石膏用量對(duì)濱海鹽堿地水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

陳雨瓊 孟軼 徐志恒 都晗萌 戴其根 張洪程 廖萍

（江蘇省作物栽培生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部鹽堿土改良與利用（濱海鹽堿地）重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院/水稻產(chǎn)業(yè)工程技術(shù)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225009；第一作者:chenyq0518@163.com;*通信作者:p.liao@yzu.edu.cn）

土壤鹽堿化是全球性的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，不僅限制作物生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)構(gòu)成重大威脅[1]。全球約1.7 億hm2土地上種植了水稻，養(yǎng)活了世界50%以上的人口[2]。為了應(yīng)對(duì)快速增長(zhǎng)的人口，糧食需求日益增加，到2050 年水稻產(chǎn)量要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加大約28%才能滿(mǎn)足需求[3]。開(kāi)發(fā)利用鹽堿地種植水稻，可在一定程度上緩解人們對(duì)口糧的需求壓力，但隨著人民生活水平的不斷提高，優(yōu)質(zhì)稻米供應(yīng)還存在缺口[4]。因此，水稻栽培在協(xié)同提升產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)系上面臨著重大挑戰(zhàn)。

改良鹽堿地種植水稻是充分挖掘鹽堿地綜合利用潛力的可行性措施，對(duì)穩(wěn)定我國(guó)水稻種植面積及保障糧食安全具有重要意義[5]。石膏的主要成分是二水合硫酸鈣（CaSO4·2H2O），廣泛應(yīng)用于鹽堿地稻田土壤改良[6-7]。目前，石膏施用對(duì)鹽堿地土壤性狀和水稻產(chǎn)量的影響已開(kāi)展了大量試驗(yàn)。例如，KIM 等[8]通過(guò)10 年大田試驗(yàn)結(jié)果表明，石膏施用顯著降低了鹽堿土電導(dǎo)率和交換性Na+含量，長(zhǎng)期施用可以顯著提升土壤肥力。ABDUL等[9]發(fā)現(xiàn)，在不同程度鹽脅迫下，施用石膏均能提升水稻對(duì)土壤礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收利用率，進(jìn)而提高產(chǎn)量。杜三艷等[10]通過(guò)土柱淋洗試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)添加脫硫石膏能提高土壤的導(dǎo)水速率，改善土壤透氣性，降低土壤pH，最終提高水稻產(chǎn)量。

然而，前人的研究主要聚焦于施石膏對(duì)鹽堿地土壤性狀和水稻產(chǎn)量的影響，對(duì)稻米品質(zhì)的影響報(bào)道較少。為此，本文以江蘇濱海地區(qū)大面積種植的常規(guī)稻南粳9108 為試驗(yàn)材料，在濱海中度鹽堿地開(kāi)展田間試驗(yàn)，探究不同石膏用量對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期為我國(guó)濱海鹽堿地區(qū)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的協(xié)同提升提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況與材料

試驗(yàn)于2022 年在江蘇省鹽城市射陽(yáng)縣臨海鎮(zhèn)進(jìn)行。試驗(yàn)地前茬作物為小麥，土壤類(lèi)型為典型濱海鹽堿土（氯化鈉含量為0.3%左右），基礎(chǔ)土壤pH 9.1，有機(jī)質(zhì)15.1 g/kg，全氮0.4 g/kg，堿解氮30.8 mg/kg，速效磷18.4 g/kg，速效鉀176.4 mg/kg。試驗(yàn)品種為遲熟中粳稻南粳9108。尿素、過(guò)磷酸鈣和氯化鉀均為市售普通肥料。施用的石膏為脫硫石膏，購(gòu)自河北省友盛公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用單因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置4 個(gè)石膏施用量水平0 t/hm2（G0）、3 t/hm2（G3）、6 t/hm2（G6）、12 t/hm2（G12），3 次重復(fù)，小區(qū)面積30 m2。將石膏均勻撒在小區(qū)內(nèi)，隨后進(jìn)行翻耕。大田施肥量：純N 270 kg/hm2、P2O5180 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2。氮肥中基肥∶蘗肥∶穗肥∶粒肥=3∶3∶2∶2；磷肥作基肥一次性施用；鉀肥作基肥、穗肥等量施用。小區(qū)間做田埂以保證單獨(dú)排灌，田埂用塑料薄膜覆蓋防止竄水、竄肥。病蟲(chóng)草害防治及水分管理措施參照當(dāng)?shù)貫I海鹽堿稻田高產(chǎn)栽培模式進(jìn)行。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 產(chǎn)量

成熟期在每個(gè)小區(qū)選取100 穴調(diào)查有效穗數(shù)，再按照平均值選取5 穴調(diào)查每穗粒數(shù)。參考水漂法測(cè)定結(jié)實(shí)率，稻谷在烘干至含水率為14.5%時(shí)測(cè)定千粒重[11]。同時(shí)，每個(gè)小區(qū)收割10 m2測(cè)定實(shí)際產(chǎn)量。

1.3.2 加工、外觀和蒸煮食味品質(zhì)

各小區(qū)使用5 點(diǎn)取樣法，每點(diǎn)取5 穴水稻。水稻脫粒、曬干、風(fēng)選后，參照GB/T17891—2017《優(yōu)質(zhì)稻谷》測(cè)定稻谷糙米率、精米率、整精米率、精米長(zhǎng)寬比、堊白粒率、堊白度和直鏈淀粉含量。用全自動(dòng)凱氏定氮儀（KjeltecTM8400，F(xiàn)OSS）測(cè)定精米氮含量，然后以5.95的轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算蛋白質(zhì)含量[12]。食味值、外觀、硬度、粘度和平衡值參照Z(yǔ)HU 等[4]方法用食味儀（STA1A，日本佐竹公司）測(cè)定。

1.3.3 稻米R(shí)VA 譜

用快速黏度分析儀（Super 3，Newport Scientific）測(cè)定米粉的糊化特性，測(cè)定方法參照XIONG 等[13]，用其配套軟件TCW（Thermal Cycle for Windows）分析數(shù)據(jù)。稻米R(shí)VA 譜用峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度、崩解值和消減值等特征值表示，單位cP；糊化溫度單位℃。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析，使用LSD 在p<0.05 水平下進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)鹽堿地水稻產(chǎn)量的影響

由表1 可見(jiàn)，與不施石膏相比，施用石膏顯著增加了水稻產(chǎn)量（11.8%~30.6%），且產(chǎn)量隨石膏施用量的增加而增加。與不施石膏相比，有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)均隨石膏施用量的增加而增加。G12 處理的氮素吸收顯著高于其他處理，G3 和G6 處理與G0 處理間氮素吸收無(wú)顯著差異。各處理間的結(jié)實(shí)率和千粒重差異不顯著。

表1 石膏用量對(duì)鹽堿地水稻產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成和氮素吸收的影響

2.2 對(duì)鹽堿地稻米加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)的影響

由表2 可知，與其他處理相比，G12 處理的加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)表現(xiàn)最優(yōu)。在加工品質(zhì)方面，稻米的精米率和整精米率隨石膏施用量的提高而增加，G12 處理的精米率和整精米率較G0 處理增加2.7%和5.8%。在外觀品質(zhì)方面，施石膏顯著降低了稻米的堊白粒率和堊白度，且石膏施用量與堊白粒率和堊白度的降低量成正比，其中G12 處理的堊白粒率和堊白度較G0 處理分別降低24.0%和43.1%。施石膏不影響稻米的糙米率和長(zhǎng)寬比。

表2 石膏用量對(duì)鹽堿地稻米加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)的影響

2.3 對(duì)鹽堿地稻米蒸煮食味品質(zhì)的影響

由表3 可知，G6、G12 處理的食味品質(zhì)顯著優(yōu)于G0、G3 處理，G12 處理的食味值較G0 處理增加15.4%。G12 處理的膠稠度值顯著高于其他處理，比G0處理增加達(dá)15 cm。G6、G12 處理的直鏈淀粉含量顯著低于G3、G0 處理，各處理間蛋白質(zhì)含量沒(méi)有明顯差異。

表3 石膏用量對(duì)鹽堿地稻米蒸煮食味品質(zhì)的影響

2.4 對(duì)鹽堿地稻米R(shí)VA 譜特征值的影響

由表4 可知，石膏施用量越多，稻米熱漿黏度和最終黏度越低，G12 處理的熱漿黏度和最終黏度相比G0處理分別減少10.3%和7.4%。隨著石膏施用量的增加，稻米崩解值逐漸提升，G12 處理比G0 處理增加36.5%；而消減值逐漸下降。施用石膏對(duì)峰值黏度和糊化溫度均無(wú)顯著影響。

3 討論

3.1 石膏用量對(duì)鹽堿地水稻產(chǎn)量的影響

本研究表明，適當(dāng)增加石膏施用量可以提高水稻有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)，最終提高產(chǎn)量，且石膏施用量與水稻產(chǎn)量的增幅成正比。首先，鹽堿稻田通常含有大量的交換性Na+，易對(duì)植株造成鈉鹽脅迫，并對(duì)水稻產(chǎn)生毒害作用，降低水稻根系對(duì)N、P 和K 等礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收能力[14]。此外，土壤中較高的Na+濃度使得土壤溶液滲透壓高于水稻根部細(xì)胞滲透壓，導(dǎo)致胞間失水，抑制水稻根系生長(zhǎng)發(fā)育[6,15]。脫硫石膏作為鹽堿地土壤改良劑，施用后釋放出大量Ca2+，置換土壤膠體表面上的Na+，促使Na+形成中性鹽隨土壤溶液下滲遠(yuǎn)離耕層土壤，顯著降低耕層土壤鈉鹽的含量[9]。其次，施用石膏有利于增加土壤孔隙度，降低土壤容重，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提高通水透氣性，為水稻根系生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的環(huán)境[16]。再者，Ca2+是植物細(xì)胞壁的重要組成部分，具有調(diào)節(jié)膜透性和增強(qiáng)細(xì)胞壁強(qiáng)度的作用，脫硫石膏中充足的Ca2+供應(yīng)可以為其他營(yíng)養(yǎng)元素的運(yùn)輸創(chuàng)造有利條件，保證稻株生理代謝的正常運(yùn)行[17]。最后，S 不僅是植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一，還可以提高水稻對(duì)N、P、K、Zn 等基本營(yíng)養(yǎng)元素的吸收利用效率。同時(shí)，S 是形成胱氨酸、半胱氨酸等氨基酸的基礎(chǔ)元素，也是葉綠素形成的關(guān)鍵成分。石膏富含S 顯著提高植物葉綠素和脯氨酸的含量[18-19]。綜上，在鹽堿地稻田施用石膏能夠緩解水稻根系鹽脅迫，促進(jìn)水稻對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收，同時(shí)協(xié)調(diào)水稻葉片生理性狀，最終獲得高產(chǎn)。

3.2 石膏用量對(duì)鹽堿地稻米品質(zhì)的影響

本研究表明，與不施石膏相比，施用石膏顯著提高了稻米加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)，施用量越大提高越顯著。在蒸煮食味特性方面，施用石膏顯著提高了食味值和膠稠度，降低了直鏈淀粉含量，而對(duì)蛋白質(zhì)含量無(wú)顯著影響。此外，施用石膏顯著提高了水稻的糊化特性，且較高的施用量提升效果更顯著。稻米品質(zhì)不僅受遺傳基因調(diào)控，而且還受環(huán)境因素和農(nóng)藝栽培措施影響[20]。鹽脅迫降低籽粒中ADP-葡聚糖焦磷酸化酶和β-淀粉酶活性，這將抑制淀粉的合成[21]。淀粉積累的減少不僅降低水稻的加工品質(zhì)，而且顯著增加籽粒的堊白度和堊白粒率[22]。施用石膏可顯著緩解水稻受到的單鹽毒害和滲透脅迫，提高籽粒中淀粉合成相關(guān)酶活性，進(jìn)而提高稻米加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)。蒸煮食味品質(zhì)方面，前人研究表明，稻米的食味特性往往與膠稠度正相關(guān)，與直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量負(fù)相關(guān)[23]。直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量是影響稻米品質(zhì)的重要因素，協(xié)調(diào)二者的平衡關(guān)系是提高稻米食味品質(zhì)的關(guān)鍵[13]。與王靜等[24]研究結(jié)果相似，本試驗(yàn)中脫硫石膏顯著降低了水稻直鏈淀粉含量，但對(duì)蛋白質(zhì)含量無(wú)顯著影響。直鏈淀粉含量低的大米在蒸煮過(guò)程中更易膨脹，且冷卻后不易變硬[25]。因此，與不施石膏相比，G12 處理較低的直鏈淀粉含量在提高外觀、黏度、平衡度的同時(shí)顯著降低了硬度，進(jìn)而提高了稻米的食味值。RVA 譜可以模擬米飯的蒸煮過(guò)程，用來(lái)探究籽粒淀粉在糊化過(guò)程中黏性隨溫度和時(shí)間變化的規(guī)律[26]。優(yōu)質(zhì)食味粳稻往往擁有較高的崩解值和較低的消減值，這與本研究中施石膏后RVA 譜呈現(xiàn)的趨勢(shì)一致[23]。

4 結(jié)論

施用石膏顯著提高了鹽堿地水稻產(chǎn)量，其原因主要在于有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)的增加；施用石膏顯著提高了稻米的加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)和蒸煮食味品質(zhì)，同時(shí)改善了糊化特性。在0 t/hm2到12 t/hm2范圍內(nèi)，水稻產(chǎn)量和品質(zhì)對(duì)石膏的響應(yīng)隨著施用量的增加而增加。本研究結(jié)果可為濱海鹽堿地水稻豐產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。