不同类型有机肥对水稻产量和稻米品质的影响

刘红江 郭智 张岳芳 盛婧 周炜 刘德坤

摘要：以南粳46为供试水稻品种进行大田小区试验，设置不施氮肥、常规化肥及鸡粪、猪粪、羊粪有机肥等氮量替代50%化肥作基肥处理，共5个处理，探索其对水稻产量、稻米品质的影响。结果表明：与常规化肥处理相比，50%羊粪有机肥处理使水稻产量显著降低，但能够显著提高稻米整精米率和黏度，显著降低稻米垩白粒率、垩白度，并显著降低稻米硬度、消减值、回复值和峰值时间，使稻米品质明显提升。与常规化肥处理相比，不同类型有机肥替代化肥基施均可在整体上降低稻米蛋白质含量，增大稻米膠稠度。但是，不同有机肥处理对大部分稻米品质指标的提升效果未达到显著水平，说明将不同类型有机肥替代化肥作为基肥施用，能够不同程度地提高稻米品质，特别是50%羊粪有机肥处理对稻米品质的改善效果更为明显，但会使水稻产量降低。

关键词：水稻；有机肥；产量；稻米品质

中图分类号：S511.037文献标识码：A文章编号：1000-4440（2024）04-0645-07

Effects of different types of organic fertilizers on rice yield and quality

LIU Hong-jiang1，GUO Zhi1，ZHANG Yue-fang1，SHENG Jing1，ZHOU Wei1，LIU De-kun2

（1.Institute of Agricultural Resources and Environment， Jiangsu Academy of Agriculture Sciences， Nangjing 210014， China；2.Agricultural and Rural Bureau of Houbai Town， Zhenjiang， Jiangsu Province， Zhenjiang 212444， China）

Abstract：In this study， a field plot experiment was conducted with Nanjing 46 as the test material. By setting no nitrogen fertilizer， conventional chemical fertilizer， and organic manure （chicken manure， pig manure and sheep manure） instead of 50% chemical fertilizer as the base fertilizer， a total of five treatments were used to explore their effects on rice yield and rice quality. The results showed that compared with conventional chemical fertilizer treatment， 50% sheep manure organic fertilizer treatment significantly reduced rice yield， but significantly increased the head rice rate and viscosity of rice， significantly reduced the chalkiness rate and chalkiness degree of rice， and significantly reduced the rices hardness， impairment， recovery value， and peak time， so that the quality of rice was significantly improved. Compared with the conventional chemical fertilizer treatment， different types of organic fertilizers replacing chemical fertilizer basal application all reduced the protein content of rice and increased the gel consistency of rice. However， different organic fertilizer treatments did not significantly improve most of the rice quality indicators. In summary， applying different types of organic fertilizer instead of chemical fertilizer as base fertilizer could improve rice quality to different degrees， especially 50% sheep manure organic fertilizer treatment could improve rice quality more obviously， but the rice yield was reduced under this treatment.

Key words：rice;organic fertilizer;yield;rice quality

水稻作为中国主要的粮食作物之一，常年播种面积在3.0×107kg/hm2左右[1]，其高产稳产在保障国家粮食安全方面发挥了至关重要的作用。改革开放以后，得益于高产水稻新品种的不断育成[2]、土壤培肥工程的实施[3-4]、农田灌溉条件的不断改善[5]以及规模化和机械化生产程度的不断提高[6]，中国水稻单产已实现了十三连丰。近年来，为了适应稻米供给侧结构性改革的需要，稻作生产和科研人员已经开始从重视提高产量逐渐向注重提升稻米品质方向转变[7]。在水稻生产中，通过应用病虫草害的生态防控技术措施，并结合生物农药的施用，使稻田化学农药用量大幅度降低，稻米安全品质得到了保障[8]。同时，通过选种优良食味水稻品种[9-10]、优化稻季肥料运筹[11-12]和水浆管理[13]、增施中微量元素肥料[14]、实施稻田综合种养[15-16]等品质调优技术措施的广泛应用，使得稻米食味品质得到不断提升。关于施用有机肥改善稻米品质[17]方面的研究也有较多报道。截至目前，关于不同类型有机肥对稻米品质影响的比较研究较少。为此，本研究拟在江苏省句容市后白镇西城村试验田通过设计不施氮肥、施用常规化肥以及鸡粪、猪粪、羊粪3种有机肥50%替代化肥施用5个处理，研究其对水稻产量结构、稻米品质的影响，以期为稻田合理培肥、保证水稻产量、提升稻米品质提供试验参考。

1材料与方法

1.1试验地点

本研究于2020年、2021年在江苏省镇江市句容市西城村（31°50′N，119°09′E）进行，该区地形属于半丘陵半圩区地貌，属亚热带湿润季风气候，常年平均气温15.3 ℃，日平均气温高于10.0 ℃，适宜作物生长期约227 d。年降水量1 018.6 mm，年日照时数约2 150 h。土壤质地为黄泥土，主要采用稻麦轮作模式。土壤理化性状：全氮含量1.73 g/kg，總磷含量0.61 g/kg，速效氮含量118.92 mg/kg，速效磷含量14.43 mg/kg，速效钾含量121.93 mg/kg，有机质含量27.53 g/kg，容重1.23 g/cm3，pH值6.65。

1.2试验设计

以常规施用化肥的方法为对照，氮、磷、钾肥的施用量分别为270 kg/hm2、90 kg/hm2、135 kg/hm2，以不施氮肥处理作为空白对照，并分别设鸡粪、猪粪和羊粪有机肥等氮量替代50%化肥的处理，共5个处理，小区面积0.067 hm2，设3次重复试验。以有机肥中测定出的氮含量为基准计算有机肥施用量，养分不足部分以化肥代替。不同类型有机肥的水分、养分含量见表1。试验用化肥为含15% N、15% P2O5、15% K2O的复合肥，在试验过程中配施尿素（含46% N）、过磷酸钙（含12% P2O5）、氯化钾（含60% K2O）补齐氮磷钾养分含量。氮肥运筹为50%基肥、20%分蘖肥、30%促花肥，磷肥、钾肥和不同类型的有机肥全部于耕作前作基肥。

供试水稻品种为南粳46，于2020年6月8日插秧，11月6日收获；2021年6月8日插秧，11月8日收获。机插秧行距×株距为30 cm×12 cm，每穴3～4苗。大田水浆管理方法：6月8日-7月13日采用浅水灌溉（约5 cm），7月14日-8月6日2次脱水、中度搁田，8月7日至收割前10 d实行间隙灌溉。其他种植管理方式按照水稻优质高产栽培措施进行。

1.3测定内容与方法

1.3.1水稻产量及其构成因素于水稻成熟期选择田间长势均衡的水稻100穴，调查并折算每穴平均穗数，取5穴代表性稻株，脱粒、水漂后计算饱粒数、秕粒数，折算为每穗粒数、结实率；称取饱粒质量，计算千粒质量及水稻理论产量。

1.3.2稻米品质稻谷收获后风干，放置3个月，砻谷、碾米，执行《食用稻品种品质》（NY/T 593-2021）标准，测得整精米率、精米率和糙米率；使用东孚久恒扫描仪测定稻米的长、宽、垩白粒率和垩白度；同时测定米粉的胶稠度；用SATAKE大米食味计实测稻米蛋白质、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快速黏度分析仪（RVA，产自瑞典Perten仪器公司）测定，具体测定指标有峰值黏度（PV）、热浆黏度（TV）、最终黏度（FV）、糊化温度和峰值时间，计算崩解值（PV-TV）、消减值（FV-PV）、回复值（FV-TV）[19]。

1.3.4米饭食味值称取30.0 g精米，按米∶水体积比为1.00∶1.25添加去离子水，常温浸泡0.5 h，以日本品种原样作对照，用米饭食味计（STA 1A，日本佐竹化学机械工业株式会社）检测[20]米饭食味值。

1.4数据分析

用Excel 2007制表及作图，用SPSS 13.0进行统计分析。

2结果与分析

2.1不同类型有机肥施用条件下水稻产量及构成因素

如表2所示，2020年、2021年两季试验的水稻产量均以不施氮肥处理最低，常规化肥处理最高，50%鸡粪、50%猪粪有机肥处理的水稻产量与常规化肥处理间的差异不显著。与常规化肥处理相比，在50%羊粪有机肥处理下，水稻产量平均降低5.24%，且差异显著。

由表2可知，在2020年，与常规化肥处理相比，3个有机肥处理的水稻平均单位面积穗数降低了2.88%；3个有机肥处理的单位面积穗数显著降低。在2021年，与常规化肥处理相比，3个有机肥处理的水稻平均单位面积穗数、平均每穗粒数分别降低了3.28%、4.33%，水稻平均结实率、平均千粒质量分别提高了4.09%、1.68%；单位面积穗数和每穗粒数的降幅达显著水平，结实率的增幅也达到显著水平。与常规化肥处理相比，3个有机肥处理使2个试验年份水稻的单位面积穗数均显著降低。与常规化肥处理相比，50%羊粪有机肥处理的水稻产量显著下降。

2.2不同类型有机肥对稻米品质的影响

2.2.1不同类型有机肥施用条件下的稻米加工品质不同类型有机肥施用条件下的稻米加工品质见表3。可以看出，2020年和2021年不同处理间的水稻糙米率差异均不显著；与常规化肥处理相比，2020年50%羊粪有机肥处理使水稻精米率显著提高；在2021年，施用有机肥处理较施用常规化肥处理在总体上提高了水稻整精米率；2年试验期间，50%羊粪有机肥处理使水稻整精米平均提高了5.66%，与常规化肥处理相比差异均达显著水平。综上，50%羊粪有机肥处理的稻米加工品质相对较优。

2.2.2不同类型有机肥施用条件下稻米的外观粒型品质如表4所示，2020年、2021年水稻的整精米长和整精米长宽比在不同处理间的差异不显著。2020年、2021年，在常规化肥处理和3个有机肥处理中，稻米垩白粒率和垩白度均以常规化肥处理最高，与常规化肥处理相比，50%猪粪、50%羊粪有机肥处理的稻米垩白粒率和垩白度均显著降低。综上，与常规化肥处理相比，不同类型有机肥处理对稻米粒型（整精米长、整精米长宽比）影响整体不大，但有机肥处理，特别是50%羊粪有机肥处理能够显著降低稻米的垩白粒率、垩白度，因此该处理的稻米外观粒型品质较优。

2.2.3不同类型有机肥施用条件下稻米的蒸煮食味与营养品质如表5所示，2020年、2021年稻米蛋白质含量均以不施氮肥处理最低，常规化肥处理最高，3个有机肥处理稻米的平均蛋白质含量比常规化肥处理降低5.26%，差异均达显著水平。2020年、2021年稻米的胶稠度均以常规化肥处理最小，不施氮肥处理、3个有机肥处理的稻米胶稠度均显著大于常规化肥处理。2020年稻米直链淀粉含量均以不施氮肥处理最高，常规化肥处理最低，可见施用有机肥比常规化肥处理增加了稻米直链淀粉含量。综上，与常规化肥处理相比，3个有机肥处理使稻米蛋白质含量降低，胶稠度变大，直链淀粉含量有所提高，使稻米的蒸煮食味与营养品质得到提升。

2.2.4不同类型有机肥施用条件下稻米的RVA谱特征值如表6所示，2020年、2021年稻米的最终黏度、热浆黏度、峰值黏度及崩解值均以常规化肥处理最低，3个有机肥处理较高。在2020年、2021年，不同处理稻米的消减值均为负值，且以50%羊粪有机肥处理最低，不同处理间的差异多达到显著水平。在2020年、2021年，不同处理稻米的回复值也以50%羊粪有机肥处理最低，部分处理间的差异达到显著水平。峰值时间显示样品达到峰值黏度的耗时，时间越短，表明稻米淀粉粒越易膨胀、越易破坏。本研究结果显示，在常规化肥处理和3个有机肥处理中，2020年、2021年峰值时间均以常规化肥处理最高。在2个试验年份，不同处理间糊化温度差异均不显著。上述结果表明，与常规化肥处理相比，50%羊粪有机肥处理提高了稻米最终黏度、热浆黏度、峰值黏度及崩解值；50%羊粪有机肥处理的稻米消减值、回复值和峰值时间比常规化肥处理显著降低。因此，50%羊粪有机肥处理稻米的RVA谱特征值相对最优。

2.2.5不同类型有机肥施用条件下的稻米的外观指标与食味值如表7所示，在2020年、2021年，不同有机肥处理的稻米外观值间差异不显著；硬度以常规化肥处理最高，与常规化肥处理相比，不施氮肥处理和3个有机肥处理均显著降低了稻米硬度；在2021年，黏度总体上以常规化肥处理最低，与常规化肥处理相比，不施氮肥处理和3个有机肥处理均提高了稻米黏度；平衡度在不同有机肥处理之间差异不显著。在2021年，与常规化肥处理相比，3个有机肥处理稻米的食味值均得到显著提高。

3讨论

3.1施用不同类型有机肥对水稻产量形成的影响

有机肥含有丰富的大量、微量元素及腐殖酸、活体微生物等有机物质，具有持续供肥能力等特点[21-25]。当化肥与有机肥配合施用时，不仅能够提供水稻生育前期的速效养分，在水稻生育中后期，还能够为水稻的拔节长穗和灌浆结实提供持效养分，提高水稻的穗粒数和结实性，从而获得较高产量[26-27]。本研究结果表明，与单纯施用化肥相比，不同类型有机肥等氮量替代50%化肥使水稻呈现不同程度的减产，特别是50%羊粪有机肥处理减产显著。这与徐明岗等[28]长期定位试验的研究结果（化学氮肥、有机氮肥各占50%配施处理有效提高了水稻穗数、每穗粒数，从而提高了水稻产量）存在明显不同。这可能与两者所选用的水稻品种类型不同有关，前人研究所选用的是籼稻品种，对氮素养分需求量总体较低，且其分蘖能力强，在生育前期，当施用有机肥作基肥时，水稻在较低土壤速效氮素含量条件下能够快速生长，并快速发生分蘖，最终成穗數较多[28-29]。本研究所选用的粳稻品种耐肥能力较强，分蘖期对养分的需求量较大，而施用有机肥作基肥，由于其肥力的缓效性，在水稻生产前期土壤养分供应相对不足，往往会影响分蘖发生，最终影响成穗数及产量[30]。此外，侯红乾等[31]研究发现，在中等肥力水平土壤条件下，当有机氮肥30%替代化学氮肥时，水稻能够获得高产。由此可见，在江苏太湖流域的实际生产中，在用有机肥部分替代化肥时，为了保证水稻产量，可能要适当降低有机肥的替代比例。任科宇等[32]通过大数据分析也得出了相似的结论，对于隶属长江下游的太湖地区，由于土壤肥力水平总体较高，较低比例的有机肥替代化肥往往更有利于水稻高产。另外，在本研究的50%羊粪有机肥处理下，水稻产量下降幅度总体大于50%鸡粪、50%猪粪有机肥处理，可能与不同来源有机肥施用于农田后其养分释放速率、肥效存在较大差异有关[33]。

3.2施用不同类型有机肥对稻米品质的影响

稻米品质主要受控于水稻品种本身的遗传特性，但肥料、水分管理等栽培措施对其同样具有重要影响。大部分研究发现，施用有机肥能改善稻米品质，主要在于有机肥的持效性特点，提升了水稻生育中后期叶片的光合作用能力，促进了光合产物的形成，保证了水稻生育后期的灌浆结实和籽粒充实，从而改善了稻米的加工品质和外观品质[34]。此外，从反映稻米蒸煮食味品质的核心指标（直链淀粉含量、胶稠度和蛋白质含量等）来看，本研究所选用的水稻品种南粳46由于其自身具有半糯性等特点，所有处理的直链淀粉含量都处于较低水平，保证了其稳定的优良食味特性，这与前人研究结果[18，35]基本一致。胶稠度体现了稻米淀粉胶体的柔软性，是稻米食味品质的另一项重要指标，用胶稠度长的稻米煮饭，在冷却后米饭仍然保持柔软、光滑而富有弹性，且口感好。本研究发现，有机肥配施化肥能延长稻米的胶稠度、提升稻米的食味值，这与前人在紫云英翻耕还田并减施20%化肥条件下得到的研究结果[36]一致。过高的稻米蛋白质含量会导致米饭的硬度、粗糙感提高，影响米饭的食味品质[37]，所以稻米的食味值与蛋白质含量呈负相关关系。卜容燕等[38]在前茬紫云英翻压还田条件下，配合稻季减氮40%，能降低稻米蛋白质含量，提升稻米品质，与本研究结果基本一致。但徐令旗等[34]研究发现，增施有机肥会提高稻米的蛋白质含量，降低米饭的食味值，这主要与其在化肥施用量不减的基础上增施有机肥，从而较大幅度增加了稻季氮肥投入量、强化了水稻生育后期的氮素供应，进而导致稻米蛋白质含量提高有关。由此可见，在用有机肥部分替代化肥提升稻米品质时，对基础肥力较好的土壤可能要适当降低有机肥的替代比例，在改善稻米加工和外观品质的同时，保证较低的稻米直链淀粉、蛋白质含量，增加稻米的胶稠度，提升稻米的蒸煮食味品质。从具体指标看，表现为提高稻米的食味值。

在不同类型有机肥替代化肥对稻米品质的影响方面，因羊粪有机肥的碳氮比一般会明显高于鸡粪、猪粪有机肥[39]，而较高的碳氮比影响了羊粪有机肥处理的微生物活性及氮素矿化作用[40]，减少了水稻生长发育的氮素供应，影响了水稻的分蘖，进而影响了水稻产量。但从对稻米品质的影响看，在水稻生育后期，相对较低的氮素供应水平往往能够减低稻米的蛋白质含量，从而提升稻米品质。因此，本研究中50%羊粪有机肥处理虽然可使水稻产量有所降低，但对稻米品质却产生了更为积极的影响。

4结论

在本研究中，在不同类型有机肥等氮量替代50%化肥作为基肥施用处理下，水稻产量均有所下降，尤其是羊粪有机肥50%替代化肥处理使水稻产量相较于常规化肥处理的降幅达到显著水平。但不同类型有机肥等氮量替代50%化肥处理提高了稻米的多项品质指标，特别是施用50%羊粪有机肥对稻米品质的提升较为明显。因此，在生产实践中，当有机肥部分替代化肥用于稻田施用时，需要通过配套栽培措施的调节，在提升稻米品质的同时，保证较高的水稻产量水平，实现稻作生产的量质协同提升。此外，关于有机肥等氮量部分替代化肥导致水稻减产的作用机制有待深入研究。

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（责任编辑：徐艳）

收稿日期：2023-03-30

基金项目：江苏省农业科技自主创新基金项目[CX（22）1002]

作者简介：刘红江（1979-），男，江苏建湖人，博士，副研究员，主要从事农业生态和稻麦栽培生理生态研究。（E-mail）Liuhongjiang2004@sohu.com

通讯作者：刘德坤，（E-mail）cola520@126.com