盐碱地水稻结实初期不同叶面肥喷施对稻米品质的影响

李冠男，黄立华，黄金鑫，张海英，杨靖民

(1.中国科学院 东北地理与农业生态研究所，吉林 长春130102；2.吉林农业大学 资源与环境学院，吉林 长春130118;3.吉林省公主岭市自然资源局，吉林 公主岭136100)

0 引 言

水稻是我国的主要粮食作物之一，播种面积占粮食作物的27%，总产量占粮食总产的40%[1]。我国是世界上稻米产量最多的国家，全国60%以上人口以稻米为主食[2]。随着我国人们生活水平的提高，对稻米的需求已逐渐由数量向品质转变，稻米食味品质的优化倍受关注。稻米的食味品质通常与自身遗传，产地土壤、水以及气候条件等有关，也受田间管理措施，特别是灌水和施肥的影响[3]。有研究指出，氮肥施用量、施用期对稻米品质影响较大，优质栽培应降低氮肥施用量，特别应降低穗肥用量。适量施用磷钾肥，补施微量元素肥料可以提高稻米的食味品质[1,3]。

近年来，随着耐盐碱水稻新品种的不断选育，种植水稻成为盐碱地治理、高效利用和农业增粮的重要途径[4]。盐碱地在我国分布广泛，它既是退化的逆境土壤环境，也是重要的后备耕地资源[5]。盐碱地如能生产优质稻米，对于缓解人口日益增加和耕地面积不断减少的压力，保障国家粮食安全具有深远的战略意义。然而，由于土壤盐碱障碍严重，养分贫瘠，水稻产量低，品质和口感差等[6-7]现象长期存在，严重阻碍了盐碱地稻作产业的健康快速发展，亟待解决。

盐碱地种植水稻要做到高产与优质兼顾，应特别注意在改良土壤的同时，加强地力培育，逐步实现灌排水和施肥的科学管理[4]。大量研究表明，盐碱地种植水稻在合理施用氮磷钾大量元素肥料的同时，应加强中微量营养元素的补充，如合理施用锌肥[8-9]、镁肥[10-11]以及微生物肥料[12]等，这些肥料可以采用叶面喷施[13]，不仅增产效果显著[14]，也能提高稻米的品质[14-15]。有研究指出，在水稻结实初期喷施叶面肥对水稻增产和提质的效果较好[13]。为此，我们开展了不同叶面肥喷施对盐碱地稻米外观、加工、蒸煮、食味及营养品质影响的大田试验和实验室检测分析，旨在通过养分合理运筹为盐碱地水稻优质栽培提供科学指导。

1 材料与方法

1.1 试验概况

田间试验在中国科学院大安碱地生态试验站(45°35′58″～45°36′28″N,123°50′27″～123°51′31″E)内进行，试验水田由苏打盐碱地改良而成，土壤类型属于典型中度草甸盐碱土，已连续种植水稻5年。耕层土壤(0～20 cm)基本理化特性为，土壤pH(土∶水=1∶5)8.86～9.53，电导率EC(土∶水=1∶5)357～503 uS·cm-1，有机质含量8.58～12.62 g·kg-1，碱解氮含量78.2～117.5 mg·kg-1，速效磷含量16.8 ～ 26.7 mg·kg-1，速效钾含量153.4～272.3 mg·kg-1。

1.2 供试材料

试验选用东稻4号作为供试水稻品种，该水稻品种于2010年审定，生育期131 d，属中早熟水稻品种，具有耐低温、耐盐碱、抗倒伏和抗稻瘟病等特点，活杆成熟，稻米食味品质佳，达到国家三等食用粳稻标准，是一个综合性状优良的超高产水稻抗逆新品种。

1.3 试验设计

于2018年4月15日开始大棚育苗，5月20日插秧，行距30 cm，株距15 cm，每穴插秧4-5株。氮磷钾大量元素肥料施用量分别为，纯N 180 kg·hm-2，P2O575 kg·hm-2和K2O 75 kg·hm-2，氮肥分底肥、分蘖肥和穗肥按2∶1∶1施用，磷肥一次性作底肥施用，钾肥分底肥和穗肥按4∶1施用，常规田间管理。

叶面肥采用含有微量元素或生物菌剂的肥料，于水稻结实初期(8月上旬)进行喷施，共设计6个喷施处理，即清水对照(不施叶面肥，CK)，锌铜叶面肥处理(30%锌+30%铜，挪威劳道克斯公司和北京十方技术有限责任公司产品，每1 000 m2施20 g兑水15 L，ZC)，含镁叶面肥处理(镁素含量≥1.0%，挪威雅苒国际有限公司产品，每1 000 m2施25 g兑水15 L，MG)，微生物叶面肥处理(含多种生物刺激素、生物酶和营养物复合制备，挪威劳道克斯公司和北京十方技术有限责任公司产品，每1 000 m2施100 ml兑水15 L，MF)，微生物+含镁叶面肥(MF-MG)和微生物+锌铜叶面肥处理(MF-ZC)。上述各处理分别设置3次重复，随机排列，每个重复的小区面积均为1 000 m2。叶面肥于晴天傍晚喷施，施后3 d内无明显降雨。

1.4 取样方法

水稻品质分析的样品选择在成熟期取样，于当年的9月25日进行，每处理随机在小区内选取5点，每点选择2穴，用剪刀剪取稻穗装入纸袋，并做好记录，将样品置于通风处风干，3个月后脱粒，进行各项品质指标测试分析。

1.5 测定方法

(1)稻米加工品质主要测定糙米率、精米率和整精米率，外观品质主要测定垩白度、垩白粒率和长宽比等指标，具体测定参照李冠男等[16]的方法。

(2)稻米营养品质主要测定蛋白质和矿物质含量，食味品质主要测定直链淀粉含量、胶稠度和食味值。其中蛋白质、直链淀粉含量和稻米食味值采用日本佐竹公司Satake Corporation生产的米饭食味分析仪(型号STA1B)进行测定，矿物质主要用原子吸收分光光度计测定K、Na、Ca及Mg元素含量，胶稠度采用过100目筛的米粉在沸水浴中加热，冰水浴冷却，水平放置使米胶自然流动，静置1 h后进行米胶长度的测量，具体操作方法参照李冠男等[16]的方法。

(3)稻米RVA谱特征值主要测定指标包括稻米峰值黏度、热浆黏度和冷浆黏度以及峰值时间，并由这些指标计算获得崩解值、消减值和回复值。采用澳大利亚Newport Scientific仪器公司生产的Super3型淀粉快速黏度分析仪进行，具体操作方法参见李冠男等[16]的方法。

1.6 统计分析

将试验测得的全部数据用Microsoft Office Excel 2007软件进行整理，采用单因素方差分析方法(one-way ANOVA)对数据进行比较分析，采用字母法进行处理间差异显著性标记(P<0.05)。同时对部分主要测定指标间进行相关性分析(P<0.01)，并绘制相关性图表。

2 结果与分析

2.1 不同叶面肥处理对稻米加工品质的影响

不同叶面肥处理于水稻结实初期喷施对盐碱地稻米加工品质具有显著影响(表1)。从表1数据可以看出，MF-ZC处理稻米的糙米率、精米率和整精米率均最高，与对照处理相比，5种叶面肥处理喷施均显著提高了稻米的糙米率(MF处理除外)、精米率和整精米率(P<0.05)。与CK相比，5种叶面肥处理分别显著提高了稻米的糙米率0.7%～3.1%，精米率1.9%～3.0%，整精米率1.7%～3.2%(P<0.05)。锌铜叶面肥处理(ZC)、镁素叶面肥处理(MG)、微生物叶面肥处理(MF)以及组合处理(MF-MG和MF-ZC)均提高了盐碱地稻米的加工品质。

表1 不同叶面肥处理对稻米加工品质的影响

注：不同小写字母表示处理间在0.05水平上的差异显著性。下同。

Note:The lowercase letters indicate significant differences between treatments at 0.05 level.The same is as below.

2.2 不同叶面肥处理对稻米外观品质的影响

不同叶面肥于水稻结实初期喷施，对盐碱地稻米的外观品质也具有显著的影响，具体表现在稻米的垩白度、垩白粒率和长宽比等指标上(表2)。其中，ZC、MG和MF-ZC三种叶面肥处理较对照处理显著降低了稻米垩白度，ZC、MG和MF-MG三种叶面肥处理较对照处理显著降低了稻米垩白粒率，ZC和MF-ZC两种叶面肥处理较对照处理显著提高了稻米的长宽比(P<0.05)。

与CK相比，ZC处理使稻米的垩白度和垩白粒率分别下降了39.7%和27.9%，长宽比提高了7.1%；MG处理使稻米的垩白度、垩白粒率和长宽比分别下降了15.5%、15.7%和4.8%；MF处理使稻米的垩白度增加13.8%，垩白粒率增加了20.0%，长宽比下降了8.3%；MF-MG处理使稻米的垩白度增加1.7%，垩白粒率和长宽比分别下降了7.1%和6.5%；MF-ZC处理使稻米的垩白度下降了12.1%，垩白粒率下降了4.3%，长宽比增加了10.7%。综合上述，ZC与MF-ZC处理可显著改善盐碱地稻米的外观品质(P<0.05)，MF处理则显著降低了稻米的外观品质(P<0.05)，MG和MF-MG处理均降低了稻米外观品质中垩白粒率指标，同时也降低了长宽比指标。

表2 不同叶面肥处理对稻米外观品质的影响

2.3 不同叶面肥处理对稻米蒸煮食味品质的影响

稻米的蒸煮食味品质主要受直链淀粉含量和胶稠度的影响，直接体现在食味值指标上，这是决定米饭是否好吃的关键指标。不同叶面肥于水稻结实初期喷施对盐碱地稻米的蒸煮食味品质影响较大(表3)。从直链淀粉含量来看，5种叶面肥处理均显著降低了直链淀粉含量(P<0.05)，MF处理的稻米直链淀粉含量最低，较CK降低了30.6%。不同叶面肥处理对盐碱地稻米胶稠度也有一定影响，与CK相比，ZC，MG，MF和MF-ZC处理的稻米胶稠度显著增加(P<0.05)。从稻米食味值来看，所有叶面肥处理的稻米食味值均较对照处理显著提高(P<0.05)，以MG和MF两个处理的稻米食味值提升较大。但总体上看，在盐碱地上种植该稻米的食味值仍较低。

表3 不同叶面肥处理对稻米蒸煮品质的影响

2.4 不同叶面肥处理对稻米营养品质的影响

不同叶面肥处理对盐碱地稻米的营养品质也有较大影响(表4)。与CK相比，ZC和MF处理稻米蛋白质含量分别显著提高了9.2%和23.8%(P<0.05)。与MF处理相比，MF-MG和MF-ZC处理的蛋白含量分别显著下降了15.9%和15.8%(P<0.05)，MF-ZC处理下的稻米蛋白质含量也分别低于ZC和MF处理。

5种不同叶面肥处理均显著提高了盐碱地稻米中钙、镁、钾和钠等矿物质元素的含量(P<0.05)。与CK处理相比，MF处理稻米Ca2+含量增加了91.2%，MG处理稻米Mg2+含量增加了27.9%，K+含量增加了23.2%，Na+含量增加了13.7%，均达到最高水平(如表4)。5种不同叶面肥处理使稻米中Ca2+，Mg2+，K+和Na+四种矿物质总含量增加了14.3%～24.9%。同时，4种不同叶面肥处理ZC，MG，MF和MF-ZC的稻米Mg/K均显著高于对照CK处理(P<0.05)，增幅达3.8%～11.5%，仅MF-MG处理的稻米Mg/K略低于对照处理。

表4 不同叶面肥处理对稻米营养品质的影响

2.5 不同叶面肥处理对稻米RVA谱特征值的影响

不同叶面肥处理对稻米RVA谱特征值也具有显著影响(表5)。从表5的稻米RVA谱特征值可以看出，与CK处理相比，ZC，MG，MF和MF-ZC处理显著提高了稻米RVA谱特征值中的峰值黏度、热浆黏度以及崩解值(P<0.05)，同时使其回复值、消减值和冷浆黏度降低。MF-MG处理与CK相比，其峰值黏度、热浆黏度、崩解值下降，冷浆黏度、回复值、消减值上升。在5种不同叶面肥喷施处理中，以ZC和MF处理的稻米峰值黏度、热浆黏度以及崩解值最高，MF-MG处理的上述指标最低，MG与MF-ZC处理居中。与ZC和MF处理相比，MF-ZC处理显著降低了RVA谱特征值中的崩解值、热浆黏度和峰值黏度，提高了稻米冷浆黏度、回复值和消减值。上述RVA谱特征值的变化表明，不同叶面肥处理对稻米食味特性有所影响。

表5 不同叶面肥处理对稻米RVA谱特征值的影响

2.6 稻米RVA谱特征值间与Mg/K等的相关性分析

不同叶面肥处理的稻米RVA谱特征值间以及它们与Mg/K等的相关性分析表明，稻米RVA谱特征值间存在一定的相关性关系(表6)。其中峰值黏度与热浆黏度和崩解值呈极显著正相关关系，相关系数分别为0.980和0.990(P<0.01)；与消减值、回复值和糊化温度呈极显著负相关关系，相关系数分别为-0.992、-0.950和-0.921(P<0.01)。热浆黏度与崩解值也呈极显著正相关(r=0.942，P<0.01)，与消减值，回复值和糊化温度分别呈极显著或显著负相关关系；而冷浆黏度与回复值呈极显著正相关关系(r=0.917，P<0.01)，与崩解值和糊化温度的相关性不显著。崩解值与消减值，糊化温度呈极显著负相关关系(P<0.01)，相关系数分别为-0.975和-0.950，与回复值呈显著负相关关系，相关系数为-0.908(P<0.05)。回复值与糊化温度呈正相关关系，但未达显著水平。Mg/K与RVA谱特征值间存在显著或极显著的相关关系。其中Mg/K与峰值黏度，热浆黏度和崩解值呈极显著正相关关系，相关系数分别为0.981、0.944和0.984；与消减值，回复值呈极显著负相关，相关系数分别为-0.986和-0.944；与冷浆黏度和糊化温度呈显著负相关关系，相关系数分别为-0.824和-0.879。

表6 叶面肥处理试验稻米RVA谱特征值间与Mg/K相关性

注：相关性在0.05水平上为单尾*，在0.01水平上为双尾**。

Note: The correlation is single tail* at the level of 0.05 and double tail**at the level of 0.01.

2.7 稻米食味值与蛋白质，直链淀粉及Mg/K的相关性分析

进一步对与稻米食味性相关的品质指标间进行分析，发现许多品质指标间都存在着一定的相关性(图1)。如稻米的食味值与直链淀粉含量呈显著负相关关系(r=-0.809，P<0.01)，与蛋白质含量呈现正相关关系，但相关性并不显著；而稻米的直链淀粉含量与镁钾比也呈极显著的负相关关系(r=-0.799，P<0.01)，稻米蛋白质含量与镁钾比之间的相关性也不显著。上述相关性也进一步表明，盐碱地稻米的食味性受直链淀粉含量和Mg/K比的影响更大。

3 讨论与结论

田间试验结果表明，盐碱地水稻在结实初期以不同叶面肥喷施，对稻米的加工品质有很大的改善效果。已有相关的研究报道了锌和铜元素参与铜锌超氧化歧化酶的形成[17]，提高了水稻在结实初期的免疫功能，为获得饱满的籽粒奠定基础；微生物肥料喷施后刺激了作物生长，一定程度上激发了生殖潜能[18]；作为植物光合作用和蛋白质合成的重要助力物的镁素在水稻生殖生长期也起着关键作用[13]。与CK相比，ZC，MF，MG，MF-MG和MF-ZC处理的盐碱地稻米糙米率、精米率和整精米率均有显著提高(P<0.05)，5种不同叶面肥在盐碱地水稻结实初期喷施均具有改善稻米加工品质的作用。不同叶面肥喷施对稻米外观品质影响差异较大。在本研究中，MF处理的稻米垩白粒率和垩白度高于CK，稻米长宽比小于CK，一定程度上恶化了稻米外观品质。相比之下，锌铜肥ZC调控下，稻米外观品质得到了部分改善。MG处理的稻米垩白粒率及垩白度显著降低，与前人研究结论基本一致[19]。有研究表明，稻米垩白形成的直接原因是蛋白体或淀粉粒发育不够成熟，导致二者结合不紧密，彼此之间出现空隙[20]。由此推测，镁素或锌铜元素调控，促进了水稻叶片的光合作用，刺激了水稻植株体内部分合成酶的活性，淀粉粒以及蛋白体发育趋于更完善，可有效降低稻米垩白度。因此，在盐碱地水稻栽培上适当施用中微量营养元素对改善稻米外观品质是十分有益的。

关于稻米食味品质，通常与稻米本身的淀粉或蛋白质含量是直接相关的，一般认为稻米直链淀粉或蛋白质含量过高，都会不同程度影响到稻米的食味品质。王震等[21]综述了稻米品质相关性状，同时指出稻米的蒸煮食味品质与其所含的直链淀粉量、胶稠度和糊化温度等指标关系密切，且受淀粉合成相关酶基因的影响较大，虽然目前相关淀粉合成酶基因QTL已被定位，主要酶基因也被克隆，但是其对蒸煮食味品质的调控机制还有待深入研究。通常，水稻籽粒成熟过程中淀粉合成及水解酶活力受pH影响较大，酶活力主要在乳熟后期达到最高，而淀粉粒含量则随着籽粒成熟不断增加[22]。近年来，人们通过更加深入研究，发现稻米胶稠度，Mg/K比以及RVA谱特征值等指标都与稻米食味值有关。本研究通过对上述指标的综合分析，发现本试验中的5种不同叶面肥处理，稻米直链淀粉含量均比CK处理显著下降(P<0.05)，对应的稻米胶稠度和食味值则显著升高。其中，以MG和MF处理的盐碱地稻米食味值最好，而MF-MG处理的稻米食味值却有所下降，从数据上看(表3)可能与该处理稻米直链淀粉含量较高，胶稠度降低有关，至于深层次原因还有待于进一步研究。

不同叶面肥处理也有利于盐碱地稻米矿物质营养的吸收和积累。本研究中，5种不同叶面肥处理使稻米中Ca2+，Mg2+，K+和Na+四种矿物质总含量增加了14.3%～24.9%，这可能与各种矿质元素间相互作用有关。如锌和镁元素都会影响钙在植物体内的运输及吸收，ZC和MG处理稻米Ca2+含量分别较CK处理显著增加了48.4%和52.7%。镁肥作为叶面肥喷施，稻米中所吸收的Mg2+和K+含量增高，Mg/K高于CK处理。同样，锌铜肥料喷施处理的稻米Mg2+含量增加，与CK相比差异显著。微生物肥料可活化叶片，促进光合作用及蛋白质形成，弥补水稻根系吸肥不足[7]。过去人们在饮食上较为重视蛋白质或淀粉等营养，随着肉蛋奶等食品的增加，从米饭中摄取蛋白质已不是人们获得蛋白的主要途径，反而稻米中如果蛋白质含量过高，会造成米饭变硬，食用口感变差[23]。本研究结果表明，MF处理稻米蛋白质含量较CK增加23.8%，ZC和MG处理蛋白质含量也显著高于CK，符合之前有研究认为稻米蛋白质在8%左右，稻米食味值较好的结论[13,24]。从对照试验上看，盐碱地稻米蛋白质含量略低，因此，在盐碱地水稻生殖生长期进行叶面肥调控，对提高稻米的营养和食味品质是很有必要的。

稻米RVA谱特征值作为选择优良食味品质品种的有效指标之一，其中的崩解值、消减值和回复值等都较好地反映了水稻品种间蒸煮食味品质的差异[25]。与CK相比，MG处理稻米RVA谱特征值中的峰值黏度增大，消减值、冷浆黏度及糊化温度等降低，共同提高了稻米食味性。也有报导指出，随着稻米中镁素含量增高，食味性也会相应得到提升[19]，本试验通过喷施含镁肥料显著提高了稻米峰值黏度、热浆黏度和崩解值，降低了冷浆黏度、回复值和消减值，对稻米品质的改善具有良好的效果。我们也发现，稻米Mg/K与峰值黏度、热浆黏度及崩解值具有显著的正相关性，与直链淀粉含量呈显著负相关性。在植物体内，镁与钾元素间具有协同作用，植株体内K+浓度常随着Mg2+浓度的升高而升高[26]。因此，采用含镁素的叶面肥对盐碱地水稻进行调控，有利于稻米食味营养性状的改善。MF-MG处理稻米RVA谱特征值与CK相比差异较大，该处理的稻米峰值黏度变低，消减值增高，使得稻米食味性变差。ZC和MF处理峰值黏度、热浆黏度和崩解值都比MF-ZC处理高；MG和MF处理冷浆黏度、糊化温度、回复值和消减值较MF-MG处理低。本试验结果也表明，中微量元素单独调控，对盐碱地稻米食味性提升优于微量元素与微生物肥料配合调控。这可能与二者配合处理后彼此间存在着相互抑制作用有关，在盐碱地稻田中，由于较高的pH和碳酸盐含量导致土壤氧化还原电位降低，常造成部分微量元素营养不足[27]以及微生物活性下降等现象。同时，由于水稻吸收营养既存在协同效应，也存在着拮抗作用[28]。本研究所选择的微生物叶面肥MF可能与试验中所用微量元素具有相互抑制作用，而表现出叶面肥组合处理不如单独处理效果好。这也启示人们，水稻生产上不同叶面肥配施要充分考虑彼此间的作用效果，切忌盲目配施。

综上，在盐碱地水稻结实初期采用不同叶面肥进行喷施处理，有利于提高稻米的外观、加工、营养以及食味品质，其中ZC和MG叶面肥处理对盐碱地稻米各项品质性状的改善均具有较好的促进作用，微生物MF处理虽提高了稻米营养和食味品质，但一定程度上降低了外观品质，而MF-MG和MF-ZC处理在综合表现上低于MG或ZC单独处理。关于中微量元素叶面肥如何与微生物肥料相互配合，能够更加全面提升盐碱地稻米的品质，还有待今后开展更加深入的研究。