寒地黑土区中微量元素施用量对水稻生长特性、产量及品质的影响

摘要：为了通过测土配方明确寒地黑土区水稻中微量元素适宜用量，在寒地黑土中微量元素检测的基础上设计4个中微量元素用量，分别为CK（0 kg/hm2）、F1（112.31 kg/hm2）、F2（140.01 kg/hm2）和F3（167.71 kg/hm2），探讨中微量元素不同用量对寒地黑土区水稻生长特性、产量和品质的影响。研究表明，施用中微量元素后水稻产量显著增加，在F2条件下水稻的有效穗数显著高于CK达到最大值，实际产量提高了9.39%，其增产主要是由于有效穗数和每穗粒数增加。从群体质量指标上看，中微量元素施肥处理显著提高水稻群体茎蘖数、干物质积累量、叶面积指数和SPAD值，在F2条件下效果较好。在稻米品质方面，中微量元素施肥处理提高整精米率，显著降低稻米的垩白粒率、垩白度。随着中微量元素用量增加，稻米蛋白质含量呈递增趋势，直链淀粉含量呈递减趋势，稻米食味值先增后降，在F2施用水平食味值最高。综上所述，在寒地黑土区施用中微量元素140.01 kg/hm2利于提高水稻的产量和稻米加工、外观和食味品质。

关键词：水稻；中微量元素；生长特性；产量；品质

中图分类号：S511.06" 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）23-0049-06

孙" 亮，胡" 锐，徐" 益，等. 寒地黑土区中微量元素施用量对水稻生长特性、产量及品质的影响［J］. 江苏农业科学，2024，52（23）：49-55.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.23.006

收稿日期：2024-09-26

基金项目：国家重点研发计划（编号：2022YFD1500403、2022YFD1500404）；国家自然科学基金（编号：32372213）；国家重点研发计划青年科学家项目（编号：2023YFD2302200）；江苏省研究生实践创新计划（编号：SJCX242270）。

作者简介：孙" 亮（1999—），男，江苏句容人，硕士研究生，主要从事水稻养分管理与高效施肥技术研究。E-mail：sl121899@163.com。

通信作者：胡雅杰，博士，副教授，主要从事水稻优质高产栽培与生理研究，E-mail：huyajie@yzu.edu.cn；杨文飞，硕士，研究员，主要从事水稻优质丰产栽培技术研究，E-mail：y1395791467@163.com。

黑土地力肥沃，是农业生产的宝贵资源，中国东北寒地黑土地区年产近全国25%的粮食，是农业保障粮食安全的关键［1］。然而，随着长期黑土用养不平衡和种植结构较为单一，导致了黑土区土壤肥力衰减、营养元素失衡等问题，影响黑土区水稻持续增产，对黑土农业的长期可持续发展构成挑战［2］。席郝阳等的研究表明，2021年土壤肥力与第二次土壤普查时期的数据对比，发现土壤有机质和大量元素含量显著下降［3］。刘希瑶等的研究表明，黑土中中微量元素含量呈下降趋势，进一步加剧了有机质含量的减少［4］。因此，全元平衡施用营养元素对于保护黑土地资源，提升水稻的产量与品质具有至关重要的意义。

中微量元素不仅是构成水稻体内酶或辅酶的关键成分，更是水稻正常生长与发育所不可或缺的，且各元素之间具有不可替代性［5-7］。目前，在我国增施中微量元素的水稻、小麦、玉米等粮食作物的产量和品质得到了大幅度提高［8-11］。Wang等的研究表明，锌可以促进水稻小穗的形成，提高籽粒灌浆速率，增加穗粒数［12］。孙云飞等的研究表明，施用适量硅和锌配施后精米率和整精米率增加、垩白率下降，提高了水稻加工和外观品质［13］。王雪等的研究表明，施硼肥提高了稻米直链淀粉含量和食味值，提高了氨基酸总含量，从而提高了稻米食味品质［14］。台萃等的研究表明，缺锰会导致小麦的氨基酸含量呈降低趋势，同时会导致小麦中可溶性碳水化合物的含量减少［15］。这一变化对小麦的产量和营养品质产生影响。范秉元的研究表明，锌能够促进玉米内源激素合成，加快氧自由基代谢，使玉米在生长发育期间可以实现快速授粉，加快玉米生长速度，进而实现玉米优质丰产的目的［16］。可见，中微量元素对于水稻等作物产量和品质具有重要作用。虽然前人对研究单一中微量元素对水稻生长、产量和品质形成的影响已有较多报道，但是通过测土配方平衡补施土壤多个中微量元素研究报道较少。因此，针对当前黑土地力退化及营养元素比例失衡导致的水稻难以继续提高产量和品质问题，开展中微量元素施用量对水稻产量和品质的影响研究。在常规施用氮、磷、钾肥料的基础上，通过对寒地黑土进行土壤地力检测，明确所缺乏的中微量元素，设计不同用量的中微量元素肥料处理，明确中微量元素对水稻生长特性、产量以及品质的影响，以期为寒地黑土地区水稻合理施用中微量元素提供技术支撑。

1" 材料与方法

1.1" 试验地点与材料

本试验于2023年在黑龙江省建三江七星农场（47.27′N，132.65′E）进行。试验地点土壤旋耕前，取20 cm土层进行土壤地力测定，具体见表1。大量元素碱解氮含量69.53 mg/kg、有效磷含量 22.75 mg/kg、速效钾含量101.36 mg/kg，均处于 2～3级地力质量。中微量元素有效铁含量 153.90 mg/kg、有效锰含量373.78 mg/kg，水溶性钠含量7.85 mg/kg 、水溶性钙含量15.23 mg/kg、有效铜含量3.93 mg/kg，均可达到1～2级地力质量，水溶性镁含量0.80 mg/kg、有效锌含量0.40 mg/kg、有效硼含量 0.48 mg/kg、有效钼含量0.13 mg/kg，均为有3～5级地力质量。供试材料为当地主栽水稻品种龙垦2021。

1.2" 试验设计

2023年4月4日采用大钵体毯苗育秧，秧龄 35 d 后移栽至大田，栽插行株距30 cm×14 cm，每穴5苗。试验开展前采集田块土壤样品，分析土壤中大量、中量和微量元素含量，对土壤地力质量监测指标进行综合评价。分析结果显示，试验基础地力缺乏4种中微量元素，分别为镁、锌、硼、钼。依据东北区耕地质量监测指标1级标准，中微量元素肥料推荐施用量为140.01 kg/hm2，其中包含氧化镁（含镁60%）、七水硫酸锌（含锌22.6%）、十水硼砂（含硼11.5%）、钼酸铵（含钼48.98%），对应的比例为2.6 ∶1 ∶1 ∶0.01。设计F1（推荐量×0.8）、F2（推荐量×1.0）和F3（推荐量×1.2），不施中微量元素作为对照（CK），详见表2。氮、磷、钾肥采取当地常规用量，分别为尿素214.5 kg/hm2 （含N 46%）、

磷酸二铵120 kg/hm2（含N 18%、含P2O5 46%）、氯化钾 150 kg/hm2（含K2O 60%）。氮肥运筹为基肥 ∶蘖肥 ∶穗肥 = 4 ∶3 ∶3，磷肥一次性基施，钾肥分基肥和穗肥均施。除了氧化镁按照基肥与穗肥的比例为3 ∶1进行施用外，其余中微量元素均作为基肥一次性施用。蘖肥和穗肥分别于6叶期和倒2叶期施用。各处理田间重复3次，按照随机区组进行田间布局，小区面积 20 m2。水浆管理、病虫草害均按照水稻高产栽培管理实施。

1.3nbsp; 测定内容与方法

1.3.1" 产量及其构成因素" 在水稻成熟期，在各小区中调查中间长势一致连续的3行，每行调查30穴，取样并测定单位面积有效穗数；每个小区按平均穗数取10穴测定每穗粒数和结实率；以1 000实粒种子（含水率14.50%）称重，重复3次，求取千粒重。实际产量测定为各处理取60穴脱粒测定，重复3次。

1.3.2" 茎蘖动态" 各处理小区定点连续10穴，拔节前每5 d观测1次，拔节后每7 d观测1次，至抽穗期；由调查结果计算求得全田关键生育时期群体茎蘖数。

1.3.3" 干物质重和叶面积指数" 在水稻分蘖盛期、拔节期、抽穗期、成熟期进行取样，基于平均分蘖数量，选取3个样本植株。将植株各部分置于烘箱内，在105 ℃进行30 min的杀青处理，随后在80 ℃干燥直至恒重，最后用电子天平对干燥后的样品进行称量。采用比重法测定取样植株的叶面积。

1.3.4" SPAD值测定" 从分蘖盛期、拔节期、抽穗期、成熟期用SPAD-502型叶绿素仪测定水稻上3叶SPAD值，每个小区测定5株，取平均值。

1.3.5" 稻米品质" 水稻储藏室贮藏2个月后，参考GB/T 17891—2017《优质稻谷》测定稻米的加工品质，即稻米的糙米率、精米率和整精米率。外观品质采用稻米外观品质监测扫描仪（Microtek ScanWirard EZ），测定垩白粒率和垩白度。蒸煮食味品质采用米饭食味计（STA1A，日本佐竹公司）和酶标仪（TECAM M200PrO）测定米饭的食味值和直链淀粉含量。营养品质采用FOSS凯氏定氮仪测定整精米的氮含量，再乘以换算系数5.95即为蛋白质含量。

1.4" 数据处理

采用 Microsoft Excel 2019录入和整理数据，SPSS 22.0进行相关统计分析。

2" 结果与分析

2.1" 中微量元素不同施用量对水稻产量及构成因素的影响

由表3可知，与不施中微量元素（CK）相比，施中微量元素处理均显著提高水稻产量。从不同中微量元素施肥水平来看，随着施肥量的增加，水稻产量呈先增后减的趋势，产量在F2水平最高，F3较F2处理产量降低了2.36%，但高于F1处理，主要是因为过量的中微量元素降低了有效穗数，从而导致产量下降。F2处理相较于CK，显著提高有效穗数和每穗粒数，分别显著增加7.30%和1.54%；与CK 相比，F2处理下结实率和千粒重无显著影响。说明中微量元素主要通过提高有效穗数和每穗粒数增加水稻产量。

2.2" 中微量元素不同施用量对水稻茎蘖动态的影响

由图1可知，随生育进程推进，水稻群体茎蘖数呈先升后降的趋势，在拔节期达到峰值。与CK相比，施中微量元素处理在全生育期均具有较高的群体茎蘖数。F3处理较F2处理在拔节期之前具有较高的群体茎蘖数。然而，在水稻拔节期之后，群体中的茎蘖数显著下降。说明适量的中微量元素对于促进水稻分蘖的产生、增加成熟期的有效穗数以及提高水稻产量具有积极作用。然而，若中微量元素施用过量，则导致无效分蘖增多。

2.3 "中微量元素不同施用量对水稻干物质积累的影响

由图2可知，随生育进程推进，水稻群体干物质积累量逐渐升高。与CK相比，F2处理在分蘖盛期、 拔节期、 抽穗期及成熟期均具有较高的群体干

物质积累量，该结果表明中微量元素施肥处理有利于水稻群体生物量的提高。随着施肥量的增加，水稻分蘖期、拔节期和抽穗期群体干物质积累量呈递增趋势，而在成熟期呈先升高后降低的趋势，在F2水平下达到峰值。以上结果说明，在F2中微量元素施肥水平下利于提高水稻群体生物量。

2.4" 中微量元素不同施用量对水稻叶面积指数的影响

由表4可知，随生育进程推进，水稻叶面积指数呈先升后降的趋势，在抽穗期达到最大值。与CK相比，施中微量元素处理在各生育阶段均具有较高的叶面积指数，其中F2和F3处理的增幅达显著水平。随着施肥量的增加，分蘖期、拔节期和抽穗期的叶面积指数整体上呈递增趋势，在F3水平下达到最大值，但是较F2水平下，在分蘖盛期和抽穗期没有显著差异。在成熟期时呈先升后降的规律，在F2处理下叶面积指数最高，与F3处理无显著差异。

2.5" 中微量元素不同施用量对水稻叶片SPAD值的影响

由表5可知，F2处理分蘖期SPAD值与CK相当，无显著差异，说明在此生长阶段，水稻叶片的SPAD值并未因中微量元素的施用而显著增加。随着生育进程推进，在拔节期、抽穗期和成熟期，F1处理的水稻叶片SPAD值与CK相比无显著差异，但F2处理的水稻叶片SPAD值显著高于CK，分别增加了5.88%、2.42%和5.15%。F3处理下的水稻叶片SPAD值在各生育期与F2处理无显著差异。这一结果表明，F2水平下作为基肥施加的中微量元素肥料在拔节期之后能够有效地提升叶片中的叶绿素含量，从而增强了水稻的光合作用。但抽穗期后，提升效果有所减弱；但随后穗肥补充镁元素后，提升效果显著。这表明适时适量中微量元素施肥对于维持和提升水稻生长过程中的光合作用具有重要意义。

2.6 "中微量元素不同施用量对稻米加工和外观品质的影响

由表6可知，与CK相比，中微量元素F2处理对糙米率和精米率无显著差异，但显著提升整精米率。随着施肥量的增加，整精米率则呈先升后降的趋势，在F2水平时达到峰值。说明适量施用中微量元素可提高整精米率，改善稻米的加工品质。相较于CK，中微量元素F2处理下显著减少了稻米的垩白粒率和垩白度，分别减少了8.56%和11.76%。随着施肥量的增加，垩白粒率和垩白度先降低后升高，其中F3下的数值最高，而F2处理组的数值最低，且F2与F1处理组之间差异不显著。因此，适量的中微量元素施肥有助于提升稻米的外观品质，而过量施肥则可能导致垩白粒率和垩白度增加，进而影响稻米的外观品质。

2.8" 中微量元素不同施用量对稻米蒸煮与食味品质的影响

由表7可知，随着中微量元素施肥量的增加，米饭的外观、黏度和平衡度均呈先增后减的趋势，在

F2条件下达到最大值。而硬度则表现出相反的趋势，呈先减后增的趋势，说明中微量元素施肥可以适当地降低硬度、提高黏度来增加食味品质。具体来看，在F2条件下食味值达到峰值，与CK相比提升了6.80%，而F3 处理与F2处理相比，出现了下降趋势，说明适量的中微量元素可以提高食味品质，而过量则会降低食味品质。

2.7" 中微量元素不同施用量对稻米营养品质的影响

由图3可知，随着中微量元素施肥量的增加，籽粒蛋白质含量呈递增趋势，在F3条件下达到最大值。与CK相比，F3处理显著提高了籽粒蛋白质含量，达到了7.80%，增加了8.33%。说明施加中微量元素可以提高稻米蛋白质含量。

3" 讨论

3.1" 中微量元素不同用量对水稻生长特性及其产量的影响

水稻的产量是由多个因素共同决定的，包括单位面积的有效穗数、每穗粒数、千粒重以及结实率。其中，有效穗数和穗粒数是提高水稻产量的关键指标［17］。魏杰等研究发现，钙肥的施用有助于增加水稻每穗粒数来提高产量［18］。胡时友等的研究表明，中微量元素促进了水稻生长，其中锌肥对分蘖数和有效穗数有显著增加作用［19］。宋佳媚等研究发现，锌在水稻分蘖芽中维持了较高的细胞分裂素（CTK）/吲哚乙酸（IAA）比率，从而促进水稻分蘖的生长［20］。在本研究中，中微量元素有效促进水稻植株分蘖的发生，提高成熟期有效穗数和每穗粒数，从而提高了水稻产量。此外，高产水稻还具有良好的生长特性主要包括群体茎蘖数、叶面积指数和干物质积累等［21］。Hu等的研究表明，在水稻产量形成的过程中，提高抽穗后光合产物的积累是水稻高产的关键［22］。水稻产量来自抽穗前贮藏在叶片和茎鞘中，而于抽穗后转运到穗部的非结构性碳水化合物，另一部分来自抽穗后光合物质生产积累，其中后者占80%～90%［23］。因此，增强水稻的叶面积指数对于提升其光合作用效率及干物质积累具有积极影响［24］。杨晓丹等的研究表明，施用适量的中微量元素肥料后，增加了叶面积指数，能够促进水稻具有较高的光合和物质转运能力，进而提高水稻的产量［25］。在本研究中，中微量元素显著提高了水稻的叶面积指数，随着施肥量的增加抽穗期之前呈递增趋势，成熟期递增后又下降，但是F3与F2处理无显著差异，说明增施中微量元素可以有效促进水稻叶面积指数的增加。此外，提高水稻叶片中的叶绿素水平对于增强其光合作用效率及光合产物的累积具有显著作用。Cakmak等的研究表明，当水稻缺乏锌时，过氧化氢酶（CAT）活性降低，叶绿素含量降低导致水稻光合作用减弱，进而影响水稻的生长和产量［26］。杨宁俊等的研究表明，适量的锌可增加水稻体内叶绿素含量，促进光合作用，进而增加光合产物积累和产量［27］。Li等的研究表明，中量元素镁可以通过提升水稻体内核酮糖1，5-二磷酸羧化酶的活性，增加光合速率，促进更多碳水化合物的合成［28］。在本研究中，叶片SPAD值随着中微量元素的增加呈递增趋势，说明施用中微量元素可增加叶绿素含量，提高水稻在抽穗期后的光合速率，增加水稻在生育后期的光合产物的积累。在成熟期之前施用中微量元素越多，干物质积累量越大，在F2条件下干物质积累量达到最大值。

3.2 "中微量元素不同用量对稻米品质的影响

稻米品质主要是加工品质、外观品质、蒸煮食味品质和营养品质。杨晓丹等的研究表明，适量的中微量元素能够提高糙米率、精米率、整精米率，并且降低垩白粒率，提高稻米的加工和外观品质，而过量施用中微量元素后则会出现降低的趋势［25］。本研究结果表明，与CK相比，施中微量元素提高了整精米率，但施肥处理糙米率和精米率无显著差异，与前人研究结果有所差异，存在原因可能是水稻品种以及中微量元素类型与配比含量不一致导致。胡雅杰等的研究表明，粳稻优质食味品质特征表现为直链淀粉含量低［29］。直链淀粉含量的减少促进了籽粒的吸水和膨胀，导致黏性增强和加速分解，最终提高稻米的适口性［30］。Shivay等的研究表明，主要是由于中微量元素参与调节淀粉合成相关酶的活性，影响淀粉颗粒的数量和结构，从而影响稻米在蒸煮过程中的吸水能力和膨胀率，进而影响煮熟大米的食味品质［31］。在本研究中，适量施用中微量元素后，水稻直链淀粉的含量呈递减趋势，可适当降低硬度，提高黏度，使得水稻的食味值呈递增趋势，表明中微量元素可以提高稻米的蒸煮食味品质。Hu等的研究表明，稻米的营养品质越高蛋白质含量相对较高［32］。有研究表明，锌肥与氮肥互作会提高籽粒蛋白质含量［33］，He等的研究表明，镁元素提高了籽粒中钾和粗蛋白的含量，从而提高水稻营养品质［34］。在本研究中，随着中微量元素的增加，籽粒蛋白质含量呈递增趋势，提高了稻米的营养品质。

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