优质稻优质丰产协同栽培技术策略

彭春瑞，王书华，涂田华，陈 金，邓国强，谢 江，陈先茂，邱才飞

(1.江西省农业科学院 土壤肥料与资源环境研究所/农业农村部 长江中下游作物生理生态与耕作重点实验室/国家红壤改良工程技术研究中心,江西 南昌 330200;2.江西省吉安县永阳镇农业经济技术综合服务站,江西 吉安 343109;3.江西省农业科学院 农产品质量安全与标准研究所,江西 南昌 330200)

我国有65%左右的人口以稻米为主食,提高水稻的单产水平对保障我国粮食安全有重要意义。由于水稻育种技术和栽培技术的进步,我国在水稻高产超高产育种和栽培方面取得了举世瞩目的成就,水稻单产水平不断提高,为我国稻米的基本自给做出了重要贡献。江西是新中国成立后连续不间断向国家调出稻谷的唯一省份,水稻单产水平由1949年的1605 kg/hm2提高到了1978年的3193 kg/hm2和2018年的6090 kg/hm2。在实行家庭联产承包责任制以前稻谷都是供不应求的；在实行家庭联产承包责任制后,水稻单产不断提高,在20世纪80年代中期和90年代中期以及当前都先后出现了稻谷相对过剩,导致“谷贱伤农”和“卖粮难”现象。近40年来,江西水稻生产进入了“产量不足-提高单产-出现卖粮难-发展优质稻-产量不足-提高单产”的怪圈,没有很好地协调产量与品质的关系,出现水稻生产的周期性波动,严重影响了种稻效益和农民积极性。水稻栽培专家也往往将产量与品质单独分开来研究,总是认为高产和优质是一对矛盾。诚然,很多高产品种的米质不是太好,而高档优质米则产量往往不是太高,很多高产措施会导致米质下降。但高产优质并不总是对立的,在保障水稻丰产的条件下改善米质或在保持水稻品种米质潜力条件下提高产量都是可能的。彭春瑞等研究表明,采用“三高一保”栽培技术不仅能明显提高水稻的产量,而且能改善米质[1]；唐永红等也认为水稻产量和米质形成基本上是同步进行的,产量和品质并不是一对不可调和的矛盾[2]。因此,通过栽培措施是可能协调水稻优质与丰产间的矛盾的；水稻优质丰产协同栽培技术就是要采取合理的栽培技术协调丰产与优质间的矛盾,充分挖掘品种的产量与品质潜力,促进产量与米质的协同提升。

1 影响优质稻产量和品质形成的因素

1.1 品种特性

遗传特性是影响水稻产量和品质的主要因素之一,不同品种的产量与品质差异很大,高产和优质一直是水稻育种工作者追求的两大目标。由于优质稻育种技术的发展,现在的水稻品种的产量与品质均有大幅度的提升,如江西育成的优质稻品种赣晚籼30号不仅米质优于20世纪70～80年代推广的优质稻品种双竹粘,而且产量也明显高于双竹粘,与江西传统的万年贡米、南城麻姑米等地方品牌优质稻品种比较,其产量和品质更是明显提升,因此，培育出产量和米质潜力均高的品种,是保障水稻优质丰产的基础。

1.2 环境条件

环境条件也是影响水稻产量的重要因素,同一个品种在不同地方种植,其产量和稻米品质均会有很大差异,这主要由不同地区的气候、土壤等环境条件不同所致。

1.2.1 气候因子 气候因子是影响水稻产量与米质形成的主要环境因素[3,4],特别是水稻灌浆结实期的气候因子。影响水稻产量和品质形成的主要气候因子包括温度、光照和降雨。灌浆结实期温度适宜和昼夜温差较高不仅有利于提高水稻产量,而且还可改善稻米品质；一般灌浆结实期的日平均温度以21～26 ℃为宜[5]。日平均温度过高则会使群体光合效率下降、水稻早衰、灌浆期缩短,造成高温逼熟,不仅影响产量,而且导致稻米的垩白度增大、垩白粒率提高、透明度降低、整精米率下降、碎米增多、蒸煮品质和食用品质变差,直接影响米质,但高温往往会增加籽粒的蛋白质含量;而温度过低,则会导致水稻不能安全齐穗或不能正常灌浆充实,影响同化产物的积累和运转,使稻米的“青米率”增加、垩白度增大、整精米率一般也下降、综合米质变劣。如江西双季早稻在结实期遇“高温逼熟”和双季晚稻遇“寒露风”均会导致产量和米质的下降。除日平均温度外,昼夜温差也对水稻产量和米质的形成有重要影响,一般温差大,有利于干物质积累和籽粒灌浆,会提高产量和改善稻米品质。

光照是仅次于温度对水稻产量和米质均有较大影响的气候因子。水稻生育后期光照不足,光合作用减弱,尤其在群体质量差的稻田,碳水化合物合成受阻,易造成籽粒充实不良,产量下降,青米增多,垩白米粒增多,蛋白质含量下降;但是光照太强,又有可能会导致温度相应升高,诱导高温逼熟,同样会导致灌浆充实不良,垩白度增大,垩白米率增加,产量下降。此外,日照时数对米质形成也有一定影响,总的趋势是日照时数增加有利于增加光合时间和干物质积累,促进灌浆,改善米质和提高产量。

降雨也会对水稻产量和米质产生很大影响,水稻在不同生育时期对水分的需求不同,只有在适宜的含水量条件下才能生长良好,水分过多或过少对水稻生长都不利。灌浆结实期极端降雨或少雨会导致洪涝灾害或干旱,进而影响水稻籽粒灌浆,导致产量和米质下降。在没有形成灾害的降雨条件下,降雨会通过影响田间湿度或光照进而影响产量和米质形成,降雨量多或降雨时间长,则田间空气湿度大,会降低光照强度和光照时数,从而影响光合作用,增加病害发生,不利于产量和米质提升；而降雨量过少,则空气湿度过低,也同样会影响光合作用,也不利于产量和米质形成。

除光、温、降雨等外,影响水稻产量和米质形成的气候因子还有风、空气质量等。如风力过大,则会导致水稻倒伏或叶片破损,影响光合作用和物质生产运转,导致结实不良、产量和米质下降；而没有风则影响田间气体交换,同样不利于光合作用,从而影响产量和米质;空气中的有害物质多,会对水稻叶片造成伤害,同样也会影响产量和米质。

1.2.2 土壤环境 土壤环境是影响水稻生长发育的重要因子,因而对水稻的产量和米质形成有重要影响。同一品种在同一地区种植,不同田块间产量也有很大差异,这主要就是由土壤环境差异引起的。影响水稻产量和米质形成的主要土壤因子包括:土壤肥力、土壤结构、土壤pH值、土壤污染物含量等。土壤肥力是最主要的土壤环境因子,由于水稻吸收的养分大部分来自土壤本身,而且土壤肥力越高则地力贡献率越大,因此,土壤养分含量和有机质含量对水稻产量和米质形成有重要作用,一般在有机质含量高、养分丰富而且平衡的土壤上种植水稻,不仅可以提高水稻产量,而且还可以改装稻米品质。土壤结构主要通过影响根系生长而影响水稻产量和米质形成,一般耕层深厚、通气性好、保水保肥的土壤有利于水稻高产和优质,而耕层浅、板结或太糊、跑水跑肥的土壤则不利于水稻高产,也会导致稻米品质下降。水稻适应于中性偏酸的土壤,但pH值过低则会影响水稻生长,而且导致土壤重金属活性增加,造成稻谷重金属含量超标；一般当土壤pH值≤5时,水稻产量会明显下降,而且稻米中重金属含量会明显增加。土壤污染物含量会对稻米的安全性产生重要影响,导致米质下降,而且当土壤污染物含量超过一定值时会使水稻生长受到抑制；土壤中的抗生素、除草剂、农药等有机物有毒物含量超过一定限值都会影响水稻生长发育,导致水稻减产和米质变劣；土壤中的重金属虽然很多是水稻生长的必需元素,但它们的含量超过一定限度也会影响水稻生长,进而造成减产或绝收,增加稻米重金属含量。一般在有机质含量高、肥力水平高、养分平衡、耕层深厚、质地疏松、透水透气性好、微生物活动强、有毒有害物质含量少的潴育性水稻土上生产的稻米品质比在耕层浅、有机质含量低、土壤贫瘠、保水保肥能力差的淹育性水稻土上生产的稻米品质好,也较在土壤通气不良、养分不平衡的潜育性水稻土上生产的稻米品质好；产量也是如此。

1.2.3 灌溉水和大气 灌溉水和大气对水稻的产量和米质形成也有一定的影响。灌溉水主要通过温度和水质变化对水稻产量和米质形成产生影响,如双季早稻采用地下水或山泉水灌溉,水温过低会影响水稻生长发育,导致返青慢、分蘖少、根系生长不良、水稻生育进程延迟,甚至产生低温冷害而导致减产；但早稻和一季晚稻在灌浆期遇高温时灌山泉水有利于水稻降温和灌浆,从而提高产量和改善米质。灌溉水中适量的养分对水稻生长是有利的,但当灌溉水中养分含量超过一定限度后,特别是用有机污染物和重金属含量超标的污水灌溉,会影响水稻的生长,甚至导致水稻死亡,而且会导致米质下降和重金属、农残等超标。

大气质量对水稻的生长和发育也有一定的影响,大气中的粉尘、悬浮颗粒物中的重金属、有机污染物、二氧化硫等污染物沉降到土壤中或水稻叶片上，会污染土壤环境或灼伤叶片,并通过水稻吸收运转到籽粒中,从而影响稻米的安全性,而且当这些污染物含量超过一定限度后,还会影响水稻的生长发育,导致水稻生长受抑制,水稻产量和米质下降,严重时会导致水稻绝收。

1.3 栽培措施

水稻的栽培措施也是影响其产量和米质形成的主要因素。同一品种在相同的生态条件下种植,产量可以相差10%～20%,有时甚至相差100%以上。但栽培措施对水稻产量和米质的影响是很复杂的,在大多数情况下是存在抛物线关系的,即存在一个最适值,而且这个最适值往往又在最高产量和最佳米质之间不同步,而且同一栽培措施对不同品质指标的影响也是不同的。播种期、秧苗素质、种植密度、肥水管理、病虫害防治、收获晒贮等栽培措施对水稻产量和米质形成都有重要影响。播种期主要通过抽穗灌浆期所处的气候因子而影响产量和米质；秧苗素质高一般能促进产量和米质提升；种植密度与产量、米质一般呈抛物线关系；合理施用有机肥、平衡施肥和合理肥料运筹有利于提高产量和改善米质；水分管理也会影响水稻的产量和米质；病虫害会造成水稻产量和米质下降；收获时期会影响稻米品质；而科学晒贮则可防止米质劣化，从而可以减少产量损失。

2 优质丰产协同栽培的几个关键环节

栽培措施对水稻产量和米质形成影响的重要性和复杂性,为水稻优质丰产协同栽培提供了调节空间,但也说明了优质丰产栽培的难度。优质丰产协同栽培就是要充分利用对产量与米质形成都有正效应的措施,协调好存在正负面效应矛盾或正负效应不同步的措施，进而实现优质丰产的目的。

2.1 优良品种和环境条件是优质丰产协同栽培的前提

水稻的栽培措施只能挖掘品种的产量和米质潜力,不能改变品种的遗传特性,而不同的水稻品种的产量和米质潜力又存在很大差异。同时,要充分挖掘品种的产量和米质潜力,必须使水稻有一个良好的生长环境,特别是抽穗灌浆期有一个良好的环境条件。因此,优质丰产协同栽培首先必须选用具有优质丰产潜力的品种,并种植在适于水稻产量和品质潜力发挥的环境条件下,这是优质丰产协同栽培的前提。

2.2 构建后期高光效群体是优质丰产协同栽培的核心

水稻的产量70%以上来自抽穗后的光合产物,抽穗灌浆期是米质和产量形成的关键时期。只有构建后期高光效的群体,才有可能使水稻后期保持较高的群体光合效率,促进灌浆物质向籽粒运转,为籽粒灌浆奠定物质基础,否则,后期干物质生产不足或运转不畅,难以保证籽粒灌浆的物质需求,必定导致灌浆充实不良,产量和米质下降。因此,要加强抽穗前群体演进的调控,把构建后期高光效群体作为优质丰产栽培的核心环节。通过建立合理的群体基数和促进前期早发、中期控制无效分蘖,构建抽穗期个体健壮、群体适宜的高质量群体。

2.3 维持后期较高光合效率与较长灌浆期是优质丰产协同栽培的重要措施

水稻米质的提升,要求籽粒有较长的灌浆期和相对平稳的灌浆速率,灌浆速率峰值大而灌浆期缩短不利于米质的形成,如同一品种作双季早稻种植，由于灌浆结实期高温逼熟,导致灌浆期灌浆速率迅速上升到高峰期,而且峰值高,然后迅速下降,灌浆期只有25 d左右；而作双季晚稻种植，由于灌浆期温度较低,灌浆速率相对平稳,不会出现像早稻那样“大起大落”的灌浆动态,而且灌浆期延长7～10 d,因此,作晚稻种植米质明显好于作早稻种植。因此,优质丰产协同栽培不仅需要提高后期群体的光合效率,而且还要保持有较长的灌浆期,这就要求必须防止水稻器官早衰,维持灌浆后期源库流有较高的活性。此外，构建后期高光效群体只是维持后期高光效的基础,后期还应采取适当的肥、水调控措施,防止早衰,以使水稻灌浆期有较高的光合效率，并保持较长时间。

3 优质丰产协同栽培技术策略

3.1 科学规划,合理布局

应根据江西省各地的生态环境条件,做好优质稻种植区规划,确定适宜种植区、次适宜种植区和不适宜种植区,明确优质稻的空间种植布局。应选择在抽穗灌浆期温度适宜、昼夜温差较大、光照充足、太阳辐射量较大，田块隔离防风条件好、排灌方便、水质清洁、旱涝保收、生态条件好、生物多样性丰富、病虫害发生轻，土壤有机质含量高、养分平衡且丰盈、结构良好、通透性好、保水保肥力强、微生物活性强、无污染，以及空气质量良好的地区种植优质稻。在布局时还应考虑不同种植制度和茬口的需求,以保障不同熟制优质稻抽穗灌浆期处于有利于产量和米质形成的气候条件下。

3.2 选用良种,适期播种

选用具有优质丰产潜力的品种是优质丰产协同栽培的基础。应选择米质优、丰产性好、生育期适宜、适应性广、抗性好,通过审定并在当地试种表现良好的优质稻品种。作为优质大米种植的品种米质应达国标三级以上；作为高档优质大米种植的米质应达国标二级以上；作为高档有机大米开发的优质稻品种米质应达国标一级。同时,应根据品种的生育期、当地自然条件和茬口等合理确定优质稻的播种期,以确保优质稻的抽穗灌浆期的气候环境有利于水稻的灌浆充实,避开高温、低温和台风等不良天气。在江西地区，一般双季早稻最好在6月15～20日齐穗,7月15日前成熟,避开7月中下旬的高温天气灌浆；而一季稻应安排在8月底9月初齐穗,避免在8月上中旬的高温期间抽穗灌浆；双季晚稻则应在9月15～25日(水稻安全齐穗期)前齐穗,避免低温冷害对灌浆的影响。

3.3 培育壮秧,合理密植

培育壮秧和合理密植是水稻高产栽培的重要措施,而且对米质形成也有重要影响[6,7]。优质稻大多数茎蘖细弱,抗倒伏能力差,丰产栽培一般适宜采用“壮个体、小群体”的栽培途径[8],因此,培育壮秧和合理密植更为重要。

壮秧有利于前期早发和中期提高成穗率,促进大穗形成,是构建后期高光效群体的基础。因此,培育壮秧是优质稻丰产优质协同栽培的主要措施之一,优质稻栽培要根据种植方式、茬口、育秧方式等,通过适当多稀播、合理施肥、控水促根、化控矮化促蘖等壮秧措施,培育出适龄多蘖壮秧。种植密度过低或过高会导致水稻产量和品质下降,合理的种植密度不仅有利于高产,而且有利于提高稻米品质。但水稻的高产和优质的最适密度往往不同步,一般最高产量的适宜密度要高于最佳米质的适宜密度[7],因此，综合优质丰产的需要,应在培育壮秧的基础上适当稀植,一般种植密度应较常规高产栽培降低10%～15%。同时,在种植密度相同时,尽量采用宽行窄株或宽窄行的种植方式,增强行间通风透光,有利于提高产量和改善米质。

3.4 优化施肥,科学灌溉

施肥是提高水稻产量的主要措施,也对稻米品质有重要影响[9]。长期过多施用化肥会降低稻米品质,也不利于水稻持续丰产；增施有机肥能降低稻米的垩白粒率、垩白度和直链淀粉含量,提高胶稠度和食味值。增施氮肥能增加产量和蛋白质含量,但会使稻米综合品质变劣;增施磷肥能提高整精米率,但会增加垩白度;增施钾肥能提高产量,提高整精米率、胶稠度和碱消值。氮、磷、钾肥配施不仅能提高水稻产量,而且能提高稻米的加工品质,降低稻米的直链淀粉含量,增加蛋白质含量。与生育前期追施氮肥相比,在抽穗期追施氮肥,稻米的垩白粒率和直链淀粉含量降低,蛋白质含量提高,食味变劣。因此,优质稻优质丰产协同栽培应增施有机肥和生物有机肥,降低化肥的施用比例,采用“控氮、稳磷、增钾、施硅、补微”的平衡施肥技术,在肥料运筹上应降低抽穗后的施氮量,适当增加前期的施氮量。

水分管理也对水稻的产量和米质有重要影响[10]。水分过多或过少都不利于水稻产量的提高和米质的改善。适宜的稻田水分管理措施：在生育前期薄露灌溉，以促进分蘖；在生育中期提早多次轻搁田,以控制无效分蘖的发生和第一伸长节间的长度；抽穗后干湿交替灌溉,以延长叶片的光合功能,尤其是不能断水过早,以免导致充实不良和整精米率下降。

3.5 防止倒伏,病虫害综合防治

水稻后期倒伏会导致水稻结实不良,充实度差,不仅产量下降,而且米质变劣。优质稻抗倒能力大多较差,倒伏风险大,应特别注意防止水稻倒伏。一方面在前期要通过采取培育壮秧、合理密植、促进早发、控制无效分蘖等措施构建一个抽穗期个体健壮、群体适宜的高质量群体;另一方面要优化肥、水管理,增施有机肥、硅肥、钾肥,减少氮肥用量,实行控水灌溉、提早晒田、抽穗后干湿交替的灌溉模式,促进土壤硬实、个体健壮、根系深扎、节间粗短,提高优质稻的抗倒伏能力。

病虫害危害会导致水稻叶片光合能力下降,茎秆倒伏甚至植株死亡,不仅影响产量,而且米质变劣。因此,应采用综合措施控制水稻病虫害的发生,充分利用农业措施、物理措施、生物措施控制病虫害；在采用上述措施达不到控制要求时,可施用高效、无(低)毒、无(低)残留的无公害化学农药、生物农药等控制病虫害的发生。

3.6 适时收割,合理晒贮

水稻成熟后的收获日期对水稻的产量会有一定的影响,但对于稻米品质的影响更大。当收获期过早时,青米率高,垩白米率多,精米率下降,米饭的适口性变劣,产量也下降;当收获期过迟时,也会导致垩白增大、精米率降低、糊化率增高。当水稻谷粒含水量在19%～21%,谷粒全部变硬,稻穗轴上干下黄,2/3的秸秆枯黄时,应及时收获。

稻谷收获后的干燥和贮藏方法也会对稻米的品质产生影响[11]。当干燥速度过快时,米粒内外收缩失去平衡,会导致米粒表面产生裂纹,影响外观,且蒸煮时易夹生;当干燥温度过高时,稻谷成分会发生变化,米粒中的脂肪酸和直链淀粉含量升高,蒸煮后米饭黏弹性下降,会影响食味。稻谷干燥宜采用先低温后高温的变温干燥工艺,在有条件的地区可以采用机械干燥；没有条件进行机械干燥的,在稻谷收获后应及时摊开晾晒,然后用晒垫晒谷并勤翻动,不能在水泥地、沥青路上暴晒。当晒至水分在13%以下时,可入库贮藏。稻谷在入库前一定要进行清选除杂,提高稻谷净度，以提高其贮藏的稳定性。短期贮藏的室内温度应保持在15 ℃以下；长期贮藏的室内温度应保持在5 ℃以下。