不同耕作模式下穴苗數對北方粳稻品質的影響

張家智， 王文玉， 王興宇， 張常鈺， 石書文， 何雨宣，周紅媛， 劉麗華， 鄭桂萍

（黑龍江八一農墾大學農學院，黑龍江省教育廳寒地作物種質改良與栽培重點實驗室，黑龍江 大慶 163319）

水稻是人類重要的糧食作物之一。在亞洲人的食物組成中，稻米約占49%，為人體提供35%的能量和28%蛋白質，因此，稻米的營養品質直接關系到人體營養的有效供給水平[1]。隨著社會的不斷發展進步，人們生活水平不斷提高，對于食物品質的要求也在不斷提高，因此，在保證產量的同時還應注重品質的提升。截至2020年，黑龍江水稻種植面積約400萬hm2，已成為全國水稻種植面積、生產量和商品量大省，在我國稻米市場上具有至關重要的地位[2]。在寒地水稻生產中，攪漿平地易破壞土壤結構，導致土壤緊實致密、常規耕作層泥溫低、插秧基本苗不合理等問題[3-4]。針對以上問題，黑龍江八一農墾大學水稻中心提出“旱平壟作、雙側雙深”栽培技術（簡稱壟作雙深），該技術的操作方法為：水田秋翻、秋旋或春旋→秋季或春季旱整平→旱起壟同時雙側雙深分類施肥(淺層速效肥、深層包括緩效肥），同時實現基肥和分蘗肥同施（由全層施入基肥變為壟上苗帶雙側雙深基蘗同施）→晚泡田（插秧前10 d）→常規封閉除草→壟上機插雙行（常規插秧機機插或寬窄行插秧機機插均可）。壟作雙深形成了由水整地、攪漿平地變為旱整地、旱起壟（免水整地），由全層施入基肥變為壟上苗帶雙側雙深基蘗同施（分層分類、速緩結合），由多次作業變為減少作業環節而省時省力的耕作栽培新模式。

栽培環境、肥水管理、貯藏和加工等因素在一定程度上影響著稻米品質[5]。畦溝灌溉和干濕交替灌溉顯著提高了稻米的加工品質，但降低了稻米外觀品質，其中，根系和冠層性能的改善是提升稻米品質的重要因素[6]。周晶[7]研究表明，壟作栽培較常規栽培能夠提升稻米蛋白質、氨基酸含量。章秀福等[8]研究表明，壟畦栽培水稻的加工品質、外觀品質優于常規栽培。陳立強等[9]研究表明，與常規耕作相比，壟作雙深處理主要提高了稻米的加工和食味品質。薛亞光等[10]研究表明，麥秸還田不同程度地改善了稻米的加工、外觀和營養品質，而旋耕還田不利于水稻增產及品質的形成。

穴苗數對稻米品質具有較大影響。荊愛霞[11]和徐春梅等[12]研究表明，稻米的加工品質隨株行距的增大呈逐漸升高趨勢，外觀品質和直鏈淀粉含量升高，蛋白質含量和膠稠度降低。錢銀飛等[13]研究得出，每穴4 本左右最有利于機插水稻高產優質的形成。董嘯波[14]以雙季晚粳稻為材料研究認為，增加栽插密度可提高糙米率、精米率和整精米率，但降低蛋白質和直鏈淀粉含量，使堊白粒率和堊白度增加。周培南等[15]認為在保證產量的前提下，適當增加密度有利于稻米品質的提升，繼續增加移栽密度又會降低稻米的外觀品質。但關于不同耕作模式下穴苗數對北方粳稻品質影響的研究較少，因此，本研究選用墾粳8 號為材料，采用二因素裂區設計，探究在壟作雙深模式和平作模式下，不同穴苗數對北方粳稻品質的影響，為水稻高產優質栽培應用提供理論依據和技術參考。

1 材料與方法

1.1 地點與材料

試驗于2020年在黑龍江八一農墾大學水稻中心大慶校區試驗田（45°30′—47°11′N、124°26′—125°15′E）進行。試驗地0 —20 cm 土壤養分平均含量堿解氮為123.00 mg·kg-1、有效磷18.00 mg·kg-1、速 效 鉀 191.50 mg·kg-1、有 機 質32.40 g·kg-1、pH 8.20。供試品種為墾粳8號，由黑龍江八一農墾大學選育，其主莖約13 片葉，生育期 142 d 左右，需≥10 ℃活動積溫 2 650 ℃左右。供試肥料為中化復合肥（N 21.0%，其中，緩釋氮素含量為7.0%，P2O515.0%，K2O 16.0%）、尿素（N 46%）、磷酸二銨（P2O546%、N 18%）和硫酸鉀（K2O 50%）。

1.2 試驗設計

試驗采用二因素裂區設計，主區為耕作模式，設常規耕作（A1）和壟作雙深（A2）2個水平；副區為穴苗數，分別設置3（B1，對照）、6（B2）、9（B3）和12 苗·穴-（1B4）共4個水平；因此，試驗共8個處理，每處理3 次重復，共計24個小區，每小區面積48.6 m2。其中，壟作雙深在春季采用人工起壟施肥，施基肥后進行鎮壓。要求壟底寬60 cm，壟面寬40 cm，鎮壓后壟高達到10 cm 左右。人工用鐵鉤在壟上劃出3 條肥帶：1 條深肥帶位于壟正中央，將肥施入距壟面8 cm 深處，選擇含緩效氮的中化肥料；2 條淺肥帶分別位于深肥帶兩側水平距離11 cm 處，將鎮壓后肥施入距壟面3 cm 深處，選擇速效氮的肥料，即實現了一壟三肥帶——苗帶雙側雙深分層分類速緩結合的立體施肥效果（圖1）。常規耕作采用常規攪漿平地，插秧規格（43～17）cm×12 cm。

圖1 水稻“壟作雙深”栽培模式——壟型施肥Fig.1 Rice“dry land regulation and bilateral deep fertilization on ridge”cultivation mode—ridge fertilization

各處理均于4月18日播種，每盤芽種125 g，播種時進行打籽入泥，3 面著泥，旱育秧。5月18日移栽，插秧規格（43～17）cm×12 cm。壟作雙深栽培模式的基肥施入按水稻旱平壟作雙側雙深耕作栽培模式的操作方法，人工起壟同時，壟體夾施肥料，施肥上層均為速效肥，下層均為中化復合肥。常規耕作處理基肥于移栽前7 d 人工撒施，上、下2 層的肥料混合一起施用。蘗肥于移栽后20 d人工撒施。調節肥（又稱接力肥，氮肥總量的10%）、穗肥分別在倒4葉長出一半時、倒2葉長出一半時人工撒施。具體施肥量及施肥時期詳見表1。壟作雙深處理插秧后水分管理為施用除草劑時，使水層淹沒壟面外，其他時間均保持壟溝有水，壟臺無水。常規耕作處理插秧后深水護苗返青，淺水增溫促蘗，在分蘗達到預計穗數的80%時，排水曬田至微裂以控制無效分蘗；拔節長穗期淺濕灌溉，抽穗前至齊穗淺水灌溉，結實灌漿期采用淺濕交替灌溉，成熟期收獲前15 d 左右排水。各處理施肥方案如表1 所示，其他管理措施同常規生產。

表1 不同處理的施肥種類及用量Table 1 Fertilization type and amount in different treatments （kg·hm-2）

1.3 測定項目及方法

水稻成熟后，調查一次枝梗和二次枝梗數。收割的水稻自然風干后脫粒，自然陰干2個月之后測定稻米的加工品質、外觀品質、營養品質及食味品質，每處理稱取200 g 籽粒用于品質測定，3次重復。

加工品質：取一定質量的稻谷（記作M0），采用FC-2K 型實驗礱谷機礱谷2 次，稱量糙米質量（記作M1）；然后采用日本公司生產的VP-32 型實驗碾米機，將糙米加工成精米，稱精米質量（記作M2）；最后采用谷粒判別器（ES-1000，日本產）測定碎米率。按照以下公式分別計算糙米率（brown rice rate，BRR）、精米率（polished rice rate，PRR）和整精米率（whole rice rate，WRR）。

外觀品質：用日本靜岡機械株式會社生產的ES-1000 便攜式品質分析儀測定堊白粒率（chalky grain rate，CGR）、堊白度（chalkiness）。

營養品質：用Foss 近紅外谷物分析儀測定糙米的直鏈淀粉含量（amylose content，AC）、蛋白質含量（protein content，PC）。

食味品質：用日本佐竹公司（SATAKE）生產的米飯食味計（STA1A）測定香氣、光澤、完整性、味道、口感的評分及食味值。

1.4 數據處理

采用DPS 7.05 軟件進行數據統計與分析，數據整理與圖表制作采用Excel 2003。

2 結果與分析

2.1 加工品質的比較

耕作模式、穴苗數對糙米率、精米率、整精米率有顯著影響（表2）。A2處理的糙米率、精米率、整精米率均極顯著高于A1 處理，較A1 處理分別增加0.82%、0.45%、3.73%。不同穴苗數處理的糙米率和精米率均表現為B1＞B2＞B3＞B4，不同處理間差異極顯著；不同穴苗數處理的整精米率表現為 B1＞B2＞B3＞B4，B1 和 B2 處理極顯著高于 B3、B4處理，且B1處理極顯著高于B2處理。

表2 不同處理的加工品質Table 2 Processing quality of different treatments

2.2 外觀品質的比較

由表3 可知，耕作模式對一次枝梗和二次枝梗的谷粒長、谷粒寬、谷粒厚及長寬比均無顯著影響；穴苗數對一次枝梗的谷粒長和谷粒厚及二次枝梗的谷粒寬有顯著影響；兩者間互作對一次枝梗的谷粒厚有顯著影響。不同耕作模式的外觀品質均差異不顯著。不同穴苗數處理的一次枝梗谷粒長表現為B1＞B2＞B3＞B4，其中，B1 處理較B2 處理顯著增加2.33%，較B3 和B4 處理極顯著增加3.07%和3.23%；且B1 處理的一次枝梗谷粒厚度較B2 處理顯著增加2.64%，較B3 和B4 處理極顯著增加4.02%和3.56%；B1 和B2 處理的二次枝梗谷粒寬度較B3 處理分別顯著增加4.47% 和3.19%。

表3 不同處理的稻谷粒形Table 3 Grain shape of different treatments

耕作模式和穴苗數的互作效應對一次枝梗谷粒厚影響顯著。A1 耕作模式下，B1 處理的一次枝梗谷粒厚度極顯著高于B2、B3、B4處理，較B2、B3、B4 處理分別增加6.28%、5.80%、6.28%；A2 耕作模式下，B2 處理的一次枝梗谷粒厚度較B3 處理顯著增加3.57%（圖2）。

圖2 不同處理一次枝梗谷粒的厚度Fig.2 Grain thickness of primary branch under different treatments

由表4 可知，耕作模式、穴苗數及兩者間互作對堊白粒率、堊白度影響極顯著。A2 處理的堊白粒率、堊白度分別較A1 處理極顯著增加15.37%和18.42%。不同穴苗數處理的堊白粒率、堊白度均表現為B4＞B3＞B2＞B1，不同穴苗數處理間差異極顯著。相同耕作模式下，不同穴苗數處理間的堊白粒率、堊白度均表現為B4＞B3＞B2＞B1。A1 耕作模式下，B2、B3、B4 處理的堊白粒率和堊白度均極顯著高于B1 處理，B4 處理又極顯著高于 B2 和 B3 處理；A2 耕作模式下，隨著穴苗數的增加，籽粒的堊白粒率和堊白度顯著增加（圖3）。

表4 不同處理的外觀品質Table 4 Appearance quality of different treatments

圖3 不同處理的堊白粒率和堊白度Fig.3 Chalky grain percentage and chalkiness degree of different treatments

2.3 營養品質的比較

由表5 可知，耕作模式對直鏈淀粉、蛋白質和水分含量無顯著影響；穴苗數對直鏈淀粉、蛋白質和水分含量影響極顯著；兩者間互作對蛋白質含量影響顯著。不同耕作模式間的直鏈淀粉、蛋白質和水分含量差異不顯著。不同穴苗數處理的直鏈淀粉含量表現為B4＞B3＞B2＞B1，其中，B4 處理顯著高于B3 處理，極顯著高于B2 和B1 處理，B3處理顯著高于B1 處理；蛋白質含量表現為B1＞B2＞B3＞B4，其中，B1和B2處理的蛋白質含量極顯著高于 B3 和 B4 處理；水分含量表現為 B2＞B3＞B4＞B1，其中，B2、B3、B4 處理的水分含量極顯著高于B1處理，B2處理顯著高于B4處理。

表5 營養品質的比較Table 5 Comparison of nutritional quality

2.4 食味品質的比較

對不同處理的食味品質進行比較，結果（表6）表明，僅耕作模式對完整性有極顯著影響，穴苗數及兩者間互作對稻米食味品質無顯著影響。A2 處理的完整性極顯著高于A1 處理，其他性狀差異不顯著。不同穴苗數處理的食味品質差異均不顯著。

表6 食味值的比較Table 6 Comparison of taste value

2.5 稻米品質性狀間的相關關系

由表7 可知，水分含量與食味值呈極顯著正相關；糙米率與精米率、整精米率、蛋白質含量呈顯著或極顯著正相關；糙米率與直鏈淀粉含量、堊白粒率和堊白度呈極顯著或顯著負相關；精米率與直鏈淀粉含量、堊白粒率、堊白度呈極顯著負相關；直鏈淀粉含量與蛋白質含量呈極顯著負相關，與堊白粒率、堊白度呈顯著正相關；蛋白質與堊白粒率、堊白度呈顯著負相關；堊白粒率與堊白度呈極顯著正相關。

表7 稻米品質性狀間的相關分析Table 7 Correlation analysis among quality traits of rice

3 討論

3.1 耕作模式對水稻品質的影響

張自常等[6]研究表明，畦溝灌溉和干濕交替灌溉不僅能夠提高水稻產量，還能夠改良稻米的加工品質和外觀品質。本研究的灌溉方式為干濕交替，與常規耕作相比，壟作雙深耕作模式顯著或極顯著提高了稻米的糙米率、精米率、整精米率和完整性，分別較對照提高0.82%、0.45%、3.73%、0.98%；還提高了稻米的加工品質及蛋白質含量和食味值，食味值較對照增加1.19%，達極顯著水平，但降低了稻米的外觀品質，增加了堊白度與堊白粒率。

3.2 穴苗數對水稻品質的影響

作物生產是個種群過程，不僅個體應具有較高的競爭能力，還需有較高的群體以保證產量[16]。因此，在保持行距穴距不變的條件下，栽插穴苗數是影響群體密度的重要措施，穴苗數過少無群體優勢，穴苗數過多則會抑制個體優勢，同時也會加劇穴內個體與群體的競爭，不利于構建良好的群體結構。研究表明，增加基本苗數會使稻米的糙米率、精米率和整精米率下降，堊白率和堊白度提高，直鏈淀粉含量和食味值上升[17-18]。本研究表明，隨著穴苗數的增加，稻米的直鏈淀粉含量升高，加工品質、外觀品質和蛋白質含量降低，食味值先升高再降低，以B2 處理稻米的食味值最高，為 82.46 分，較 B1、B3、B4 處理分別提高 1.47、0.20、0.15 分，可能是由于穴苗數增加易造成田間郁閉，通風透光不良，個體之間競爭加劇，導致個體營養吸收不良，體內同化物供應不足，積累灌漿物質少，灌漿不足所致。因此，綜合高產優質來看，墾粳8 號以每穴6 苗為宜，在此基礎上加強肥水管理，提高營養生長期的物質積累，保持結實期葉片及根系的光合和代謝能力，為其高產提供技術支撐。