孕穗-抽穗期高溫下有機(jī)肥配合氮肥調(diào)控對(duì)糯稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

王保君，程旺大，沈亞強(qiáng)，陳貴，張紅梅*

(1.嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 生態(tài)環(huán)境研究所，浙江 嘉興 314016；2.嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 生物技術(shù)研究所，浙江 嘉興 314016)

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)第六次評(píng)估報(bào)告《綜合報(bào)告》表明，一個(gè)多世紀(jì)以來，全球升溫比工業(yè)化前水平高出1.1 ℃。這不僅加劇了極端天氣事件的頻發(fā)，而且對(duì)國家糧食安全造成一定程度威脅[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年夏季局域性高溫事件綜合強(qiáng)度達(dá)到1961年完整氣象觀測(cè)記錄以來最強(qiáng)[2]。糯稻是水稻黏性變種，近幾年來隨著市場(chǎng)需求的增加，其種植規(guī)模也在不斷擴(kuò)大[3]。浙北地區(qū)糯稻孕穗至抽穗期往往在7—8月份盛夏高溫季節(jié)[4]，也是水稻生長受高溫危害最為集中、敏感的時(shí)期[5-6]，如果該階段遭受高溫，勢(shì)必對(duì)糯稻產(chǎn)量和品質(zhì)形成一定程度的影響。

有機(jī)肥富含大量的有機(jī)質(zhì)、微生物和營養(yǎng)物質(zhì)，對(duì)增強(qiáng)作物免疫力，增加作物抗逆性，增加作物產(chǎn)量和改善品質(zhì)均具有重要的意義。合理地施用有機(jī)肥和氮肥是緩解水稻高溫?zé)岷Φ挠行г耘啻胧┲籟7]。王文婷等[2]研究表明，增施肥料能夠有效緩解花期高溫對(duì)水稻結(jié)實(shí)率及千粒重的影響；趙決建等[8]研究表明，氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)施肥比例為1.00∶1.23～2.27∶1.61～3.00抗高溫?zé)岷δ芰︼@著提高。目前，有關(guān)水稻高溫?zé)岷ρ芯恐饕杏趯?duì)人工氣候室的研究[9-10]，本研究結(jié)合2022年浙江省極端高溫天氣情況，通過大田試驗(yàn)，研究糯稻孕穗-抽穗期高溫下有機(jī)肥還田配合氮肥運(yùn)籌對(duì)其產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，旨在為浙北水稻安全生產(chǎn)提供一定的技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)園區(qū)(30°49′58″N，120°42′58″E)，該試驗(yàn)區(qū)域地屬東亞季風(fēng)氣候，2018—2022年均氣溫為17.29 ℃，常年年平均降水量為1 193.3 mm，年均日照時(shí)間1 920.1 h，無霜期為243 d。試驗(yàn)園區(qū)內(nèi)0～20 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量為33.30 g·kg-1、全氮含量為2.10 g·kg-1、速效磷含量為6.53 mg·kg-1、速效鉀含量150 mg·kg-1、銨態(tài)氮含量14.02 mg·kg-1，硝態(tài)氮含量為5.33 mg·kg-1，pH值6.82。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與大田管理

本試驗(yàn)于2022年5—12月進(jìn)行，供試糯稻品種為祥湖13，當(dāng)水稻葉齡為5葉時(shí)，于2022年6月23日進(jìn)行人工移栽，行株距為25 cm×16.7 cm，每穴2株。水稻移栽前1 d施用有機(jī)肥7 500 kg·hm-2。試驗(yàn)氮肥運(yùn)籌設(shè)置3個(gè)處理：CK，常規(guī)施肥(基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶3∶3)；T-CK，蘗肥前移(基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶2∶3)；P-CK，穗肥前移(基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶3∶2)，氮肥總用量為168 kg·hm-2，其中基肥在水稻移栽前1 d施用，分蘗肥于2023年7月4日施入，穗肥于2023年7月27日施入。各處理按隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，共9個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為20 m2，不同處理之間做田埂隔離，田埂用塑料薄膜包裹，防止水肥互串。磷、鉀肥全部作基肥，施用量分別為：45 kg·hm-2(以P2O5計(jì))、135 kg·hm-2(以K2O計(jì))。田間病蟲草害防治、水漿管理同當(dāng)?shù)靥镩g管理水平一致。

1.3 相關(guān)指標(biāo)測(cè)定和計(jì)算方法

1.3.1 生育時(shí)期

記載水稻的播種期、移栽期、抽穗期(小區(qū)50%的水稻植株開始抽穗)、齊穗期(小區(qū)80%的水稻植株開始抽穗)和成熟期。

1.3.2 氣象數(shù)據(jù)

2022年的氣象數(shù)據(jù)(最低溫度和最高溫度)由浙江省嘉興市氣象局提供。水稻高溫?zé)岷?qiáng)度，采用危害熱積溫法計(jì)算。

1.3.3 水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測(cè)定

在水稻收獲前1 d，采用五點(diǎn)取樣法，每個(gè)小區(qū)調(diào)查20穴水稻植株，統(tǒng)計(jì)小區(qū)水稻有效穗數(shù)。割取有代表性的3穴水稻，室內(nèi)考查水稻穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等指標(biāo)，并計(jì)算每個(gè)小區(qū)水稻理論產(chǎn)量。水稻收獲時(shí)，各小區(qū)單獨(dú)收割脫粒曬干，進(jìn)行測(cè)產(chǎn)。

1.3.4 水稻米質(zhì)測(cè)定

各小區(qū)水稻收割后，儲(chǔ)藏3個(gè)月，送至農(nóng)業(yè)農(nóng)村部稻米及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(杭州)進(jìn)行稻谷米質(zhì)檢測(cè)，其中，糙米率、精米率、膠稠度按照農(nóng)業(yè)農(nóng)村部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 83—2017檢測(cè)，整精米率按照農(nóng)業(yè)農(nóng)村部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2334—2013進(jìn)行檢測(cè)，糯米的直鏈淀粉含量按照農(nóng)業(yè)農(nóng)村部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2639—2014檢測(cè)，糯米蛋白質(zhì)含量按照農(nóng)業(yè)農(nóng)村部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2007—2011檢測(cè)，食味品質(zhì)按照GB/T 15682—2008進(jìn)行檢測(cè)。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)，用Microsoft Office Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)輔助處理和制表，用Origin 2021進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 抽穗前15 d氣溫變化及危害熱積溫

如圖1可知，糯稻抽穗前15 d最高氣溫維持在30～40 ℃；最低氣溫維持在24～29 ℃；日較差維持在4～13 ℃。其中，最高氣溫達(dá)到35 ℃以上的天數(shù)有13 d，最高氣溫連續(xù)超35 ℃的天數(shù)為12 d，危害熱積溫為36 ℃，熱害強(qiáng)度等級(jí)為重度。

圖1 抽穗前15 d氣溫變化及危害熱積溫Fig.1 Temperature changes and harmful heat accumulation during the 15 days before heading

2.2 對(duì)糯稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1可知，T-CK的穗粒數(shù)較CK、P-CK處理分別顯著增加了8.80%、9.23%；P-CK的結(jié)實(shí)率較T-CK顯著增加了9.00%。同CK相比，P-CK的穗數(shù)、穗粒數(shù)、實(shí)際產(chǎn)量分別降低了2.52%、0.40%、0.12%，差異不顯著，P-CK的千粒重和結(jié)實(shí)率分別增加了2.79%、4.30%，差異不顯著；T-CK的穗數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率分別降低了2.21%、1.13%、4.31%，差異不顯著，T-CK的實(shí)際產(chǎn)量增加了2.60%，差異不顯著。

表1 不同處理對(duì)糯稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 1 Effects of different treatments on glutinous rice yield and its component

2.3 對(duì)糯稻稻米品質(zhì)的影響

由表2可知，同CK相比，T-CK的糯稻直鏈淀粉含量顯著降低了50%，且顯著低于P-CK處理。同CK相比，P-CK的糯稻蛋白質(zhì)含量顯著降低了2.10%，且顯著低于T-CK處理。在食味感官評(píng)分方面，P-CK的糯稻食味感官評(píng)分最高，比CK、T-CK處理分別高1.16%和0.58%。

表2 不同處理對(duì)糯稻稻米品質(zhì)的影響Table 2 Effects of different treatments on the quality of glutinous rice

2.4 對(duì)糯稻熱害損失率的影響

由圖2可知，同CK相比，T-CK的糯稻熱害損失率增加，但差異不顯著；P-CK的糯稻熱害損失率降低，但差異不顯著。此外，同T-CK相比，P-CK的糯稻熱害損失率顯著降低。

柱上無相同小寫字母表示處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。圖2 不同處理對(duì)糯稻熱害損失率的影響Fig.2 Effect of different treatments on the heat damage loss rate of glutinous rice

2.5 相關(guān)性分析

相關(guān)性分析(表3)表明，糯稻熱害損失率與糯稻結(jié)實(shí)率呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，糯稻熱害損失率與整精米率、直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量、膠稠度、穗粒數(shù)、千粒重和實(shí)際產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)均超0.85以上，但均無顯著相關(guān)性。

表3 糯稻產(chǎn)量和米質(zhì)指標(biāo)與熱害損失率的相關(guān)分析Table 3 Correlation analysis between yield and quality indicators of glutinous rice and heat damage loss rate

3 討論

水稻孕穗-開花期和灌漿期高溫已經(jīng)成為制約水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素之一[11]。有機(jī)肥配合氮肥運(yùn)籌作為水稻生產(chǎn)重要的管理措施，對(duì)提高水稻抗逆性，促進(jìn)水稻增產(chǎn)、改善米質(zhì)均具有重要現(xiàn)實(shí)意義[7]。相關(guān)研究[12]表明，水稻孕穗期在35 ℃以上的高溫環(huán)境下穗器官發(fā)育不良，穗莖節(jié)伸長受限，花器官發(fā)育畸形，造成水稻穗粒數(shù)下降。韓展譽(yù)等[13]研究表明，高溫條件下，增施穗肥可以增加水稻穗粒數(shù)和水稻結(jié)實(shí)率。段驊等[14]進(jìn)一步研究表明，在高溫脅迫下，穗肥施用中、高氮可以顯著增加水稻穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率。本研究表明，在水稻孕穗-抽穗期高溫條件下，有機(jī)肥配合氮肥分蘗肥前移可以增加水稻穗粒數(shù)，但是結(jié)實(shí)率低于有機(jī)肥配合氮肥穗肥前移處理。水稻第2次枝梗和穎花原基分化期(幼穗分化3期)是水稻粒數(shù)快速增加的重要時(shí)期[15]，有機(jī)肥配合氮肥分蘗肥前移促進(jìn)水稻幼穗分化前期發(fā)育，但是在幼穗分化中后期，特別是花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂期(幼穗分化6期)是水稻枝梗和穎花易發(fā)生死亡或退化的關(guān)鍵時(shí)期[15]，由于持續(xù)高溫?zé)岷赡茉斐煽諝ぴ黾樱瑢?dǎo)致水稻結(jié)實(shí)率下降[16-17]。

氮肥可以提高籽粒中蛋白質(zhì)的積累，尤其在幼穗分化期施用氮肥更能起到顯著的效果[18]。本研究表明，在有機(jī)肥還田條件下，糯稻在孕穗-抽穗期遭受高溫?zé)岷r(shí)，同常規(guī)施肥和蘗肥前移相比，穗肥前移可以顯著降低糯稻蛋白質(zhì)含量，同前人研究[13]結(jié)果基本一致。在直鏈淀粉方面，袁帥等[19]研究表明，隨著穗肥施用比例的增加，早、晚稻品種的直鏈淀粉含量呈下降趨勢(shì)。程方民等[20]研究表明，中、低直鏈淀粉型水稻品種隨著溫度上升而降低。由此可見，溫氮互作與水稻籽粒器官蔗糖合成、淀粉積累等密切相關(guān)[13]。本研究表明，在糯稻孕穗-抽穗期高溫條件下，同有機(jī)肥配合蘗肥前移相比，有機(jī)肥配合穗肥前移糯稻直鏈淀粉含量增加，同前人研究[2]結(jié)果基本一致。

孕穗期溫度升高和持續(xù)熱脅迫延緩穗發(fā)育和生長，降低籽粒結(jié)實(shí)率[21]。本研究表明，糯稻的熱害損失率同糯稻的結(jié)實(shí)率呈顯著負(fù)相關(guān)。糯稻在孕穗-抽穗期遭受高溫?zé)岷l件下，同有機(jī)肥配合蘗肥前移相比，有機(jī)肥配合穗肥前移可以降低糯稻熱害損失率。