地膜覆盖与肥料种类对寒地水稻产量和品质的影响

付旭坤 刘宝龙 高大鹏 刘月月 关政闻 张兴方郭丽颖 邵玺文 耿艳秋*

(1.吉林农业大学 农学院，长春 130118；2.长春市九台区农业技术推广中心，长春130500)

水稻是我国主要的粮食作物之一，其产量直接影响到我国的粮食安全和社会稳定[1]。随着人民生活水平的提高，我国水稻种植已逐步实现从以往只追求高产的单一目标，到稻米高产与优质品质相结合的转变[2]。东北地区由于其独特的地域优势，保证了东北大米独有的高品质和丰富的营养物质[3]。但东北地区又是低温冷害经常发生的地区，对水稻的种植极为不利，因此研究东北地区水稻的栽培措施，尤其是对低温冷害的预防和抵抗，对于我国优质大米的供应具有重要意义。水稻的产量和品质除受遗传基因和环境影响外，还与水稻的栽培方式有很大关系，如覆膜对水稻产量的影响较为明显[4]。地膜覆盖技术因具有增温、保肥、抑制杂草生长和提高土壤速效养分的含量等作用，已经广泛应用于水稻、小麦和大豆等作物[5-7]。自1978年引进地膜覆盖技术以来，我国在农业生产和科研工作方面不断深入研究，为提高作物生产效益提供了丰富的理论依据[8-12]。

肥料施用是一种影响水稻产量和稻米品质的有效栽培措施。肥料施用能协调水稻的生长发育，提高产量及改善品质，改良水稻生产中因大量使用化肥导致的土壤板结[13-15]。肥料是植物生长发育吸收养分的主要来源。而化肥能够在短时间内快速为植物提供所需的养分，促进植物的生长，提高作物的产量，但长期使用化肥又会导致土壤肥力下降、土壤板结和土壤污染等问题，限制植物的生长，导致植物的产量降低；有机肥在为植物提供丰富营养元素的同时，还具有肥效长的优点，为土壤增加有机质含量，为植物提供良好的生长环境，对农业绿色可持续发展具有重要的意义[16-18]。

地膜覆盖与肥料施用对水稻的产量和品质的形成都具有积极作用[19-20]，但目前有关二者对稻米产量与品质形成效应方面的研究鲜见报道。因此，本试验以‘吉农大738’和‘吉粳525’为供试材料，于吉林省长春市九台区进行大田试验，测定水稻的产量、收获指数和品质等指标，旨在探究地膜覆盖与肥料种类对水稻产量与稻米品质形成产生的效应，以期为水稻绿色优质高效生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以粳稻品种‘吉农大738’和‘吉粳525’为供试材料，‘吉农大738’的生育期约141 d，需≥10 ℃活动积温2 820 ℃左右，米质符合《优质稻谷国家标准》[21]三等食用粳稻的要求；‘吉粳525’的生育期约142 d，需≥10 ℃活动积温2 850 ℃左右，米质符合一等食用粳稻品种品质规定[21]要求。

1.2 试验地概况

试验于2020年在吉林省长春市九台区九郊乡聂家村(44°14′ N, 125°83′ E)进行。试验地年平均气温4.7 ℃，年降雨量557 mm。试验地土壤为黑钙土，有机质含量21.56 g/kg、全氮含量1.15 g/kg、全磷含量0.82 g/kg、碱解氮61.25 mg/kg和速效磷15.28 mg/kg。

1.3 试验设计

设置2种栽培模式：地膜覆盖(M)和露地(NM)栽培模式；2种肥料种类：有机肥(F0)和化肥(F1)，试验采用随机区组试验设计，每个处理3次重复，共计24个小区。小区面积550 m2，不同处理间用塑料薄膜包埂隔开，保证各小区单独排灌，防止串肥。

各小区施N 150 kg/hm2、P2O5100 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2，该氮肥、磷肥和钾肥的用量为当地水稻常规肥料使用量，化肥处理采用尿素(N的质量分数为46.4%)、过磷酸钙(P2O5的质量分数为12.0%)、硫酸钾(K2O的质量分数为50.0%)；有机肥处理中有机肥(11%高氮活性有机肥料-清大元农，北京清大元农生物科技有限公司)中氮、磷、钾的质量分数分别为5%、3%和3%，施肥量以K肥为计算单位，不足部分以尿素和过磷酸钙补足。常规处理采用正常追肥，有机肥按w基肥∶w蘖肥∶w穗肥=4∶3∶3的比例分批施入；化肥中氮肥w基肥∶w蘖肥∶w穗肥=4∶3∶3的比例分批施入，磷肥作底肥施入，钾肥按w底肥∶w穗肥=1∶1施入，地膜覆盖处理一次性施入不进行追肥。

2020年5月11日播种，5月23日移栽，10月7日收获，种植行距30 cm，穴距16.5 cm，每穴插秧3个基本苗。移栽后及时查缺补漏，其他管理方式与大田生产一致。

1.4 测定项目及方法

1.4.1产量和收获指数测定

成熟期每小区取5 m2水稻测定实际产量，重复3次。根据调查的1 m2水稻的茎蘖数，选取9穴代表性植株进行室内考种，测定水稻的产量、每穗粒数和千粒重等指标。

1.4.2群体干物质积累量和收获指数

分别于拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期(生理成熟期)，按照每小区平均茎蘖数选取具有代表性植株6穴，于105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重，测定地上干物质积累量。收获时，按平均茎蘖数选取6穴植株，自然状态下风干，按器官称重及计算植株收获指数。

1.4.3稻米品质测定

将收获的水稻进行脱粒，晒干室内储存3个月，参考国家标准GB/T 17891—2017《优质稻谷》[21]测定稻米的加工品质、外观品质、蒸煮食味品质和营养品质等主要指标。

1.4.4稻米淀粉黏滞特性

采用Super 3型RVA快速黏度分析仪(Newport Scientific，澳大利亚)测定淀粉黏滞特性，用配套软件TWC分析稻米淀粉粘滞特性[22]。

1.5 数据分析

用软件Microsoft Excel 2010和SPSS 25.0进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同栽培模式对水稻产量及构成因素的影响

由表1可知，相同肥料条件下，地膜覆盖均提高2个品种的水稻产量，且增产幅度存在差异。在不同肥料种类下，地膜覆盖处理的‘吉农大738’和‘吉粳525’水稻分别比露地的增产7.40%(F0)、3.30%(F1)和1.39%(F0)、2.98%(F1)。在不同地膜覆盖处理下，F1的‘吉农大738’和‘吉粳525’产量分别比F0提高26.44%(NM)、21.62%(M)和23.19%(NM)、25.13%(M)。

相同覆膜条件下，化肥的施用显著提高2个品种的每穗粒数，并降低结实率，其中‘吉农大738’的结实率显著低于化肥施用处理。在不同地膜覆盖处理下，F1的‘吉农大738’和‘吉粳525’每穗粒数分别较F0提高45.70%(NM)、27.29%(M)和11.61%(NM)、27.23%(M)；结实率分别降低20.54%(NM)、10.55%(M)和2.48%(NM)、3.80%(M)。由此可见，地膜覆盖(M)可提高水稻的有效穗数和产量，但降低了千粒重；化肥的施用提高了有效穗数、每穗粒数和产量，但降低了F1结实率和千粒重。

2.2 不同栽培模式对水稻的群体干物质积累量、总生物量及收获指数的影响

由表2可知，相同肥料条件下，地膜覆盖处理提高2个品种水稻的拔节期至成熟期的群体干物质积累量，其中抽穗期差异显著。在不同肥料种类下，地膜覆盖处理的‘吉农大738’和‘吉粳525’抽穗期群体干物质积累量分别比露地处理提高25.06%(F0)、6.57%(F1)和9.60%(F0)、24.63%(F1)。相同肥料种类下，地膜覆盖均提高了2个品种水稻的收获指数，其中施用有机肥可显著提高收获指数。

相同覆膜条件下，化肥的施用显著提高了2个品种水稻的拔节期至成熟期的群体干物质积累量。在不同地膜覆盖处理下，F1处理的‘吉农大738’和‘吉粳525’抽穗期的群体干物质积累量分别比F0处理提高70.86%(NM)、45.59%(M)和40.72%(NM)、60.01%(M)。相同覆膜条件下，F0较F1显著提高了2个水稻品种的收获指数，但显著降低了生物量。综上所述，地膜覆盖(M)提高了水稻在拔节期至成熟期的干物质积累量和收获指数；施用有机肥(F0)提高了收获指数，降低了拔节期至成熟期的群体干物质积累量。

2.3 不同栽培模式对水稻品质的影响

2.3.1加工品质、蒸煮食味品质和营养品质

由表3可见，在不同肥料种类下，覆膜处理的‘吉农大738’和‘吉粳525’的糙米率分别比露地处理提高2.49%(F0)、1.07%(F1)和1.24%(F0)、2.84%(F1)，精米率分别提高1.68%(F0)、1.11%(F1)和1.72%(F0)、1.74%(F1)；蛋白质含量分别提高17.11%(F0)、13.86%(F1)和20.81%(F0)、9.34%(F1)。相同肥料条件下，地膜(M)覆盖显著提高了‘吉农大738’和‘吉粳525’的糙米率、精米率和蛋白质含量。

在不同地膜覆盖处理下，F1的‘吉农大738’和‘吉粳525’稻米的糙米率分别较F0提高2.42%(NM)、1.00%(M)和1.68%(NM)、3.28%(M)；精米率分别提高1.88%(NM)、1.31%(M)和2.27%(NM)、2.29%(M)。在不同地膜覆盖处理下，F0处理的‘吉农大738’和‘吉粳525’稻米蛋白质含量分别较F1处理提高26.38%(NM)、13.86%(M)和20.81%(NM)、9.34%(M)。相同覆膜条件下，化肥的施用显著提高2个品种稻米的糙米率和精米率；有机肥的施用显著提高2个品种稻米的蛋白质含量。由此可见，地膜覆盖(M)改善了稻米的加工品质和营养品质；而有机肥的施用提高了稻米的营养品质和食味品质。

2.3.2外观品质

由表4可知，2个品种施用有机肥下的覆膜处理(M)的垩白粒率和垩白度均低于露地处理(NM)，而施用化肥处理均高于露地处理(NM)，其中‘吉农大738’的垩白粒率在2种肥料种类下覆膜处理(M)与露地处理(NM)的差异均达显著水平。

覆膜条件下，F1处理较F0处理显著提高2个品种稻米的垩白粒率和垩白度。综上所述，在有机肥(F0)条件下，地膜覆盖(M)降低了稻米的垩白粒率和垩白度，改善了外观品质，在化肥条件(F1)下则表现相反的效应；有机肥(F0)的施用降低了垩白粒率和垩白度，改善了外观品质。

2.3.3稻米淀粉RVA谱特征值

由表5可知，相同肥料条件下，地膜覆盖处理(M)较露地处理(NM)降低了2个品种稻米的热浆黏度、最终黏度和消减值。施用有机肥条件下，覆膜处理(M)的稻米峰值黏度和崩解值均高于露地处理(NM)；而施用化肥则相反。

相同覆膜处理下，有机肥处理(F0)较化肥处理(F1)均提高2个品种稻米的峰值黏度、热浆黏度(除‘吉农大738’覆膜处理)、崩解值、消减值和回复值。地膜覆盖条件(M)下，2个品种的稻米峰值黏度、崩解值和回复值均差异显著。由此可见，在有机肥条件下，地膜覆盖(M)有利于增大稻米的峰值黏度和崩解值、降低消减值，改善稻米的淀粉RVA谱特征值；有机肥的施用(F0)有利于增大稻米的峰值黏度、最终黏度、崩解值和回复值，改善稻米的淀粉RVA谱特征值。

3 讨 论

3.1 地膜覆盖对水稻的干物质积累量、产量及构成因素和收获指数的影响

2010—2020年，不同地区研究地膜覆盖对水稻产量及构成因素的试验结果不尽相同，这可能与当地气候、种植方式、品种和栽培密度等方式有关[23-26]。胡国辉等[27]认为水稻增产的主要原因是地膜覆盖在水稻分蘖前期显著提高地温，促进了水稻的分蘖，为有效穗数的增加打下了基础，进而提高了产量。Zhang等[28]研究发现，地膜覆盖处理提高了水稻中后期土壤的养分供应，显著增加了水稻的每穗粒数和粒重，进而提高了产量。本研究发现地膜覆盖处理的表现出增产效果，从产量构成因素上分析，其增产的主要原因是提高了水稻的有效穗数(表1)，与Guo等[29]研究的结果相符。其原因可能是东北地区的水稻生育期前期温度低，地膜覆盖能缓解低温对水稻造成的不良影响[28,30]，促进水稻早期分蘖的形成，进而提高有效穗数和产量。水稻的产量主要来源于干物质的积累以及同化产物在籽粒和营养器官的分配比例[31]。本研究结果发现，地膜覆盖提高了水稻的收获指数及拔节期至抽穗期的干物质积累量。这可能是地膜覆盖有利于水稻的根系的生长，促进了水稻的营养生长，提高了植株的干物质积累[32-33]，增加了收获指数[34]。

3.2 肥料种类对水稻的干物质积累量、产量及构成因素和收获指数的影响

不同种类肥料的施用对水稻增产效果不同[35-36]。关于有机肥施用对水稻产量的影响，刘江红等[37]研究发现，与化肥处理相比，有机肥处理可显著降低有效穗数、每穗粒数和千粒重，从而降低产量。本研究结果表明，2个品种化肥处理的产量均高于有机肥处理，产量构成因素表现为化肥处理较有机肥处理显著提高水稻的有效穗数和每穗粒数，相应地降低了结实率和千粒重，原因可能是施用化肥能满足水稻前期分蘖发生所需要的速效养分，促进水稻分蘖的发生，保证了有效穗数；在水稻生育后期，由于有机肥肥效的持续释放，可满足水稻结实期的养分需求，提高籽粒灌浆速率，进而提高了水稻的结实率和千粒重。此外，本研究发现化肥的施用能显著提高水稻的干物质积累量，这与陈恺林等[38]的研究结果相符。

3.3 地膜覆盖对稻米品质的影响

稻米品质受多种因素的影响，不仅取决于水稻品种、栽培方式、土壤类型还与试验区域的气候有关，其中肥料种类和覆膜情况对稻米品质的影响十分明显[39-43]。稻米品质各指标之间有着复杂的联系，目前有关稻米品质的研究结果不尽相同，还需进一步的试验加以验证[44-46]。胡国辉等[27]研究发现北方水稻覆膜处理显著提高了稻米糙米率和精米率；另有研究表明，旱作覆膜水稻的糙米率、精米率及整精米率较旱作不覆膜水稻也有提高[47]。本研究发现，相同肥料种类条件下，地膜覆盖显著提高了2个品种的糙米率和精米率，且对整精米率也有一定提高。有研究表明，覆膜处理提高了稻米的垩白粒率和垩白度，使外观品质变劣[48]。本研究结果表明，地膜覆盖显著提高了蛋白质含量；在有机肥条件下降低了垩白粒率和垩白度，在施用化肥的处理中则表现为提高。垩白的形成主要是因为水稻在灌浆期营养供给的不足，进而导致籽粒中淀粉和蛋白质含量降低[49-50]。本研究结果表明，地膜覆盖对稻米的垩白粒率和垩白度的影响与施入的肥料种类有关，原因可能是有机肥可以提供水稻生育中后期的氮素供应，而地膜覆盖可以促进有机肥在水稻生育后期氮素的释放[51]，从而满足水稻灌浆期所需的氮素；化肥为水稻前期提供了大量的速效养分，而地膜覆盖加速了水稻对养分的吸收，加剧了水稻灌浆期的养分亏缺。

蔡一霞等[52]研究发现，食味性越好的稻米往往表现为，峰值黏度和崩解值都较大，热浆黏度、最终黏度和消减值越小。张自常等[48]研究发现，覆膜处理较露地处理增加了稻米的峰值黏度和崩解值，降低了热浆黏度、最终黏度和消减值。本研究结果发现，地膜覆盖(M)降低了2个品种稻米的热浆黏度、最终黏度和消减值；在有机肥条件(F0)下提高了峰值黏度和崩解值，化肥条件(F1)下表现出相反的趋势。这些结果说明，地膜覆盖改善稻米的食味性的程度还与施入的肥料种类有关，但对稻米品质影响的机理尚不清楚，因此有待进一步研究覆膜引起土壤水肥变化对水稻生长以及对稻米品质影响的机制。

3.4 肥料种类对稻米品质的影响

有机肥作为一种缓效性肥料，富含多种养分，有机肥的施用，不仅能维持作物的产量，而且具有改善品质的作用[53-58]。周江明等[59]研究表明，有机肥处理较化肥处理降低了糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率、垩白度和直链淀粉含量，提高了蛋白质含量。孟琳等[60]研究发现，有机肥替代化肥，主要是改善了氮素的供给过程，避免了前期过多的无机氮从土壤中挥发损失，为水稻生长后期持续供应养分，改善稻米品质。本研究结果显示，有机肥的施用降低了水稻的糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率和垩白度，提高了直链淀粉含量、食味值和蛋白质含量，但改善了外观品质、营养品质和食味品质。淀粉RVA谱特征值是衡量稻米品质的重要参考标准，一般食味性好的稻米往往表现为，峰值黏度高和崩解值大，热浆黏度、消减值和最终黏度小[61]。张欣等[62]研究发现，有机肥处理较常规处理提高了峰值黏度、热浆黏度、崩解值和最终黏度，降低了消减值。李书先等[63]的研究表明，PASP尿素(环境友好型肥料)1次施肥处理较2次施肥处理提高了峰值黏度、热浆黏度和崩解值，降低了消减值。本研究发现，有机肥的施用(F0)提高了‘吉农大738’和‘吉粳525’的峰值黏度、热浆黏度、崩解值和消减值。综上，延缓肥效可以为水稻中后期提供所需的氮素，满足水稻生长发育所需的营养需求，进而影响稻米淀粉RVA谱特征值[64]。

4 结 论

本研究结果表明，在东北高寒地区，地膜覆盖提高了水稻的干物质积累量，可增产1.39%～7.40%，改善了稻米的加工品质、营养品质及RVA谱特征值；施用化肥处理可增产21.62%～26.44%，有机肥的施用改善了稻米的的外观品质、营养品质、食味品质和RVA谱特征值。地膜覆盖配合施用有机肥在保证水稻产量的同时，也改善了稻米的加工品质、外观品质、营养品质和食味品质，且RVA谱各项指标综合表现较优。