石膏用量对滨海盐碱地水稻产量和品质的影响

陈雨琼 孟轶 徐志恒 都晗萌 戴其根 张洪程 廖萍

（江苏省作物栽培生理重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心/农业农村部盐碱土改良与利用（滨海盐碱地）重点实验室/扬州大学农学院/水稻产业工程技术研究院，江苏 扬州 225009；第一作者:chenyq0518@163.com;*通信作者:p.liao@yzu.edu.cn）

土壤盐碱化是全球性的生态环境问题，不仅限制作物生长发育，同时对农业可持续生产构成重大威胁[1]。全球约1.7 亿hm2土地上种植了水稻，养活了世界50%以上的人口[2]。为了应对快速增长的人口，粮食需求日益增加，到2050 年水稻产量要在现有基础上增加大约28%才能满足需求[3]。开发利用盐碱地种植水稻，可在一定程度上缓解人们对口粮的需求压力，但随着人民生活水平的不断提高，优质稻米供应还存在缺口[4]。因此，水稻栽培在协同提升产量和品质的关系上面临着重大挑战。

改良盐碱地种植水稻是充分挖掘盐碱地综合利用潜力的可行性措施，对稳定我国水稻种植面积及保障粮食安全具有重要意义[5]。石膏的主要成分是二水合硫酸钙（CaSO4·2H2O），广泛应用于盐碱地稻田土壤改良[6-7]。目前，石膏施用对盐碱地土壤性状和水稻产量的影响已开展了大量试验。例如，KIM 等[8]通过10 年大田试验结果表明，石膏施用显著降低了盐碱土电导率和交换性Na+含量，长期施用可以显著提升土壤肥力。ABDUL等[9]发现，在不同程度盐胁迫下，施用石膏均能提升水稻对土壤矿质养分的吸收利用率，进而提高产量。杜三艳等[10]通过土柱淋洗试验，发现添加脱硫石膏能提高土壤的导水速率，改善土壤透气性，降低土壤pH，最终提高水稻产量。

然而，前人的研究主要聚焦于施石膏对盐碱地土壤性状和水稻产量的影响，对稻米品质的影响报道较少。为此，本文以江苏滨海地区大面积种植的常规稻南粳9108 为试验材料，在滨海中度盐碱地开展田间试验，探究不同石膏用量对水稻产量和品质的影响，以期为我国滨海盐碱地区水稻产量和品质的协同提升提供理论基础和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况与材料

试验于2022 年在江苏省盐城市射阳县临海镇进行。试验地前茬作物为小麦，土壤类型为典型滨海盐碱土（氯化钠含量为0.3%左右），基础土壤pH 9.1，有机质15.1 g/kg，全氮0.4 g/kg，碱解氮30.8 mg/kg，速效磷18.4 g/kg，速效钾176.4 mg/kg。试验品种为迟熟中粳稻南粳9108。尿素、过磷酸钙和氯化钾均为市售普通肥料。施用的石膏为脱硫石膏，购自河北省友盛公司。

1.2 试验设计

采用单因素随机区组试验设计，设置4 个石膏施用量水平0 t/hm2（G0）、3 t/hm2（G3）、6 t/hm2（G6）、12 t/hm2（G12），3 次重复，小区面积30 m2。将石膏均匀撒在小区内，随后进行翻耕。大田施肥量：纯N 270 kg/hm2、P2O5180 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2。氮肥中基肥∶蘖肥∶穗肥∶粒肥=3∶3∶2∶2；磷肥作基肥一次性施用；钾肥作基肥、穗肥等量施用。小区间做田埂以保证单独排灌，田埂用塑料薄膜覆盖防止窜水、窜肥。病虫草害防治及水分管理措施参照当地滨海盐碱稻田高产栽培模式进行。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 产量

成熟期在每个小区选取100 穴调查有效穗数，再按照平均值选取5 穴调查每穗粒数。参考水漂法测定结实率，稻谷在烘干至含水率为14.5%时测定千粒重[11]。同时，每个小区收割10 m2测定实际产量。

1.3.2 加工、外观和蒸煮食味品质

各小区使用5 点取样法，每点取5 穴水稻。水稻脱粒、晒干、风选后，参照GB/T17891—2017《优质稻谷》测定稻谷糙米率、精米率、整精米率、精米长宽比、垩白粒率、垩白度和直链淀粉含量。用全自动凯氏定氮仪（KjeltecTM8400，FOSS）测定精米氮含量，然后以5.95的转换系数计算蛋白质含量[12]。食味值、外观、硬度、粘度和平衡值参照ZHU 等[4]方法用食味仪（STA1A，日本佐竹公司）测定。

1.3.3 稻米RVA 谱

用快速黏度分析仪（Super 3，Newport Scientific）测定米粉的糊化特性，测定方法参照XIONG 等[13]，用其配套软件TCW（Thermal Cycle for Windows）分析数据。稻米RVA 谱用峰值黏度、热浆黏度、最终黏度、崩解值和消减值等特征值表示，单位cP；糊化温度单位℃。

1.4 统计分析

采用SPSS 22.0 软件进行单因素方差分析，使用LSD 在p<0.05 水平下进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 对盐碱地水稻产量的影响

由表1 可见，与不施石膏相比，施用石膏显著增加了水稻产量（11.8%~30.6%），且产量随石膏施用量的增加而增加。与不施石膏相比，有效穗数和每穗粒数均随石膏施用量的增加而增加。G12 处理的氮素吸收显著高于其他处理，G3 和G6 处理与G0 处理间氮素吸收无显著差异。各处理间的结实率和千粒重差异不显著。

表1 石膏用量对盐碱地水稻产量、产量构成和氮素吸收的影响

2.2 对盐碱地稻米加工品质和外观品质的影响

由表2 可知，与其他处理相比，G12 处理的加工品质和外观品质表现最优。在加工品质方面，稻米的精米率和整精米率随石膏施用量的提高而增加，G12 处理的精米率和整精米率较G0 处理增加2.7%和5.8%。在外观品质方面，施石膏显著降低了稻米的垩白粒率和垩白度，且石膏施用量与垩白粒率和垩白度的降低量成正比，其中G12 处理的垩白粒率和垩白度较G0 处理分别降低24.0%和43.1%。施石膏不影响稻米的糙米率和长宽比。

表2 石膏用量对盐碱地稻米加工品质和外观品质的影响

2.3 对盐碱地稻米蒸煮食味品质的影响

由表3 可知，G6、G12 处理的食味品质显著优于G0、G3 处理，G12 处理的食味值较G0 处理增加15.4%。G12 处理的胶稠度值显著高于其他处理，比G0处理增加达15 cm。G6、G12 处理的直链淀粉含量显著低于G3、G0 处理，各处理间蛋白质含量没有明显差异。

表3 石膏用量对盐碱地稻米蒸煮食味品质的影响

2.4 对盐碱地稻米RVA 谱特征值的影响

由表4 可知，石膏施用量越多，稻米热浆黏度和最终黏度越低，G12 处理的热浆黏度和最终黏度相比G0处理分别减少10.3%和7.4%。随着石膏施用量的增加，稻米崩解值逐渐提升，G12 处理比G0 处理增加36.5%；而消减值逐渐下降。施用石膏对峰值黏度和糊化温度均无显著影响。

3 讨论

3.1 石膏用量对盐碱地水稻产量的影响

本研究表明，适当增加石膏施用量可以提高水稻有效穗数和每穗粒数，最终提高产量，且石膏施用量与水稻产量的增幅成正比。首先，盐碱稻田通常含有大量的交换性Na+，易对植株造成钠盐胁迫，并对水稻产生毒害作用，降低水稻根系对N、P 和K 等矿质养分的吸收能力[14]。此外，土壤中较高的Na+浓度使得土壤溶液渗透压高于水稻根部细胞渗透压，导致胞间失水，抑制水稻根系生长发育[6,15]。脱硫石膏作为盐碱地土壤改良剂，施用后释放出大量Ca2+，置换土壤胶体表面上的Na+，促使Na+形成中性盐随土壤溶液下渗远离耕层土壤，显著降低耕层土壤钠盐的含量[9]。其次，施用石膏有利于增加土壤孔隙度，降低土壤容重，改善土壤团粒结构，提高通水透气性，为水稻根系生长创造良好的环境[16]。再者，Ca2+是植物细胞壁的重要组成部分，具有调节膜透性和增强细胞壁强度的作用，脱硫石膏中充足的Ca2+供应可以为其他营养元素的运输创造有利条件，保证稻株生理代谢的正常运行[17]。最后，S 不仅是植物生长所必需的营养元素之一，还可以提高水稻对N、P、K、Zn 等基本营养元素的吸收利用效率。同时，S 是形成胱氨酸、半胱氨酸等氨基酸的基础元素，也是叶绿素形成的关键成分。石膏富含S 显著提高植物叶绿素和脯氨酸的含量[18-19]。综上，在盐碱地稻田施用石膏能够缓解水稻根系盐胁迫，促进水稻对矿质养分的吸收，同时协调水稻叶片生理性状，最终获得高产。

3.2 石膏用量对盐碱地稻米品质的影响

本研究表明，与不施石膏相比，施用石膏显著提高了稻米加工品质和外观品质，施用量越大提高越显著。在蒸煮食味特性方面，施用石膏显著提高了食味值和胶稠度，降低了直链淀粉含量，而对蛋白质含量无显著影响。此外，施用石膏显著提高了水稻的糊化特性，且较高的施用量提升效果更显著。稻米品质不仅受遗传基因调控，而且还受环境因素和农艺栽培措施影响[20]。盐胁迫降低籽粒中ADP-葡聚糖焦磷酸化酶和β-淀粉酶活性，这将抑制淀粉的合成[21]。淀粉积累的减少不仅降低水稻的加工品质，而且显著增加籽粒的垩白度和垩白粒率[22]。施用石膏可显著缓解水稻受到的单盐毒害和渗透胁迫，提高籽粒中淀粉合成相关酶活性，进而提高稻米加工品质和外观品质。蒸煮食味品质方面，前人研究表明，稻米的食味特性往往与胶稠度正相关，与直链淀粉含量和蛋白质含量负相关[23]。直链淀粉和蛋白质含量是影响稻米品质的重要因素，协调二者的平衡关系是提高稻米食味品质的关键[13]。与王静等[24]研究结果相似，本试验中脱硫石膏显著降低了水稻直链淀粉含量，但对蛋白质含量无显著影响。直链淀粉含量低的大米在蒸煮过程中更易膨胀，且冷却后不易变硬[25]。因此，与不施石膏相比，G12 处理较低的直链淀粉含量在提高外观、黏度、平衡度的同时显著降低了硬度，进而提高了稻米的食味值。RVA 谱可以模拟米饭的蒸煮过程，用来探究籽粒淀粉在糊化过程中黏性随温度和时间变化的规律[26]。优质食味粳稻往往拥有较高的崩解值和较低的消减值，这与本研究中施石膏后RVA 谱呈现的趋势一致[23]。

4 结论

施用石膏显著提高了盐碱地水稻产量，其原因主要在于有效穗数和每穗粒数的增加；施用石膏显著提高了稻米的加工品质、外观品质和蒸煮食味品质，同时改善了糊化特性。在0 t/hm2到12 t/hm2范围内，水稻产量和品质对石膏的响应随着施用量的增加而增加。本研究结果可为滨海盐碱地水稻丰产和优质栽培提供理论依据和技术支撑。