缓释肥和无机肥配施对滨海盐碱地水稻生长和食味品质的影响

董晓亮，侯红燕，张金凤，周 红，张茂林，魏立兴，朱德峰

（1东营市一邦农业科技开发有限公司，山东东营257000；2东营市垦利区农业技术推广服务中心，山东东营257000；3东营市原硕农业有限公司，山东东营257000；4东营市农业科学研究院，山东东营257000；5中国水稻研究所，杭州310000）

0 引言

随着国内社会经济的迅速发展，人们的饮食结构发生了深刻变化，对主食稻米的需求由注重价格和数量，向注重安全、品质和食味转变[1]。国内稻米生产、流通、消费各个领域正在由“数量型”向“质量食味型”转变，人们对稻米品质、米饭食味的要求越来越高[2]。现在国内人均稻米消费量已由5年前的108 kg，下降到98 kg，递减率为2.15%。每年国内稻米市场库存积压比例为33%，现在库存量为8×107t，但每年尚需从国外进口大量优质米，以满足优质米市场需要。越来越多的水稻专家将重点放在水稻优质高效生产模式的探索上。国内外大量的盐碱地开发科学研究发现，盐碱地改良、提高盐碱地利用率最有效的措施之一是开发水稻种植[3]。近年来，山东省东营市对滨海盐碱地进行了大规模的开发利用，种植水稻已经成为本地区盐碱地农业生产的主要农作物。但是由于盐碱地pH过高、可溶性盐含量高、交换性钾离子高，且土壤呈沙质，保水性、保肥性差，土壤分散性差等特点[4]，水稻的产量不高，不同肥料的种类、配比方式及施肥方式对黄河三角洲盐碱地水稻的产量和品质均有不同的影响[5]。大量的研究通过多年的肥料试验，研究肥料与土壤养分、作物高效高产施肥方式等[6]。肥料的不合理施用，会损害土壤结构、影响作物的经济指标和品质、污染水体[7-8]。肥料的合理配施可以增强土壤有效大量元素的释放、增加土壤肥力，可以提高土壤的团粒结构、有机碳积累[9-11]。也有研究表明，肥料的合理配施可以提高植物对氮肥的吸收率[12]，有助于提高植物的干物质积累及产量指标[13]。在水稻的食味值品质上，肥料的合理配施，可以显著降低籽粒的垩白粒率、提高稻米氨基酸含量、提高稻米的品质[14]。本研究于2017—2019年开展，经过3年的缓释肥与无机肥配施试验对滨海盐碱地水稻生育期、产量指标、养分吸收、稻米食味品质进行研究，旨在寻求适合滨海盐碱地水稻种植的缓释肥与无机肥的合理配施方式，为滨海盐碱地优质食味米种植规程提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试试验品种为‘南粳9108’，由江苏省农业科学院提供。缓释肥(N-P2O5-K2O=25-15-6)，山农大控释肥厂；磷酸二胺(N-P2O5-K2O=18-46-0)，鲁西化工厂；尿素(N=46%)，过磷酸钙(P=16%)，硫酸钾(K=50%)，寿光联合化肥厂。

1.2 试验设计

试验地点位于山东省东营市垦利区永安镇28村(37°15′N，118°05′E)典型滨海盐碱地，试验田前茬种植水稻。试验于2017—2019年每年的4—10月进行，3年的水稻的全生育平均气象条件如图1所示，全生育期降雨量最高为播种后100～120天，温度最高为播种后100～110天，全生育期总日照时数为1672.9 h。该试验地块pH 8.1，土壤盐分含量4‰，有机质含量1.34 g/kg，阳离子交换量8.19 cmol(+)/kg，全氮量0.77 g/kg，有效钾65.5 mg/kg，有效磷0.1 mg/kg。

图1 水稻全生育期日降雨量、温度

试验设5个处理，处理1(T1)为传统常规氮素用量，处理2(T2)减少氮素用量20%且基肥使用缓释肥，处理3(T3)减少氮素用量20%且基肥与追肥均施用缓释肥，处理4(T4)减少氮素20%不使用缓释肥，处理5(T5)为不施氮素处理。所有处理的磷钾肥施用量相同，因各处理的磷酸二铵和复合肥中的磷钾肥施入量不同，采用过磷酸钙和硫酸钾补足磷钾肥，过磷酸钙作为基肥施用、硫酸钾均作为穗肥分2次施用，各试验处理施肥料种类、用量及磷钾肥补充量见表1。

表1 肥料种类、用量及磷钾肥补充量 kg/hm2

4月中旬开始浸种育秧，自动化播种机播种，播种量150 g干谷/盘，采用暗室叠盘恒温催芽室催芽后，大棚育秧，秧龄50天，久保田插秧机机械插秧，规格30 cm×14 cm。试验采用随机区组设计，每个处理3个重复，每个重复占地300 m2，小区采用隔水板（高度25 cm）分隔，单排单灌，便于控制准确施肥量。

1.3 测定项目

1.3.1 生育期调查 详细记录每个处理的始穗期、齐穗期、成熟期、全生育期，播种期至抽穗期时长、抽穗期至成熟期时长。

1.3.2 水稻生长指标调查 分别于水稻的分蘖期、拔节期、抽穗期，每个小区取3穴完整水稻，缓慢清洗，保留完整根系，记录水稻根系的总根长。于105℃烘箱中杀青1 h，调80℃烘干至恒重，记录各时期单位面积叶干物质量、单位面积茎鞘干物质量，利用式(1)～(3)计算水稻叶面积指数。

式中，S20为抽取处理样品中20片，L为每片叶的叶长，D为每片叶的叶宽，0.75为叶面积系数。

式中，S总为处理样本的所有叶片的总叶面积，M为处理样品的所有叶片的总质量，m为抽取的20片叶片的质量。

式中，LAI为单个重复的叶面积指数，3为所取的样本的穴数，n为每个小区的水稻穴数。

1.3.3 产量构成指标的调查 定点考察每个处理每个小区的10穴，调查分蘖最高苗、有效穗数、成穗率；穗总粒数、穗实粒数、千粒重；收割每个小区，自然晾晒后测定产量。

1.3.4 食味值品质测定 稻谷收获后，自然晾干，稻谷水分降至15.5%以下时，采用佐竹THU35C试验用砻谷机加工成糙米，利用佐竹CBS300BS试验用鲜米机将糙米加工成粳米，利用佐竹-米粒食味计-RLTA10B(2)-K仪器，对各处理水稻籽粒中蛋白质、直链淀粉和食味值进行测定。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对滨海盐碱地水稻生育期的影响

不同肥料类型及用量对滨海盐碱地水稻生育期进程的影响见表2。T1处理组生育期最长，达178天；其次为T3处理组，为176天；T2处理组与T4处理组生育期无差异，为173天；T5处理组生育期最短为170天。表明减少氮素的20%可以降低水稻的全生育期，基肥和追肥期配施缓释肥与无机肥全生育期减少了2天，与常规处理组差异不显著；基肥施用缓释肥，追肥施用无机肥处理可以显著降低水稻的全生育期。T1、T2、T3、T4、T5处理组的营养生长期（营养期—抽穗期）占全生育期的比例分别为79.78%、80.35%、79.55%、80.35%、80.00%，T1、T2、T3、T4、T5处理组的生殖生长期（抽穗期—成熟期）占全生育期的比例分别为20.22%、19.65%、20.45%、19.65%、20.00%。表明减少氮素的施用量可以提高滨海盐碱地水稻种植的营养生长期，缩短生殖生长期，全生育期变短。

表2 不同氮素处理下滨海盐碱地水稻的生育期进程

2.2 不同施肥处理对滨海盐碱地水稻生长特性的影响

不同肥料类型及用量处理下滨海盐碱地水稻各生育期的总根长、叶面积指数、单位叶面积干物质量、单位面积茎鞘干物质量见表3。T1～T4处理组的总根长均显著的高于T5处理组；T3处理组的根系总长度最长，较T1处理组高4.7%，较T2处理组高10.1%，较T4处理组高17.1%，较T5处理组高99.1%。表明减少氮素20%施用量但基肥和追肥均施用缓释肥，可以显著的提高滨海盐碱地水稻的根系长度。

表3 不同施肥处理对水稻生长指标的影响

叶面积指数最高的为T3处理组，较T1处理组高4.7%，较T2处理组高15.4%，较T4处理组高18.4%，较T5处理组高95.6%。表明基肥与追肥均施用缓释肥，在氮素用量减少20%的情况下，叶面积指数依然最高；穗肥期追施氮素可以显著的增加叶面积指数。

在水稻的分蘖期和拔节期，单位叶面积干物质积累量最高的为T3处理组，与T1处理组无显著差异，T3处理组较T1处理组高2.3%；T3处理组与T2、T4、T5处理组均有显著差异，T3处理组较T2处理组高10.6%，较T4处理组高11.1%，较T5处理组高33.1%。在水稻的抽穗期，T4处理组单位叶面积干物质量高于T2处理组1.6%。表明基肥和蘖肥阶段，即使减少氮素用量的20%，缓释肥和无机肥配施处理组的单位叶面积干物质积累量较高(T3＞T1，T2＞T4)；穗肥追施缓释肥与无机肥，单位叶面积干物质积累量高于追施无机肥处理(T3＞T1)，穗肥追施肥，单位叶面积干物质积累量高于不追施肥料处理组(T4＞T2＞T1)。

水稻茎鞘干物质积累量最高的为T3处理组，较T1处理组高1.6%，较T2处理组高6.1%，较T4处理组高79.2%。表明基肥与追肥均施用缓释肥，在氮素用量减少20%的情况下，水稻茎鞘干物质积累量依然最高；基肥使用缓释肥较常规施肥（即T2处理组较T4处理组）的茎鞘干物质积累量高；穗肥期追施氮素可以显著的增加水稻茎鞘干物质积累量。

2.3 不同施肥处理对滨海盐碱地水稻产量指标的影响

不同施肥处理对滨海盐碱地水稻产量指标的影响主要表现在对有效穗数、穗总粒数、穗实粒数、穗结实率、稻谷千粒重及产量的影响[15]，其影响结果见表4。各施肥处理组的有效穗数具有显著的差异，T3处理组有效穗数最高，较T1处理组高8.6%，较T4处理组高15.1%，较T2处理组高26.6%，较T5处理组高105.8%，表明缓释肥与无机肥配施可以显著地增加水稻的有效穗数，在穗肥追施氮素可以显著地提高水稻的有效穗数。

表4 不同施肥处理对滨海盐碱地水稻产量指标的影响

T3、T1与T2处理组穗总粒数、穗实粒数之间的差异显著，T2、T4、T5处理组之间无显著的差异，表明缓释肥与无机肥配施可以显著地提高穗总粒数与实粒数。T1、T2、T3、T4处理组的结实率无显著差异，与T5处理组具有显著差异，表明配施缓释肥与无机肥、全氮量施肥、减少氮素20%用量不能显著地影响水稻的结实率。

各处理之间的千粒重无显著差异。每公顷产量最高的为T3处理组，较T1处理组高4.3%，较T4处理组高10.5%，较T2处理组高17.8%，较T5处理组高64.9%。

2.4 不同施肥处理对滨海盐碱地水稻品质的影响

水稻籽粒中的蛋白质含量、直链淀粉含量是稻米营养和蒸煮食味品质的主要影响因素[16]，不同氮肥处理对盐碱地水稻蛋白质含量、直链淀粉含量、食味值的影响见表5。各施肥处理之间经过晾晒处理后，含水量无显著差异。蛋白质含量最高的为T3处理组，较T1处理组高1.4%，较T2、T4处理组高4.3%，较T5处理组高7.4%。表明减少氮素用量的20%，但缓释肥与无机肥配施不能降低水稻的蛋白质含量；在穗期追肥水稻的蛋白质含量会升高；不施用氮素处理组水稻蛋白质含量最低。

表5 不同施肥处理对滨海盐碱地水稻品质的影响

T3与T1处理组直链淀粉含量无显著差异，T2与T4处理组之间直链淀粉含量无显著差异，均显著高于T5处理组，表明氮素施用量减少可以降低水稻直链淀粉的含量，但是全程缓释肥与无机肥配施增加了土壤的肥效，使水稻直链淀粉含量升高。

各施肥处理之间的食味值具有显著的差异，食味值最高为T5处理组，其次为T2处理组，再次T4处理组，食味值最低的为T3处理组。表明不施用氮肥、减少氮肥使用量可以显著增加稻米的食味值，但追肥施用缓释肥，即使减少氮素使用量(T3)也不能提高稻米的食味值。

3 讨论

3.1 缓释肥和无机肥配施对滨海盐碱地水稻生长的影响

水稻的生育期决定着光合生产及物质积累时间的长短，水稻生育期的长短决定了灌浆期长短及籽粒的灌浆进程，因此也在很大程度上决定水稻的产量和质量[17]。在滨海盐碱地上种植中晚熟品种水稻缩短生育期能够提高水稻应对温度骤降的风险，提高中晚熟品种的抗风险能力[18]。本研究表明，减少氮素用量的20%，且基肥和追肥期配施缓释肥与无机肥，可以缩短水稻的生育期2天，但营养生长期（营养期—抽穗期）占全生育期的比例提高了0.57%、生殖生长期（抽穗期—成熟期）占全生育期的比例减少了0.57%，提高了营养的积累。

水稻根系是营养物质的主要吸收器官，水稻总根长与土壤中肥料利用率具有相关性，总根长越长表明根系生长越旺盛，是水稻高产的主要因素[19]。在滨海盐碱地，土壤盐分含量随季节、水层、土壤含水量变化极大，当土壤盐分升高时，直接作用于根系[20]，水稻根系指标对滨海盐碱地水稻生长的影响极大。本研究表明，施用氮素处理组的总根长均显著高于不施用氮素的处理组，减少氮素用量20%且基肥与追肥均配施缓释肥和无机肥处理组的根系总长度最长，缓释肥中营养元素的缓慢释放使肥效淋失减缓，更有利于滨海盐碱地水稻根系的生长、有利于水稻产量的形成。

3.2 缓释肥和无机肥配施对滨海盐碱地水稻叶面积指数及干物质运转的影响

水稻叶面积指数反映水稻的生长状况，且能直接反映水稻的产量，可以衡量水稻群体生长、光能利用率[21]。水稻叶面积指数越高，水稻对光合产物的积累也越多，水稻各时期的叶面积指数的发展，对水稻产量的意义重大[22]。本研究表明基肥与追肥均配施缓释肥与无机肥，在氮素用量减少20%的情况下，叶面积指数依然最高，基肥使用缓释肥较常规施肥叶面积指数高；穗肥期追施氮素可以显著增加叶面积指数。

水稻干物质的合成、运转、积累过程形成水稻产量，氮素是影响水稻产量的主要因素，影响干物质的形成、积累、再分配[23]。有研究表明，在总氮素用量适宜的条件下，增加穗期的氮素分配，可以显著提高水稻单位叶面积干物质、茎鞘干物质积累与运转[24]。也有研究表明优化各关键时期的养分管理，有利于干物质的积累，提高抽穗后干物质转化对籽粒产量的贡献率，提高产量[25]。本研究结果显示，基肥与追肥均施用缓释肥，在氮素用量减少20%的情况下，水稻单位叶面积、单位面积茎鞘干物质积累量均为最高；基肥使用缓释肥较常规施肥的干物质积累量高；穗肥期追施氮素，可以显著增加水稻干物质积累量、增加水稻产量。

3.3 缓释肥和无机肥配施对滨海盐碱地水稻产量指标和食味品质的影响

土壤中均衡的养分决定了水稻的产量指标，最佳的施肥方式能反映土壤养分均衡供应状况[26]。有研究表明，在所有的水稻产量限制因子中，氮素的影响最为显著[27]。本研究的结果表明，缓释肥与无机肥配施且氮素减少20%用量，可以显著提高有效穗数、穗总粒数、穗实粒数，较常规处理组提高了4.3%的产量。

日本优质食味米的大量研究也表明，减低水稻中蛋白质、直链淀粉的含量可以显著提升稻米的食味值[28]，日本佐竹公司根据对优质食味米起主要影响因素的蛋白质、直链淀粉、脂肪酸值、水分含量研发了食味值的速测仪器。本研究的结果表明，稻米中蛋白质含量与食味值呈现负相关性，蛋白质含量越高，食味值越低；稻米中直链淀粉含量与食味值之前呈现负相关，直链淀粉含量越高，食味值越低。氮肥用量的提高可以显著降低稻米的食味品质，不施用氮素的T5处理组食味值最高，配施缓释肥与无机肥处理土壤肥效增强，但稻米的食味值也最低，在减少氮素用量20%，且穗肥不追施任何氮素处理时，可以显著提高稻米的食味值。

4 结论

缓释肥与无机肥配施，减少氮素用量20%，且穗肥不追施任何氮素处理时，水稻的营养生长期（营养期—抽穗期）占全生育期的比例提高了0.57%、生殖生长期（抽穗期—成熟期）占全生育期的比例减少了0.57%，全生育期较全氮处理组缩短了2天。该处理下根系总长度最长、叶面积指数最高，可以显著提高水稻单位叶面积干物质、茎鞘干物质积累与运转，可以显著提高产量指标、提高产量4.3%，增加稻米的食味品质。缓释肥中营养元素的缓慢释放使肥效淋失减缓，更有利于滨海盐碱地水稻根系的生长、有利于水稻产量的形成、有利于盐碱地优质食味米的形成。