿足人類卡路里需求的23%[5]。水稻作為人們最常用的膳食，提高稻米品質(zhì)不僅滿足人們對(duì)于食物的要求，同時(shí)通過改善稻米營(yíng)養(yǎng)來提高人們對(duì)于營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，保障生命健康。

稻米品質(zhì)由水稻基因型、氣候環(huán)境、栽培管理措施以及稻米的存儲(chǔ)環(huán)境等諸多因素共同調(diào)控[6]。目前有許多研究利用基因資源改良現(xiàn)代品種，培育出優(yōu)質(zhì)水稻，有通過育種改良粳稻培育出的長(zhǎng)粒型粳稻嘉禾系列[7]，其品質(zhì)指標(biāo)達(dá)到了粳稻一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。隨著大氣中CO2濃度、臭氧等含量逐漸增加，地表溫度不斷上升，使得水稻品質(zhì)變劣[8]，并且直播或長(zhǎng)期淹灌也會(huì)導(dǎo)致水稻品質(zhì)出現(xiàn)劣化的趨勢(shì)[9]。雖然各因素均會(huì)對(duì)稻米品質(zhì)指標(biāo)有影響，但在一定范圍和一定時(shí)期內(nèi)，選定某一品種后，向水稻生產(chǎn)系統(tǒng)輸入礦質(zhì)養(yǎng)分，即科學(xué)施肥便成為改善水稻品質(zhì)的有效手段之一。礦質(zhì)養(yǎng)分是水稻產(chǎn)量和品質(zhì)形成的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[10-11]，水稻的光合作用、酶促反應(yīng)等生理代謝過程所需的物質(zhì)組成是礦質(zhì)養(yǎng)分，同時(shí)其直接調(diào)節(jié)生理代謝過程，從而影響水稻的生長(zhǎng)和品質(zhì)形成[12-13]。有研究提出施氮延長(zhǎng)籽粒灌漿持續(xù)時(shí)間，提高粒重，有助于改善加工、外觀和蒸煮食味品質(zhì)[14]，但是也有研究指出隨著施氮量的增加，籽粒堊白度呈線性增加趨勢(shì)，外觀品質(zhì)下降[15]，氮對(duì)稻米品質(zhì)特別是外觀品質(zhì)的影響并沒有得準(zhǔn)確定論。施用磷肥通過提高草酰乙酸合成酶的活性來增加籽粒中蛋白質(zhì)含量[16]。噴施鐵肥可以降低稻米堊白度，改善稻米外觀品質(zhì)，但其機(jī)制尚不清楚[17]。

目前，關(guān)于養(yǎng)分對(duì)稻米品質(zhì)影響的研究非常多，但是大多是針對(duì)一種養(yǎng)分進(jìn)行研究，缺乏養(yǎng)分與稻米品質(zhì)的綜合分析。本研究利用前人的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以不施肥處理為對(duì)照，運(yùn)用Meta分析方法定量分析施用氮肥、鉀肥、磷肥大量元素肥料，鈣肥、鎂肥、硫肥中量元素肥料，鋅肥、鐵肥、硅肥對(duì)稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)、外觀品質(zhì)、加工品質(zhì)四類主要品質(zhì)指標(biāo)的影響，總結(jié)得出不同養(yǎng)分施用對(duì)稻米品質(zhì)的影響效果，以期為科學(xué)施肥提供理論依據(jù)，從而使水稻品質(zhì)得到改善，進(jìn)而改善人類健康狀況。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究以氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、鋅、鐵、硅等9種養(yǎng)分，“水稻”“品質(zhì)”以及“Nutrients”“Rice”“Quality”為主要關(guān)鍵詞，分別在“中國知網(wǎng)”（https://fsso.cnki.net/）以及“Web of Science”（https://webofknowledge.com）兩個(gè)數(shù)據(jù)庫中檢索2001?2021年發(fā)表的文獻(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)研究目的并滿足Meta分析方法對(duì)數(shù)據(jù)的要求，基于以下標(biāo)準(zhǔn)篩選文獻(xiàn)：1）同一個(gè)試驗(yàn)必須有施肥和不施肥（或?qū)φ眨┨幚恚?）文章中明確給出施用肥料的用量；3）文章中所涉及的相關(guān)數(shù)據(jù)包含試驗(yàn)的重復(fù)數(shù)，相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)的平均數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)偏差；4）試驗(yàn)品種、試驗(yàn)地、試驗(yàn)?zāi)攴莸然拘畔⑶逦??；谝陨蠘?biāo)準(zhǔn)篩選，獲得94篇符合標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)，從中提取共計(jì)4277組數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)提取

本研究的目標(biāo)品質(zhì)指標(biāo)包括營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)（蛋白質(zhì)含量、鋅含量、鐵含量）、蒸煮食味品質(zhì)（直鏈淀粉含量、膠稠度、食味值、峰值黏度、最終黏度、熱漿黏度、崩解值、消減值）、外觀品質(zhì)（堊白度、堊白粒率、堊白大小、籽粒長(zhǎng)寬比）以及加工品質(zhì)（糙米率、精米率、整精米率）。對(duì)品質(zhì)指標(biāo)施肥處理和不施肥處理下的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差或標(biāo)準(zhǔn)誤、樣本數(shù)或重復(fù)數(shù)進(jìn)行提取。對(duì)于柱狀圖，則采用圖形數(shù)字化軟件Get Graphigitizer (http:// www. getdata-graph-digitizer. com/)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)化后再提取數(shù)據(jù)。

對(duì)于文獻(xiàn)中給出的標(biāo)準(zhǔn)誤差的數(shù)據(jù)，利用下面公式將其轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)偏差：

式中SD為標(biāo)準(zhǔn)偏差；SE為標(biāo)準(zhǔn)誤差。

對(duì)于文獻(xiàn)中沒有給出標(biāo)準(zhǔn)偏差或者標(biāo)準(zhǔn)誤差的，使用下面公式計(jì)算缺失標(biāo)準(zhǔn)偏差值：

式中AVE為平均值；CV為變異系數(shù)。

1.3 整合分析

將分組后稻米品質(zhì)指標(biāo)的不施肥處理和施用對(duì)應(yīng)肥料處理的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和重復(fù)數(shù)輸入MetaWin軟件中，選擇效應(yīng)比（R）的自然對(duì)數(shù)作為效應(yīng)值，反映施用肥料對(duì)稻米品質(zhì)指標(biāo)的影響。由于各文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的試驗(yàn)?zāi)攴?、測(cè)試指標(biāo)方法均不同，研究之間存在較大的差異性，因此采用平衡權(quán)重的隨機(jī)效應(yīng)模型計(jì)算效應(yīng)值ln[18]，在計(jì)算時(shí)每個(gè)指標(biāo)要求來自同一文獻(xiàn)樣本數(shù)不低于10個(gè)，或者超過來自至少2篇獨(dú)立文獻(xiàn)的5個(gè)樣本數(shù)[19]：

式中e為施用肥料處理的稻米相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)的平均值；c為不使用肥料處理的稻米相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)的平均值。

為了更加直觀地反映施肥對(duì)水稻各品質(zhì)指標(biāo)的影響，同時(shí)方便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋，利用下面公式計(jì)算相對(duì)變化率（）[20]：

發(fā)表偏倚檢驗(yàn)采用失安全系數(shù)法，若＞5+10，則說明不存在發(fā)表偏倚，整合分析數(shù)據(jù)結(jié)果可信[21]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均采用Microsoft Excel 2019進(jìn)行記錄和整理，采用Meta分析軟件MetaWin進(jìn)行計(jì)算和分析，利用Origin 2021軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布檢驗(yàn)以及繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥施用對(duì)稻米品質(zhì)指標(biāo)的影響

施氮對(duì)稻米的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)、外觀品質(zhì)和加工品質(zhì)指標(biāo)的影響如圖1所示。施氮顯著提高了稻米蛋白質(zhì)含量，與不施氮處理相比，變化率為17.03%（15.49%～18.61%），這可能與施氮量有關(guān)；蒸煮食味品質(zhì)指標(biāo)均呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，峰值黏度、最終黏度、熱漿黏度、崩解值平均降幅為8.05%、5.67%、7.88%、9.98%，消減值平均增幅為21.71%，膠稠度和直鏈淀粉含量降幅分別為3.33%（3.16%～4.37%）和6.01%（4.97%～7.04%）。外觀品質(zhì)指標(biāo)結(jié)果顯示，施氮顯著增加了堊白大小、堊白粒率和堊白度，增幅分別為33.51%（25.51%～42.01%）、16.08%（11.56%～20.79%）和33.98%（25.63%～42.88%）。施氮顯著提高了稻米加工品質(zhì)，與不施氮處理相比，整精米率、精米率和糙米率等加工品質(zhì)指標(biāo)的變化率分別為10.29%（9.26%～11.30%）、4.90%（4.37%～5.42%）和3.59%（3.30%～3.88%）。

點(diǎn)代表效應(yīng)值ln R，誤差線代表95%置信區(qū)間。括號(hào)內(nèi)的值代表樣本數(shù)。若ln R的95%置信區(qū)間不與0重疊，則說明施肥處理對(duì)稻米品質(zhì)指標(biāo)的影響顯著；若ln R的95%置信區(qū)間與0重疊，則說明施肥處理對(duì)稻米品質(zhì)指標(biāo)無顯著影響。下同。

Fig. 1. Effects of nitrogen fertilizer application on the indicators of rice quality.

2.2 磷、鉀肥施用對(duì)稻米品質(zhì)指標(biāo)的影響

磷、鉀肥施用對(duì)稻米品質(zhì)指標(biāo)的影響效應(yīng)如圖2-A所示。與不施磷處理相比，施磷可提高稻米的整精米率以及精米率，變化率分別為1.57%（1.04%～2.12%）以及0.92%（0.69%～1.16%）。與不施鉀處理相比，施用鉀肥顯著增加了稻米的蛋白質(zhì)含量和崩解值，變化率為6.10%（3.93%～8.33%）和9.37%（5.12%～13.80%），改善了稻米的營(yíng)養(yǎng)、蒸煮食味品質(zhì)。在外觀品質(zhì)方面，施用鉀肥后稻米的堊白粒率和堊白度的降幅分別為15.09%（11.20%～18.81%）和19.07%（11.50%～26.00%），有利于外觀品質(zhì)改善。對(duì)于加工品質(zhì)指標(biāo)，整精米率和精米率的增幅分別為2.92%（1.82%～4.04%）和1.42%（1.17%～1.68%），提高了加工品質(zhì)。

2.3 鈣、鎂、硫肥施用對(duì)稻米品質(zhì)指標(biāo)的影響

施用鈣、鎂、硫肥對(duì)稻米品質(zhì)指標(biāo)的影響如圖2-B所示。

與不施鈣肥處理比，施用鈣肥后稻米的堊白粒率和堊白度增幅分別為47.93%(22.25%～79.03%)和53.93%（26.78%～86.88%）。施用鎂肥后，稻米的食味值和糙米率的增幅分別為3.70%（2.30%～6.19%）和0.67%（0.39%～0.95%），降低了堊白粒率6.50%（4.27%～8.67%）。與不施硫肥相比，施用硫肥后稻米的堊白粒率顯著降低，變化率為24.07%（15.22%～31.21%）。

2.4 鋅、鐵、硅肥施用對(duì)稻米品質(zhì)指標(biāo)的影響

施鋅、鐵、硅肥對(duì)稻米品質(zhì)指標(biāo)的影響如圖2-C所示。與不施鋅處理相比，施用鋅肥可以顯著提高稻米的鋅含量、整精米率，增幅分別為28.20%（22.51%～34.16%）、3.76%（1.43%～6.13%），降低了稻米的堊白度，變化率為12.37% (9.17%～15.45%)，對(duì)堊白粒率影響不顯著。與不施鐵處理相比，施用鐵肥后稻米的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)顯著增加，蛋白質(zhì)含量、鐵含量的增幅為5.61% (3.46%～7.03%)、21.81%(14.91%～29.11%)。與不施硅處理相比，施用硅肥后稻米的堊白粒率、堊白度顯著降低，變化率為23.22%（13.81%～31.60%）、28.10%(19.17%～36.04%)。

圖2 磷、鉀、鈣、鎂、硫、鋅、鐵、硅肥施用對(duì)稻米品質(zhì)的影響

Fig. 2. Effects of phosphorus, potassium,calcium, magnesium, sulfur, zinc, iron and silicon fertilizer on rice quality.

3 討論

3.1 大量元素氮、磷、鉀肥施用對(duì)稻米品質(zhì)的影響

本研究通過整合分析研究了氮、磷、鉀肥施用對(duì)稻米品質(zhì)的影響，與不施肥處理相比，氮、鉀可以提高稻米的蛋白質(zhì)含量，平均增幅為17.03%、6.10%，同時(shí)氮、磷、鉀肥的施用均可以提高稻米的整精米率和精米率，平均增幅分別為10.29%和4.9%、1.57%和0.92%、2.92%和1.42%，說明氮、磷、鉀可以顯著改善稻米的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)，這與王偉妮等的研究基本一致[22]。氮磷鉀之所以可以提高籽粒中蛋白質(zhì)含量，是因?yàn)榈?、磷等元素參與蛋白質(zhì)的合成，外源補(bǔ)充養(yǎng)分可以很好地提高稻米蛋白質(zhì)含量；鉀離子能促進(jìn)氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)，特別是能將其轉(zhuǎn)運(yùn)到籽粒，并且鉀能夠激活蛋白質(zhì)合成酶[23]，有助于蛋白質(zhì)含量的提升。稻米加工品質(zhì)的形成主要由籽粒灌漿速率以及灌漿持續(xù)的時(shí)間、最大灌漿速率出現(xiàn)時(shí)間和灌漿物質(zhì)積累等因素共同決定[24, 25]。氮延長(zhǎng)水稻葉片的持綠時(shí)間，以此加強(qiáng)水稻的光合作用，延長(zhǎng)籽粒的灌漿時(shí)間[14]。噴施磷肥能促進(jìn)葉片超氧化物歧化酶、愈創(chuàng)木酚過氧化物酶和過氧化氫酶的活性，緩解植株早衰，提高劣勢(shì)籽粒的灌漿時(shí)間，噴施鉀肥則能提高籽粒中脫落酸的含量，促進(jìn)沉降強(qiáng)度，提高籽粒充實(shí)率和粒重[26]。本研究中，與不施氮處理相比，施氮可以降低稻米的膠稠度和直鏈淀粉含量，平均降幅為3.33%和6.01%，淀粉黏滯性譜特征值除了消減值外均呈降低趨勢(shì)，優(yōu)質(zhì)稻米的直鏈淀粉含量一般為18%～20%，膠稠度越大米飯?jiān)饺彳沎27]，則說明施氮降低了蒸煮食味品質(zhì)。同時(shí)稻米蛋白質(zhì)含量升高也可能是稻米食味下降的原因之一。石呂等[28]的研究表明稻米蛋白質(zhì)含量在稻米蒸煮過程中的糊化和對(duì)食味口感的表現(xiàn)中有重要作用，蛋白質(zhì)含量的增加均使得稻米的蒸煮食味品質(zhì)劣化。醇溶蛋白提高會(huì)增加米飯的硬度[29]，而谷蛋白增加可以升高糊化溫度和降低峰值黏度[30]，二者均受氮的影響較大，因此蛋白質(zhì)含量的升高不利于稻米的蒸煮食味品質(zhì)改善。被譽(yù)為品質(zhì)元素的鉀顯著降低稻米的堊白粒率以及堊白度，改善稻米外觀品質(zhì)。劉立軍等[31]的研究指出，通過調(diào)節(jié)結(jié)實(shí)期的鉀營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)，可以改變根系分泌物，進(jìn)而影響水稻內(nèi)激素以及淀粉合成關(guān)鍵酶活性，進(jìn)而改善稻米的外觀品質(zhì)。施氮會(huì)降低稻米的外觀品質(zhì)，顯著提高稻米的堊白大小、堊白粒率以及堊白度，氮、鉀兩種養(yǎng)分肥料的施用對(duì)堊白的影響變異性較大，這與水稻類型、品種、種植區(qū)域氣候條件、施肥量等因素均有關(guān)系。有研究利用粳稻與秈稻對(duì)比，發(fā)現(xiàn)粳稻的外觀品質(zhì)優(yōu)質(zhì)達(dá)標(biāo)率能達(dá)到78.6%～80.8%，而秈稻僅達(dá)到43.4%～45.7%[32]。有研究發(fā)現(xiàn)旱稻和水稻在連續(xù)灌水以及裸地栽培條件下堊白度也呈現(xiàn)出較大的差異[33]，因此不同品種在不同田間管理下所表現(xiàn)出的外觀品質(zhì)存在差異。王嬌等[34]研究較高的相對(duì)濕度、日均溫、日最低溫均對(duì)稻米堊白產(chǎn)生較大影響，并且高溫耐性不同的品種對(duì)其響應(yīng)也不同[35]。

3.2 鈣、鎂、硫、鋅、鐵、硅對(duì)稻米品質(zhì)的影響

通過整合分析研究了鈣、鎂、硫、鋅、鐵、硅肥施用對(duì)稻米品質(zhì)的影響，與不施肥處理相比，鈣肥施用增加了稻米的堊白粒率以及堊白度，平均增幅分別為47.93%和53.93%，鈣對(duì)于稻米外觀品質(zhì)的影響效應(yīng)是九種養(yǎng)分中影響最大的，其樣本數(shù)較少導(dǎo)致了變異較大，是否因?yàn)樘砑恿酥参锾砑觿┮约芭c其他化肥的配施綜合導(dǎo)致鈣提高了稻米的堊白還有待商榷[36-37]。鎂肥施用可以提高稻米的食味值和糙米率，平均增幅為3.70%和0.67%，說明鎂可以改善稻米的蒸煮食味品質(zhì)和加工品質(zhì)。同時(shí)鎂肥、硫肥的施用均降低了稻米的堊白粒率，從而改善了稻米的外觀品質(zhì)。有研究指出，水稻抽穗后，葉片SPAD值隨著施硫量的增加而提高，使光合生產(chǎn)力提高，從而改善稻米品質(zhì)[38]。金正勛等[39]研究表明灌漿成熟期噴施硫酸鎂可提高食味值，同時(shí)顯著提高灌漿期葉片Rubisco亞基基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)量，提高光合作用效率，有利于蒸煮食味品質(zhì)和加工品質(zhì)的改善。

與不施肥處理相比，施用鋅肥和鐵肥可以提高稻米的礦質(zhì)含量，對(duì)于鋅、鐵含量分別可提高28.20%和21.81%，說明外源施用鋅、鐵肥可以改善稻米的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，這與前人的研究基本一致[40-41]。同時(shí)施鋅可以提高稻米的整精米率以及降低堊白度，改善稻米的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和外觀品質(zhì)。施用硅肥可以降低稻米的堊白粒率和堊白度，平均降幅為23.22%和28.10%，說明硅可以改善稻米的外觀品質(zhì)。施鋅、鐵肥可以增加環(huán)境中離子活度，有利于提高稻米鋅、鐵含量[42-43]。鋅可以提高與碳酸酐酶活性，以此提高水稻的凈光合速率[44]，為后期籽粒灌漿提供物質(zhì)基礎(chǔ)。鐵作為植物催化葉綠素合成的酶的激活器，也參與植物光合作用，并且缺鐵會(huì)使得稻米品質(zhì)下降[17]。施用硅肥可以有效防止植株倒伏，增加水稻的光合性能，同時(shí)也促進(jìn)水稻分蘗，提高水稻的灌漿能力[45]。

養(yǎng)分管理對(duì)于水稻產(chǎn)量和品質(zhì)均有重要作用[6]，我國幅員遼闊，田間種植是最為常見的種植模式，而養(yǎng)分管理是在田間種植下有效提高稻米品質(zhì)的方式，有助于改善稻米品質(zhì)，推進(jìn)優(yōu)質(zhì)糧食工程以及我國農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型[15]。目前我國水稻產(chǎn)量穩(wěn)中有升，稻米品質(zhì)也成為消費(fèi)者追求的目標(biāo)，但是在實(shí)際生產(chǎn)中，產(chǎn)量并不能與稻米品質(zhì)形成較好的協(xié)同關(guān)系[46]，追求高產(chǎn)需要放棄優(yōu)質(zhì)的稻米，而追求風(fēng)味良好的稻米則需要適當(dāng)放棄產(chǎn)量，如何在二者間取得較好的平衡依然是需要解決的難題。

施用氮、磷、鉀肥可以通過提高整精米率和精米率從而提高稻米的加工品質(zhì)，氮、鉀肥施用提高蛋白質(zhì)含量以改善營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。鉀、鎂、硫、鋅、硅肥施用可以降低稻米的堊白度或堊白粒率而提高稻米的外觀品質(zhì)。施鎂可以通過提高稻米的糙米率以及食味值，從而提高加工品質(zhì)和蒸煮食味品質(zhì)。施鋅、鐵通過提高稻米的鋅、鐵含量從而改善營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，并且施鋅可以提高稻米的整精米率從而改善加工品質(zhì)（圖3）。不同養(yǎng)分對(duì)稻米品質(zhì)指標(biāo)的影響效應(yīng)不同，協(xié)調(diào)不同養(yǎng)分對(duì)稻米品質(zhì)的影響，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的目標(biāo)品質(zhì)需求采取相應(yīng)的養(yǎng)分管理技術(shù)，使得稻米品質(zhì)達(dá)到最優(yōu)，保障糧食安全。

圖3 養(yǎng)分對(duì)稻米品質(zhì)的影響及內(nèi)在機(jī)制

Fig. 3. Effects of nutrients on rice quality and the internal mechanism.

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Meta-analysis of Relationship Between Fertilizer Application and Rice Quality

LIU Aihua1, LI Xiaokun1, 2, *

[1College of Resources and Environment, Huazhong Agricultural University/Key Laboratory of Arable Land Conservation (Middle and Lower Reaches of Yangtze River) in Ministry of Agriculture and Rural Affairs/ Microelement Research Center, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China;2Shuangshui and Shuanglü Research Institute, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China;*Corresponding author, email: lixiaokun@mail.hzau.edu.cn]

【Objective】Scientific fertilization is one of the most effective means to improve rice quality, and the relationship between different nutrients and rice quality is integrated to provide a theoretical basis for rice quality improvement. 【Method】N, P, K, Ca, Mg, S, Zn, Fe, Si, rice, and quality were used as the main keywords to search the publications on "China National Knowledge Infrastructure" and "Web of Science" from 2001 to 2021. A total of 94 articles and 4277 data sets were selected to meet the analysis criteria. The nutritional quality, cooking and eating quality, appearance quality, and milling quality of rice in the publications were categorized, and the effect of different nutrient applications on rice quality indicators was integrated and analyzed by meta-analysis. 【Result】Compared with without fertilization, the application of nitrogen, potassium, and iron fertilizer could improve the protein content of rice grain by an average of 17.03%, 6.10%, and 5.61%, respectively, and the application of zinc and iron fertilizer increased the zinc content (28.20%) and iron content (21.81%) of rice grain, respectively, all of which were beneficial to improving the nutritional quality. Nitrogen fertilizer application lowered gel consistency (3.33%), amylose content (6.01%), peak viscosity (8.05%), and breakdown (9.98%), which were not favorable to the improving rice cooking and eating quality. The application of potassium, magnesium, sulfur, and silicon fertilizer reduced the chalkiness rate by 15.09%, 6.50%, 24.07%, and 23.22%, respectively, while potassium, zinc, and silicon also reduced the chalkiness degree and helped improve the appearance quality. For milling quality indicators, the application of nitrogen, potassium, and zinc fertilizer could greatly enhance the head rice rate with an average growth rate of 10.29%, 2.92%, and 3.76%, respectively, which was conducive to the milling quality improvement. 【Conclusion】Different nutrients have an effect on the nutritional, cooking and eating, appearance, and milling quality of rice, however the quality indicators affected vary. To optimize rice quality, the impacts of different nutrients on rice quality should be coordinated in actual production according to the desired quality standards.

nutrients; rice; quality; meta-analysis

10.16819/j.1001-7216.2023.220807

2022-09-06；

2022-10-30。

湖北洪山實(shí)驗(yàn)室重大項(xiàng)目（2121hsz002）；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目（2021YFD1901205）；湖北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目（2022BBA0048）。