不同种植模式对水稻生长发育与产量品质的影响

李恩宇，陈光辉，方希林，莫 旭，肖海强

（1.湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128；2.攸县农业农村局，湖南 攸县 412300）

长江流域是我国双季稻的主产区，也是我国冬油菜的主产区，油菜种植面积和产量约占全国的85%[1]。在农村劳动力逐渐减少、双季稻种植积极性不足的情况下，稻—油种植模式已成为农民节本增效的有效途径，是南方稻田最常见的种植模式之一。同时，随着国家马铃薯主粮化战略的制定，马铃薯的种植面积正在不断的增大，对粮食作物的结构调整产生了重大影响[2]，稻—薯种植模式在逐步推广，创造的经济效益也在稳步提升。在不同种植模式下，前茬作物对土壤养分、理化性质等方面的影响是深远且复杂的，直接影响后茬水稻的生长发育和产量品质[3-4]。研究设置稻—油、稻—薯、稻—冬闲这3种种植模式的大田试验，比较不同模式下水稻生长发育与稻米品质的差异，探明种植模式对水稻生长发育、产量与米质的影响，以期为稻田种植制度选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点及材料

试验地点位于浏阳市沿溪镇湖南农业大学教学科研综合基地，该区域属于亚热带季风性湿润气候，土壤pH 值6.41，土壤有机质24.42 g/kg，全氮1.04 g/kg，全磷1.018 g/kg，全钾8.39 g/kg，碱解氮101.15 mg/kg，有效磷60.41 mg/kg，速效钾114.98 mg/kg。试验水稻品种为隆两优1377，油菜品种为湘杂油518，马铃薯品种为费乌瑞它。

1.2 试验方法

采用田间小区试验，随机区组设计，3 种种植模式分别为稻—马铃薯（RP）、稻—油（RR）、稻—冬闲（RF）。对试验田进行多次翻耕，尽量把土混匀，田间整平后分小区种植，每个处理3 次重复，试验从2020 年开始连续进行2 a，小区处理不变，面积约200 m2，小区间做高、宽约40 cm 的田埂，并覆膜保证不透水透肥，确保各小区的基础地力一致，且互不影响。水稻株行距为18 cm×25 cm，于5 月上旬播种；油菜用种量为4.5 kg/hm2，于10 月中旬播种；马铃薯用种量为2 250 kg/hm2，于12 月下旬播种，栽培措施均按照一般大田统一管理，马铃薯和油菜秸秆还田，水稻秸秆不还田， 2 a 水稻季的田间水分管理基本保持一致。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 叶绿素相对含量 利用手持叶绿素SPAD 仪在水稻各关键生育时期（分蘖期、拔节期、孕穗期、灌浆中期、成熟期）测量水稻倒1、倒2、倒3 叶片，取平均值，每种模式随机测10 株。

1.3.2 叶面积指数（LAI） 叶面积（cm2）=叶长×叶宽×0.75，叶面积指数（LAI）=每株绿叶面积×每公顷株数×10-8。

1.3.3 株 高 随机选10 株，从水稻基部开始测量。

1.3.4 干物质积累 随机选取10 株水稻植株分为茎、叶、穗3 个部分，杀青后，烘干至恒重，然后称重。

1.3.5 产量及产量构成 按有效穗平均值取5 株进行室内考种，采取五点取样法，连续取水稻50 株，脱粒后并称重，计算平均每株实测重量，实际产量（t/hm2）=每公顷株数×平均每株实测重量。

1.3.6 稻米品质 水稻收获后储存3 个月再测量碾米品质、蒸煮品质、外观品质。碾米品质：精选饱满的稻谷100 g，用砻谷机测定出糙率，糙米率=（糙米重量/稻谷试样重量）×100%；取20 g 新鲜糙米2份，用精米机碾出精米，精米率=（精米重量/糙米重量）×糙米率×100%，2 次测定结果误差不超过1%。外观品质：利用谷物外观扫描仪（万深SC-E）测定稻米长、宽、垩白粒率、垩白度、整精米率、透明度。蒸煮品质：胶稠度采用米胶延伸法，糊化温度采用碱消值法，直链淀粉采用碘蓝比色法测定。

1.4 数据处理

利用Excel 软件进行试验数据统计和处理，SPSS 软件进行数据显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同种植模式对水稻叶片SPAD 值的影响

由表1 可知，不同种植模式下水稻孕穗期、灌浆中期和成熟期叶片SPAD 值差异显著，2020 年和2021 年孕穗期均表现为RP ＞RR ＞RF；2020 年灌浆中期表现为RP 显著大于RR 和RF，成熟期RF显著小于RR 和RP；2021 年孕穗期、成熟期和灌浆中期均表现为RP ＞RR ＞RF，各处理差异均达显著水平，而分蘖期、拔节期处理间差异均不显著。随着水稻生育时期的后移，各处理水稻叶片的SPAD值均表现为分蘖期到孕穗期下降、到灌浆中期上升、到成熟期再下降的趋势。

表1 不同种植模式下水稻各生育时期的SPAD 值

2.2 不同种植模式对水稻株高的影响

由表2 可知，株高在前期增长较快，灌浆中期到成熟期稍有降低，这是因为前期养分主要供给营养生长，构建壮苗，以便为后期生殖生长打下坚实的基础，后期水稻灌浆后，籽粒变重，植株有所弯曲。2020 年和2021 年，分蘖期RP 和RR 处理的株高显著高于RF 处理，其他各生育时期不同种植模式下水稻株高的差异均不显著，说明不同种植模式对水稻株高的影响不显著。

2.3 不同种植模式对水稻叶面积指数的影响

由表3 可知，随着水稻生育时期的推进，LAI呈先增后减的变化趋势，在孕穗期达到最高。2020年拔节期，RP 显著低于RR，RF 与其他2 种模式差异不显著；2020 年和2021 年成熟期，RP 显著低于RF，RR 与其他2 种模式无显著差异；2 a 间3 种模式的LAI 在分蘖期和灌浆中期均无显著差异。与2020 年相比，2021 年3 种模式的LAI 在孕穗期均有所增加，但差异并不显著。

表3 不同种植模式下水稻各生育时期的叶面积指数（LAI）

2.4 不同种植模式对水稻地上部干物质积累的影响

由图1 和图2 可知，叶片干物质积累上，2020年孕穗期、2020 年和2021 年的灌浆中期均无显著差异；分蘖期和拔节期，RP 均低于RR 和RF；从孕穗期开始，RP 叶片干物质积累最高；成熟期，2020 年RP 显著大于RR，与RF 无显著差异，2021年RP 显著大于RF，但与RR 无显著差异。

图1 2020 年不同种植模式下水稻各生育时期干物质积累

图2 2021 年不同种植模式下水稻各生育时期干物质积累

茎鞘干物质积累上，2020 和2021 年分蘖期、拔节期和孕穗期3 种模式均无显著差异；灌浆中期，RP 高于RR 和RF；成熟期，2020 年各处理无显著差异，但2021 年RP 显著大于RF，与RR 无显著差异。

穗部干物质积累上，2020 年灌浆中期3 种模式均无显著差异，但以RP 最高，而2021 年灌浆中期RP 显著高于RF，与RR 无显著差异；2020 和2021年成熟期，RF 显著低于RP 和RR。

总干物质积累上，连续 2 a 分蘖期均以RF 最高，其中2020 年与RP 有显著差异；拔节期2020 年RR显著高于RP，2021 年3 种模式无显著差异；2020和2021 年孕穗期3 种种植模式均无显著差异，但以RP 最高；连续2 a 灌浆中期均以RP 最高，其中2021 年显著大于RR 和RF；连续2 a 成熟期均以RP最高，其中2021 年RP 和RR 显著高于RF。水稻生育前期，地上部干物质积累RP 积累得较慢，但从孕穗期开始RP 地上部干物质积累逐渐高于RR 和RF。

2.5 不同种植模式对水稻产量的影响

由表4 可知，2020 和2021 年实测产量均表现为RP ＞RR ＞RF，每穗实粒数均表现为RF 显著少于RP 和RR；千粒重在2020 年无显著差异，但2021 年RP 显著大于RF，与RR 无显著差异；有效穗数在2020 年无显著差异，2021 年RF 显著少于RP 和RR；2020 和2021 年各处理结实率均无显著差异。与2020 年相比，2021 年RP 和RR 处理均有增产，但RF 处理的产量有所降低。

表4 不同种植模式下水稻的产量及产量构成

2.6 不同种植模式对水稻米质的影响

由表5 可知，不同种植模式下稻米的碾米品质有所差异；其中，各处理的糙米率均在79.5%左右，差异不显著；2021 年，RP 的精米率显著高于RR 和RF，2020 年各处理的精米率虽无显著差异，但以RP 较高；2020 和2021 年，稻米的整精米率均是RP显著高于RR 和RF，碎米率均是RP 显著低于RR和RF。

表5 不同种植模式下稻米的碾米品质 （%）

由表6 可知，不同种植模式下的稻米外观品质也有一定差异；其中，整精米长和整精米宽并无显著差异，但RP 的整精米长/宽均大于RR 和RF；2020 和2021 年，垩白粒率由低到高均表现为RR ＜RP ＜RF，其中2020 年RR 与RP、RF 差异显著，2021 年3 种种植模式的差异均达显著水平；2020 和2021 年，各处理垩白度均表现为RF 显著高于RP 和RR；3 种种植模式下稻米的透明度均为2。

表6 不同种植模式下稻米的外观品质

由表7 可知，不同种植模式下稻米的蒸煮品质也有一定差异；其中，2020 年RF 处理的稻米直链淀粉含量显著高于RP 和RR 处理，胶稠度则相反；而2021 年RF 处理的直链淀粉含量显著高于RP 和RR 处理，3 种种植模式间差异均达显著水平，3 种种植模式的胶稠度表现为RP ＞RR ＞RF，差异均达显著水平；2 a 间各种植模式下稻米的碱消值无显著差异。

表7 不同种植模式下稻米的蒸煮品质

3 结论与讨论

水稻叶片的SPAD 值是反映叶片叶绿素含量的重要指标，并且与光照和氮素密切相关[5-6]。有研究发现，冬季种植马铃薯，后茬水稻在灌浆后期水稻叶片中超氧化物歧化酶（SOD）活性降低幅度和丙二醛（MDA）含量增加幅度较慢，有助于延缓叶片的衰老，同时可增强光合作用和干物质积累，从而有效提高稻米品质[7]。有研究发现，稻—薯和稻—油均能显著增加水稻产量，提高田间土壤养分的供应能力[8-9]。在该研究中，不同种植模式对水稻叶片的SPAD 值存在一定的影响，虽然在生育前期差异不显著，但在孕穗期3 种种植模式存在显著差异，而生育后期（灌浆中期与成熟期）均以稻—马铃薯模式的叶片SPAD 值最高，说明其叶片衰老较慢，能保持较高的光能利用率，光合作用积累转运的干物质多，同时在水稻生育后期，稻—马铃薯模式的总干物质积累量以及穗部积累量是最高的，且均大于稻—冬闲模式，因此稻—马铃薯模式的千粒重较重，每穗实粒数较多，最终产量最高，这与前人的研究结果基本一致。

有研究表明，不同的种植模式对稻米品质存在较大的影响。汤文光等[10]研究表明，稻—稻—薯、稻—稻—油、稻—稻—麦模式下稻米的品质均比稻—稻—冬闲模式下的好，具体表现在增加了水稻的糙米率、整精米率，降低了垩白度和垩白粒率。龚克成等[11]发现，稻—油能够提高稻米的整精米率，降低直连淀粉含量。而也有研究表明，不同种植模式对水稻的外观品质无显著影响，但蒸煮品质和营养品质差异显著[12]。这可能是水稻的品种和前茬作物的不同，两者之间相互影响程度不同造成的。该研究中，稻—马铃薯模式下稻米的整精米率显著高于稻—油模式和稻—冬闲模式，而稻—冬闲模式与稻—油模式之间碾米品质无显著差异。这可能是因为前茬种植马铃薯土壤积累的养分较高，氮磷肥的增加能够提高稻米的碾米品质。外观品质中长宽比以稻—马铃薯模式最大，则该模式下的稻米显得更长，稻—冬闲模式的垩白度和垩白粒率显著高于稻—油模式和稻—马铃薯模式，说明前茬种植油菜和马铃薯能够改善稻米外观品质。稻—马铃薯模式的直链淀粉含量最低，胶稠度最高，而稻—油模式直链淀粉含量也显著低于稻—冬闲模式，但3 种种植模式下稻米的碱消值无显著差异，表明不同种植模式对稻米的蒸煮品质也存在一定的影响。综合来看，稻—油模式和稻—马铃薯模式能够不同程度地改善稻米品质，这可能是受水旱轮作的影响，病虫害减少，土壤养分和物理特性得到改善，从而提高了稻米品质，而稻—马铃薯模式和稻—油模式之间的差异，是由于前茬栽培作物不同，导致栽培措施、田间土壤养分、秸秆还田成分等方面的差异，从而对水稻产生的影响不同造成的。