收获期对不同生育类型优良食味粳稻稻米品质的影响

杜 敏, 郭 智, 顾克军, 陈文超, 张岳芳, 刘红江

(1.江苏省农业科学院规划设计研究院,江苏 南京 210014;2.江苏省农业科学院农业资源与环境研究所,农业农村部长江下游平原农业环境重点实验室,江苏 南京 210014;3.江苏省农业科学院粮食作物研究所,江苏 南京 210014;4.南京市耕地质量保护站,江苏 南京 210036)

多年来,无论从播种面积还是单产来看,水稻均是中国第一大粮食作物,其产量的稳步提高保证了国家粮食安全[1]。新世纪以来,伴随社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高,优质绿色生态大米的市场需求日益旺盛[2],特别是2019年“中央一号文件”提出推进农业生产由提高产量向提质增效转变,为优质稻米产业的发展提供了广阔的空间[3]。广大水稻产业科研工作者和生产经营者顺应时代的发展,通过选用优良食味品种[4-5],选择及构建优良产地环境条件[6-7];在培育壮秧的基础上,开展优质绿色标准化生产[8-9];稻季设定肥料施用量及肥料运筹比例[10-11],增施有机肥[12]和中、微量元素肥料[13];对水稻病虫草害开展物理、生物和生态防控等综合防控措施[14-15],在保证水稻产量的前提下,提高稻米的安全品质和食味品质。并通过加工、包装和销售优质大米,有力推进了水稻增产、农民增收、农业增效[16]。但随着土地流转,水稻实行规模化种植以来,由于稻谷晒场以及烘干设备等配套设施的不完善,较大比例的水稻在成熟后不能及时收获,除对下茬作物的适期播种带来不利影响外[17],其对稻米品质也可能会产生不利影响。目前为止,关于收获时间对优良食味水稻稻米品质影响的研究报道较少。本研究于2020年在江苏省扬中市油坊镇江苏紫江生态农业有限公司试验田,通过设置不同收获时间,研究3个不同生育类型粳稻品种稻米品质的变化趋势,以期能确定水稻成熟后适宜的收获时间段,为水稻产业的提质增效提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 研究地点

试验地位于江苏省扬中市油坊镇江苏紫江稻麦种植家庭农场(32°09′N,119°51′E),2020年稻季平均气温24.9 ℃,全年日照时数2 000 h,无霜期217 d,年降雨110 d,总降雨量1 060 mm,采用小麦-水稻轮作模式。土壤质地为黄砂土,理化性质如下:全氮含量1.34 g/kg,总磷含量0.48 g/kg,速效氮含量45.37 mg/kg,速效磷含量33.21 mg/kg,速效钾含量115.92 mg/kg,有机质含量20.83 g/kg,容重1.25 g/cm3,pH 6.81。

1.2 试验设计

设置二因素裂区试验,主区为水稻品种,3个供试品种分别为南粳2728(中熟中粳)、南粳9108(迟熟中粳)、南粳3908(早熟晚粳)。副区为水稻收获时间,参考供试品种育成者公布的水稻生育期,并结合移栽日期以及水稻生育后期的田间实际调查结果,推断水稻的预期收获时间,设置了提前7 d收获、适期收获以及延迟7 d、14 d、21 d、28 d收获6个副因素。本试验合计18个组合,每个组合重复3次,每个组合666.7 m2。于2020年6月12日采用机插秧,行距0.30 m、穴距0.12 m,3～4株/穴。所有处理均采用常规施肥,化学氮肥(N)、磷肥(P2O5)、钾肥(K2O)施肥量依次为270.0 kg/hm2、67.5 kg/hm2、135.0 kg/hm2。氮肥:40%基肥、30%分蘖肥、30%穗肥;磷肥:100%基肥;钾肥:50%基肥、50%穗肥。基肥、分蘖肥和穗肥分别于6月10日、6月18日及不同水稻品种的倒4叶抽出时施用。田间水浆管理及杂草和病虫害防治参照当地水稻高产栽培技术规范。不同水稻品种生育期情况如表1所示。

表1 不同生育类型水稻品种生育期情况

1.3 测定内容与方法

1.3.1 水稻产量 在水稻成熟期,选择田间长势均衡的100穴,计算平均穗数;选取穗数接近平均值的植株5穴,脱粒、水漂,统计饱粒、秕粒数和千粒质量,并计算出理论产量。

1.3.2 稻米品质 将收获的稻谷风干,置留3个月后砻谷、碾米,按照优质稻谷国家标准《GB/T 17891-2017》,测定整精米率、精米率和糙米率;使用大米外观品质检测仪(北京东孚久恒仪器技术有限公司产品,型号JMWT12)测定稻米的长、宽、垩白面积、垩白粒率、垩白度和米粉的胶稠度;用米粒食味计SATAKE[佐竹机械(苏州)有限公司产品,型号RLTA10C]测定稻米蛋白质及直链淀粉含量[18]。

1.3.3 稻米淀粉黏滞特性 稻米淀粉黏滞特性用 RVA 黏度测定仪(瑞典波通Perten仪器公司产品)测定出峰值黏度(PV)、热浆黏度(TV)、最终黏度(FV)、糊化温度(PaT)和峰值时间(PeT)。崩解值=PV-TV;消减值=FV-PV;回复值=FV-TV[19]。

1.3.4 米饭食味值 称30.0 g精米,以米∶水=1.00∶1.25的体积比添加去离子水,常温浸泡0.5 h,以米饭食味计[佐竹机械(苏州)有限公司产品,型号STA 1A]检测米饭的外观值、硬度、黏度及综合食味值等[20]。

1.4 数据分析

用Excel 2007进行数据整理并作图,用SPSS 19.0进行数据间的多重比较和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 2020年水稻生长季日平均温度

2020年水稻生长季日平均温度如图1所示,从2020年5月1日至11月1日,平均温度为24.9 ℃;其中,8月平均气温达到30.1 ℃,8月15日日均气温最高,为33.6 ℃。8月17日南粳2728抽穗,8月22日南粳9108抽穗,9月1日南粳3908抽穗(表1)。8月17日至8月25,日均气温均超过29 ℃,可能会对水稻的抽穗灌浆产生不利影响。而从9月1日直至水稻收获,仅在9月8日日均气温为28.6 ℃,其余时间日均气温均未超过28 ℃。

图1 2020年水稻生长季日平均温度

2.2 不同水稻品种产量及其构成因素

不同生育类型水稻品种产量及其构成因素如表2所示。从水稻产量看,南粳3908较南粳9108和南粳2728产量分别提高11.46%和21.58%,且3个品种间的产量差异显著。从单位面积穗数看,南粳3908较南粳9108单位面积穗数显著提高6.85%,较南粳2728显著提高6.36%。从每穗粒数看,南粳3908较南粳9108每穗粒数提高2.26%,较南粳2728显著提高8.90%。从结实率看,南粳3908较南粳9108和南粳2728结实率分别提高1.00%和1.79%,但3个品种间结实率无显著差异。从千粒质量看,南粳3908较南粳9108千粒质量提高1.06%,较南粳2728显著提高3.17%。结果说明,南粳3908相较于南粳2728产量显著提高,主要是因为南粳3908单位面积穗数、每穗粒数和千粒质量相较于南粳2728显著提高,结实率对其产量提高的贡献较小。南粳3908相较于南粳9108产量显著提高,主要是因为南粳3908相较于南粳9108单位面积穗数显著提高,每穗粒数、千粒质量和结实率对其产量提高的贡献较小。

表2 不同生育类型水稻品种产量及其构成因素

2.3 收获期对优良食味粳稻稻米品质的影响

2.3.1 加工品质 不同收获期的稻米加工品质如表3所示。从糙米率看,不同收获期的南粳2728糙米率差异不显著,但是南粳9108收获期延迟7 d、14 d、21 d和28 d较适期收获糙米率显著降低,南粳3908收获期延迟28 d较提前7 d、适期、延迟7 d、14 d糙米率显著降低。从精米率看,3个水稻品种延迟收获精米率均呈逐渐降低的趋势。从整精米率看,3个水稻品种延迟收获整精米率均呈逐渐降低的趋势。但是南粳3908延迟收获7 d对稻米的加工品质无显著影响。以上结果说明,延迟收获会使稻米加工品质变劣。

表3 不同收获期对稻米加工品质的影响

2.3.2 外观品质 不同收获期水稻稻米外观品质如表4所示。收获期延迟或提前对南粳2728和南粳9108的整精米长、整精米宽及整精米长宽比均无明显影响。仅收获期提前7 d使南粳3908的整精米长、整精米宽显著降低,但显著提高了其整精米长宽比。3个水稻品种皆在适期收获时稻米的垩白粒率和垩白度最低,其中南粳3908的垩白粒率和垩白度最低,随着收获期的延迟稻米的垩白粒率和垩白度均有增加的趋势。这可能与品种的生态适应性有关,南粳3908为早熟晚粳,适应在本地种植,而南粳2728和南粳9108适宜种植在江苏的长江以北地区。以上结果说明,收获期延迟对3个水稻品种稻米的粒型影响不大;但延迟收获使稻米的垩白粒率和垩白度提高,致使稻米的外观品质趋劣。3个品种中,以南粳3908的外观品质最好,且南粳3908收获期延迟7 d和14 d外观品质下降不显著。

表4 不同收获期对稻米外观品质的影响

2.3.3 蒸煮食味品质与营养品质 不同收获期稻米蒸煮食味品质与营养品质如表5所示。适期收获时蛋白质含量以南粳2728最高,南粳3908最低,收获期提前或延迟对3个水稻品种稻米的蛋白质含量没有显著影响。3个品种稻米的胶稠度均在适期收获时最长,其中南粳3908最长,随着收获期的延迟稻米的胶稠度均有逐渐变短的趋势。收获期延迟对3个水稻品种稻米的直链淀粉含量无显著影响,收获期提前对南粳2728和南粳9108稻米的直链淀粉含量无显著影响,但南粳3908收获期提前7 d较适期、延迟7 d、14 d、21 d和28 d稻米的直链淀粉含量显著降低。以上结果说明,虽然收获期延迟对3个水稻品种稻米直链淀粉和蛋白质含量均无明显影响,但稻米的胶稠度缩短,使稻米的蒸煮食味品质变劣。但是收获期延迟7 d对3个水稻品种稻米的胶稠度均无显著影响。

表5 不同收获期对稻米蒸煮食味品质与营养品质的影响

2.3.4 RVA谱特征值 不同收获期的稻米RVA谱特征值如表6所示。3个水稻品种稻米的峰值黏度和热浆黏度均在适期收获时最高,随着收获期的推迟,稻米的峰值黏度和热浆黏度呈下降的趋势。3个水稻品种稻米的最终黏度均是在适期收获时最高,随着收获期的延迟,稻米的最终黏度均呈现下降的趋势。延迟收获对3个水稻品种稻米的崩解值、消减值和回复值影响较小。稻米的峰值时间是米粉样品到达峰值黏度的时间长度,耗时越短,表明稻米淀粉粒的膨胀性越好。3个水稻品种稻米的峰值时间均是在适期收获时最短,并且随着收获期的延迟呈延长的趋势。稻米的糊化温度指稻米样品的成糊温度,糊化温度越低,说明稻米在蒸煮过程中加热吸水膨胀性越好。3个水稻品种稻米的糊化温度均是在适期收获时最低,随着收获期的推迟,稻米的糊化温度表现为逐渐升高的趋势。综上,延迟收获期使3个水稻品种的峰值黏度、热浆黏度和最终黏度降低;使稻米的峰值时间延长、糊化温度升高;对稻米的崩解值、消减值及回复值总体影响不明显。总体而言,延迟收获使稻米品质变劣。但相较于适期收获,收获期延迟7 d对南粳3908的RVA谱特征值无显著影响。

表6 不同收获期对稻米RVA谱特征值的影响

2.3.5 稻米综合食味值 不同收获期稻米综合食味值如表7所示。3个水稻品种稻米的外观值、黏度和平衡度均在适期收获时最高,随着收获期的延迟,稻米的外观值、黏度和平衡度呈降低的趋势。南粳2728和南粳9108稻米的硬度均在适期收获时最低,南粳3908稻米的硬度在收获期延迟7 d时最低,随着收获期的延迟,3个水稻品种的稻米硬度呈增加的趋势。3个水稻品种稻米的食味值均在适期收获时最高,随着收获期的延迟,稻米食味值呈下降的趋势。结果说明,延迟收获期增加了稻米的硬度,降低了稻米的外观值、黏度、平衡度和食味值,使稻米综合食味品质变低。但延迟7 d收获,对南粳9108和南粳3908稻米综合食味值无显著影响。

3 讨论

不同水稻品种的稻米品质主要受自身遗传特性影响,同时还受播栽方式和肥料运筹等栽培措施,以及温度、光照、水分等环境条件的影响[21-27]。本研究中3个水稻品种同属南粳系列,具有较为相似的遗传背景,食味品质优良。已有研究结果表明,与常规粳稻比较,南粳系列稻米具有蛋白质含量低、胶稠度长、直链淀粉含量低、糊化温度低、综合食味值较高等特点[19]。郎有忠等[28]研究结果表明,适当延长水稻的生育期,稻米的整精米率、垩白率、蛋白质含量、直链淀粉含量等指标更优,米质更好。本研究结果表明,南粳2728和南粳9108由于生育期偏短,抽穗扬花期在8月中旬前后,试验地点该时间段温度较高,水稻的授粉和前期的灌浆结实都受到影响。高温除了影响水稻的产量,还会影响稻米品质[29]。段骅等[30]的研究结果也表明,受高温胁迫时,稻米的整精米率低,胶稠度短,垩白度、蛋白质含量、糊化温度和回复值高,米质变劣。实际生产中,当水稻抽穗期遇到高温胁迫,可以通过增加灌水量以及适当增施氮肥等措施来缓解高温带来的负面影响[31]。

关于收获期对水稻生长发育和稻米品质的影响,已有前人研究结果表明,晚收增加水稻倒伏的风险,降低千粒质量,影响水稻产量[32];晚收会增加水稻机械收获作业时的损失率[33],最终影响水稻产量及经济效益[34]。关于收获期对稻米品质影响的研究结果表明,提前收获影响了水稻的成熟度,并通过影响稻米的蛋白质组成和淀粉结构而影响稻米品质,使综合食味值降低[35],与本研究结果基本一致。关于延迟收获对籼稻品种稻米品质影响的研究结果表明,随着收获期持续后延,稻米的加工和外观品质变劣,胶稠度也呈显著变短的趋势,稻米品质变差[36];该研究还发现,通过对大量水稻品种进行筛选,在发现不影响水稻产量和米质,耐迟收水稻品种的同时,水稻生育后期结合延时淹水灌溉,能够有效降低稻米中的镉含量,提升稻米安全性[36]。本研究结果表明,3个水稻品种延迟收获,稻米品质均有变劣的趋势;特别是南粳2728和南粳9108延迟收获时,多数品质指标下降显著;但南粳3908延迟7 d收获,米质下降不显著。在东北地区盐碱地条件下的研究结果表明,稻米在适期收获条件下适口性好、食味值高,与本研究结果基本一致;但适当延迟收获可改善稻米的外观品质,降低其垩白度和垩白粒率[37],这可能与水稻灌浆结实期东北地区温度相对较低有关。前人研究结果表明,水稻抽穗灌浆期的最适日均气温在22～28 ℃,较低或较高的温度会导致水稻灌浆速度过慢或过快,使得籽粒不饱满或垩白增加,最终影响粒质量和稻米品质[38]。本研究中南粳2728和南粳9108由于抽穗较早,抽穗灌浆期温度较高,稻米品质受到影响,水稻植株容易出现早衰[39-40],推迟收获会进一步影响其稻米品质。而南粳3908由于抽穗较晚,在抽穗灌浆期有效避开了高温的不利影响,提高了稻米品质。

4 结论

3个优良食味水稻品种间比较,产量以南粳3908为最高,主要原因是其单位面积穗数和每穗粒数相对较高。3个品种中总体也以南粳3908稻米品质最优;从收获期看,收获期提前或延迟均会对稻米品质带来不利影响,但收获期延迟7 d对南粳3908稻米品质无显著影响。因此,生产上为了保证稻米品质,建议水稻要尽量采取适期收获。由于南粳9108和南粳2728属于中粳水稻品种,本研究地处江苏省长江以南地区,并不是其最适种植区,影响了其高产和优质潜力的发挥。为此,下一步应选择在南粳9108和南粳2728适宜种植区,研究不同收获期对其产量和品质的影响,为实际生产提供更具针对性的决策建议。