地膜覆蓋與肥料種類對寒地水稻產量和品質的影響

付旭坤 劉寶龍 高大鵬 劉月月 關政聞 張興方郭麗穎 邵璽文 耿艷秋*

(1.吉林農業大學 農學院，長春 130118；2.長春市九臺區農業技術推廣中心，長春130500)

水稻是我國主要的糧食作物之一，其產量直接影響到我國的糧食安全和社會穩定[1]。隨著人民生活水平的提高，我國水稻種植已逐步實現從以往只追求高產的單一目標，到稻米高產與優質品質相結合的轉變[2]。東北地區由于其獨特的地域優勢，保證了東北大米獨有的高品質和豐富的營養物質[3]。但東北地區又是低溫冷害經常發生的地區，對水稻的種植極為不利，因此研究東北地區水稻的栽培措施，尤其是對低溫冷害的預防和抵抗，對于我國優質大米的供應具有重要意義。水稻的產量和品質除受遺傳基因和環境影響外，還與水稻的栽培方式有很大關系，如覆膜對水稻產量的影響較為明顯[4]。地膜覆蓋技術因具有增溫、保肥、抑制雜草生長和提高土壤速效養分的含量等作用，已經廣泛應用于水稻、小麥和大豆等作物[5-7]。自1978年引進地膜覆蓋技術以來，我國在農業生產和科研工作方面不斷深入研究，為提高作物生產效益提供了豐富的理論依據[8-12]。

肥料施用是一種影響水稻產量和稻米品質的有效栽培措施。肥料施用能協調水稻的生長發育，提高產量及改善品質，改良水稻生產中因大量使用化肥導致的土壤板結[13-15]。肥料是植物生長發育吸收養分的主要來源。而化肥能夠在短時間內快速為植物提供所需的養分，促進植物的生長，提高作物的產量，但長期使用化肥又會導致土壤肥力下降、土壤板結和土壤污染等問題，限制植物的生長，導致植物的產量降低；有機肥在為植物提供豐富營養元素的同時，還具有肥效長的優點，為土壤增加有機質含量，為植物提供良好的生長環境，對農業綠色可持續發展具有重要的意義[16-18]。

地膜覆蓋與肥料施用對水稻的產量和品質的形成都具有積極作用[19-20]，但目前有關二者對稻米產量與品質形成效應方面的研究鮮見報道。因此，本試驗以‘吉農大738’和‘吉粳525’為供試材料，于吉林省長春市九臺區進行大田試驗，測定水稻的產量、收獲指數和品質等指標，旨在探究地膜覆蓋與肥料種類對水稻產量與稻米品質形成產生的效應，以期為水稻綠色優質高效生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以粳稻品種‘吉農大738’和‘吉粳525’為供試材料，‘吉農大738’的生育期約141 d，需≥10 ℃活動積溫2 820 ℃左右，米質符合《優質稻谷國家標準》[21]三等食用粳稻的要求；‘吉粳525’的生育期約142 d，需≥10 ℃活動積溫2 850 ℃左右，米質符合一等食用粳稻品種品質規定[21]要求。

1.2 試驗地概況

試驗于2020年在吉林省長春市九臺區九郊鄉聶家村(44°14′ N, 125°83′ E)進行。試驗地年平均氣溫4.7 ℃，年降雨量557 mm。試驗地土壤為黑鈣土，有機質含量21.56 g/kg、全氮含量1.15 g/kg、全磷含量0.82 g/kg、堿解氮61.25 mg/kg和速效磷15.28 mg/kg。

1.3 試驗設計

設置2種栽培模式：地膜覆蓋(M)和露地(NM)栽培模式；2種肥料種類：有機肥(F0)和化肥(F1)，試驗采用隨機區組試驗設計，每個處理3次重復，共計24個小區。小區面積550 m2，不同處理間用塑料薄膜包埂隔開，保證各小區單獨排灌，防止串肥。

各小區施N 150 kg/hm2、P2O5100 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2，該氮肥、磷肥和鉀肥的用量為當地水稻常規肥料使用量，化肥處理采用尿素(N的質量分數為46.4%)、過磷酸鈣(P2O5的質量分數為12.0%)、硫酸鉀(K2O的質量分數為50.0%)；有機肥處理中有機肥(11%高氮活性有機肥料-清大元農，北京清大元農生物科技有限公司)中氮、磷、鉀的質量分數分別為5%、3%和3%，施肥量以K肥為計算單位，不足部分以尿素和過磷酸鈣補足。常規處理采用正常追肥，有機肥按w基肥∶w蘗肥∶w穗肥=4∶3∶3的比例分批施入；化肥中氮肥w基肥∶w蘗肥∶w穗肥=4∶3∶3的比例分批施入，磷肥作底肥施入，鉀肥按w底肥∶w穗肥=1∶1施入，地膜覆蓋處理一次性施入不進行追肥。

2020年5月11日播種，5月23日移栽，10月7日收獲，種植行距30 cm，穴距16.5 cm，每穴插秧3個基本苗。移栽后及時查缺補漏，其他管理方式與大田生產一致。

1.4 測定項目及方法

1.4.1產量和收獲指數測定

成熟期每小區取5 m2水稻測定實際產量，重復3次。根據調查的1 m2水稻的莖蘗數，選取9穴代表性植株進行室內考種，測定水稻的產量、每穗粒數和千粒重等指標。

1.4.2群體干物質積累量和收獲指數

分別于拔節期、抽穗期、灌漿期和成熟期(生理成熟期)，按照每小區平均莖蘗數選取具有代表性植株6穴，于105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒重，測定地上干物質積累量。收獲時，按平均莖蘗數選取6穴植株，自然狀態下風干，按器官稱重及計算植株收獲指數。

1.4.3稻米品質測定

將收獲的水稻進行脫粒，曬干室內儲存3個月，參考國家標準GB/T 17891—2017《優質稻谷》[21]測定稻米的加工品質、外觀品質、蒸煮食味品質和營養品質等主要指標。

1.4.4稻米淀粉黏滯特性

采用Super 3型RVA快速黏度分析儀(Newport Scientific，澳大利亞)測定淀粉黏滯特性，用配套軟件TWC分析稻米淀粉粘滯特性[22]。

1.5 數據分析

用軟件Microsoft Excel 2010和SPSS 25.0進行數據處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同栽培模式對水稻產量及構成因素的影響

由表1可知，相同肥料條件下，地膜覆蓋均提高2個品種的水稻產量，且增產幅度存在差異。在不同肥料種類下，地膜覆蓋處理的‘吉農大738’和‘吉粳525’水稻分別比露地的增產7.40%(F0)、3.30%(F1)和1.39%(F0)、2.98%(F1)。在不同地膜覆蓋處理下，F1的‘吉農大738’和‘吉粳525’產量分別比F0提高26.44%(NM)、21.62%(M)和23.19%(NM)、25.13%(M)。

相同覆膜條件下，化肥的施用顯著提高2個品種的每穗粒數，并降低結實率，其中‘吉農大738’的結實率顯著低于化肥施用處理。在不同地膜覆蓋處理下，F1的‘吉農大738’和‘吉粳525’每穗粒數分別較F0提高45.70%(NM)、27.29%(M)和11.61%(NM)、27.23%(M)；結實率分別降低20.54%(NM)、10.55%(M)和2.48%(NM)、3.80%(M)。由此可見，地膜覆蓋(M)可提高水稻的有效穗數和產量，但降低了千粒重；化肥的施用提高了有效穗數、每穗粒數和產量，但降低了F1結實率和千粒重。

2.2 不同栽培模式對水稻的群體干物質積累量、總生物量及收獲指數的影響

由表2可知，相同肥料條件下，地膜覆蓋處理提高2個品種水稻的拔節期至成熟期的群體干物質積累量，其中抽穗期差異顯著。在不同肥料種類下，地膜覆蓋處理的‘吉農大738’和‘吉粳525’抽穗期群體干物質積累量分別比露地處理提高25.06%(F0)、6.57%(F1)和9.60%(F0)、24.63%(F1)。相同肥料種類下，地膜覆蓋均提高了2個品種水稻的收獲指數，其中施用有機肥可顯著提高收獲指數。

相同覆膜條件下，化肥的施用顯著提高了2個品種水稻的拔節期至成熟期的群體干物質積累量。在不同地膜覆蓋處理下，F1處理的‘吉農大738’和‘吉粳525’抽穗期的群體干物質積累量分別比F0處理提高70.86%(NM)、45.59%(M)和40.72%(NM)、60.01%(M)。相同覆膜條件下，F0較F1顯著提高了2個水稻品種的收獲指數，但顯著降低了生物量。綜上所述，地膜覆蓋(M)提高了水稻在拔節期至成熟期的干物質積累量和收獲指數；施用有機肥(F0)提高了收獲指數，降低了拔節期至成熟期的群體干物質積累量。

2.3 不同栽培模式對水稻品質的影響

2.3.1加工品質、蒸煮食味品質和營養品質

由表3可見，在不同肥料種類下，覆膜處理的‘吉農大738’和‘吉粳525’的糙米率分別比露地處理提高2.49%(F0)、1.07%(F1)和1.24%(F0)、2.84%(F1)，精米率分別提高1.68%(F0)、1.11%(F1)和1.72%(F0)、1.74%(F1)；蛋白質含量分別提高17.11%(F0)、13.86%(F1)和20.81%(F0)、9.34%(F1)。相同肥料條件下，地膜(M)覆蓋顯著提高了‘吉農大738’和‘吉粳525’的糙米率、精米率和蛋白質含量。

在不同地膜覆蓋處理下，F1的‘吉農大738’和‘吉粳525’稻米的糙米率分別較F0提高2.42%(NM)、1.00%(M)和1.68%(NM)、3.28%(M)；精米率分別提高1.88%(NM)、1.31%(M)和2.27%(NM)、2.29%(M)。在不同地膜覆蓋處理下，F0處理的‘吉農大738’和‘吉粳525’稻米蛋白質含量分別較F1處理提高26.38%(NM)、13.86%(M)和20.81%(NM)、9.34%(M)。相同覆膜條件下，化肥的施用顯著提高2個品種稻米的糙米率和精米率；有機肥的施用顯著提高2個品種稻米的蛋白質含量。由此可見，地膜覆蓋(M)改善了稻米的加工品質和營養品質；而有機肥的施用提高了稻米的營養品質和食味品質。

2.3.2外觀品質

由表4可知，2個品種施用有機肥下的覆膜處理(M)的堊白粒率和堊白度均低于露地處理(NM)，而施用化肥處理均高于露地處理(NM)，其中‘吉農大738’的堊白粒率在2種肥料種類下覆膜處理(M)與露地處理(NM)的差異均達顯著水平。

覆膜條件下，F1處理較F0處理顯著提高2個品種稻米的堊白粒率和堊白度。綜上所述，在有機肥(F0)條件下，地膜覆蓋(M)降低了稻米的堊白粒率和堊白度，改善了外觀品質，在化肥條件(F1)下則表現相反的效應；有機肥(F0)的施用降低了堊白粒率和堊白度，改善了外觀品質。

2.3.3稻米淀粉RVA譜特征值

由表5可知，相同肥料條件下，地膜覆蓋處理(M)較露地處理(NM)降低了2個品種稻米的熱漿黏度、最終黏度和消減值。施用有機肥條件下，覆膜處理(M)的稻米峰值黏度和崩解值均高于露地處理(NM)；而施用化肥則相反。

相同覆膜處理下，有機肥處理(F0)較化肥處理(F1)均提高2個品種稻米的峰值黏度、熱漿黏度(除‘吉農大738’覆膜處理)、崩解值、消減值和回復值。地膜覆蓋條件(M)下，2個品種的稻米峰值黏度、崩解值和回復值均差異顯著。由此可見，在有機肥條件下，地膜覆蓋(M)有利于增大稻米的峰值黏度和崩解值、降低消減值，改善稻米的淀粉RVA譜特征值；有機肥的施用(F0)有利于增大稻米的峰值黏度、最終黏度、崩解值和回復值，改善稻米的淀粉RVA譜特征值。

3 討 論

3.1 地膜覆蓋對水稻的干物質積累量、產量及構成因素和收獲指數的影響

2010—2020年，不同地區研究地膜覆蓋對水稻產量及構成因素的試驗結果不盡相同，這可能與當地氣候、種植方式、品種和栽培密度等方式有關[23-26]。胡國輝等[27]認為水稻增產的主要原因是地膜覆蓋在水稻分蘗前期顯著提高地溫，促進了水稻的分蘗，為有效穗數的增加打下了基礎，進而提高了產量。Zhang等[28]研究發現，地膜覆蓋處理提高了水稻中后期土壤的養分供應，顯著增加了水稻的每穗粒數和粒重，進而提高了產量。本研究發現地膜覆蓋處理的表現出增產效果，從產量構成因素上分析，其增產的主要原因是提高了水稻的有效穗數(表1)，與Guo等[29]研究的結果相符。其原因可能是東北地區的水稻生育期前期溫度低，地膜覆蓋能緩解低溫對水稻造成的不良影響[28,30]，促進水稻早期分蘗的形成，進而提高有效穗數和產量。水稻的產量主要來源于干物質的積累以及同化產物在籽粒和營養器官的分配比例[31]。本研究結果發現，地膜覆蓋提高了水稻的收獲指數及拔節期至抽穗期的干物質積累量。這可能是地膜覆蓋有利于水稻的根系的生長，促進了水稻的營養生長，提高了植株的干物質積累[32-33]，增加了收獲指數[34]。

3.2 肥料種類對水稻的干物質積累量、產量及構成因素和收獲指數的影響

不同種類肥料的施用對水稻增產效果不同[35-36]。關于有機肥施用對水稻產量的影響，劉江紅等[37]研究發現，與化肥處理相比，有機肥處理可顯著降低有效穗數、每穗粒數和千粒重，從而降低產量。本研究結果表明，2個品種化肥處理的產量均高于有機肥處理，產量構成因素表現為化肥處理較有機肥處理顯著提高水稻的有效穗數和每穗粒數，相應地降低了結實率和千粒重，原因可能是施用化肥能滿足水稻前期分蘗發生所需要的速效養分，促進水稻分蘗的發生，保證了有效穗數；在水稻生育后期，由于有機肥肥效的持續釋放，可滿足水稻結實期的養分需求，提高籽粒灌漿速率，進而提高了水稻的結實率和千粒重。此外，本研究發現化肥的施用能顯著提高水稻的干物質積累量，這與陳愷林等[38]的研究結果相符。

3.3 地膜覆蓋對稻米品質的影響

稻米品質受多種因素的影響，不僅取決于水稻品種、栽培方式、土壤類型還與試驗區域的氣候有關，其中肥料種類和覆膜情況對稻米品質的影響十分明顯[39-43]。稻米品質各指標之間有著復雜的聯系，目前有關稻米品質的研究結果不盡相同，還需進一步的試驗加以驗證[44-46]。胡國輝等[27]研究發現北方水稻覆膜處理顯著提高了稻米糙米率和精米率；另有研究表明，旱作覆膜水稻的糙米率、精米率及整精米率較旱作不覆膜水稻也有提高[47]。本研究發現，相同肥料種類條件下，地膜覆蓋顯著提高了2個品種的糙米率和精米率，且對整精米率也有一定提高。有研究表明，覆膜處理提高了稻米的堊白粒率和堊白度，使外觀品質變劣[48]。本研究結果表明，地膜覆蓋顯著提高了蛋白質含量；在有機肥條件下降低了堊白粒率和堊白度，在施用化肥的處理中則表現為提高。堊白的形成主要是因為水稻在灌漿期營養供給的不足，進而導致籽粒中淀粉和蛋白質含量降低[49-50]。本研究結果表明，地膜覆蓋對稻米的堊白粒率和堊白度的影響與施入的肥料種類有關，原因可能是有機肥可以提供水稻生育中后期的氮素供應，而地膜覆蓋可以促進有機肥在水稻生育后期氮素的釋放[51]，從而滿足水稻灌漿期所需的氮素；化肥為水稻前期提供了大量的速效養分，而地膜覆蓋加速了水稻對養分的吸收，加劇了水稻灌漿期的養分虧缺。

蔡一霞等[52]研究發現，食味性越好的稻米往往表現為，峰值黏度和崩解值都較大，熱漿黏度、最終黏度和消減值越小。張自常等[48]研究發現，覆膜處理較露地處理增加了稻米的峰值黏度和崩解值，降低了熱漿黏度、最終黏度和消減值。本研究結果發現，地膜覆蓋(M)降低了2個品種稻米的熱漿黏度、最終黏度和消減值；在有機肥條件(F0)下提高了峰值黏度和崩解值，化肥條件(F1)下表現出相反的趨勢。這些結果說明，地膜覆蓋改善稻米的食味性的程度還與施入的肥料種類有關，但對稻米品質影響的機理尚不清楚，因此有待進一步研究覆膜引起土壤水肥變化對水稻生長以及對稻米品質影響的機制。

3.4 肥料種類對稻米品質的影響

有機肥作為一種緩效性肥料，富含多種養分，有機肥的施用，不僅能維持作物的產量，而且具有改善品質的作用[53-58]。周江明等[59]研究表明，有機肥處理較化肥處理降低了糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白度和直鏈淀粉含量，提高了蛋白質含量。孟琳等[60]研究發現，有機肥替代化肥，主要是改善了氮素的供給過程，避免了前期過多的無機氮從土壤中揮發損失，為水稻生長后期持續供應養分，改善稻米品質。本研究結果顯示，有機肥的施用降低了水稻的糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率和堊白度，提高了直鏈淀粉含量、食味值和蛋白質含量，但改善了外觀品質、營養品質和食味品質。淀粉RVA譜特征值是衡量稻米品質的重要參考標準，一般食味性好的稻米往往表現為，峰值黏度高和崩解值大，熱漿黏度、消減值和最終黏度小[61]。張欣等[62]研究發現，有機肥處理較常規處理提高了峰值黏度、熱漿黏度、崩解值和最終黏度，降低了消減值。李書先等[63]的研究表明，PASP尿素(環境友好型肥料)1次施肥處理較2次施肥處理提高了峰值黏度、熱漿黏度和崩解值，降低了消減值。本研究發現，有機肥的施用(F0)提高了‘吉農大738’和‘吉粳525’的峰值黏度、熱漿黏度、崩解值和消減值。綜上，延緩肥效可以為水稻中后期提供所需的氮素，滿足水稻生長發育所需的營養需求，進而影響稻米淀粉RVA譜特征值[64]。

4 結 論

本研究結果表明，在東北高寒地區，地膜覆蓋提高了水稻的干物質積累量，可增產1.39%～7.40%，改善了稻米的加工品質、營養品質及RVA譜特征值；施用化肥處理可增產21.62%～26.44%，有機肥的施用改善了稻米的的外觀品質、營養品質、食味品質和RVA譜特征值。地膜覆蓋配合施用有機肥在保證水稻產量的同時，也改善了稻米的加工品質、外觀品質、營養品質和食味品質，且RVA譜各項指標綜合表現較優。