中國生態學技術改善稻米品質效果的分析

陳燦 焦文獻 袁嬌 黃璜*

（1 湖南農業大學農學院，長沙 410128；2 湖南省稻田生態種養工程技術研究中心，長沙 410128；第一作者：CC973@126.com；*通訊作者：hh863@126.com）

高質量的農產品是農業生產追求的重要目標之一。隨著人們生活水平的提高，消費者對食品口味、營養與安全的要求越來越高，獲得優質的農產品也是人們對美好生活的向往。作物生產中生態學技術很大程度上能夠滿足大眾不斷增長的對綠色農產品的需求，并促進農業生產的可持續發展。

稻米品質主要從碾磨、外觀、蒸煮食味、營養安全等方面進行評價。在水稻生長發育過程中，稻米品質的形成不僅取決于遺傳背景，還取決于土壤和氣候條件以及農藝措施。雖然自然環境條件人為難以掌控，但在生產中采取的栽培技術、耕作方式、生態種養等農藝措施為生態學可控的技術環節。因此，了解栽培措施、耕作方式、生態種養等對米質的改善效果以及掌握其生態調控技術具有重要意義。

1 合理栽培技術等對稻米品質的影響

1.1 播收期對稻米品質的影響

1.1.1 播種期的影響

播種期改變了水稻整個生長期間日均溫度、日照時數和降雨量等，進而影響米質。通過調整播種期可以避免灌漿期遭遇高溫天氣，進而優化稻米外觀品質、食用品質，米質整體趨優[1-2]。但由于地區、品種以及試驗過程中管理措施不同等原因，播期的制定并不能一概而論。對早中熟品種來說，適當晚播有利于優質米的形成，而晚熟品種則要提前播種才能確保產量和米質[3-5]。在實際生產中，選擇優質品種的同時，還需結合當地氣象因素來適當調整播期，保證水稻在抽穗灌漿期的氣候條件處于最佳狀態。

1.1.2 收獲期的影響

收割時期對不同生態型、秈粳亞種品質指標的影響不同，綜合考慮產量和品質，都應在水稻完全成熟時及時收獲[6-7]。研究表明，早稻一般在齊穗后30～35 d 為最佳收獲時間，而中晚稻則比早稻延遲1 周左右，此時稻米各項品質優良，產量穩定[8]。此外，有研究認為，粳稻品種從抽穗到收獲的時期較長，在抽穗54 d 時收獲對產量和米質更加有利[9]。

1.2 栽培密度對稻米品質的影響

栽培密度直接影響作物群體大小和個體強弱，進而影響水稻產量及品質。適當減少每叢基本苗數、擴大株行距來降低栽培密度，在不影響產量的同時，對米質各指標均有不同程度的優化效果[1，10]。一般來說，栽培密度大小需要根據稻田土壤肥力、秧苗質量等因素綜合考慮，秧苗質量較差時應適當增加每叢苗數，確保產量，而農田環境好的稻田則應稀植，以優化米質。其次，栽培密度還與栽培方式密切相關，例如采取拋秧時，要求常規稻控制在1.0～1.2 萬叢/667 m2，雜交稻則需控制在 0.8～1.1 萬叢/667m2[11]。

1.3 肥水合理運籌對稻米品質的影響

1.3.1 肥料管理方面

施肥是水稻生長過程中不可缺少的一個管理環節，科學施肥有利于改善稻米品質。在肥料種類方面，施用餅肥、有機肥會使稻米膠稠度變短，影響蒸煮品質，而施用生物菌肥可以使稻米各品質指標均得到優化，比施用普通有機肥或其他肥料效果更佳[12-13]。在施肥方式方面，與傳統施肥相比，點深施肥、側深施肥、基蘗同施等方式均有利于優化米質，提高生產效益[14-15]。在肥料施用量方面，研究表明，增施氮肥對米質改善起到了積極作用，并且在水稻全生育期內氮肥總量不變的情況下增加穗肥用量，可以提高稻米加工和營養品質，在兼顧產量與品質的前提下，將基蘗肥與穗肥比例控制在7∶3 時綜合效果較好[2]。在施用期方面，水稻前期適當施氮使稻米外觀品質變優，后期施氮則改善加工品質與蒸煮品質[16]。

表1 栽培技術等對稻米品質的影響

1.3.2 水分管理方面

水分是水稻整個生長階段的必要條件，其對米質的影響比較復雜，綜合來看，主要對稻米加工、外觀品質影響較大[17]。水稻生產中常用的生態學水分管理方式包括：濕潤灌溉、旱種旱管、間歇灌溉、調虧灌概和蓄雨（水）型灌溉等技術[13，16，18]。研究表明，與常規灌溉相比，采取適宜的節水管理方式可以滿足水稻正常生長，并不同程度提高稻米品質[19]。水稻實際生產中，為達到高產優質的目標，應根據不同的生態區域采取不同的節水灌溉方式，還應進行合理的水肥耦合。

1.3.3 水肥合理耦合對稻米品質的影響

生態學技術講究水肥協同管理及其優化以提升稻米食味品質。研究表明，較高的氮肥水平下，節水灌溉可以使水稻產量及米質優于常規灌溉，基肥∶蘗肥∶穗肥為 5∶2∶3 時對稻谷產量提高及米質改善效果較好[16，20]。此外，肥料運籌采用有機肥無機肥配施且在收獲前適時斷水，有利于高產優質[21]。綜合來看，節水灌溉在生產上具有光明前景，進一步探討其與肥料管理措施之間的關系是水稻栽培過程中的關鍵。

1.4 秸稈還田對稻米品質的影響

秸稈還田在減少因秸稈焚燒所造成大氣污染的同時，將植株中的營養元素歸還給土壤，培肥了地力，減少了化學肥料的使用，對作物產量與質量起到積極影響。研究表明，秸稈還田對稻米加工、外觀、蒸煮以及營養品質均有改善作用，且還田量適度增加以及秸稈埋入土壤5～10 cm 深度時米質改善效果最為明顯，但不同耕作方式之間有差異，應采取合理的秸稈還田措施[22-24]。在實際操作中，秸稈還田量要適中、施用要均勻，還田后應配套合理灌溉、科學施肥等栽培技術。

1.5 水稻病蟲草害生態防控技術對稻米品質的影響

水稻病蟲草害生態防控技術主要以物理、農業、生物防控技術措施為主，例如，深耕灌水滅蛹技術，推廣水田施用生石灰技術，種子處理預防病蟲害，利用趨避植物引誘害蟲，田壟種顯花植物、蜜源植物保護利用天敵，誘蟲燈、性誘劑、色板誘殺害蟲，田間釋放赤眼蜂，稻田養鴨等。在預測病蟲害有可能爆發的基礎上再配合生物農藥施用。生態防控各項技術的綜合運用減少了田間病蟲害的發生與傳播，有效降低了對水稻的危害，為其創造良好的生長環境，并且生態防控最大優點就是杜絕農藥、除草劑的使用，避免了稻米產品的農藥殘留，提高了稻米的安全品質。

表2 耕作及種植方式等對稻米品質的影響

2 合理的耕作及種植方式對稻米品質的影響

2.1 耕作方式對稻米品質的影響

耕作方式包括免耕、深耕、旋耕等技術，影響水稻根系生長以及整個過程中的水、肥、氣、熱等因子，進而影響養分吸收利用，最終作用于產量與品質形成。輕簡耕作栽培技術是農業發展的迫切要求，研究表明，免耕、少耕有利于稻米加工品質，但對外觀品質不利，且免耕作用效果明顯強于少耕，而免耕與秸稈還田結合時，可對稻米品質產生更多積極影響[25-26]。與平作相比，免耕壟作對稻米加工、外觀、蒸煮及營養品質皆有促進效果，翻耕壟作則對稻米營養品質不利[27]。通過長期試驗得出，在種植雙季稻時，早稻田旋耕、晚稻田翻耕的基礎上配合秸稈還田可以使稻米食味品質優于其他耕作方式，且產量增幅最大[26]。

2.2 壟作、廂溝栽培等種植方式對稻米品質的影響

壟栽、廂溝栽培相當于將傳統的淹水栽培改為濕潤、半濕潤栽培的種植方式，使稻田處于輕度干濕交替狀態，其灌溉方式相當于畦溝灌溉，這種灌溉方式可以提高水稻產量和稻米品質[20]。研究表明，以平作栽培模式為對照，選擇壟作雙深、穗氮前移基施的種植和施肥方式，有利于優化稻米加工和食味品質[28]。此外，水稻廂溝、壟作等栽培方式可解決稻田種養方面的難題，由于壟溝、廂溝內保持了一定深度的水層，在不影響水稻生長的基礎上，有利于雞鴨、魚類在田間的生存及活動，使稻田生產附加值大幅提高，同時這些措施有利于稻米品質的穩定和提高。

2.3 種植模式對稻米品質的影響

2.3.1 輪作和間套作

輪作和間套作是用地養地相結合的一種生態學措施。水旱輪作可以逐步恢復稻田的生產力，優化水稻生長環境，進而對水稻的各項指標包括稻米品質指標產生積極影響。近年來，省工、高效、高產種植模式在生產中逐漸增加，出現了不同的輪作模式，如中稻-油菜、春玉米-晚稻、水稻-冬綠肥等。研究表明，輪作中選擇不同的前茬作物，對米質的影響程度不同[29]。對冬種小麥-水稻、冬種油菜-水稻、冬種綠肥-水稻3 種輪作模式進行比較發現，小麥-水稻模式稻米營養品質最好，但加工品質最差；冬種油菜-水稻模式的稻米加工品質、蒸煮品質最好；冬種綠肥-水稻模式的稻米外觀品質最佳，其他品質呈上升趨勢，綜合效果更優。此外，不同輪作模式下，將前茬作物秸稈還田或者在不改變水稻全生育期氮肥施用總量的情況下，將氮肥前移能提高稻米加工及外觀品質，進一步優化米質[30-31]。但需要注意的是，在輪作過程中想要達到高產優質的目標，則必須要考慮前茬作物對土壤肥力的影響，并在水稻生長季采取合理的肥料管理措施。

作物合理間套作增加了稻田作物的多樣性，使農田生態系統的穩定性得到提高，保障糧食安全與品質。例如，運用景觀生態學原理，田間種植趨避植物、顯花植物、蜜源植物等，營造生物的多樣性和空間異質性，使有益生物增加，是生態調控的重要措施之一。水稻與不同作物間作，主要影響稻米的加工品質和外觀品質，精米率、整精米率上升，堊白度、堊白粒率下降，稻米綜合品質明顯優于水稻單作[32-33]。與常規種植相比，果園套種優質稻雖然稻米蒸煮和營養品質略有下降，但兩者差異并不顯著[34]。此外，水稻免耕套種以及在此基礎上進行秸稈還田都有利于米質優化和水稻產量提高[35]。

表3 稻田生態種養模式對稻米品質的影響

2.3.2 再生稻栽培技術對稻米品質的影響

再生稻具有生育期短，再生季病害較少，能降低農藥和水肥投入，且省種省力，生產成本低，符合水稻輕簡栽培和減少資源投入的生態學生產目標。研究表明，與頭季稻相比，再生季稻外觀品質和蒸煮食味品質明顯變優，但對加工品質的影響較小，只有整精米率有所提升，對蛋白質含量的影響不大[36-37]。與低留樁相比，增加頭季稻留樁高度可以改善再生稻外觀及食味品質，精米率略有下降[38-39]。其次，研究表明，采用預留機收行種植的方式，雖然降低了栽培密度，但對頭季稻產量的影響并不明顯，可以避免頭季稻在機收時因稻樁密集而遭到碾壓，保證再生稻產量不受影響且能改善再生稻的加工品質[40]。在生產中，選用優質品種，同時搭配最佳的栽培技術是提高再生稻稻米品質的重點。

3 稻田生態種養模式對稻米品質的影響

3.1 稻田養殖禽類對稻米品質的影響

稻田生態種養以減少污染、綠色發展、提質增效為目標，是生產優質稻米的生態學途徑之一。在水稻生長期間與之共生的禽類主要有雞、鴨，由于其活動能力強、活動范圍廣，對農田環境以及水稻產生了明顯的積極影響。目前，對稻鴨模式的相關研究較多，研究表明，該模式可以優化稻米加工及外觀品質，極顯著提升食味品質[41]。在栽培上，實行免耕稻鴨共作可大幅提升稻米外觀及加工品質，但對蒸煮品質提升幅度較小[42]。稻鴨模式中水稻采用缽苗機插對米質改善更有利，且機插密度控制在1.68 萬叢/667 m2時，對最終產量影響極??；隨著栽培密度增加，米質則呈下降趨勢[43]。稻雞模式在生產上主要以壟作養雞為主，可以有效控制壟上雜草生長量，避免與水稻爭奪養分而影響水稻正常生長以致米質降低，同時可在壟溝養殖其他水生動物，增加稻田附加值。實際生產中根據具體需求選擇適宜的栽培和放養密度，且在共生期間配套合理的管理措施，充分發揮種養優勢，達到穩定產量、提升米質的目標。例如，稻鴨共生模式中，在水稻灌漿時需將鴨移出稻田，避免其啄食稻穗而降低水稻產量。

3.2 稻漁種養模式對稻米品質的影響

稻漁模式中，稻田養殖的動物種類主要有魚、蝦、蟹、鱉等，由于養殖動物的活動性有限，因此對農田環境、水稻產量以及稻米品質的影響不如稻鴨模式明顯。稻漁模式下稻米外觀和加工品質變優，營養品質降低，對蒸煮品質的影響效果因品種不同存在差異[44-46]。研究表明，在稻鰍模式中引入鴨子，鴨、鰍兩種動物共處于同一塊稻田時，對稻米品質的作用效果優于稻田養鴨或稻田養鰍，但水稻品種為雜交稻時，稻鴨鰍模式下稻米的外觀品質變差[47]。在稻魚、稻蝦模式中，適當降低水稻栽培密度可以協調產量與品質之間的矛盾，使產量不減少的同時米質得到提升，而且加快了魚類的生長速度[48-49]。此外，稻田進行種養結合對頭季稻和再生稻均可以起到積極作用，且在生產上有機種養優于常規種養[45-46]。

4 稻田土壤重金屬生態調控對稻米品質的影響

農田中重金屬含量過高時，重金屬元素會從土壤中轉移到作物莖稈、葉片以及籽粒中。當糙米重金屬積累量達到一定程度時將危害人體健康，因此，減少稻米重金屬含量，確保稻米安全品質備受關注。而稻米重金屬含量與重金屬在土壤中的含量聯系緊密，要保證稻米品質不受影響，需控制水稻對重金屬的吸收以及降低污染農田的重金屬含量。降低稻田重金屬污染的生態學技術主要有冬季種植綠肥、采用“VIP 技術”、栽培富集植物，以及使用生物炭、土壤調理劑、生石灰等措施。

4.1 “VIP 技術”對稻米品質的影響

在農田重金屬污染防治中，“VIP 技術”主要是指選擇鎘（Cd）低積累的水稻品種，并在水稻生長過程中進行適當的水分管理以及調節土壤pH 值，從而使糙米中的Cd 含量降低。研究表明，與常規栽培相比，采用“VIP 技術”可使糙米Cd 含量降低23%，在此基礎上施用有機肥、生物菌肥、土壤調理劑等可進一步降低Cd含量，改善稻米品質[50-51]。在生產上使用“VIP 技術”降低稻米Cd 含量雖然是一種經濟實用的方法，但從前人研究中可以發現，該技術對降低農田土壤Cd 含量的效果并不顯著，若要對重金屬農田進行修復，需要進一步探討新的技術途徑。

4.2 施用生物炭、土壤調理劑等對稻米品質的影響

研究表明，施用生物炭可以有效抑制土壤中的重金屬向植物體內轉移，避免米質降低。用生物炭代替部分化肥時，可以提高糙米率和精米率，顯著增加蛋白質含量，但也同時增加堊白度和堊白粒率，對直鏈淀粉含量和膠稠度的影響不大[52-54]，說明施用生物炭對改善稻米加工和營養品質的作用較大。石灰加生物炭、石灰加腐殖酸均可以抑制土壤中Cd 的轉移，并且增加稻米直鏈淀粉含量，優化部分稻米品質[55]。在生產中也可以施用對重金屬在植物體內轉移有阻隔效果的材料，例如秸稈有機肥、生物質炭等，這些材料可以阻止重金屬從土壤到根、莖葉的轉移，葉面納米硅溶膠可以阻止重金屬從葉片向籽粒轉移[56]。由于稻米Cd 含量與礦質元素含量呈負相關，可以通過施用土壤調理劑使稻米中的礦質元素含量增加，從而抑制Cd 向稻米中轉移，在降Cd 的同時，優化稻米品質，且產量有所增加[57-58]。在稻田持續淹水條件下，增加有機物料的投入可以影響土壤pH 值和氧化還原電位，改變Cd 在土壤中的存在形態，抑制其向水稻轉移，且在根、莖葉和糙米中，糙米的Cd 含量最低[59-60]。有機物料有利于低Cd 稻米的形成，有機物料聯合外源鐵可以進一步降低糙米Cd 含量，其中豆餅聯合外源鐵的作用效果優于蚯蚓糞便聯合外源鐵[61]。因此，采取適當的農藝措施，既可以優化稻米加工等部分品質，又可以減少重金屬在糙米中積累，保障稻米安全品質。

4.3 栽培富集重金屬植物對稻米品質的影響

通過種植富集重金屬的植物來降低水稻對Cd 的吸收，抑制Cd 向水稻中轉移，可以使米質達到安全標準。前人研究證明，在重金屬污染的農田中，將水蕹菜、黃花鳶尾、再力花和美人蕉等Cd 高累積水生植物與水稻間作，可以抑制水稻對Cd 的吸收，減少污染農田的重金屬含量，對農田有一定的修復作用[56]。富集重金屬植物與水稻輪作、間作等，一方面減少稻米Cd 含量，另一方面對稻米加工、外觀品質也有積極影響。

5 水稻高效優質栽培生態學技術發展趨勢

在稻米品質的改善過程中，需要選育或選擇米質優良的水稻品種以及配套相關栽培措施。生態學的一個基本的觀點就是強調整體性和綜合性。如果只選用單個技術措施，對稻米品質的改善效果較小，需要在實際生產中不斷實踐，探討不同地區、氣候、品種等影響因素下的最佳組合模式。與傳統種植相比，相關的生態學技術還有一些問題待解決，例如，再生稻技術雖然提升了品質，但再生季產量有待提升；稻田種養耦合與水稻單作方式相比，米質有所改進，但種養技術還需要繼續完善，比如稻鰍共作中泥鰍的防逃及防控鳥類等天敵的難度較大等。另外，重金屬生態調控主要是減少糙米中的重金屬含量，保障稻米安全品質，通過一些農藝措施，可以抑制重金屬向水稻轉移，但更重要的是需要對重金屬污染農田進行修復，從根本上解決重金屬對米質的影響。

總體來講，生態學技術對稻米品質的改善作用較大，但是也存在著發展阻力。目前人們對糧食安全愈發重視，對優質農產品的需求也日益增強，而生態學技術可以在一定程度上滿足人們的愿望，具有良好的發展前景。因此，探索和解決實施過程中面臨的問題，可以使生態學技術的發展更上一個臺階。