不同類型有機肥對水稻產量和稻米品質的影響

劉紅江 郭智 張岳芳 盛婧 周煒 劉德坤

摘要：以南粳46為供試水稻品種進行大田小區試驗，設置不施氮肥、常規化肥及雞糞、豬糞、羊糞有機肥等氮量替代50%化肥作基肥處理，共5個處理，探索其對水稻產量、稻米品質的影響。結果表明：與常規化肥處理相比，50%羊糞有機肥處理使水稻產量顯著降低，但能夠顯著提高稻米整精米率和黏度，顯著降低稻米堊白粒率、堊白度，并顯著降低稻米硬度、消減值、回復值和峰值時間，使稻米品質明顯提升。與常規化肥處理相比，不同類型有機肥替代化肥基施均可在整體上降低稻米蛋白質含量，增大稻米膠稠度。但是，不同有機肥處理對大部分稻米品質指標的提升效果未達到顯著水平，說明將不同類型有機肥替代化肥作為基肥施用，能夠不同程度地提高稻米品質，特別是50%羊糞有機肥處理對稻米品質的改善效果更為明顯，但會使水稻產量降低。

關鍵詞：水稻；有機肥；產量；稻米品質

中圖分類號：S511.037文獻標識碼：A文章編號：1000-4440（2024）04-0645-07

Effects of different types of organic fertilizers on rice yield and quality

LIU Hong-jiang1，GUO Zhi1，ZHANG Yue-fang1，SHENG Jing1，ZHOU Wei1，LIU De-kun2

（1.Institute of Agricultural Resources and Environment， Jiangsu Academy of Agriculture Sciences， Nangjing 210014， China；2.Agricultural and Rural Bureau of Houbai Town， Zhenjiang， Jiangsu Province， Zhenjiang 212444， China）

Abstract：In this study， a field plot experiment was conducted with Nanjing 46 as the test material. By setting no nitrogen fertilizer， conventional chemical fertilizer， and organic manure （chicken manure， pig manure and sheep manure） instead of 50% chemical fertilizer as the base fertilizer， a total of five treatments were used to explore their effects on rice yield and rice quality. The results showed that compared with conventional chemical fertilizer treatment， 50% sheep manure organic fertilizer treatment significantly reduced rice yield， but significantly increased the head rice rate and viscosity of rice， significantly reduced the chalkiness rate and chalkiness degree of rice， and significantly reduced the rices hardness， impairment， recovery value， and peak time， so that the quality of rice was significantly improved. Compared with the conventional chemical fertilizer treatment， different types of organic fertilizers replacing chemical fertilizer basal application all reduced the protein content of rice and increased the gel consistency of rice. However， different organic fertilizer treatments did not significantly improve most of the rice quality indicators. In summary， applying different types of organic fertilizer instead of chemical fertilizer as base fertilizer could improve rice quality to different degrees， especially 50% sheep manure organic fertilizer treatment could improve rice quality more obviously， but the rice yield was reduced under this treatment.

Key words：rice;organic fertilizer;yield;rice quality

水稻作為中國主要的糧食作物之一，常年播種面積在3.0×107kg/hm2左右[1]，其高產穩產在保障國家糧食安全方面發揮了至關重要的作用。改革開放以后，得益于高產水稻新品種的不斷育成[2]、土壤培肥工程的實施[3-4]、農田灌溉條件的不斷改善[5]以及規模化和機械化生產程度的不斷提高[6]，中國水稻單產已實現了十三連豐。近年來，為了適應稻米供給側結構性改革的需要，稻作生產和科研人員已經開始從重視提高產量逐漸向注重提升稻米品質方向轉變[7]。在水稻生產中，通過應用病蟲草害的生態防控技術措施，并結合生物農藥的施用，使稻田化學農藥用量大幅度降低，稻米安全品質得到了保障[8]。同時，通過選種優良食味水稻品種[9-10]、優化稻季肥料運籌[11-12]和水漿管理[13]、增施中微量元素肥料[14]、實施稻田綜合種養[15-16]等品質調優技術措施的廣泛應用，使得稻米食味品質得到不斷提升。關于施用有機肥改善稻米品質[17]方面的研究也有較多報道。截至目前，關于不同類型有機肥對稻米品質影響的比較研究較少。為此，本研究擬在江蘇省句容市后白鎮西城村試驗田通過設計不施氮肥、施用常規化肥以及雞糞、豬糞、羊糞3種有機肥50%替代化肥施用5個處理，研究其對水稻產量結構、稻米品質的影響，以期為稻田合理培肥、保證水稻產量、提升稻米品質提供試驗參考。

1材料與方法

1.1試驗地點

本研究于2020年、2021年在江蘇省鎮江市句容市西城村（31°50′N，119°09′E）進行，該區地形屬于半丘陵半圩區地貌，屬亞熱帶濕潤季風氣候，常年平均氣溫15.3 ℃，日平均氣溫高于10.0 ℃，適宜作物生長期約227 d。年降水量1 018.6 mm，年日照時數約2 150 h。土壤質地為黃泥土，主要采用稻麥輪作模式。土壤理化性狀：全氮含量1.73 g/kg，總磷含量0.61 g/kg，速效氮含量118.92 mg/kg，速效磷含量14.43 mg/kg，速效鉀含量121.93 mg/kg，有機質含量27.53 g/kg，容重1.23 g/cm3，pH值6.65。

1.2試驗設計

以常規施用化肥的方法為對照，氮、磷、鉀肥的施用量分別為270 kg/hm2、90 kg/hm2、135 kg/hm2，以不施氮肥處理作為空白對照，并分別設雞糞、豬糞和羊糞有機肥等氮量替代50%化肥的處理，共5個處理，小區面積0.067 hm2，設3次重復試驗。以有機肥中測定出的氮含量為基準計算有機肥施用量，養分不足部分以化肥代替。不同類型有機肥的水分、養分含量見表1。試驗用化肥為含15% N、15% P2O5、15% K2O的復合肥，在試驗過程中配施尿素（含46% N）、過磷酸鈣（含12% P2O5）、氯化鉀（含60% K2O）補齊氮磷鉀養分含量。氮肥運籌為50%基肥、20%分蘗肥、30%促花肥，磷肥、鉀肥和不同類型的有機肥全部于耕作前作基肥。

供試水稻品種為南粳46，于2020年6月8日插秧，11月6日收獲；2021年6月8日插秧，11月8日收獲。機插秧行距×株距為30 cm×12 cm，每穴3～4苗。大田水漿管理方法：6月8日-7月13日采用淺水灌溉（約5 cm），7月14日-8月6日2次脫水、中度擱田，8月7日至收割前10 d實行間隙灌溉。其他種植管理方式按照水稻優質高產栽培措施進行。

1.3測定內容與方法

1.3.1水稻產量及其構成因素于水稻成熟期選擇田間長勢均衡的水稻100穴，調查并折算每穴平均穗數，取5穴代表性稻株，脫粒、水漂后計算飽粒數、秕粒數，折算為每穗粒數、結實率；稱取飽粒質量，計算千粒質量及水稻理論產量。

1.3.2稻米品質稻谷收獲后風干，放置3個月，礱谷、碾米，執行《食用稻品種品質》（NY/T 593-2021）標準，測得整精米率、精米率和糙米率；使用東孚久恒掃描儀測定稻米的長、寬、堊白粒率和堊白度；同時測定米粉的膠稠度；用SATAKE大米食味計實測稻米蛋白質、直鏈淀粉含量[18]。

1.3.3稻米淀粉黏滯特性稻米淀粉黏滯特性用快速黏度分析儀（RVA，產自瑞典Perten儀器公司）測定，具體測定指標有峰值黏度（PV）、熱漿黏度（TV）、最終黏度（FV）、糊化溫度和峰值時間，計算崩解值（PV-TV）、消減值（FV-PV）、回復值（FV-TV）[19]。

1.3.4米飯食味值稱取30.0 g精米，按米∶水體積比為1.00∶1.25添加去離子水，常溫浸泡0.5 h，以日本品種原樣作對照，用米飯食味計（STA 1A，日本佐竹化學機械工業株式會社）檢測[20]米飯食味值。

1.4數據分析

用Excel 2007制表及作圖，用SPSS 13.0進行統計分析。

2結果與分析

2.1不同類型有機肥施用條件下水稻產量及構成因素

如表2所示，2020年、2021年兩季試驗的水稻產量均以不施氮肥處理最低，常規化肥處理最高，50%雞糞、50%豬糞有機肥處理的水稻產量與常規化肥處理間的差異不顯著。與常規化肥處理相比，在50%羊糞有機肥處理下，水稻產量平均降低5.24%，且差異顯著。

由表2可知，在2020年，與常規化肥處理相比，3個有機肥處理的水稻平均單位面積穗數降低了2.88%；3個有機肥處理的單位面積穗數顯著降低。在2021年，與常規化肥處理相比，3個有機肥處理的水稻平均單位面積穗數、平均每穗粒數分別降低了3.28%、4.33%，水稻平均結實率、平均千粒質量分別提高了4.09%、1.68%；單位面積穗數和每穗粒數的降幅達顯著水平，結實率的增幅也達到顯著水平。與常規化肥處理相比，3個有機肥處理使2個試驗年份水稻的單位面積穗數均顯著降低。與常規化肥處理相比，50%羊糞有機肥處理的水稻產量顯著下降。

2.2不同類型有機肥對稻米品質的影響

2.2.1不同類型有機肥施用條件下的稻米加工品質不同類型有機肥施用條件下的稻米加工品質見表3。可以看出，2020年和2021年不同處理間的水稻糙米率差異均不顯著；與常規化肥處理相比，2020年50%羊糞有機肥處理使水稻精米率顯著提高；在2021年，施用有機肥處理較施用常規化肥處理在總體上提高了水稻整精米率；2年試驗期間，50%羊糞有機肥處理使水稻整精米平均提高了5.66%，與常規化肥處理相比差異均達顯著水平。綜上，50%羊糞有機肥處理的稻米加工品質相對較優。

2.2.2不同類型有機肥施用條件下稻米的外觀粒型品質如表4所示，2020年、2021年水稻的整精米長和整精米長寬比在不同處理間的差異不顯著。2020年、2021年，在常規化肥處理和3個有機肥處理中，稻米堊白粒率和堊白度均以常規化肥處理最高，與常規化肥處理相比，50%豬糞、50%羊糞有機肥處理的稻米堊白粒率和堊白度均顯著降低。綜上，與常規化肥處理相比，不同類型有機肥處理對稻米粒型（整精米長、整精米長寬比）影響整體不大，但有機肥處理，特別是50%羊糞有機肥處理能夠顯著降低稻米的堊白粒率、堊白度，因此該處理的稻米外觀粒型品質較優。

2.2.3不同類型有機肥施用條件下稻米的蒸煮食味與營養品質如表5所示，2020年、2021年稻米蛋白質含量均以不施氮肥處理最低，常規化肥處理最高，3個有機肥處理稻米的平均蛋白質含量比常規化肥處理降低5.26%，差異均達顯著水平。2020年、2021年稻米的膠稠度均以常規化肥處理最小，不施氮肥處理、3個有機肥處理的稻米膠稠度均顯著大于常規化肥處理。2020年稻米直鏈淀粉含量均以不施氮肥處理最高，常規化肥處理最低，可見施用有機肥比常規化肥處理增加了稻米直鏈淀粉含量。綜上，與常規化肥處理相比，3個有機肥處理使稻米蛋白質含量降低，膠稠度變大，直鏈淀粉含量有所提高，使稻米的蒸煮食味與營養品質得到提升。

2.2.4不同類型有機肥施用條件下稻米的RVA譜特征值如表6所示，2020年、2021年稻米的最終黏度、熱漿黏度、峰值黏度及崩解值均以常規化肥處理最低，3個有機肥處理較高。在2020年、2021年，不同處理稻米的消減值均為負值，且以50%羊糞有機肥處理最低，不同處理間的差異多達到顯著水平。在2020年、2021年，不同處理稻米的回復值也以50%羊糞有機肥處理最低，部分處理間的差異達到顯著水平。峰值時間顯示樣品達到峰值黏度的耗時，時間越短，表明稻米淀粉粒越易膨脹、越易破壞。本研究結果顯示，在常規化肥處理和3個有機肥處理中，2020年、2021年峰值時間均以常規化肥處理最高。在2個試驗年份，不同處理間糊化溫度差異均不顯著。上述結果表明，與常規化肥處理相比，50%羊糞有機肥處理提高了稻米最終黏度、熱漿黏度、峰值黏度及崩解值；50%羊糞有機肥處理的稻米消減值、回復值和峰值時間比常規化肥處理顯著降低。因此，50%羊糞有機肥處理稻米的RVA譜特征值相對最優。

2.2.5不同類型有機肥施用條件下的稻米的外觀指標與食味值如表7所示，在2020年、2021年，不同有機肥處理的稻米外觀值間差異不顯著；硬度以常規化肥處理最高，與常規化肥處理相比，不施氮肥處理和3個有機肥處理均顯著降低了稻米硬度；在2021年，黏度總體上以常規化肥處理最低，與常規化肥處理相比，不施氮肥處理和3個有機肥處理均提高了稻米黏度；平衡度在不同有機肥處理之間差異不顯著。在2021年，與常規化肥處理相比，3個有機肥處理稻米的食味值均得到顯著提高。

3討論

3.1施用不同類型有機肥對水稻產量形成的影響

有機肥含有豐富的大量、微量元素及腐殖酸、活體微生物等有機物質，具有持續供肥能力等特點[21-25]。當化肥與有機肥配合施用時，不僅能夠提供水稻生育前期的速效養分，在水稻生育中后期，還能夠為水稻的拔節長穗和灌漿結實提供持效養分，提高水稻的穗粒數和結實性，從而獲得較高產量[26-27]。本研究結果表明，與單純施用化肥相比，不同類型有機肥等氮量替代50%化肥使水稻呈現不同程度的減產，特別是50%羊糞有機肥處理減產顯著。這與徐明崗等[28]長期定位試驗的研究結果（化學氮肥、有機氮肥各占50%配施處理有效提高了水稻穗數、每穗粒數，從而提高了水稻產量）存在明顯不同。這可能與兩者所選用的水稻品種類型不同有關，前人研究所選用的是秈稻品種，對氮素養分需求量總體較低，且其分蘗能力強，在生育前期，當施用有機肥作基肥時，水稻在較低土壤速效氮素含量條件下能夠快速生長，并快速發生分蘗，最終成穗數較多[28-29]。本研究所選用的粳稻品種耐肥能力較強，分蘗期對養分的需求量較大，而施用有機肥作基肥，由于其肥力的緩效性，在水稻生產前期土壤養分供應相對不足，往往會影響分蘗發生，最終影響成穗數及產量[30]。此外，侯紅乾等[31]研究發現，在中等肥力水平土壤條件下，當有機氮肥30%替代化學氮肥時，水稻能夠獲得高產。由此可見，在江蘇太湖流域的實際生產中，在用有機肥部分替代化肥時，為了保證水稻產量，可能要適當降低有機肥的替代比例。任科宇等[32]通過大數據分析也得出了相似的結論，對于隸屬長江下游的太湖地區，由于土壤肥力水平總體較高，較低比例的有機肥替代化肥往往更有利于水稻高產。另外，在本研究的50%羊糞有機肥處理下，水稻產量下降幅度總體大于50%雞糞、50%豬糞有機肥處理，可能與不同來源有機肥施用于農田后其養分釋放速率、肥效存在較大差異有關[33]。

3.2施用不同類型有機肥對稻米品質的影響

稻米品質主要受控于水稻品種本身的遺傳特性，但肥料、水分管理等栽培措施對其同樣具有重要影響。大部分研究發現，施用有機肥能改善稻米品質，主要在于有機肥的持效性特點，提升了水稻生育中后期葉片的光合作用能力，促進了光合產物的形成，保證了水稻生育后期的灌漿結實和籽粒充實，從而改善了稻米的加工品質和外觀品質[34]。此外，從反映稻米蒸煮食味品質的核心指標（直鏈淀粉含量、膠稠度和蛋白質含量等）來看，本研究所選用的水稻品種南粳46由于其自身具有半糯性等特點，所有處理的直鏈淀粉含量都處于較低水平，保證了其穩定的優良食味特性，這與前人研究結果[18，35]基本一致。膠稠度體現了稻米淀粉膠體的柔軟性，是稻米食味品質的另一項重要指標，用膠稠度長的稻米煮飯，在冷卻后米飯仍然保持柔軟、光滑而富有彈性，且口感好。本研究發現，有機肥配施化肥能延長稻米的膠稠度、提升稻米的食味值，這與前人在紫云英翻耕還田并減施20%化肥條件下得到的研究結果[36]一致。過高的稻米蛋白質含量會導致米飯的硬度、粗糙感提高，影響米飯的食味品質[37]，所以稻米的食味值與蛋白質含量呈負相關關系。卜容燕等[38]在前茬紫云英翻壓還田條件下，配合稻季減氮40%，能降低稻米蛋白質含量，提升稻米品質，與本研究結果基本一致。但徐令旗等[34]研究發現，增施有機肥會提高稻米的蛋白質含量，降低米飯的食味值，這主要與其在化肥施用量不減的基礎上增施有機肥，從而較大幅度增加了稻季氮肥投入量、強化了水稻生育后期的氮素供應，進而導致稻米蛋白質含量提高有關。由此可見，在用有機肥部分替代化肥提升稻米品質時，對基礎肥力較好的土壤可能要適當降低有機肥的替代比例，在改善稻米加工和外觀品質的同時，保證較低的稻米直鏈淀粉、蛋白質含量，增加稻米的膠稠度，提升稻米的蒸煮食味品質。從具體指標看，表現為提高稻米的食味值。

在不同類型有機肥替代化肥對稻米品質的影響方面，因羊糞有機肥的碳氮比一般會明顯高于雞糞、豬糞有機肥[39]，而較高的碳氮比影響了羊糞有機肥處理的微生物活性及氮素礦化作用[40]，減少了水稻生長發育的氮素供應，影響了水稻的分蘗，進而影響了水稻產量。但從對稻米品質的影響看，在水稻生育后期，相對較低的氮素供應水平往往能夠減低稻米的蛋白質含量，從而提升稻米品質。因此，本研究中50%羊糞有機肥處理雖然可使水稻產量有所降低，但對稻米品質卻產生了更為積極的影響。

4結論

在本研究中，在不同類型有機肥等氮量替代50%化肥作為基肥施用處理下，水稻產量均有所下降，尤其是羊糞有機肥50%替代化肥處理使水稻產量相較于常規化肥處理的降幅達到顯著水平。但不同類型有機肥等氮量替代50%化肥處理提高了稻米的多項品質指標，特別是施用50%羊糞有機肥對稻米品質的提升較為明顯。因此，在生產實踐中，當有機肥部分替代化肥用于稻田施用時，需要通過配套栽培措施的調節，在提升稻米品質的同時，保證較高的水稻產量水平，實現稻作生產的量質協同提升。此外，關于有機肥等氮量部分替代化肥導致水稻減產的作用機制有待深入研究。

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（責任編輯：徐艷）

收稿日期：2023-03-30

基金項目：江蘇省農業科技自主創新基金項目[CX（22）1002]

作者簡介：劉紅江（1979-），男，江蘇建湖人，博士，副研究員，主要從事農業生態和稻麥栽培生理生態研究。（E-mail）Liuhongjiang2004@sohu.com

通訊作者：劉德坤，（E-mail）cola520@126.com