石膏用量對濱海鹽堿地水稻產量和品質的影響

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實驗室/江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現代產業技術協同創新中心/農業農村部鹽堿土改良與利用（濱海鹽堿地）重點實驗室/揚州大學農學院/水稻產業工程技術研究院，江蘇 揚州 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環境問題，不僅限制作物生長發育，同時對農業可持續生產構成重大威脅[1]。全球約1.7 億hm2土地上種植了水稻，養活了世界50%以上的人口[2]。為了應對快速增長的人口，糧食需求日益增加，到2050 年水稻產量要在現有基礎上增加大約28%才能滿足需求[3]。開發利用鹽堿地種植水稻，可在一定程度上緩解人們對口糧的需求壓力，但隨著人民生活水平的不斷提高，優質稻米供應還存在缺口[4]。因此，水稻栽培在協同提升產量和品質的關系上面臨著重大挑戰。

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，對穩定我國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），廣泛應用于鹽堿地稻田土壤改良[6-7]。目前，石膏施用對鹽堿地土壤性狀和水稻產量的影響已開展了大量試驗。例如，KIM 等[8]通過10 年大田試驗結果表明，石膏施用顯著降低了鹽堿土電導率和交換性Na+含量，長期施用可以顯著提升土壤肥力。ABDUL等[9]發現，在不同程度鹽脅迫下，施用石膏均能提升水稻對土壤礦質養分的吸收利用率，進而提高產量。杜三艷等[10]通過土柱淋洗試驗，發現添加脫硫石膏能提高土壤的導水速率，改善土壤透氣性，降低土壤pH，最終提高水稻產量。

然而，前人的研究主要聚焦于施石膏對鹽堿地土壤性狀和水稻產量的影響，對稻米品質的影響報道較少。為此，本文以江蘇濱海地區大面積種植的常規稻南粳9108 為試驗材料，在濱海中度鹽堿地開展田間試驗，探究不同石膏用量對水稻產量和品質的影響，以期為我國濱海鹽堿地區水稻產量和品質的協同提升提供理論基礎和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況與材料

試驗于2022 年在江蘇省鹽城市射陽縣臨海鎮進行。試驗地前茬作物為小麥，土壤類型為典型濱海鹽堿土（氯化鈉含量為0.3%左右），基礎土壤pH 9.1，有機質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。試驗品種為遲熟中粳稻南粳9108。尿素、過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，購自河北省友盛公司。

1.2 試驗設計

采用單因素隨機區組試驗設計，設置4 個石膏施用量水平0 t/hm2（G0）、3 t/hm2（G3）、6 t/hm2（G6）、12 t/hm2（G12），3 次重復，小區面積30 m2。將石膏均勻撒在小區內，隨后進行翻耕。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。小區間做田埂以保證單獨排灌，田埂用塑料薄膜覆蓋防止竄水、竄肥。病蟲草害防治及水分管理措施參照當地濱海鹽堿稻田高產栽培模式進行。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 產量

成熟期在每個小區選取100 穴調查有效穗數，再按照平均值選取5 穴調查每穗粒數。參考水漂法測定結實率，稻谷在烘干至含水率為14.5%時測定千粒重[11]。同時，每個小區收割10 m2測定實際產量。

1.3.2 加工、外觀和蒸煮食味品質

各小區使用5 點取樣法，每點取5 穴水稻。水稻脫粒、曬干、風選后，參照GB/T17891—2017《優質稻谷》測定稻谷糙米率、精米率、整精米率、精米長寬比、堊白粒率、堊白度和直鏈淀粉含量。用全自動凱氏定氮儀（KjeltecTM8400，FOSS）測定精米氮含量，然后以5.95的轉換系數計算蛋白質含量[12]。食味值、外觀、硬度、粘度和平衡值參照ZHU 等[4]方法用食味儀（STA1A，日本佐竹公司）測定。

1.3.3 稻米RVA 譜

用快速黏度分析儀（Super 3，Newport Scientific）測定米粉的糊化特性，測定方法參照XIONG 等[13]，用其配套軟件TCW（Thermal Cycle for Windows）分析數據。稻米RVA 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 統計分析

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

2 結果與分析

2.1 對鹽堿地水稻產量的影響

由表1 可見，與不施石膏相比，施用石膏顯著增加了水稻產量（11.8%~30.6%），且產量隨石膏施用量的增加而增加。與不施石膏相比，有效穗數和每穗粒數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 處理間氮素吸收無顯著差異。各處理間的結實率和千粒重差異不顯著。

表1 石膏用量對鹽堿地水稻產量、產量構成和氮素吸收的影響

2.2 對鹽堿地稻米加工品質和外觀品質的影響

由表2 可知，與其他處理相比，G12 處理的加工品質和外觀品質表現最優。在加工品質方面，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寬比。

表2 石膏用量對鹽堿地稻米加工品質和外觀品質的影響

2.3 對鹽堿地稻米蒸煮食味品質的影響

由表3 可知，G6、G12 處理的食味品質顯著優于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，各處理間蛋白質含量沒有明顯差異。

表3 石膏用量對鹽堿地稻米蒸煮食味品質的影響

2.4 對鹽堿地稻米RVA 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。施用石膏對峰值黏度和糊化溫度均無顯著影響。

3 討論

3.1 石膏用量對鹽堿地水稻產量的影響

本研究表明，適當增加石膏施用量可以提高水稻有效穗數和每穗粒數，最終提高產量，且石膏施用量與水稻產量的增幅成正比。首先，鹽堿稻田通常含有大量的交換性Na+，易對植株造成鈉鹽脅迫，并對水稻產生毒害作用，降低水稻根系對N、P 和K 等礦質養分的吸收能力[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胞滲透壓，導致胞間失水，抑制水稻根系生長發育[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，改善土壤團粒結構，提高通水透氣性，為水稻根系生長創造良好的環境[16]。再者，Ca2+是植物細胞壁的重要組成部分，具有調節膜透性和增強細胞壁強度的作用，脫硫石膏中充足的Ca2+供應可以為其他營養元素的運輸創造有利條件，保證稻株生理代謝的正常運行[17]。最后，S 不僅是植物生長所必需的營養元素之一，還可以提高水稻對N、P、K、Zn 等基本營養元素的吸收利用效率。同時，S 是形成胱氨酸、半胱氨酸等氨基酸的基礎元素，也是葉綠素形成的關鍵成分。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，促進水稻對礦質養分的吸收，同時協調水稻葉片生理性狀，最終獲得高產。

3.2 石膏用量對鹽堿地稻米品質的影響

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和外觀品質，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，而對蛋白質含量無顯著影響。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。稻米品質不僅受遺傳基因調控，而且還受環境因素和農藝栽培措施影響[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，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酶活性，進而提高稻米加工品質和外觀品質。蒸煮食味品質方面，前人研究表明，稻米的食味特性往往與膠稠度正相關，與直鏈淀粉含量和蛋白質含量負相關[23]。直鏈淀粉和蛋白質含量是影響稻米品質的重要因素，協調二者的平衡關系是提高稻米食味品質的關鍵[13]。與王靜等[24]研究結果相似，本試驗中脫硫石膏顯著降低了水稻直鏈淀粉含量，但對蛋白質含量無顯著影響。直鏈淀粉含量低的大米在蒸煮過程中更易膨脹，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、平衡度的同時顯著降低了硬度，進而提高了稻米的食味值。RVA 譜可以模擬米飯的蒸煮過程，用來探究籽粒淀粉在糊化過程中黏性隨溫度和時間變化的規律[26]。優質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 譜呈現的趨勢一致[23]。

4 結論

施用石膏顯著提高了鹽堿地水稻產量，其原因主要在于有效穗數和每穗粒數的增加；施用石膏顯著提高了稻米的加工品質、外觀品質和蒸煮食味品質，同時改善了糊化特性。在0 t/hm2到12 t/hm2范圍內，水稻產量和品質對石膏的響應隨著施用量的增加而增加。本研究結果可為濱海鹽堿地水稻豐產和優質栽培提供理論依據和技術支撐。