寒地黑土區(qū)中微量元素施用量對水稻生長特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

摘要：為了通過測土配方明確寒地黑土區(qū)水稻中微量元素適宜用量，在寒地黑土中微量元素檢測的基礎(chǔ)上設計4個中微量元素用量，分別為CK（0 kg/hm2）、F1（112.31 kg/hm2）、F2（140.01 kg/hm2）和F3（167.71 kg/hm2），探討中微量元素不同用量對寒地黑土區(qū)水稻生長特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。研究表明，施用中微量元素后水稻產(chǎn)量顯著增加，在F2條件下水稻的有效穗數(shù)顯著高于CK達到最大值，實際產(chǎn)量提高了9.39%，其增產(chǎn)主要是由于有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)增加。從群體質(zhì)量指標上看，中微量元素施肥處理顯著提高水稻群體莖蘗數(shù)、干物質(zhì)積累量、葉面積指數(shù)和SPAD值，在F2條件下效果較好。在稻米品質(zhì)方面，中微量元素施肥處理提高整精米率，顯著降低稻米的堊白粒率、堊白度。隨著中微量元素用量增加，稻米蛋白質(zhì)含量呈遞增趨勢，直鏈淀粉含量呈遞減趨勢，稻米食味值先增后降，在F2施用水平食味值最高。綜上所述，在寒地黑土區(qū)施用中微量元素140.01 kg/hm2利于提高水稻的產(chǎn)量和稻米加工、外觀和食味品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：水稻；中微量元素；生長特性；產(chǎn)量；品質(zhì)

中圖分類號：S511.06" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）23-0049-06

孫" 亮，胡" 銳，徐" 益，等. 寒地黑土區(qū)中微量元素施用量對水稻生長特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2024，52（23）：49-55.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.23.006

收稿日期：2024-09-26

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（編號：2022YFD1500403、2022YFD1500404）；國家自然科學基金（編號：32372213）；國家重點研發(fā)計劃青年科學家項目（編號：2023YFD2302200）；江蘇省研究生實踐創(chuàng)新計劃（編號：SJCX242270）。

作者簡介：孫" 亮（1999—），男，江蘇句容人，碩士研究生，主要從事水稻養(yǎng)分管理與高效施肥技術(shù)研究。E-mail：sl121899@163.com。

通信作者：胡雅杰，博士，副教授，主要從事水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培與生理研究，E-mail：huyajie@yzu.edu.cn；楊文飛，碩士，研究員，主要從事水稻優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)栽培技術(shù)研究，E-mail：y1395791467@163.com。

黑土地力肥沃，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的寶貴資源，中國東北寒地黑土地區(qū)年產(chǎn)近全國25%的糧食，是農(nóng)業(yè)保障糧食安全的關(guān)鍵［1］。然而，隨著長期黑土用養(yǎng)不平衡和種植結(jié)構(gòu)較為單一，導致了黑土區(qū)土壤肥力衰減、營養(yǎng)元素失衡等問題，影響黑土區(qū)水稻持續(xù)增產(chǎn)，對黑土農(nóng)業(yè)的長期可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成挑戰(zhàn)［2］。席郝陽等的研究表明，2021年土壤肥力與第二次土壤普查時期的數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)土壤有機質(zhì)和大量元素含量顯著下降［3］。劉希瑤等的研究表明，黑土中中微量元素含量呈下降趨勢，進一步加劇了有機質(zhì)含量的減少［4］。因此，全元平衡施用營養(yǎng)元素對于保護黑土地資源，提升水稻的產(chǎn)量與品質(zhì)具有至關(guān)重要的意義。

中微量元素不僅是構(gòu)成水稻體內(nèi)酶或輔酶的關(guān)鍵成分，更是水稻正常生長與發(fā)育所不可或缺的，且各元素之間具有不可替代性［5-7］。目前，在我國增施中微量元素的水稻、小麥、玉米等糧食作物的產(chǎn)量和品質(zhì)得到了大幅度提高［8-11］。Wang等的研究表明，鋅可以促進水稻小穗的形成，提高籽粒灌漿速率，增加穗粒數(shù)［12］。孫云飛等的研究表明，施用適量硅和鋅配施后精米率和整精米率增加、堊白率下降，提高了水稻加工和外觀品質(zhì)［13］。王雪等的研究表明，施硼肥提高了稻米直鏈淀粉含量和食味值，提高了氨基酸總含量，從而提高了稻米食味品質(zhì)［14］。臺萃等的研究表明，缺錳會導致小麥的氨基酸含量呈降低趨勢，同時會導致小麥中可溶性碳水化合物的含量減少［15］。這一變化對小麥的產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)產(chǎn)生影響。范秉元的研究表明，鋅能夠促進玉米內(nèi)源激素合成，加快氧自由基代謝，使玉米在生長發(fā)育期間可以實現(xiàn)快速授粉，加快玉米生長速度，進而實現(xiàn)玉米優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的目的［16］?？梢?，中微量元素對于水稻等作物產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要作用。雖然前人對研究單一中微量元素對水稻生長、產(chǎn)量和品質(zhì)形成的影響已有較多報道，但是通過測土配方平衡補施土壤多個中微量元素研究報道較少。因此，針對當前黑土地力退化及營養(yǎng)元素比例失衡導致的水稻難以繼續(xù)提高產(chǎn)量和品質(zhì)問題，開展中微量元素施用量對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究。在常規(guī)施用氮、磷、鉀肥料的基礎(chǔ)上，通過對寒地黑土進行土壤地力檢測，明確所缺乏的中微量元素，設計不同用量的中微量元素肥料處理，明確中微量元素對水稻生長特性、產(chǎn)量以及品質(zhì)的影響，以期為寒地黑土地區(qū)水稻合理施用中微量元素提供技術(shù)支撐。

1" 材料與方法

1.1" 試驗地點與材料

本試驗于2023年在黑龍江省建三江七星農(nóng)場（47.27′N，132.65′E）進行。試驗地點土壤旋耕前，取20 cm土層進行土壤地力測定，具體見表1。大量元素堿解氮含量69.53 mg/kg、有效磷含量 22.75 mg/kg、速效鉀含量101.36 mg/kg，均處于 2～3級地力質(zhì)量。中微量元素有效鐵含量 153.90 mg/kg、有效錳含量373.78 mg/kg，水溶性鈉含量7.85 mg/kg 、水溶性鈣含量15.23 mg/kg、有效銅含量3.93 mg/kg，均可達到1～2級地力質(zhì)量，水溶性鎂含量0.80 mg/kg、有效鋅含量0.40 mg/kg、有效硼含量 0.48 mg/kg、有效鉬含量0.13 mg/kg，均為有3～5級地力質(zhì)量。供試材料為當?shù)刂髟运酒贩N龍墾2021。

1.2" 試驗設計

2023年4月4日采用大缽體毯苗育秧，秧齡 35 d 后移栽至大田，栽插行株距30 cm×14 cm，每穴5苗。試驗開展前采集田塊土壤樣品，分析土壤中大量、中量和微量元素含量，對土壤地力質(zhì)量監(jiān)測指標進行綜合評價。分析結(jié)果顯示，試驗基礎(chǔ)地力缺乏4種中微量元素，分別為鎂、鋅、硼、鉬。依據(jù)東北區(qū)耕地質(zhì)量監(jiān)測指標1級標準，中微量元素肥料推薦施用量為140.01 kg/hm2，其中包含氧化鎂（含鎂60%）、七水硫酸鋅（含鋅22.6%）、十水硼砂（含硼11.5%）、鉬酸銨（含鉬48.98%），對應的比例為2.6 ∶1 ∶1 ∶0.01。設計F1（推薦量×0.8）、F2（推薦量×1.0）和F3（推薦量×1.2），不施中微量元素作為對照（CK），詳見表2。氮、磷、鉀肥采取當?shù)爻Ｒ?guī)用量，分別為尿素214.5 kg/hm2 （含N 46%）、

磷酸二銨120 kg/hm2（含N 18%、含P2O5 46%）、氯化鉀 150 kg/hm2（含K2O 60%）。氮肥運籌為基肥 ∶蘗肥 ∶穗肥 = 4 ∶3 ∶3，磷肥一次性基施，鉀肥分基肥和穗肥均施。除了氧化鎂按照基肥與穗肥的比例為3 ∶1進行施用外，其余中微量元素均作為基肥一次性施用。蘗肥和穗肥分別于6葉期和倒2葉期施用。各處理田間重復3次，按照隨機區(qū)組進行田間布局，小區(qū)面積 20 m2。水漿管理、病蟲草害均按照水稻高產(chǎn)栽培管理實施。

1.3nbsp; 測定內(nèi)容與方法

1.3.1" 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素" 在水稻成熟期，在各小區(qū)中調(diào)查中間長勢一致連續(xù)的3行，每行調(diào)查30穴，取樣并測定單位面積有效穗數(shù)；每個小區(qū)按平均穗數(shù)取10穴測定每穗粒數(shù)和結(jié)實率；以1 000實粒種子（含水率14.50%）稱重，重復3次，求取千粒重。實際產(chǎn)量測定為各處理取60穴脫粒測定，重復3次。

1.3.2" 莖蘗動態(tài)" 各處理小區(qū)定點連續(xù)10穴，拔節(jié)前每5 d觀測1次，拔節(jié)后每7 d觀測1次，至抽穗期；由調(diào)查結(jié)果計算求得全田關(guān)鍵生育時期群體莖蘗數(shù)。

1.3.3" 干物質(zhì)重和葉面積指數(shù)" 在水稻分蘗盛期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期進行取樣，基于平均分蘗數(shù)量，選取3個樣本植株。將植株各部分置于烘箱內(nèi)，在105 ℃進行30 min的殺青處理，隨后在80 ℃干燥直至恒重，最后用電子天平對干燥后的樣品進行稱量。采用比重法測定取樣植株的葉面積。

1.3.4" SPAD值測定" 從分蘗盛期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期用SPAD-502型葉綠素儀測定水稻上3葉SPAD值，每個小區(qū)測定5株，取平均值。

1.3.5" 稻米品質(zhì)" 水稻儲藏室貯藏2個月后，參考GB/T 17891—2017《優(yōu)質(zhì)稻谷》測定稻米的加工品質(zhì)，即稻米的糙米率、精米率和整精米率。外觀品質(zhì)采用稻米外觀品質(zhì)監(jiān)測掃描儀（Microtek ScanWirard EZ），測定堊白粒率和堊白度。蒸煮食味品質(zhì)采用米飯食味計（STA1A，日本佐竹公司）和酶標儀（TECAM M200PrO）測定米飯的食味值和直鏈淀粉含量。營養(yǎng)品質(zhì)采用FOSS凱氏定氮儀測定整精米的氮含量，再乘以換算系數(shù)5.95即為蛋白質(zhì)含量。

1.4" 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 2019錄入和整理數(shù)據(jù)，SPSS 22.0進行相關(guān)統(tǒng)計分析。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 中微量元素不同施用量對水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

由表3可知，與不施中微量元素（CK）相比，施中微量元素處理均顯著提高水稻產(chǎn)量。從不同中微量元素施肥水平來看，隨著施肥量的增加，水稻產(chǎn)量呈先增后減的趨勢，產(chǎn)量在F2水平最高，F(xiàn)3較F2處理產(chǎn)量降低了2.36%，但高于F1處理，主要是因為過量的中微量元素降低了有效穗數(shù)，從而導致產(chǎn)量下降。F2處理相較于CK，顯著提高有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)，分別顯著增加7.30%和1.54%；與CK 相比，F(xiàn)2處理下結(jié)實率和千粒重無顯著影響。說明中微量元素主要通過提高有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)增加水稻產(chǎn)量。

2.2" 中微量元素不同施用量對水稻莖蘗動態(tài)的影響

由圖1可知，隨生育進程推進，水稻群體莖蘗數(shù)呈先升后降的趨勢，在拔節(jié)期達到峰值。與CK相比，施中微量元素處理在全生育期均具有較高的群體莖蘗數(shù)。F3處理較F2處理在拔節(jié)期之前具有較高的群體莖蘗數(shù)。然而，在水稻拔節(jié)期之后，群體中的莖蘗數(shù)顯著下降。說明適量的中微量元素對于促進水稻分蘗的產(chǎn)生、增加成熟期的有效穗數(shù)以及提高水稻產(chǎn)量具有積極作用。然而，若中微量元素施用過量，則導致無效分蘗增多。

2.3 "中微量元素不同施用量對水稻干物質(zhì)積累的影響

由圖2可知，隨生育進程推進，水稻群體干物質(zhì)積累量逐漸升高。與CK相比，F(xiàn)2處理在分蘗盛期、 拔節(jié)期、 抽穗期及成熟期均具有較高的群體干

物質(zhì)積累量，該結(jié)果表明中微量元素施肥處理有利于水稻群體生物量的提高。隨著施肥量的增加，水稻分蘗期、拔節(jié)期和抽穗期群體干物質(zhì)積累量呈遞增趨勢，而在成熟期呈先升高后降低的趨勢，在F2水平下達到峰值。以上結(jié)果說明，在F2中微量元素施肥水平下利于提高水稻群體生物量。

2.4" 中微量元素不同施用量對水稻葉面積指數(shù)的影響

由表4可知，隨生育進程推進，水稻葉面積指數(shù)呈先升后降的趨勢，在抽穗期達到最大值。與CK相比，施中微量元素處理在各生育階段均具有較高的葉面積指數(shù)，其中F2和F3處理的增幅達顯著水平。隨著施肥量的增加，分蘗期、拔節(jié)期和抽穗期的葉面積指數(shù)整體上呈遞增趨勢，在F3水平下達到最大值，但是較F2水平下，在分蘗盛期和抽穗期沒有顯著差異。在成熟期時呈先升后降的規(guī)律，在F2處理下葉面積指數(shù)最高，與F3處理無顯著差異。

2.5" 中微量元素不同施用量對水稻葉片SPAD值的影響

由表5可知，F(xiàn)2處理分蘗期SPAD值與CK相當，無顯著差異，說明在此生長階段，水稻葉片的SPAD值并未因中微量元素的施用而顯著增加。隨著生育進程推進，在拔節(jié)期、抽穗期和成熟期，F(xiàn)1處理的水稻葉片SPAD值與CK相比無顯著差異，但F2處理的水稻葉片SPAD值顯著高于CK，分別增加了5.88%、2.42%和5.15%。F3處理下的水稻葉片SPAD值在各生育期與F2處理無顯著差異。這一結(jié)果表明，F(xiàn)2水平下作為基肥施加的中微量元素肥料在拔節(jié)期之后能夠有效地提升葉片中的葉綠素含量，從而增強了水稻的光合作用。但抽穗期后，提升效果有所減弱；但隨后穗肥補充鎂元素后，提升效果顯著。這表明適時適量中微量元素施肥對于維持和提升水稻生長過程中的光合作用具有重要意義。

2.6 "中微量元素不同施用量對稻米加工和外觀品質(zhì)的影響

由表6可知，與CK相比，中微量元素F2處理對糙米率和精米率無顯著差異，但顯著提升整精米率。隨著施肥量的增加，整精米率則呈先升后降的趨勢，在F2水平時達到峰值。說明適量施用中微量元素可提高整精米率，改善稻米的加工品質(zhì)。相較于CK，中微量元素F2處理下顯著減少了稻米的堊白粒率和堊白度，分別減少了8.56%和11.76%。隨著施肥量的增加，堊白粒率和堊白度先降低后升高，其中F3下的數(shù)值最高，而F2處理組的數(shù)值最低，且F2與F1處理組之間差異不顯著。因此，適量的中微量元素施肥有助于提升稻米的外觀品質(zhì)，而過量施肥則可能導致堊白粒率和堊白度增加，進而影響稻米的外觀品質(zhì)。

2.8" 中微量元素不同施用量對稻米蒸煮與食味品質(zhì)的影響

由表7可知，隨著中微量元素施肥量的增加，米飯的外觀、黏度和平衡度均呈先增后減的趨勢，在

F2條件下達到最大值。而硬度則表現(xiàn)出相反的趨勢，呈先減后增的趨勢，說明中微量元素施肥可以適當?shù)亟档陀捕取⑻岣唣ざ葋碓黾邮澄镀焚|(zhì)。具體來看，在F2條件下食味值達到峰值，與CK相比提升了6.80%，而F3 處理與F2處理相比，出現(xiàn)了下降趨勢，說明適量的中微量元素可以提高食味品質(zhì)，而過量則會降低食味品質(zhì)。

2.7" 中微量元素不同施用量對稻米營養(yǎng)品質(zhì)的影響

由圖3可知，隨著中微量元素施肥量的增加，籽粒蛋白質(zhì)含量呈遞增趨勢，在F3條件下達到最大值。與CK相比，F(xiàn)3處理顯著提高了籽粒蛋白質(zhì)含量，達到了7.80%，增加了8.33%。說明施加中微量元素可以提高稻米蛋白質(zhì)含量。

3" 討論

3.1" 中微量元素不同用量對水稻生長特性及其產(chǎn)量的影響

水稻的產(chǎn)量是由多個因素共同決定的，包括單位面積的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重以及結(jié)實率。其中，有效穗數(shù)和穗粒數(shù)是提高水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵指標［17］。魏杰等研究發(fā)現(xiàn)，鈣肥的施用有助于增加水稻每穗粒數(shù)來提高產(chǎn)量［18］。胡時友等的研究表明，中微量元素促進了水稻生長，其中鋅肥對分蘗數(shù)和有效穗數(shù)有顯著增加作用［19］。宋佳媚等研究發(fā)現(xiàn)，鋅在水稻分蘗芽中維持了較高的細胞分裂素（CTK）/吲哚乙酸（IAA）比率，從而促進水稻分蘗的生長［20］。在本研究中，中微量元素有效促進水稻植株分蘗的發(fā)生，提高成熟期有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)，從而提高了水稻產(chǎn)量。此外，高產(chǎn)水稻還具有良好的生長特性主要包括群體莖蘗數(shù)、葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累等［21］。Hu等的研究表明，在水稻產(chǎn)量形成的過程中，提高抽穗后光合產(chǎn)物的積累是水稻高產(chǎn)的關(guān)鍵［22］。水稻產(chǎn)量來自抽穗前貯藏在葉片和莖鞘中，而于抽穗后轉(zhuǎn)運到穗部的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物，另一部分來自抽穗后光合物質(zhì)生產(chǎn)積累，其中后者占80%～90%［23］。因此，增強水稻的葉面積指數(shù)對于提升其光合作用效率及干物質(zhì)積累具有積極影響［24］。楊曉丹等的研究表明，施用適量的中微量元素肥料后，增加了葉面積指數(shù)，能夠促進水稻具有較高的光合和物質(zhì)轉(zhuǎn)運能力，進而提高水稻的產(chǎn)量［25］。在本研究中，中微量元素顯著提高了水稻的葉面積指數(shù)，隨著施肥量的增加抽穗期之前呈遞增趨勢，成熟期遞增后又下降，但是F3與F2處理無顯著差異，說明增施中微量元素可以有效促進水稻葉面積指數(shù)的增加。此外，提高水稻葉片中的葉綠素水平對于增強其光合作用效率及光合產(chǎn)物的累積具有顯著作用。Cakmak等的研究表明，當水稻缺乏鋅時，過氧化氫酶（CAT）活性降低，葉綠素含量降低導致水稻光合作用減弱，進而影響水稻的生長和產(chǎn)量［26］。楊寧俊等的研究表明，適量的鋅可增加水稻體內(nèi)葉綠素含量，促進光合作用，進而增加光合產(chǎn)物積累和產(chǎn)量［27］。Li等的研究表明，中量元素鎂可以通過提升水稻體內(nèi)核酮糖1，5-二磷酸羧化酶的活性，增加光合速率，促進更多碳水化合物的合成［28］。在本研究中，葉片SPAD值隨著中微量元素的增加呈遞增趨勢，說明施用中微量元素可增加葉綠素含量，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產(chǎn)物的積累。在成熟期之前施用中微量元素越多，干物質(zhì)積累量越大，在F2條件下干物質(zhì)積累量達到最大值。

3.2 "中微量元素不同用量對稻米品質(zhì)的影響

稻米品質(zhì)主要是加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)。楊曉丹等的研究表明，適量的中微量元素能夠提高糙米率、精米率、整精米率，并且降低堊白粒率，提高稻米的加工和外觀品質(zhì)，而過量施用中微量元素后則會出現(xiàn)降低的趨勢［25］。本研究結(jié)果表明，與CK相比，施中微量元素提高了整精米率，但施肥處理糙米率和精米率無顯著差異，與前人研究結(jié)果有所差異，存在原因可能是水稻品種以及中微量元素類型與配比含量不一致導致。胡雅杰等的研究表明，粳稻優(yōu)質(zhì)食味品質(zhì)特征表現(xiàn)為直鏈淀粉含量低［29］。直鏈淀粉含量的減少促進了籽粒的吸水和膨脹，導致黏性增強和加速分解，最終提高稻米的適口性［30］。Shivay等的研究表明，主要是由于中微量元素參與調(diào)節(jié)淀粉合成相關(guān)酶的活性，影響淀粉顆粒的數(shù)量和結(jié)構(gòu)，從而影響稻米在蒸煮過程中的吸水能力和膨脹率，進而影響煮熟大米的食味品質(zhì)［31］。在本研究中，適量施用中微量元素后，水稻直鏈淀粉的含量呈遞減趨勢，可適當降低硬度，提高黏度，使得水稻的食味值呈遞增趨勢，表明中微量元素可以提高稻米的蒸煮食味品質(zhì)。Hu等的研究表明，稻米的營養(yǎng)品質(zhì)越高蛋白質(zhì)含量相對較高［32］。有研究表明，鋅肥與氮肥互作會提高籽粒蛋白質(zhì)含量［33］，He等的研究表明，鎂元素提高了籽粒中鉀和粗蛋白的含量，從而提高水稻營養(yǎng)品質(zhì)［34］。在本研究中，隨著中微量元素的增加，籽粒蛋白質(zhì)含量呈遞增趨勢，提高了稻米的營養(yǎng)品質(zhì)。

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