施用不同石灰類物質對雙季優質稻產量和品質的影響

陳雅慧 楊星蓮 劉磊 邵華 曾勇軍 黃山* 潘曉華

（1 教育部作物生理生態與遺傳育種重點實驗室/江西農業大學 農學院，南昌 330045；2 江西省土壤肥料技術推廣站，南昌 330046；*通訊作者：ecohs@126.com）

水稻是我國最重要的口糧作物。雙季稻區的水稻面積占我國水稻播種面積的33.0%。近年來，隨著我國經濟發展水平和人民收入水平的提高，市場對優質稻米的需求快速提升[1]。因此，提高雙季稻產量和品質對保障我國口糧安全至關重要[1]。

南方雙季稻區氣候溫暖濕潤，日照充足，降水充沛，水稻生產潛力較高。但受長期偏施氮肥加上酸雨等因素影響，土壤酸化嚴重。土壤酸化會限制水稻根系生長，制約其生長發育，降低氮素吸收，進而影響水稻產量和稻米品質。大量研究表明，適量施用石灰能夠改良土壤酸化，提高作物產量[2-3]，還能夠促進水稻根系生長及其對土壤養分的吸收利用[4]。但是，以往的研究主要關注施用石灰對水稻產量和土壤改良的影響[5-7]，對雙季稻稻米品質的影響研究較少。而且，很多研究僅施用一種石灰類物質，缺乏不同石灰類物質的對比。因此，本研究在南方典型的酸性雙季稻田上開展試驗，以明確不同石灰類物質對雙季稻產量和品質的影響，為雙季稻優質豐產栽培提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021 年在江西省宜春市上高縣泗溪鎮曾家村（28°31′N，115°09′E）進行。試驗地年均氣溫17.5 ℃，年平均降雨量1 650 mm。該地種植水稻模式為“早稻季-晚稻季-冬閑季”，土壤質地類型為砂質粘壤土。試驗前0～15 cm 耕層的土壤基本理化性質為：土壤容重1.3 g/cm3，pH 值5.0，有機質含量32.6 g/kg，總氮1.7 g/kg，總磷1.0 g/kg，總鉀20.0 g/kg，堿解氮160.0 mg/kg，有效磷56.5 mg/kg，速效鉀180.8 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，在秸稈全量還田且常規施肥的條件下，共設4 個處理，分別為：CK，不施用石灰；CaO 即施用氧化鈣；Ca (OH)2即施用氫氧化鈣；Ca－CO3即施用碳酸鈣。每個處理3 次重復。3 種石灰類物質于2020 年晚稻收獲后均勻施入小區。CaO 施用量為1 500.0 kg/hm2，而Ca (OH)2、CaCO3施用量則根據CaO施用量和3 種石灰類物質酸中和值計算[8]。施肥方式為人工撒施。各處理的氮、磷、鉀施用量和方式一致。施氮量261.0 kg/hm2，基肥∶分蘗肥=5∶5；施磷量499.5 kg/hm2，全部作基肥；施鉀量100.5 kg/hm2，全部作基肥。氮、磷、鉀肥分別為CH4N2O、P2O5和K2O。試驗早稻品種為柒兩優2012（雜交秈稻），晚稻品種為美香占2 號（常規秈稻）。采用人工方式進行秧苗移栽和水稻收獲。早、晚稻播期分別為3 月20 日和6 月22 日，移栽日期分別為6 月14 日和7 月15 日。早、晚稻移栽密度分別為13 cm×23 cm 和13 cm×27 cm，栽插基本苗分別為4 株/叢和2 株/叢。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 產量及產量構成因子

于成熟期每個小區取120 叢計算有效穗數。按照平均有效穗數從各小區取5 叢水稻調查每穗粒數、結實率和千粒重。各小區取150 叢水稻植株脫粒測產。

1.3.2 氮素吸收

將烘干后的成熟期植株，按莖、葉和穗分別機械粉碎，過0.25 mm 篩保存。采用Foss-2300 型全自動凱氏定氮儀測定各器官的氮素含量, 并根據各器官干物質量和氮素含量計算地上部氮素吸收總量。

1.3.3 葉片SPAD 值

在水稻分蘗期、穗分化期、抽穗期和灌漿期，各小區選擇30 片長勢基本一致的完全展開葉，用SPAD-502 葉綠素儀測定葉片葉綠素值（SPAD 值）。

1.3.4 稻米品質

早、晚稻成熟后，各小區取20 叢水稻植株進行脫粒，風干水分低至14.5%，室溫貯藏3 個月后測定稻米品質。稱取無空殼的200 g 稻谷。利用糙米機[永元電機（蘇州）有限公司]磨掉谷殼加工為糙米，稱質量。再利用精米機加工為精米，稱質量。根據糙米質量和精米質量，計算出糙米率和精米率。整精米率是完整米和粒長達到完整米粒平均長度4/5 以上的精米質量占稻谷試樣質量的百分率。經加工的精米利用MRS-9600TFU2L 掃描儀（上海中晶科技有限公司）掃描堊白及整精米情況。

完成加工的精米利用由錘式旋風磨（上海嘉定糧油儀器有限公司）磨為米粉，參照GB/T17891-2017《優質稻谷》方法測定蒸煮和食味品質指標，利用碘比色-分光光度計法測定直鏈淀粉含量；用凱氏定氮法測定米粉含氮量，將其含氮量再乘以換算系數5.95 即為蛋白質含量。

1.3.5 土壤pH 值

晚稻收獲后，于各小區采用“五點法”取0～15 cm耕層土樣，自然風干后過2 mm 篩保存。采用PHS-3C型pH 測試儀（上海儀電科學儀器股份有限公司）測定土壤pH 值[9]。

1.4 統計分析

采用SPSS 18.0 軟件進行單因素方差分析，并進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同石灰類物質對水稻產量及其構成因子的影響

由表1 可知，與CK 相比，施用CaO、Ca (OH)2和CaCO3均顯著提高了晚稻產量，增幅分別為11.3 %、17.4%和17.6%，但對早稻產量無顯著影響；與CK 相比，施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3均提高了早、晚稻的有效穗數，還提高了晚稻的每穗粒數，但差異均未達顯著水平。

表1 不同石灰類物質對雙季優質稻產量及其構成因子的影響

2.2 不同石灰類物質對總生物量和氮素吸收的影響

由圖1 可知，與CK 相比，施用石灰類物質的早稻生物量有下降的趨勢，但晚稻生物量有所升高，其中施用Ca(OH)2的處理顯著提升9.5%。由圖2 可知，與CK相比，施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3均顯著提高了晚稻的氮素吸收，增幅分別為15.1%、13.5%和17.1%，但對早稻氮素吸收無顯著影響。

圖1 不同石灰類物質對雙季稻總生物量的影響

圖2 不同石灰類物質對雙季稻氮素吸收的影響

2.3 不同石灰類物質對葉綠素含量的影響

與CK 相比，施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3使晚稻分蘗期和穗分化期葉片SPAD 值顯著提升，增幅分別為3.3%、2.9%、4.2%和1.3%、1.2%、3.8%，但對早稻分蘗期、穗分化期、抽穗期和灌漿期葉片SPAD 值均無顯著影響（圖3）。不同石灰類物質處理組間雙季稻葉片SPAD 值無顯著差異。

圖3 不同石灰類物質對雙季稻葉片SPAD 值的影響

2.4 不同石灰類物質對稻米品質的影響

2.4.1 不同石灰類物質對稻米加工品質的影響

由表2 可見，與CK 相比，施用CaO、Ca (OH)2和CaCO3顯著提升了晚稻的精米率和整精米率，增幅分別為1.6%、2.1%、1.3%和6.3%、6.1%、6.3%，但對早稻糙米率、精米率和整精米率均無顯著影響。

2.4.2 不同石灰類物質對稻米外觀品質的影響

由表3 可見，與CK 相比，施用CaO、Ca (OH)2和CaCO3使早、晚稻的堊白粒率及堊白度均有所下降；施用CaO 使早稻的堊白度顯著降低35.9%，施用Ca(OH)2使晚稻堊白粒率顯著降低23.6%。

表3 不同石灰類物質對雙季優質稻外觀品質的影響

2.4.3 不同石灰類物質對稻米蒸煮食味及營養品質的影響

由表4 可見，與CK 相比，施用CaO、Ca (OH)2和CaCO3對晚稻米的蒸煮食味品質有顯著影響，直鏈淀粉含量分別顯著下降4.7%、4.8%和4.8%；施用CaO 和CaCO3使晚稻膠稠度分別顯著升高9.8%和12.8%。施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3對早稻米的蒸煮食味及營養品質均無顯著影響。

表4 不同石灰類物質對雙季優質稻蒸煮食味及營養品質的影響

2.5 不同石灰類物質對土壤pH 的影響

由圖4 可見，施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3使早稻季土壤pH 值分別顯著提高0.52、0.42 和0.50 個單位，使晚稻季土壤pH 值分別顯著提高0.41、0.57 和0.48個單位。

圖4 不同石灰類物質對雙季優質稻土壤pH 值的影響

3 討論

3.1 不同石灰類物質對雙季稻產量的影響

大量研究結果表明，施石灰顯著提升酸性稻田的水稻產量[10-11]。本研究結果亦表明，施用不同石灰類物質均顯著增加了晚稻產量。原因可能是：1）施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3顯著提高氮素吸收，進而提高了水稻有效穗數[12]。2）石灰類物質能夠改善酸性土壤，提高有機質礦化和土壤碳氮代謝相關酶活性，增加了對Ca2+的利用率，降低了對Al3+的吸收，減少對水稻的毒害作用，促進水稻的生長和氮素吸收[13-14]。3）施用石灰類物質有利于水稻進行光合作用，促進同化物向籽粒運轉，使水稻增產[13,15]。4）在分蘗期和穗分化期，施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3顯著提高了葉片SAPD 值。這有利于水稻分蘗，增加水稻的有效穗數，從而使得水稻增產。

但是，與前人研究施用石灰能夠顯著提升雙季早稻產量[13,15-16]的結果不同，本研究表明，施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3對早稻產量無顯著影響。原因可能是：本研究中水稻秸稈全量還田，而有研究表明石灰能夠促進秸稈腐解、養分釋放[17]。在晚稻季，施用石灰緩解了秸稈還田對水稻前期分蘗的不利影響，降低了大量秸稈還田后微生物對速效氮素的固定，促進了晚稻根系生長及其養分吸收[18]。而在早稻季，上一年晚稻秸稈還田至翌年早稻移栽有5 個月的冬閑期，大部分秸稈已經腐解。因此，在早稻季施用石灰對緩解秸稈還田導致的氮素固定的效果可能不顯著，從而弱化了其對早稻生長的促進作用。

本研究表明，3 個施用石灰類物質處理對雙季稻產量影響的差異不顯著，這與PAGANI 等[17]的研究結果相似。這可能與本研究中所施用不同石灰類物質的濃度很高有關。

3.2 不同石灰類物質對雙季稻稻米品質的影響

本研究表明，不同石灰類物質均顯著提升了晚稻的加工品質，主要表現為晚稻的精米率和整精米率有所升高。在秸稈全量還田的條件下施用石灰，可為水稻提供更豐富的氮磷鉀及其他微量養分[19]，從而使水稻籽粒在灌漿期灌漿物質充足，減少堊白形成。堊白的下降使稻米在加工過程中不易破碎[20]。本研究表明，施用不同石灰類物質均降低了晚稻的直鏈淀粉含量，提高了膠稠度。因此，施用石灰類物質可能使稻米的食味更好[21]。

本研究也表明，不同石灰類物質處理間對雙季優質稻產量和品質影響的差異不顯著。主要是因為不同石灰類物質均使雙季稻土壤pH 顯著提升。而且，石灰類物質的堿性雖不同，但根據酸中和值來計算施用量，在提高土壤pH 的效果基本一致。因此，在實際生產中，石灰類型對雙季稻產量和品質的影響差異并不大，關鍵是適宜的施用量。

應當指出，本試驗還存在一些不足之處。首先，研究僅進行1 年試驗，結論的可靠性有待進一步驗證。其次，石灰的效果受不同土壤類型、土壤酸化程度以及不同氣候的影響。因此，還需進行多年試驗明確不同石灰類物質對雙季稻產量和品質的影響。

4 結論

在酸性雙季稻田上，施用CaO、Ca (OH)2和CaCO3顯著提高了晚稻的產量和稻米品質，特別是加工和食味品質。但是，不同石灰類物質之間的效果較為一致。因此，施用適量的石灰類物質在改良土壤酸化的同時，有利于實現雙季優質稻豐產優質。