不同種植模式對水稻生長發(fā)育與產(chǎn)量品質(zhì)的影響

李恩宇，陳光輝，方希林，莫 旭，肖海強(qiáng)

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.攸縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖南 攸縣 412300）

長江流域是我國雙季稻的主產(chǎn)區(qū)，也是我國冬油菜的主產(chǎn)區(qū)，油菜種植面積和產(chǎn)量約占全國的85%[1]。在農(nóng)村勞動力逐漸減少、雙季稻種植積極性不足的情況下，稻—油種植模式已成為農(nóng)民節(jié)本增效的有效途徑，是南方稻田最常見的種植模式之一。同時，隨著國家馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的制定，馬鈴薯的種植面積正在不斷的增大，對糧食作物的結(jié)構(gòu)調(diào)整產(chǎn)生了重大影響[2]，稻—薯種植模式在逐步推廣，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益也在穩(wěn)步提升。在不同種植模式下，前茬作物對土壤養(yǎng)分、理化性質(zhì)等方面的影響是深遠(yuǎn)且復(fù)雜的，直接影響后茬水稻的生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)[3-4]。研究設(shè)置稻—油、稻—薯、稻—冬閑這3種種植模式的大田試驗(yàn)，比較不同模式下水稻生長發(fā)育與稻米品質(zhì)的差異，探明種植模式對水稻生長發(fā)育、產(chǎn)量與米質(zhì)的影響，以期為稻田種植制度選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于瀏陽市沿溪鎮(zhèn)湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)科研綜合基地，該區(qū)域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤氣候，土壤pH 值6.41，土壤有機(jī)質(zhì)24.42 g/kg，全氮1.04 g/kg，全磷1.018 g/kg，全鉀8.39 g/kg，堿解氮101.15 mg/kg，有效磷60.41 mg/kg，速效鉀114.98 mg/kg。試驗(yàn)水稻品種為隆兩優(yōu)1377，油菜品種為湘雜油518，馬鈴薯品種為費(fèi)烏瑞它。

1.2 試驗(yàn)方法

采用田間小區(qū)試驗(yàn)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3 種種植模式分別為稻—馬鈴薯（RP）、稻—油（RR）、稻—冬閑（RF）。對試驗(yàn)田進(jìn)行多次翻耕，盡量把土混勻，田間整平后分小區(qū)種植，每個處理3 次重復(fù)，試驗(yàn)從2020 年開始連續(xù)進(jìn)行2 a，小區(qū)處理不變，面積約200 m2，小區(qū)間做高、寬約40 cm 的田埂，并覆膜保證不透水透肥，確保各小區(qū)的基礎(chǔ)地力一致，且互不影響。水稻株行距為18 cm×25 cm，于5 月上旬播種；油菜用種量為4.5 kg/hm2，于10 月中旬播種；馬鈴薯用種量為2 250 kg/hm2，于12 月下旬播種，栽培措施均按照一般大田統(tǒng)一管理，馬鈴薯和油菜秸稈還田，水稻秸稈不還田， 2 a 水稻季的田間水分管理基本保持一致。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 葉綠素相對含量 利用手持葉綠素SPAD 儀在水稻各關(guān)鍵生育時期（分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、灌漿中期、成熟期）測量水稻倒1、倒2、倒3 葉片，取平均值，每種模式隨機(jī)測10 株。

1.3.2 葉面積指數(shù)（LAI） 葉面積（cm2）=葉長×葉寬×0.75，葉面積指數(shù)（LAI）=每株綠葉面積×每公頃株數(shù)×10-8。

1.3.3 株 高 隨機(jī)選10 株，從水稻基部開始測量。

1.3.4 干物質(zhì)積累 隨機(jī)選取10 株水稻植株分為莖、葉、穗3 個部分，殺青后，烘干至恒重，然后稱重。

1.3.5 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成 按有效穗平均值取5 株進(jìn)行室內(nèi)考種，采取五點(diǎn)取樣法，連續(xù)取水稻50 株，脫粒后并稱重，計(jì)算平均每株實(shí)測重量，實(shí)際產(chǎn)量（t/hm2）=每公頃株數(shù)×平均每株實(shí)測重量。

1.3.6 稻米品質(zhì) 水稻收獲后儲存3 個月再測量碾米品質(zhì)、蒸煮品質(zhì)、外觀品質(zhì)。碾米品質(zhì)：精選飽滿的稻谷100 g，用礱谷機(jī)測定出糙率，糙米率=（糙米重量/稻谷試樣重量）×100%；取20 g 新鮮糙米2份，用精米機(jī)碾出精米，精米率=（精米重量/糙米重量）×糙米率×100%，2 次測定結(jié)果誤差不超過1%。外觀品質(zhì)：利用谷物外觀掃描儀（萬深SC-E）測定稻米長、寬、堊白粒率、堊白度、整精米率、透明度。蒸煮品質(zhì)：膠稠度采用米膠延伸法，糊化溫度采用堿消值法，直鏈淀粉采用碘藍(lán)比色法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和處理，SPSS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式對水稻葉片SPAD 值的影響

由表1 可知，不同種植模式下水稻孕穗期、灌漿中期和成熟期葉片SPAD 值差異顯著，2020 年和2021 年孕穗期均表現(xiàn)為RP ＞RR ＞RF；2020 年灌漿中期表現(xiàn)為RP 顯著大于RR 和RF，成熟期RF顯著小于RR 和RP；2021 年孕穗期、成熟期和灌漿中期均表現(xiàn)為RP ＞RR ＞RF，各處理差異均達(dá)顯著水平，而分蘗期、拔節(jié)期處理間差異均不顯著。隨著水稻生育時期的后移，各處理水稻葉片的SPAD值均表現(xiàn)為分蘗期到孕穗期下降、到灌漿中期上升、到成熟期再下降的趨勢。

表1 不同種植模式下水稻各生育時期的SPAD 值

2.2 不同種植模式對水稻株高的影響

由表2 可知，株高在前期增長較快，灌漿中期到成熟期稍有降低，這是因?yàn)榍捌陴B(yǎng)分主要供給營養(yǎng)生長，構(gòu)建壯苗，以便為后期生殖生長打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，后期水稻灌漿后，籽粒變重，植株有所彎曲。2020 年和2021 年，分蘗期RP 和RR 處理的株高顯著高于RF 處理，其他各生育時期不同種植模式下水稻株高的差異均不顯著，說明不同種植模式對水稻株高的影響不顯著。

2.3 不同種植模式對水稻葉面積指數(shù)的影響

由表3 可知，隨著水稻生育時期的推進(jìn)，LAI呈先增后減的變化趨勢，在孕穗期達(dá)到最高。2020年拔節(jié)期，RP 顯著低于RR，RF 與其他2 種模式差異不顯著；2020 年和2021 年成熟期，RP 顯著低于RF，RR 與其他2 種模式無顯著差異；2 a 間3 種模式的LAI 在分蘗期和灌漿中期均無顯著差異。與2020 年相比，2021 年3 種模式的LAI 在孕穗期均有所增加，但差異并不顯著。

表3 不同種植模式下水稻各生育時期的葉面積指數(shù)（LAI）

2.4 不同種植模式對水稻地上部干物質(zhì)積累的影響

由圖1 和圖2 可知，葉片干物質(zhì)積累上，2020年孕穗期、2020 年和2021 年的灌漿中期均無顯著差異；分蘗期和拔節(jié)期，RP 均低于RR 和RF；從孕穗期開始，RP 葉片干物質(zhì)積累最高；成熟期，2020 年RP 顯著大于RR，與RF 無顯著差異，2021年RP 顯著大于RF，但與RR 無顯著差異。

圖1 2020 年不同種植模式下水稻各生育時期干物質(zhì)積累

圖2 2021 年不同種植模式下水稻各生育時期干物質(zhì)積累

莖鞘干物質(zhì)積累上，2020 和2021 年分蘗期、拔節(jié)期和孕穗期3 種模式均無顯著差異；灌漿中期，RP 高于RR 和RF；成熟期，2020 年各處理無顯著差異，但2021 年RP 顯著大于RF，與RR 無顯著差異。

穗部干物質(zhì)積累上，2020 年灌漿中期3 種模式均無顯著差異，但以RP 最高，而2021 年灌漿中期RP 顯著高于RF，與RR 無顯著差異；2020 和2021年成熟期，RF 顯著低于RP 和RR。

總干物質(zhì)積累上，連續(xù) 2 a 分蘗期均以RF 最高，其中2020 年與RP 有顯著差異；拔節(jié)期2020 年RR顯著高于RP，2021 年3 種模式無顯著差異；2020和2021 年孕穗期3 種種植模式均無顯著差異，但以RP 最高；連續(xù)2 a 灌漿中期均以RP 最高，其中2021 年顯著大于RR 和RF；連續(xù)2 a 成熟期均以RP最高，其中2021 年RP 和RR 顯著高于RF。水稻生育前期，地上部干物質(zhì)積累RP 積累得較慢，但從孕穗期開始RP 地上部干物質(zhì)積累逐漸高于RR 和RF。

2.5 不同種植模式對水稻產(chǎn)量的影響

由表4 可知，2020 和2021 年實(shí)測產(chǎn)量均表現(xiàn)為RP ＞RR ＞RF，每穗實(shí)粒數(shù)均表現(xiàn)為RF 顯著少于RP 和RR；千粒重在2020 年無顯著差異，但2021 年RP 顯著大于RF，與RR 無顯著差異；有效穗數(shù)在2020 年無顯著差異，2021 年RF 顯著少于RP 和RR；2020 和2021 年各處理結(jié)實(shí)率均無顯著差異。與2020 年相比，2021 年RP 和RR 處理均有增產(chǎn)，但RF 處理的產(chǎn)量有所降低。

表4 不同種植模式下水稻的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

2.6 不同種植模式對水稻米質(zhì)的影響

由表5 可知，不同種植模式下稻米的碾米品質(zhì)有所差異；其中，各處理的糙米率均在79.5%左右，差異不顯著；2021 年，RP 的精米率顯著高于RR 和RF，2020 年各處理的精米率雖無顯著差異，但以RP 較高；2020 和2021 年，稻米的整精米率均是RP顯著高于RR 和RF，碎米率均是RP 顯著低于RR和RF。

表5 不同種植模式下稻米的碾米品質(zhì) （%）

由表6 可知，不同種植模式下的稻米外觀品質(zhì)也有一定差異；其中，整精米長和整精米寬并無顯著差異，但RP 的整精米長/寬均大于RR 和RF；2020 和2021 年，堊白粒率由低到高均表現(xiàn)為RR ＜RP ＜RF，其中2020 年RR 與RP、RF 差異顯著，2021 年3 種種植模式的差異均達(dá)顯著水平；2020 和2021 年，各處理堊白度均表現(xiàn)為RF 顯著高于RP 和RR；3 種種植模式下稻米的透明度均為2。

表6 不同種植模式下稻米的外觀品質(zhì)

由表7 可知，不同種植模式下稻米的蒸煮品質(zhì)也有一定差異；其中，2020 年RF 處理的稻米直鏈淀粉含量顯著高于RP 和RR 處理，膠稠度則相反；而2021 年RF 處理的直鏈淀粉含量顯著高于RP 和RR 處理，3 種種植模式間差異均達(dá)顯著水平，3 種種植模式的膠稠度表現(xiàn)為RP ＞RR ＞RF，差異均達(dá)顯著水平；2 a 間各種植模式下稻米的堿消值無顯著差異。

表7 不同種植模式下稻米的蒸煮品質(zhì)

3 結(jié)論與討論

水稻葉片的SPAD 值是反映葉片葉綠素含量的重要指標(biāo)，并且與光照和氮素密切相關(guān)[5-6]。有研究發(fā)現(xiàn)，冬季種植馬鈴薯，后茬水稻在灌漿后期水稻葉片中超氧化物歧化酶（SOD）活性降低幅度和丙二醛（MDA）含量增加幅度較慢，有助于延緩葉片的衰老，同時可增強(qiáng)光合作用和干物質(zhì)積累，從而有效提高稻米品質(zhì)[7]。有研究發(fā)現(xiàn)，稻—薯和稻—油均能顯著增加水稻產(chǎn)量，提高田間土壤養(yǎng)分的供應(yīng)能力[8-9]。在該研究中，不同種植模式對水稻葉片的SPAD 值存在一定的影響，雖然在生育前期差異不顯著，但在孕穗期3 種種植模式存在顯著差異，而生育后期（灌漿中期與成熟期）均以稻—馬鈴薯模式的葉片SPAD 值最高，說明其葉片衰老較慢，能保持較高的光能利用率，光合作用積累轉(zhuǎn)運(yùn)的干物質(zhì)多，同時在水稻生育后期，稻—馬鈴薯模式的總干物質(zhì)積累量以及穗部積累量是最高的，且均大于稻—冬閑模式，因此稻—馬鈴薯模式的千粒重較重，每穗實(shí)粒數(shù)較多，最終產(chǎn)量最高，這與前人的研究結(jié)果基本一致。

有研究表明，不同的種植模式對稻米品質(zhì)存在較大的影響。湯文光等[10]研究表明，稻—稻—薯、稻—稻—油、稻—稻—麥模式下稻米的品質(zhì)均比稻—稻—冬閑模式下的好，具體表現(xiàn)在增加了水稻的糙米率、整精米率，降低了堊白度和堊白粒率。龔克成等[11]發(fā)現(xiàn)，稻—油能夠提高稻米的整精米率，降低直連淀粉含量。而也有研究表明，不同種植模式對水稻的外觀品質(zhì)無顯著影響，但蒸煮品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)差異顯著[12]。這可能是水稻的品種和前茬作物的不同，兩者之間相互影響程度不同造成的。該研究中，稻—馬鈴薯模式下稻米的整精米率顯著高于稻—油模式和稻—冬閑模式，而稻—冬閑模式與稻—油模式之間碾米品質(zhì)無顯著差異。這可能是因?yàn)榍安绶N植馬鈴薯土壤積累的養(yǎng)分較高，氮磷肥的增加能夠提高稻米的碾米品質(zhì)。外觀品質(zhì)中長寬比以稻—馬鈴薯模式最大，則該模式下的稻米顯得更長，稻—冬閑模式的堊白度和堊白粒率顯著高于稻—油模式和稻—馬鈴薯模式，說明前茬種植油菜和馬鈴薯能夠改善稻米外觀品質(zhì)。稻—馬鈴薯模式的直鏈淀粉含量最低，膠稠度最高，而稻—油模式直鏈淀粉含量也顯著低于稻—冬閑模式，但3 種種植模式下稻米的堿消值無顯著差異，表明不同種植模式對稻米的蒸煮品質(zhì)也存在一定的影響。綜合來看，稻—油模式和稻—馬鈴薯模式能夠不同程度地改善稻米品質(zhì)，這可能是受水旱輪作的影響，病蟲害減少，土壤養(yǎng)分和物理特性得到改善，從而提高了稻米品質(zhì)，而稻—馬鈴薯模式和稻—油模式之間的差異，是由于前茬栽培作物不同，導(dǎo)致栽培措施、田間土壤養(yǎng)分、秸稈還田成分等方面的差異，從而對水稻產(chǎn)生的影響不同造成的。