硫酸镁对水稻光合特性和品质的影响

马艳，郑桂萍，赵洋，蔡永盛，李丹丹，郑悦，潘世驹，胡法龙，李晓蕾

（黑龙江八一农垦大学农学院，大庆 163319）

随着人们生活水平的不断提高和全球水稻市场的激烈竞争，中国水稻生产应逐步朝着“高产、优质、高效”的方面迈进[1-3]。人们普遍重视稻米的品质，对稻米的外观品质、营养品质、适口性及理化品质都提出了更高的要求。在影响稻米品质的诸多因素中，肥料运筹对稻米品质影响极为显著[4]。水稻生长除需磷钾等大量必要元素外，对硅、镁反应也较为敏感。镁是叶绿素的组成成分之一，是作物生长发育的必需元素，也是多种酶的活化剂，它对水稻的光合作用和其他代谢过程有着重大的影响[5]。硫酸镁肥中的镁离子能够有效提高水稻的光合作用效率，使水稻千粒重明显增加，从而使水稻增产。因此，如何在保证水稻的产量水平的前提下通过施用镁肥提高稻米品质成为水稻生产中需要解决的问题。为了进一步验证硫酸镁在水稻上的使用效果，试验在盆栽环境条件下，研究了施用硫酸镁对粳稻光合特性和品质的影响，旨在为水稻施镁技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地

试验品种为垦鉴稻5 号，东农428。垦鉴稻5 号由黑龙江八一农大水稻中心选育而成，圆粒。东农428由东北农业大学选育而成，长粒。试验用肥料为市售硫酸钾（50%）、尿素（含N 46.5%）、磷酸二铵（含N 18%，P2O546%）、硫酸钾（含K2O 50%）、七水硫酸镁（99%）。

试验于2012年在黑龙江省大庆市黑龙江八一农垦大学盆栽场进行。供试土壤为黑钙土，试验地土壤基础肥力状况如表1。

表1 土壤基础肥力状况Table 1 The basic conditions of soil fertility

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，盆栽方法进行。以不施硫酸镁为对照，记为CK，以硫酸镁不同生育期施用为处理，分别记为M1、M2、M3、M4，M1 处理为100%基施，M2 处理基肥、中期各50%，M3 处理100 中期施入，M4 处理采用2%浓度中期叶喷的方式。盆钵的直径（内径）为29 cm，每盆3 穴，每穴4 苗，每处理设16 盆。尿素、磷酸二铵和硫酸钾分别按187.5、120.0和157.5 kg·hm-2施用，尿素的基肥、蘖肥和穗肥施用比例为：40∶40∶20；磷酸二铵的基肥和穗肥施用比例为：50∶50；硫酸钾做基肥100%施入。基肥在最后一次搅土前施入，蘖肥施用时期为插秧返青后即施用，穗肥施肥时期为抽穗前20 d 以后（判断以倒二叶长出一半左右）施用。

硫酸镁做基肥施用时，也于最后一次搅土前溶于水中施入盆钵。硫酸镁中期施用于抽穗前35 d（11叶品种于7.0～7.5 叶、12 叶品种于8.0～8.5 叶）时进行（溶于水中混匀）。叶喷处理是采用硫酸镁以2%的浓度溶于水喷于叶面的方式。试验处理、施肥量及施肥时期如表2。试验采用日本钵盘育苗，3.0 叶龄左右移栽。试验按常规旱育稀植、叶龄指标计划管理进行[6]。水稻成熟后收获，自然风干后进行品质分析。

表2 肥料施用量及施用方法Table 2 The amount and methods of fertilizer application

1.3 测定项目

1.3.1 叶片光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率的测定

选择晴天9∶00～10∶30，分别于分蘖盛期的功能叶和灌浆盛期的剑叶中部，用美国LI-COR 公司生产的LI-6400 型便携式光合作用测定仪进行测定光合特性。每处理测6 片叶，取平均值。测定叶片光合作用时设定系统内气流速度为500 μmol·s-1，采用专用内置红光源，光照强度设定为1 300 μmol·m-2·s-1光量子。

1.3.2 不同处理水稻加工品质的变化

用FC-2 K 型实验砻谷机（YAMAMOTO，离心式）加工成糙米，用日本公司生产的VP-32 型实验碾米机（YAMAMOTO，直立式）加工精米，之后再从精米中分离整精米，以测定稻米的糙米率、精米率和整精米率。

1.3.3 不同处理水稻外观品质的变化

包括垩白度、垩白粒率、整粒长宽比等，用RGQ120A 颗粒判定仪进行。

1.3.4 不同处理水稻营养品质的测定

用FOSS1241 近红外谷物分析仪测定蛋白质和直链淀粉含量。

1.3.5 不同处理水稻蒸煮食味品质的测定

食味品质用日本佐竹公司（SATAKE）生产的米饭食味计（STA1A）进行食味评分的测定。包括香气、光泽、完整性、味道、口感及综合食味评分等。

1.4 数据分析

数据处理和图表绘制采用Microsoft Excel 2007有关程序求算，并作图；变异系数及差异显著性比较，利用唐启义DPS 数据处理系统进行分析，做图[7]。

2 结果与分析

2.1 硫酸镁对分蘖盛期光合特性的影响

由表3 可知，除东农428 的M3 外，两品种各处理胞间CO2浓度均有降低的趋势，且与CK 均达到了极显著水平。另外，东农428 的蒸腾速率也极显著降低。垦鉴稻5 号的M2 和M4 处理的气孔导度与蒸腾速率都极显著增高，M3 处理极显著降低。两品种的净光合速率在增施硫酸镁后都极显著增加。垦鉴稻5号的增加幅度高于东农428，M2 较CK 增加了59.88%。两品种各处理的净光合速率均极显著高于CK，且各处理间也达到了显著或极显著水平。垦鉴稻5 号的净光合速率以M2 最高，其次为M4。东农428以M3 最高，其次为M3。说明对于这两个品种来说，对于不同方式施用硫酸镁均可提高净光合速率，但不同的品种增加幅度不同。M3 较其他处理更显著提高了东农428 的光合作用。

表3 分蘖盛期不同处理的水稻叶片光合特性Table 3 The photosynthetic indexes of rice leaf in late tillering period

2.2 硫酸镁对灌浆盛期光合特性的影响

由表4 知，两品种灌浆盛期各处理胞间CO2浓度、蒸腾速率、气孔导度、净光合速率均有所增加，且各处理的胞间CO2浓度与CK 均达到了显著水平。对于垦鉴稻5 号来说，M4 处理的胞间CO2浓度、蒸腾速率、气孔导度的增幅最大，分别增加了8.07%、28.78%、42.69%。M3 处理的净光合速率增幅最大，达到了20.50%。东农428 的M4 处理的蒸腾速率和净光合速率增幅较大，分别达到了52.58%、40.94%。与CK 达极显著水平。M2 处理的净光合速率最大，较CK 高41.89%，达极显著水平。说明对于这一时期来说，硫酸镁可以提高水稻的光合作用。

表4 灌浆盛期不同处理的水稻叶片光合特性Table 4 The photosynthetic indexes of rice leaf in filling stage

2.3 不同处理对稻米加工品质的影响

通过对不同处理稻谷加工品质的测定，结果如表5 所示。可见，垦鉴稻5 号的糙米率以CK 最高，且与CK 间的差异达显著水平。M2 和M4 处理也较CK增加，但未达到显著水平。各处理的精米率和整精米率均较CK 降低。对于东农428，M4 处理的糙米率、精米率、整精米率都高于CK，其中M3、M4 的整精米率与CK 的差异达到显著和极显著水平。说明M3 和M4 处理对于改善东农428 加工品质的效果较明显。

表5 不同处理对水稻加工品质的差异显著分析Table 5 Analysis of the significant differences on milling quality of treatments

2.4 不同处理对稻米外观品质的影响

图1 同处理对稻米外观品质的影响Fig.1 Effects of the different treatments on appearance quality

由图1 可知，和CK 比，垦鉴稻5 号的垩白粒率和垩白度均有所增加，M3 处理的垩白粒率较其他处理较低，而M4 处理的垩白度较其他处理较低。说明在供试土壤条件下，硫酸镁对提高垦鉴稻5 号的外观品质的意义不大，这可能和垦鉴稻5 号的稻米籽粒中的含镁量有关系。与CK 比，东农428 的M3 处理的垩白粒率和垩白度较对照降低，分别降低了20%、27%。另外，M2 处理的垩白度也较CK 降低了25.66%。但M1、M4 处理的垩白粒率和垩白度都有所提高，说明不同时期施用镁肥对外观品质的改善程度是不同的。

2.5 不同处理对稻米营养品质的影响

图2 不同处理对稻米蛋白质和直链淀粉含量的影响Fig.2 Effects of the different treatments on protein and amylose content

从图2 中可以看出，东农428 蛋白质含量以M1处理最高，其次为M2，分别较CK 提高了1.76%和0.88%。M4 处理的蛋白质含量最低，且与M1 处理达到了显著水平。说明M1、M2 施肥处理可以提高蛋白质的含量。且与CK 相比，各施肥处理的直链淀粉含量均极显著，各处理之间的差异不显著，且M2 含量最低。对垦鉴稻5 号来说，除M2 的蛋白质含量略高于CK 外，各施肥处理的蛋白质含量均低于CK，M1、M3、M4 与对照达到了极显著或显著水平。其中M1的降低幅度最大。M2、M3 的直链淀粉含量较CK 比相差不大，但M1 和M4 处理的直链淀粉含量都较CK 有所提高，且M4 处理与CK 达到了显著水平。

图3 不同处理对稻米食味值的影响Fig.3 Effects of the different treatments on taste value

2.6 不同处理对稻米食味品质的影响

由图3 知，垦鉴稻5 号的各处理均能提高稻米的食味值，且均与CK 达到了显著水平，各处理间的差异均不显著。对于东农428 来说，各处理的食味评分均较CK 有所增加，以M4 处理最高，与CK 达显著水平，其余处理与CK 差异不显著。M1、M2、M3 分别较CK 提高了0.53%、0.12%、0.32%。说明施用硫酸镁可明显改善稻米的食味品质，且不同品种改善程度不同。

2.7 水稻光合特性与品质各指标的关系

由表5 可以看出，对于东农428 来说，分蘖盛期净光合速率与灌浆盛期净光合速率、蛋白质均呈正相关，与整精米率、垩白度、食味评分呈负相关。灌浆盛期净光合速率与垩白度、食味评分、整精米率和蛋白质均呈正相关。整精米率与食味评分呈正相关，与垩白度、蛋白质呈负相关，且与垩白度达显著水平，与蛋白质达极显著水平。垩白度与蛋白质、食味评分呈正相关，蛋白质与食味评分呈负相关。

垦鉴稻5 号的两个时期的净光合速率均与食味评分、垩白度呈正相关，分蘖盛期净光合速率和整精米率呈负相关，且与整精米率达显著水平，与蛋白质呈正相关。灌浆盛期净光合速率与蛋白质呈负相关，与整精米率呈正相关。整精米率与蛋白质呈正相关，与与食味评分、垩白度呈负相关。垩白度与蛋白质呈负相关，与食味评分呈正相关。垦鉴稻5 号的蛋白质与食味评分也呈负相关。

表6 水稻光合特性与品质各指标的相关性Table 6 Correlation of photosynthetic rate and quality indexes

3 结论和讨论

3.1 讨论

就光合作用而言，分蘖盛期和灌浆盛期的净光合速率都是极显著或显著增加的。对于同一处理不同品种，其作用效果不同。研究指出[8-9]，镁肥能够降低垩白粒率和垩白度。供镁充足时，稻米必需氨基酸总量、赖氨酸、苏氨酸含量提高[10]。本试验两品种的食味品质均得到改善，但垦鉴稻5 号的外观品质没有提高，反而下降，这可能与品种本身的镁元素含量有关系。对于外观品质较好而食味品质较差的品种来说，本试验的意义较大。另外，大田环境中的各种因素（矿质离子、pH、水分等）对水稻吸收转运镁的影响，以及栽培措施对稻米中的镁元素含量的影响，也是高产优质水稻生产的重要研究方向[11]。因此，应对其作用方式和过程继续探究，以期更好地实现水稻高产优质的目标。

3.2 结论

（1）由光合特性可知，分蘖盛期水稻各处理的胞间CO2浓度均较CK 显著或极显著降低。各处理的净光合速率均极显著高于CK，且各处理间也达到了显著或极显著水平。100%中期处理对于提高垦鉴稻5号的光合作用效果最好，基肥、中期各50%处理有效提高了东农428 的光合速率。因此，可通过100%中期，以及基肥、中期各50%处理提高水稻光合速率。

（2）东农428 加工品质以中期叶喷处理的改善程度最为明显。垦鉴稻5 号的糙米率以100%基施处理最高，与对照达显著水平。对垦鉴稻5 号来说，各处理均能显著提高稻米的食味值。中期叶喷处理显著提高了东农428 的食味值。说明硫酸镁能明显改善稻米的加工和食味品质，且对于不同的品种改善程度不同。

（3）东农428 的食味评分与分蘖盛期净光合速率呈负相关，与灌浆盛期净光合速率呈正相关，与整精米率、垩白度呈正相关，与蛋白质呈负相关，这点与前人研究结果一致[12]。垦鉴稻5 号的食味评分与两个时期的光合速率均呈正相关，与垩白度呈正相关，与整精米率、蛋白质呈负相关，其分蘖盛期净光合速率与整精米率呈显著负相关。

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