施用不同石灰类物质对双季优质稻产量和品质的影响

陈雅慧 杨星莲 刘磊 邵华 曾勇军 黄山* 潘晓华

（1 教育部作物生理生态与遗传育种重点实验室/江西农业大学 农学院，南昌 330045；2 江西省土壤肥料技术推广站，南昌 330046；*通讯作者：ecohs@126.com）

水稻是我国最重要的口粮作物。双季稻区的水稻面积占我国水稻播种面积的33.0%。近年来，随着我国经济发展水平和人民收入水平的提高，市场对优质稻米的需求快速提升[1]。因此，提高双季稻产量和品质对保障我国口粮安全至关重要[1]。

南方双季稻区气候温暖湿润，日照充足，降水充沛，水稻生产潜力较高。但受长期偏施氮肥加上酸雨等因素影响，土壤酸化严重。土壤酸化会限制水稻根系生长，制约其生长发育，降低氮素吸收，进而影响水稻产量和稻米品质。大量研究表明，适量施用石灰能够改良土壤酸化，提高作物产量[2-3]，还能够促进水稻根系生长及其对土壤养分的吸收利用[4]。但是，以往的研究主要关注施用石灰对水稻产量和土壤改良的影响[5-7]，对双季稻稻米品质的影响研究较少。而且，很多研究仅施用一种石灰类物质，缺乏不同石灰类物质的对比。因此，本研究在南方典型的酸性双季稻田上开展试验，以明确不同石灰类物质对双季稻产量和品质的影响，为双季稻优质丰产栽培提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021 年在江西省宜春市上高县泗溪镇曾家村（28°31′N，115°09′E）进行。试验地年均气温17.5 ℃，年平均降雨量1 650 mm。该地种植水稻模式为“早稻季-晚稻季-冬闲季”，土壤质地类型为砂质粘壤土。试验前0～15 cm 耕层的土壤基本理化性质为：土壤容重1.3 g/cm3，pH 值5.0，有机质含量32.6 g/kg，总氮1.7 g/kg，总磷1.0 g/kg，总钾20.0 g/kg，碱解氮160.0 mg/kg，有效磷56.5 mg/kg，速效钾180.8 mg/kg。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，在秸秆全量还田且常规施肥的条件下，共设4 个处理，分别为：CK，不施用石灰；CaO 即施用氧化钙；Ca (OH)2即施用氢氧化钙；Ca－CO3即施用碳酸钙。每个处理3 次重复。3 种石灰类物质于2020 年晚稻收获后均匀施入小区。CaO 施用量为1 500.0 kg/hm2，而Ca (OH)2、CaCO3施用量则根据CaO施用量和3 种石灰类物质酸中和值计算[8]。施肥方式为人工撒施。各处理的氮、磷、钾施用量和方式一致。施氮量261.0 kg/hm2，基肥∶分蘖肥=5∶5；施磷量499.5 kg/hm2，全部作基肥；施钾量100.5 kg/hm2，全部作基肥。氮、磷、钾肥分别为CH4N2O、P2O5和K2O。试验早稻品种为柒两优2012（杂交籼稻），晚稻品种为美香占2 号（常规籼稻）。采用人工方式进行秧苗移栽和水稻收获。早、晚稻播期分别为3 月20 日和6 月22 日，移栽日期分别为6 月14 日和7 月15 日。早、晚稻移栽密度分别为13 cm×23 cm 和13 cm×27 cm，栽插基本苗分别为4 株/丛和2 株/丛。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 产量及产量构成因子

于成熟期每个小区取120 丛计算有效穗数。按照平均有效穗数从各小区取5 丛水稻调查每穗粒数、结实率和千粒重。各小区取150 丛水稻植株脱粒测产。

1.3.2 氮素吸收

将烘干后的成熟期植株，按茎、叶和穗分别机械粉碎，过0.25 mm 筛保存。采用Foss-2300 型全自动凯氏定氮仪测定各器官的氮素含量, 并根据各器官干物质量和氮素含量计算地上部氮素吸收总量。

1.3.3 叶片SPAD 值

在水稻分蘖期、穗分化期、抽穗期和灌浆期，各小区选择30 片长势基本一致的完全展开叶，用SPAD-502 叶绿素仪测定叶片叶绿素值（SPAD 值）。

1.3.4 稻米品质

早、晚稻成熟后，各小区取20 丛水稻植株进行脱粒，风干水分低至14.5%，室温贮藏3 个月后测定稻米品质。称取无空壳的200 g 稻谷。利用糙米机[永元电机（苏州）有限公司]磨掉谷壳加工为糙米，称质量。再利用精米机加工为精米，称质量。根据糙米质量和精米质量，计算出糙米率和精米率。整精米率是完整米和粒长达到完整米粒平均长度4/5 以上的精米质量占稻谷试样质量的百分率。经加工的精米利用MRS-9600TFU2L 扫描仪（上海中晶科技有限公司）扫描垩白及整精米情况。

完成加工的精米利用由锤式旋风磨（上海嘉定粮油仪器有限公司）磨为米粉，参照GB/T17891-2017《优质稻谷》方法测定蒸煮和食味品质指标，利用碘比色-分光光度计法测定直链淀粉含量；用凯氏定氮法测定米粉含氮量，将其含氮量再乘以换算系数5.95 即为蛋白质含量。

1.3.5 土壤pH 值

晚稻收获后，于各小区采用“五点法”取0～15 cm耕层土样，自然风干后过2 mm 筛保存。采用PHS-3C型pH 测试仪（上海仪电科学仪器股份有限公司）测定土壤pH 值[9]。

1.4 统计分析

采用SPSS 18.0 软件进行单因素方差分析，并进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同石灰类物质对水稻产量及其构成因子的影响

由表1 可知，与CK 相比，施用CaO、Ca (OH)2和CaCO3均显著提高了晚稻产量，增幅分别为11.3 %、17.4%和17.6%，但对早稻产量无显著影响；与CK 相比，施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3均提高了早、晚稻的有效穗数，还提高了晚稻的每穗粒数，但差异均未达显著水平。

表1 不同石灰类物质对双季优质稻产量及其构成因子的影响

2.2 不同石灰类物质对总生物量和氮素吸收的影响

由图1 可知，与CK 相比，施用石灰类物质的早稻生物量有下降的趋势，但晚稻生物量有所升高，其中施用Ca(OH)2的处理显著提升9.5%。由图2 可知，与CK相比，施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3均显著提高了晚稻的氮素吸收，增幅分别为15.1%、13.5%和17.1%，但对早稻氮素吸收无显著影响。

图1 不同石灰类物质对双季稻总生物量的影响

图2 不同石灰类物质对双季稻氮素吸收的影响

2.3 不同石灰类物质对叶绿素含量的影响

与CK 相比，施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3使晚稻分蘖期和穗分化期叶片SPAD 值显著提升，增幅分别为3.3%、2.9%、4.2%和1.3%、1.2%、3.8%，但对早稻分蘖期、穗分化期、抽穗期和灌浆期叶片SPAD 值均无显著影响（图3）。不同石灰类物质处理组间双季稻叶片SPAD 值无显著差异。

图3 不同石灰类物质对双季稻叶片SPAD 值的影响

2.4 不同石灰类物质对稻米品质的影响

2.4.1 不同石灰类物质对稻米加工品质的影响

由表2 可见，与CK 相比，施用CaO、Ca (OH)2和CaCO3显著提升了晚稻的精米率和整精米率，增幅分别为1.6%、2.1%、1.3%和6.3%、6.1%、6.3%，但对早稻糙米率、精米率和整精米率均无显著影响。

2.4.2 不同石灰类物质对稻米外观品质的影响

由表3 可见，与CK 相比，施用CaO、Ca (OH)2和CaCO3使早、晚稻的垩白粒率及垩白度均有所下降；施用CaO 使早稻的垩白度显著降低35.9%，施用Ca(OH)2使晚稻垩白粒率显著降低23.6%。

表3 不同石灰类物质对双季优质稻外观品质的影响

2.4.3 不同石灰类物质对稻米蒸煮食味及营养品质的影响

由表4 可见，与CK 相比，施用CaO、Ca (OH)2和CaCO3对晚稻米的蒸煮食味品质有显著影响，直链淀粉含量分别显著下降4.7%、4.8%和4.8%；施用CaO 和CaCO3使晚稻胶稠度分别显著升高9.8%和12.8%。施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3对早稻米的蒸煮食味及营养品质均无显著影响。

表4 不同石灰类物质对双季优质稻蒸煮食味及营养品质的影响

2.5 不同石灰类物质对土壤pH 的影响

由图4 可见，施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3使早稻季土壤pH 值分别显著提高0.52、0.42 和0.50 个单位，使晚稻季土壤pH 值分别显著提高0.41、0.57 和0.48个单位。

图4 不同石灰类物质对双季优质稻土壤pH 值的影响

3 讨论

3.1 不同石灰类物质对双季稻产量的影响

大量研究结果表明，施石灰显著提升酸性稻田的水稻产量[10-11]。本研究结果亦表明，施用不同石灰类物质均显著增加了晚稻产量。原因可能是：1）施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3显著提高氮素吸收，进而提高了水稻有效穗数[12]。2）石灰类物质能够改善酸性土壤，提高有机质矿化和土壤碳氮代谢相关酶活性，增加了对Ca2+的利用率，降低了对Al3+的吸收，减少对水稻的毒害作用，促进水稻的生长和氮素吸收[13-14]。3）施用石灰类物质有利于水稻进行光合作用，促进同化物向籽粒运转，使水稻增产[13,15]。4）在分蘖期和穗分化期，施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3显著提高了叶片SAPD 值。这有利于水稻分蘖，增加水稻的有效穗数，从而使得水稻增产。

但是，与前人研究施用石灰能够显著提升双季早稻产量[13,15-16]的结果不同，本研究表明，施用CaO、Ca(OH)2和CaCO3对早稻产量无显著影响。原因可能是：本研究中水稻秸秆全量还田，而有研究表明石灰能够促进秸秆腐解、养分释放[17]。在晚稻季，施用石灰缓解了秸秆还田对水稻前期分蘖的不利影响，降低了大量秸秆还田后微生物对速效氮素的固定，促进了晚稻根系生长及其养分吸收[18]。而在早稻季，上一年晚稻秸秆还田至翌年早稻移栽有5 个月的冬闲期，大部分秸秆已经腐解。因此，在早稻季施用石灰对缓解秸秆还田导致的氮素固定的效果可能不显著，从而弱化了其对早稻生长的促进作用。

本研究表明，3 个施用石灰类物质处理对双季稻产量影响的差异不显著，这与PAGANI 等[17]的研究结果相似。这可能与本研究中所施用不同石灰类物质的浓度很高有关。

3.2 不同石灰类物质对双季稻稻米品质的影响

本研究表明，不同石灰类物质均显著提升了晚稻的加工品质，主要表现为晚稻的精米率和整精米率有所升高。在秸秆全量还田的条件下施用石灰，可为水稻提供更丰富的氮磷钾及其他微量养分[19]，从而使水稻籽粒在灌浆期灌浆物质充足，减少垩白形成。垩白的下降使稻米在加工过程中不易破碎[20]。本研究表明，施用不同石灰类物质均降低了晚稻的直链淀粉含量，提高了胶稠度。因此，施用石灰类物质可能使稻米的食味更好[21]。

本研究也表明，不同石灰类物质处理间对双季优质稻产量和品质影响的差异不显著。主要是因为不同石灰类物质均使双季稻土壤pH 显著提升。而且，石灰类物质的碱性虽不同，但根据酸中和值来计算施用量，在提高土壤pH 的效果基本一致。因此，在实际生产中，石灰类型对双季稻产量和品质的影响差异并不大，关键是适宜的施用量。

应当指出，本试验还存在一些不足之处。首先，研究仅进行1 年试验，结论的可靠性有待进一步验证。其次，石灰的效果受不同土壤类型、土壤酸化程度以及不同气候的影响。因此，还需进行多年试验明确不同石灰类物质对双季稻产量和品质的影响。

4 结论

在酸性双季稻田上，施用CaO、Ca (OH)2和CaCO3显著提高了晚稻的产量和稻米品质，特别是加工和食味品质。但是，不同石灰类物质之间的效果较为一致。因此，施用适量的石灰类物质在改良土壤酸化的同时，有利于实现双季优质稻丰产优质。