不同氮肥水平下喷施木醋液对水稻产量和食味品质的影响

胡世龙，程博，曹凑贵,2，余铭，文木嘉鼎，苏亚飞，江洋

1.华中农业大学植物科学技术学院,武汉430070； 2.长江大学主要粮食作物产业化湖北省协同创新中心，荆州434023

水稻作为全国最重要的粮食作物，生产总量稳定[1]。随着产量的逐渐增加，适口性、食味好的稻米越来越受到广大消费者的喜爱[2]。氮肥在水稻生产过程中有广泛的应用，孙兴荣等[3]研究表明氮肥的施用量不同会直接影响水稻的产量，对水稻加工品质、外观品质、直链淀粉含量等均有不同程度的影响。还有研究发现，随着氮肥施用量的减少稻米的相关加工品质可以得到改善，但产量又会有所降低[4]。仅依靠施用氮肥难以兼顾水稻产量与品质的平衡，且随着人们对绿色、无公害食品需求的增加，木醋液作为一种天然的植物生长调节物质，在农业生产上的应用研究也逐渐变多，从大田作物水稻、油菜到园艺作物番茄、辣椒等，应用的范围十分广泛[5]。

木醋液是烧制木炭过程中将产生的烟气冷却收集而来的液态物质，在现代工业中就是有机生物原料在经过炭化或者干馏过程中产生的烟气冷凝收集而来的褐色液体[6]。木醋液的化学成分多样且复杂，主要是由水、有机酸、各种小分子醛、酚类组成，有机酸以乙酸、丙酸含量最多[7]。21世纪以来，世界各国对木醋液在大田作物生产上的应用研究越来越多，徐红涛[8]研究表明，在水稻秧苗生长期喷施木醋液作为植物生长调节剂能有效地增加水稻秧苗的株高、生物量以及显著抑制苗期的立枯病。王宏燕等[9]研究发现喷施一定浓度的木醋液能够有效地提高水稻幼苗在低温环境下的叶绿素、活性氧、脯氨酸和可溶性糖含量。Bubpha 等[10]研究表明木醋液代替GA3可起到种子引发作用从而提高水稻种子的发芽速度和最终发芽率。谷思成[11]研究了叶面喷施木醋液及其复合配剂对油菜生长发育及产量的影响，结果表明，在油菜三叶期施用适宜浓度的木醋液可以显著增加油菜幼苗的株高、根颈粗和叶面积，并且有显著的增产效果。

前人关于氮肥运筹、不同时期肥料施用等因素对水稻产量和食味品质的影响已有一些研究[12-13]，但关于木醋液对水稻产量和食味品质的影响特别是针对木醋液与氮肥配合施用的研究较少。本研究开展田间小区试验，在4个施氮水平(0、50、100、200 kg/hm2)条件下设置喷施和不喷施木醋液，探究在不同氮肥水平下施用木醋液对水稻产量和食味品质的影响，旨在为木醋液配合氮肥施用在优质水稻生产上的应用提供理论与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地点和土壤特性

于2020年5-9月在华中农业大学试验基地进行。试验地土壤质地为黄棕壤，pH值为6.00，铵态氮0.83 mg/kg、硝态氮23.67 mg/kg、速效磷16.80 mg/kg、速效钾152.88 mg/kg、有机质7.51 mg/kg。

1.2 试验材料

供试材料为洋硒早(常规籼稻)与鄂香2号(常规粳稻)，是湖北省大面积生产应用的代表性优质食味水稻品种。试验所用木醋液为杨木制炭烟气冷凝所成，以乙酸、丁酸、酮类、酯类、苯酚及其衍生物等有机物组成，pH值为3.45，由湖北楚天生物质能源科技开发有限公司提供。

1.3 试验设计

试验采用裂区设计，以氮肥施用量(N)为主区，喷施与不喷施木醋液为裂区，设置4个氮肥水平，总施氮量分别为0(N0)、 50(N1)、100(N2)、200 kg/hm2(N3)，各氮肥水平下设置2个木醋液处理，为空白对照(CK)和喷施400倍木醋液处理(M)。木醋液在水稻孕穗期均匀喷施于2个品种的水稻叶片上。所有处理的磷肥和钾肥施用量按照50 kg/hm2(P2O5)和100 kg/hm2(K2O)统一施用。氮肥按照底肥60%、分蘖肥40%施用，分蘖肥分2次施用，分别在2叶1心和5叶1心追施，均使用尿素；磷肥作为基肥一次性施入；钾肥按照基肥和穗肥等比例施用。

1.4 测定指标与方法

1)产量。收获前在每个小区中随机确定3个样本点，每个样本点面积为1 m2，计算单位面积穗数；在各小区选取长势基本一致、相连的10株，调查它们的穗粒数与结实率；以1 000粒的实粒(干种子)用电子天平称质量，并重复3次。成熟期各小区除去边行后收割测产，最后折算成667 m2的产量[14]。

2)稻米外观与加工品质。收获水稻脱粒后自然风干，依照国标GB/T 17891-1999 《优质稻谷》测定稻米的糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率以及垩白度，每个处理重复3次[14]。

3)稻米食味品质。采用日本佐竹公司生产的炊饭食味计(STA-1A型)及硬度黏度仪(RHS-1A型)进行米饭食味特性测定。食味值测定的方法：准确称取30.00 g精米备用。将准备好的精米放入钢罐内，洗涤30 s后按籼稻米与水质量比为1∶1.40、粳稻米与水质量比为1∶1.35的米水比加水，从洗涤开始计时浸泡30 min，置于电饭煲(米饭食味仪配套)中加热蒸煮30 min，切断电源，保温10 min。取出钢罐，将其中米饭轻轻搅拌呈翻起状态，拌后放入配套风冷装置(米饭食味仪配套)冷却20 min。风冷后取出，换配套钢盖，密封自然冷却90 min后取8.00 g米饭制样[15]。直接读取硬度、黏度、平衡度和食味值，食味值总分为100分。然后应用米饭硬度黏度计测定供试样品的硬度、黏度、平衡度和弹性，每个米饭样重复3次。

4)稻米淀粉黏滞性。Super 3 型RVA快速黏度分析仪(澳大利亚 Newport Scientific公司)测定淀粉黏滞性相关指标。峰值黏度(peak viscosity)、最低黏度(trough viscosity)、崩解值(breakdown)、最终黏度(final viscosity)、消减值(setback)、峰值时间(peak time)、糊化温度(pasting temperature)来表示RVA谱的相关特征性质，每个处理重复3次。

1.5 数据分析

所有数据统计分析采用SPSS 26.0软件和Excel 2016进行。

2 结果与分析

2.1 施用木醋液对水稻产量的影响

氮肥与木醋液处理下水稻产量构成因子分析结果(表1)表明，在同一氮素水平下喷施木醋液能显著促进穗粒数的增加，施用木醋液较不施用木醋液分别增加了25.65%～34.12%(洋硒早)、1.49%～37.56%(鄂香2号)，而对于单位面积穗数和结实率的影响不大。在不同氮素水平下，喷施木醋液对优质粳稻鄂香2号的产量增加有显著的促进效果且在N1条件下促进增产的效果最好。喷施木醋液能够显著增加不同施N水平条件下优质籼粳稻的产量，洋硒早(优质籼稻)的木醋液处理组较不施用木醋液增产5.68%～53.32%，鄂香2号(优质粳稻)的木醋液处理组较不施用木醋液增产10.51%～50.62%。方差分析结果(表1)表明，氮肥、木醋液、品种因素对优质稻产量的影响极显著。

表1 木醋液处理与氮肥水平对优质稻产量性状的影响 Table 1 Effects of wood vinegar treatment and nitrogen fertilizer levels on yield traits of high-quality rice

2.2 施用木醋液对稻米品质的影响

1)外观与加工品质。如表2所示，在同一氮素水平下喷施木醋液对优质籼粳稻的垩白粒率与垩白度没有显著影响。喷施木醋液可以显著提高同一氮素水平下稻米的糙米率和精米率，喷施木醋液较不施用木醋液的糙米率和精米率分别增加6.07%～8.06%和5.48%～10.39%(洋硒早)、6.34%～10.66%和4.12%～11.14%(鄂香2号)；对于整精米率影响不大。木醋液处理对优质粳稻鄂香2号的外观与加工品质影响程度大于对优质籼稻洋硒早的影响程度。

方差分析结果(表3)表明，氮肥对优质稻外观与加工品质均有极显著性影响。木醋液处理对垩白粒率、糙米率，精米率和整精米率有显著影响，而对垩白度的影响不显著，氮肥和木醋液处理对不同处理条件下垩白粒率、垩白度和整精米率的交互作用明显。结果表明不同优质稻品种的垩白粒率、垩白度、精米率和整精米率差异极显著，并且氮肥和木醋液处理对不同优质稻品种的外观与加工品质均有显著的交互作用影响。

2)食味品质。由表4可知，木醋液施用能够有效提升优质籼粳稻的食味值，而且施用木醋液能够较大程度地改善因施用过多氮肥(N3)而导致食味品质下降的问题，在空白和低氮素水平(N1)下喷施木醋液能够显著提高稻米的食味值，分别提高了11.51%和2.74%(洋硒早)、4.56%和5.47%(鄂香2号)。食味品质性状分析表明，木醋液处理和随着氮肥施用水平增加条件下，大多数处理的硬度与黏度都是提升的，在同一氮肥水平下，喷施木醋液后优质籼稻洋硒早的硬度与黏度较不施用之前分别提升了22.04%～9.78%和10.86%～67.92%。可见氮肥配合木醋液施用能够显著改善稻米的食味品质。

表2 木醋液处理与氮肥水平对优质稻的外观与加工品质的影响 Table 2 Effects of wood vinegar treatment and nitrogen fertilizer levels on the appearance and processing quality of high-quality rice %

表3 2个优质稻品种木醋液处理与氮肥水平下外观与加工品质的方差分析 Table 3 Variance analysis of appearance and processing quality of two varieties of wood vinegar treatment and nitrogen fertilizer level %

表4 木醋液处理与氮肥水平对优质稻食味品质性状的影响 Table 4 Effects of wood vinegar treatment and nitrogen fertilizer levels on the eating quality traits of high-quality rice

2.3 施用木醋液对稻米RVA谱特征的影响

由表5可知，不同氮素水平下，木醋液处理对2个优质稻品种的峰值时间和糊化温度没有明显的影响；木醋液处理对最终黏度有显著的提升作用，喷施木醋液较不施用木醋液的最终黏度分别平均提高了47.02%(洋硒早)和49.04%(鄂香2号)。木醋液处理下优质籼稻洋硒早的淀粉黏滞特性中的最高和最低黏度没有明显的差异，对优质粳稻鄂香2号的最高黏度和最低黏度则有较明显的影响，分别提高了5.06%～29.69%和39.09%～95.90%；木醋液处理下优质稻的消减值都有显著的增幅，分别增加63.57%～80.17%(洋硒早)、70.71%～107.32%(鄂香2号)；木醋液处理对优质籼稻洋硒早的淀粉黏度特性的崩解值无明显的影响，但显著降低了优质粳稻鄂香2号的崩解值，降低了20.70%～25.48%。2个优质稻品种不同氮肥水平下木醋液处理间消减值的变异系数较大，峰值黏度、最低黏度和最终黏度的变异系数次之，峰值时间和糊化温度的变异系数最小，说明不同氮肥水平下木醋液处理对优质籼粳稻RVA谱特征值中的消减值影响最大。

表5 木醋液处理与氮肥水平下优质稻淀粉黏度特性的影响 Table 5 Effects of wood vinegar treatment and nitrogen fertilizer level on starch viscosity characteristics of high-quality rice

3 讨 论

3.1 氮肥和木醋液处理对水稻产量的影响

关于木醋液处理对水稻产量的研究，孔高杰[12]进行了不同浓度小麦秸秆木醋液对水稻产量和品质的影响研究，结果表明小麦秸秆木醋液稀释至600倍时能够最大程度地改善豫粳8号和黄优520的产量并能改善水稻的外观和加工品质，提升水稻的营养品质。王海英[13]的研究结果表明，柞木、杂木、桦木3种木醋液稀释300倍均有显著提高水稻产量的效果。相关研究表明一定范围内增施氮肥会显著提高水稻产量[16]。本研究中在氮肥与木醋液的交互作用下水稻产量能大幅度地提高，优质粳稻鄂香2号在低氮处理下施用木醋液较不施用产量增幅明显。其原因可能是喷施木醋液能够促进水稻叶片叶绿素的合成，进而提高水稻叶片的光合效率，而水稻孕穗期叶片光合能力的提升可以促进水稻颖花分化、减少颖花退化，最终增加水稻穗粒数[6,13]。

3.2 氮肥和木醋液处理对水稻外观与加工品质的影响

孔高杰[12]研究发现，不同浓度木醋液处理对豫粳8号的垩白率有显著的影响，在木醋液稀释400倍条件下垩白率比对照组平均减少17.91%。本研究结果表明，在同一氮素水平下喷施木醋液对优质籼粳稻的垩白粒率与垩白度没有显著影响。不同氮素水平下木醋液处理能够显著提升稻米的加工品质，特别是糙米率和精米率分别增加了6.07%～8.06%和5.48%～10.39%(洋硒早)、6.34%～10.66%和4.12%～11.14%(鄂香2号)。喷施木醋液对优质常规籼粳稻的整精米率提升没有显著差异，原因可能是受垩白的影响导致稻米的整精米加工具有很大的不确定性。木醋液处理对优质粳稻鄂香2号的外观与加工品质影响程度大于对优质籼稻洋硒早的影响程度，初步推断是籼稻粒形较长，在加工过程中较粳稻易形成碎米，从而导致洋硒早品种的加工品质稍劣。本研究还发现在较低氮素水平下木醋液处理对糙米率和精米率的增幅较大，随着氮肥施用水平的提高施用木醋液对糙米率和精米率的增幅逐渐减小。

3.3 氮肥和木醋液处理对水稻蒸煮食味品质的影响

木醋液对水稻食味品质的影响尚缺乏系统性的研究，孔高杰[12]认为600倍木醋液处理能提高水稻品种豫粳8号和中质优2004蛋白质含量，对稻米中直链淀粉的含量无显著影响。本研究发现，在低氮条件下木醋液处理能够显著提升优质粳稻鄂香2号的食味品质。叶面喷施木醋液提高水稻食味值的原因可能是木醋液中的苯酚及其衍生物和氮化合物对籽粒灌浆和稻米中直链淀粉含量有一定的调节作用[17]。

淀粉RVA谱特征值是反映稻米品质的重要指标[18-20]，隋炯明等[21]和许砚杰[22]的研究表明，籼稻品种崩解值>80 RVU、消减值<20 RVU时其食味品质较好，粳稻品种崩解值>80 RVU、消减值为负值时其食味品质较好。本研究中木醋液处理与氮素水平对优质籼粳稻的RVA谱特征值的最终黏度与消减值都有明显提升。木醋液处理对优质籼稻洋硒早的淀粉RVA谱特征值中的最高和最终黏度无影响，对优质常规粳稻鄂香2号的最高黏度与最低黏度有显著提升作用。可能是不同类型水稻品种本身的差异造成的，导致其对木醋液与氮肥的敏感程度和吸收利用程度不尽相同。

本研究结果表明，不同施氮条件下喷施木醋液均有显著的增产效果，其中喷施木醋液对常规粳稻鄂香2号的增产效果更为明显，在总施氮量较低的水平下喷施木醋液的增产效果更为显著。4个氮肥水平处理下喷施木醋液对稻米的糙米率和精米率均有明显提升作用，此外还有利于改善稻米的蒸煮品质，显著提高稻米的消减值，降低崩解值，进而提升稻米的食味值，且在低氮肥水平下喷施木醋液对稻米食味品质的改善作用更为显著。本研究结果可为木醋液配合氮肥施用在优质水稻生产上的应用提供理论与技术支撑。