引用本文
邢志鹏, 朱明, 吴培, 钱海军, 曹伟伟, 胡雅杰, 郭保卫, 魏海燕, 许轲, 霍中洋, 戴其根, 张洪程. 稻麦两熟制条件下钵苗机插方式对不同类型水稻品种米质的影响. 作物学报, 2017, 43(4): 581-595
XING Zhi-Peng, ZHU Ming, WU Pei, QIAN Hai-Jun, CAO Wei-Wei, HU Ya-Jie, GUO Bao-Wei, WEI Hai-Yan, XU Ke, HUO Zhong-Yang, DAI Qi-Gen, ZHANG Hong-Cheng. Effect of Mechanical Transplanting with Pothole Seedlings on Grain Quality of Different Types of Rice in Rice-Wheat Rotation System. ACTA AGRONOMICA SINICA, 2017, 43(4): 581-595  
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稻麦两熟制条件下钵苗机插方式对不同类型水稻品种米质的影响
邢志鹏, 朱明, 吴培, 钱海军, 曹伟伟, 胡雅杰, 郭保卫, 魏海燕, 许轲, 霍中洋, 戴其根, 张洪程*
扬州大学农业部长江流域稻作技术创新中心 / 江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点, 江苏扬州225009
* 通讯作者(Corresponding author): 张洪程, E-mail: hczhang@yzu.edu.cn, Tel: 0514-87979220

第一作者联系方式: E-mail: xing_pengpeng@126.com

收稿日期:2016-10-24 接受日期:2017-01-21 网络出版日期:2017-02-17
基金:本研究由国家“十二五”科技支撑计划项目(2011BAD16B03), 江苏省农业科技创新自主项目(CX[15]1002), 江苏省科技支撑项目(BE2015340)和江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(KYLX15_1369)资助
摘要

为探明钵苗机插方式在稻麦两熟地区对水稻米质性状的影响及其品种类型间差异, 本文以常规粳稻、杂交籼稻和籼粳交水稻为材料, 比较了钵苗机插、毯苗机插和机械直播3种种植方式在稻麦两熟制高产栽培条件下的稻米加工品质、外观品质、营养品质、蒸煮食味品质特性变化及其品种类型间差异。结果表明, 钵苗机插的整精米率比毯苗机插和机械直播分别提高1.6%和4.9% ( P<0.05), 整精米产量分别提高7.8%和25.9% ( P<0.05), 改善了稻米加工品质; 与毯苗机插和机械直播相比, 钵苗机插的稻米垩白米率、垩白面积和垩白度显著增加, 对稻米外观品质有不利影响, 但钵苗机插精米蛋白质含量较高, 有利于稻米营养品质的改良, 其精米蛋白质产量分别比毯苗机插和机械直播提高8.7%和28.0%; 3种种植方式相比, 钵苗机插稻米蒸煮食味品质表现出一定程度的变优趋势, 其中, 稻米直链淀粉含量、消减值和糊化温度呈钵苗机插<毯苗机插<机械直播的趋势, 胶稠度、峰值黏度、热浆黏度、最终黏度和崩解值呈钵苗机插>毯苗机插>机械直播的趋势; 食味值于种植方式间无显著差异, 呈籼粳交水稻和常规粳稻钵苗机插<毯苗机插<机械直播, 杂交籼稻毯苗机插>钵苗机插>机械直播的趋势。由此得出, 钵苗机插不仅能增加稻谷产量, 还能改善部分稻米品质特征, 是稻麦两熟地区实现高产高效优质协调水稻生产的潜力型机械化种植方式。

关键词: 水稻; 稻麦两熟; 机械化种植; 钵苗机插; 产量; 米质
Effect of Mechanical Transplanting with Pothole Seedlings on Grain Quality of Different Types of Rice in Rice-Wheat Rotation System
XING Zhi-Peng, ZHU Ming, WU Pei, QIAN Hai-Jun, CAO Wei-Wei, HU Ya-Jie, GUO Bao-Wei, WEI Hai-Yan, XU Ke, HUO Zhong-Yang, DAI Qi-Gen, ZHANG Hong-Cheng*
Key Laboratory of Crop Genetics & Physiology of Jiangsu Province / Innovation Center of Rice Technology in Yangtze Rice Valley, Ministry of Agriculture, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China
Fund:This study was supported by the National Key Technology Support Program of China (2011BAD16B03), the Agricultural Technology Innovation Program of Jiangsu Province (CX[15]1002), the Jiangsu Provincial Technology Support Program (BE2015340), and the Research Innovation Program for College Graduates of Jiangsu Province (KYLX15_1369).
Abstract

In rice-wheat rotation system, the mechanical transplanting with pothole seedlings (MT) is a new developed high yield and high efficiency rice planting method with increased promotion area year by year. Understanding the rice quality traits under MT method is of great importance to study and develop high yield and high quality cultivation techniques under mechanical conditions in rice-wheat rotation system. The comparison experiments were carried out to investigate the difference in processing, appearance, nutrition, cooking and eating, and taste quality, and starch RVA profile of conventional japonica, indica hybrid and japonica-indica hybrid rice, by using MT, mechanical transplanting with carpet seedlings (MC) and mechanical direct seeding (MD) in high-yield cultivation condition, which would provide theoretical reference and practice data for high yield and high quality rice production. The head rice rate and head rice yield under MT were 1.6% and 7.8% larger than those under MC, and 4.9% and 25.9% larger than those under MD ( P<0.05), respectively, indicating a better processing quality under MT method. Compared with MC and MD, MT decreased appearance quality with increased chalky grain rate, chalkiness size and chalkiness degree ( P<0.05), and increased protein content and nutrition quality with the increase of 8.7% and 28.0% in protein yield, respectively. The effects on amylose content, setback and pasting temperature were MT<MC<MD, and those on gel consistency, peak viscosity, trough viscosity, final viscosity and breakdown value were MT>MC>MD, which indicated that the cooking and eating quality under MT method might be meliorated. The taste quality was not of significant difference among planting methods, showing a tendency of MT<MC<MD for conventional japonica, and japonica-indica hybrid rice, and of MC>MT>MD for indica hybrid rice. Therefore the MT method is recommended as one of promising mechanized planting methods to simultaneously realize high yield, high efficiency and high quality in rice production of rice-wheat rotation system.

Keyword: Rice; Rice-wheat rotation system; Mode of mechanized planting; Pothole seedling of mechanical transplanting; Grain yield; Grain quality

全程机械化水稻生产, 能有效解放劳动力, 提升作业质量, 实现节本、增效和稳产、高产, 对保障国家粮食安全意义重大, 是未来稻作发展的方向[1, 2]。机械化播栽是实现水稻全程机械化生产的难点和热点问题[3]。在中国南方稻区, 针对稻作生态区粮食生产特点与水稻机械化播栽于实际生产中的技术难题, 科研工作者通过多年的探索与创新, 在水稻机械化播栽技术的研究与应用方面取得了突破性进展。以长江下游稻麦两熟地区为例, 水稻机械化种植面积逐年扩大, 已基本形成了毯苗机插、机械直播和钵苗机插等三套机械化播栽方式与配套栽培管理技术[4, 5]。钵苗机插是采用高性能钵苗插秧机将钵育壮苗有序栽植入大田的省工、增效的机械化种植方式。多年多点的实践证明, 稻麦两熟地区钵苗机插水稻生产具有播种时间早、秧苗质量高、秧龄弹性大和栽插几乎无植伤等诸多优点, 有利于提前水稻生育进程、改善植株生长环境、培育壮秆大穗、构建高质量群体, 实现高产[5, 6, 7, 8]。前人研究认为, 钵苗机插较毯苗机插和机械直播显著提高水稻产量6%和19%以上, 是稻麦两熟地区较优的水稻高产、高效种植模式[7, 8]。

近年来, 随着人民生活水平的提高和稻米市场的开放, 人们对稻米品质的要求越来越高, 优质稻米更具市场竞争力, 倍受广大消费者的青睐[9]。高产、提质逐步成为水稻生产的重点和科学研究的热点。稻米品质受遗传因素[10]、环境条件[11, 12, 13]和耕作栽培管理措施[14, 15, 16, 17, 18, 19]的共同作用。其中, 稻米品质于播栽方式之间差异明显, 与播栽方式能调节水稻生育进程、改变水稻生长环境、影响水稻“ 源库流” 特征、改变籽粒灌浆特性等密切相关[9, 20, 21, 22, 23, 24]。近年来, 随着农村劳动力的转移和科技的应用, 水稻机械化种植技术发展迅速, 并呈多元化趋势, 而关于高产栽培条件下不同机械化种植方式水稻米质特性差异的系统研究目前较少。钵苗机插有助于改善水稻生长环境, 有利于挖掘水稻产量优势, 应用推广面积不断扩大。关于钵苗机插, 前人研究多集中于水稻产量特征、光合物质生产特性及配套高产栽培技术, 而能否实现稻麦两熟地区水稻高产优质协调生产亟待科学评价分析。为此, 本试验立足于长江下游稻麦两熟地区, 系统地比较研究高产栽培模式下钵苗机插、毯苗机插和机械直播方式水稻加工品质、外观品质、营养品质、蒸煮食味品质、食味值和淀粉RVA谱等米质性状指标, 以期探明不同机械化种植方式下水稻米质特征, 为钵苗机插高产高效优质栽培技术的研发及技术的大面积推广应用提供理论参考及数据支撑。

1 材料与方法
1.1 试验地点与材料

试验于2014— 2015年在扬州大学农学院校外试验基地江苏省兴化市钓鱼镇进行。该地位于江淮之间, 江苏里下河腹部, 属于北亚热带湿润气候区, 年平均温度15℃左右, 年日照时数2305.6 h左右, 年降水量1024.8 mm左右, 无霜期227 d左右。试验地前茬为小麦, 2年均产6.8 t hm-2, 小麦收获后秸秆全量还田。土壤地力中等, 为勤泥土, 质地黏性。2年0~20 cm土层含有机质26.8 g kg-1和27.6 g kg-1、全氮1.9 g kg-1和1.7 g kg-1、速效磷14.2 mg kg-1和13.6 mg kg-1、速效钾148.9 mg kg-1和156.6 mg kg-1。

试验材料包括常规粳稻(南粳9108和武运粳27)、籼粳交水稻(甬优2640和甬优1640)和杂交籼稻(新两优6380和II优084), 各处理水稻主要生育期列于表1。

表1 不同机械化种植方式水稻主要生育期及灌浆结实期温光因子的差异 Table 1 Difference in main growth stages and temperature-sunshine factors in grain-filling phase of different mechanical planting patterns
1.2 试验设计与管理措施

在长江下游稻麦两熟制条件下, 根据生产地小麦常年收获时间, 各机械种植方式生产特点, 以及水稻及时抢播抢栽的要求, 分别设计钵苗机插、毯苗机插和机械直播方式下具有当地大面积生产代表性的水稻播栽期, 并根据高产栽培要求, 充分发挥各种植方式下水稻产量潜力, 配套适宜的高产管理技术措施。

钵苗机插采用448钵孔状硬盘育秧。两年均于5月18日播种, 常规粳稻每孔播种4粒, 籼粳交水稻和杂交籼稻每孔播种3粒, 旱育壮秧。一叶一心期间苗, 保证常规粳稻每孔3株苗, 籼粳交水稻和杂交籼稻每孔2苗。于6月15日机械移栽, 栽插行株距33.0 cm × 12.0 cm。

毯苗机插采用盘式塑料软盘育秧。两年均于5月28日播种, 常规粳稻每盘播种120 g, 籼粳交水稻和杂交籼稻每盘播种90 g, 旱育壮秧。6月15日机械移栽, 栽插行株距30.0 cm × 13.3 cm, 移栽后定苗至常规粳稻每穴3株, 籼粳交水稻和杂交籼稻每穴2株。

机械直播两年均于6月13日机械条播, 行距30 cm。一叶一心期人工定苗至常规粳稻90× 104 hm-2, 籼粳交水稻和杂交籼稻60× 104 hm-2。

试验采用裂区设计, 机械种植方式为主区, 水稻品种为裂区, 小区间用塑料薄膜包埂隔离, 保证单独肥水管理。每小区面积30 m2, 3次重复。

对于常规粳稻和籼粳交水稻每公顷施纯氮270 kg, 杂交籼稻为225 kg。基肥:分蘖肥:穗肥=3:3:4, 分蘖肥于分蘖初期施用, 穗肥于倒四叶期和倒二叶期分2次等量施用。磷肥一次性基施, 总施P2O5 135 kg hm-2。钾肥分别作基肥和促花肥等量施入, 总施K2O 270 kg hm-2。水分管理及病虫草害防治按照高产栽培要求实施。

1.3 测定内容与分析方法

1.3.1 实产 于各小区中央收割8 m2水稻, 测定水分, 去除杂质, 核算实产。

1.3.2 稻米品质 收获各小区水稻后脱粒、风干, 室内贮藏3个月, 用NP-4350型风选机风选, 混匀取样3份, 样品重130.0 g, 参照中华人民共和国国家标准《GB/T17891-1999 优质稻谷》测定糙米率、精米率、整精米率、粒长、粒宽、长宽比、垩白米率、垩白面积、垩白度、透明度、胶稠度等。其中粒型指标和外观品质指标采用万深SC-E大米外观品质检测仪测定。采用瑞典FOSS TECATOR公司生产的近红外谷物分析仪(Infrared 1241 grain analyzer)测定精米的蛋白质含量和直链淀粉含量[25]。

1.3.3 食味值(食味综合值) 采用日本佐竹公司生产的STA 1A米饭食味计测定。

1.3.4 稻米淀粉黏滞特性 采用澳大利亚Newport Scientific仪器公司生产的Super3型RVA (Rapid Viscosity-Analyzer)快速测定淀粉谱黏滞特性, 按照AACC (美国谷物化学家协会)规程(1995-61-02)和RACI标准方法操作, 用TWC (Thermal Cycle for Windows)配套软件分析。RVA谱特征值包括峰值黏度(peak viscosity)、热浆黏度(trough viscosity)、最终黏度(final viscosity)、崩解值(breakdown, 峰值黏度-热浆黏度)、消减值(setback, 最终黏度-峰值黏度)、峰值黏度时间(peak time)和起始糊化温度(pasting temperature)等。

1.3.5 温光资料 灌浆结实期间的逐日最高温度、最低温度、平均温度、日照时数等资料取自试验基地所在地市气象站钓鱼气象灾害监测站(表1)。

1.4 数据计算与统计分析

采用Microsoft Excel 2013处理数据, 运用SPSS 17.0软件进行相关统计分析。

2 结果与分析
2.1 主要米质性状的总体变异

由表2可见, 稻米糙米率、精米率、蛋白质含量、各产量指标和粒宽在不同年份间的差异达显著或极显著水平。除食味值外, 其他品质性状及各产量指标于种植方式间差异显著或极显著。水稻主要米质性状及产量指标于水稻品种间的差异均达极显著水平。各产量指标、垩白米率、垩白度和食味值于种植方式和品种二因子互作上差异达显著或极显著水平。说明稻米主要品质性状于年度间有较大差异, 除受水稻自身遗传特性的影响外, 还受到种植方式的明显影响。

表2 不同机械化种植方式水稻主要米质性状的方差分析 Table 2 Analysis of variance (F-values) of the main quality characters among years, mechanical planting patterns and rice varieties
2.2 加工品质

由表3可见, 水稻加工品质受种植方式影响明显, 其中整精米率的变异系数1.8%~3.6%, 大于精米率的0.4%~1.2%和糙米率的0.2%~0.8%, 说明整精米率受种植方式的影响大于精米率和糙米率。除南粳9108糙米率于种植方式间差异不显著外, 其他水稻的糙米率、精米率和整精米率于种植方式间差异显著, 表现为钵苗机插> 毯苗机插> 机械直播的趋势。数据显示, 除2014年甬优1640整精米率外, 钵苗机插较毯苗机插和机械直播提高稻谷整精米率0.4%~4.3%和3.6%~5.7%。说明与机械直播和毯苗机插相比, 钵苗机插稻加工品质较优。

表3 不同机械化种植方式对水稻加工品质的影响 Table 3 Effect of mechanical planting patterns on rice processing quality

钵苗机插的水稻产量、糙米产量、精米产量和整精米产量均显著高于毯苗机插和机械直播。其中, 钵苗机插的整精米产量比毯苗机插和机械直播分别高4.6%~12.9%和19.5%~32.6%。供试籼粳交水稻和杂交籼稻的各产量指标于种植方式间的变异系数大于常规粳稻, 说明籼粳交水稻和杂交籼稻的各产量指标受种植方式的影响更大。籼粳交水稻配套钵苗机插的各产量指标高于其他处理。

2.3 外观品质

由表4分析, 与机械直播和毯苗机插相比, 钵苗机插的整米粒长呈缩短趋势, 粒宽呈增粗趋势, 长宽比呈减小趋势。说明钵苗机插稻整米较毯苗机插和机械直播呈变短圆趋势。

表4 不同机械化种植方式对水稻外观品质的影响 Table 4 Effect of mechanical planting patterns on rice appearance quality

稻米垩白米率、垩白面积和垩白度于种植方式间差异较大, 变异系数在7.2%~56.6%之间, 其中垩白度于种植方式间的变异系数大于垩白面积和垩白米率, 说明垩白度受种植方式的影响更大(表4)。从水稻垩白米率和垩白面积的变异系数分析, 供试籼粳交水稻和杂交籼稻的垩白面积受种植方式的影响大于垩白米率, 常规粳稻垩白米率受种植方式的影响大于垩白面积。在种植方式的影响下, 钵苗机插稻的垩白米率、垩白面积和垩白度大于毯苗机插和机械直播, 差异显著。说明钵苗机插稻米外观品质变劣。根据垩白度等级划分, 供试稻米在钵苗机插和毯苗机插方式下属垩白度3级, 在机械直播方式下属垩白度2级。

由表4分析, 种植方式对甬优2640、南粳9108和武运粳27品种的透明度影响较大, 机械直播稻米的透明度较钵苗机插和毯苗机插等级提升, 说明机械直播方式下稻米更加晶亮。

2.4 蒸煮食味和营养品质

由表5分析, 各稻米直链淀粉含量均表现为钵苗机插最低, 毯苗机插其次, 机械直播方式最高, 其中籼粳交水稻和常规粳稻的直链淀粉含量于种植方式间差异不显著, 杂交籼稻的直链淀粉含量于钵苗机插和机械直播方式间差异显著。稻米直链淀粉含量于种植方式间的变异系数为1.3%~4.0%, 其中杂交籼稻直链淀粉含量于种植方式间的变异系数大于籼粳交水稻和常规粳稻, 说明杂交籼稻直链淀粉含量受种植方式影响较大。胶稠度与直链淀粉含量表现趋势相反, 钵苗机插稻胶稠度长于毯苗机插和机械直播, 机械直播稻胶稠度最短。综上说明, 钵苗机插稻米的蒸煮食味品质较毯苗机插和机械直播方式呈变优趋势。

表5 不同机械化种植方式对水稻蒸煮食味和营养品质的影响 Table 5 Effect of mechanical planting patterns on rice nutrition, cooking and eating quality

稻米蛋白质含量与蛋白质产量表现趋势一致, 均以钵苗机插最大, 机械直播最小, 毯苗机插居于二者之间(表5)。钵苗机插较毯苗机插分别提高稻米蛋白质含量和蛋白质产量0.3%~4.3%和5.3%~12.3%, 较机械直播提高2.5%~7.7%和22.8%~35.0%。说明钵苗机插改善了稻米营养品质。

除2014年机械直播武运粳27食味值显著高于毯苗机插和钵苗机插外, 籼粳交水稻和常规粳稻的食味值均以机械直播较高, 毯苗机插和钵苗机插较低, 但差异不显著(表5)。除2015年II优084食味值外, 杂交籼稻的食味值于机械直播方式下显著低于毯苗机插和钵苗机插。进一步分析食味评分参数发现, 籼粳交水稻外观评分于机械直播方式下显著高于毯苗机插和钵苗机插, 口感评分于种植方式间差异不显著。常规粳稻的外观和口感评分均于机械直播方式下显著高于毯苗机插和机械直播。杂交籼稻的外观和口感评分于种植方式间差异不显著。

2.5 水稻淀粉RVA谱特征

表6的方差分析表明, 水稻淀粉RVA谱特征值热浆黏度于年度间差异极显著。除峰值黏度时间外, 其余特征值于种植方式间差异极显著。所有特征值均于品种间差异极显著。热浆黏度、峰值黏度时间和糊化温度于种植方式和品种二因子互作上差异极显著。表明种植方式对水稻淀粉RVA谱特征具有调节作用。

表6 不同机械化种植方式对水稻淀粉RVA谱特性的影响 Table 6 Effect of mechanical planting patterns on RVA profile of rice

从稻米淀粉RVA谱特征值于种植方式间的变异系数分析, 峰值黏度、热浆黏度、崩解值、最终黏度和消减值受种植方式的影响均较大, 而峰值黏度时间和糊化温度受种植方式影响较小, 其中消减值受种植方式的影响明显大于其他特征值(表6)。受种植方式的影响, 与钵苗机插和毯苗机插相比, 机械直播减小了水稻淀粉RVA谱特征值峰值黏度、热浆黏度、崩解值、最终黏度, 增大了消减值和糊化温度, 差异显著。峰值黏度时间于种植方式间无明显规律, 差异不显著。多数研究认为, 水稻淀粉RVA谱特征值峰值黏度高、崩解值大、消减值小, 则米饭质地较优[26, 27]。由此推断, 钵苗机插与毯苗机插和机械直播相比, 优化了水稻淀粉RVA谱特征值, 改善了稻米蒸煮食味品质。

3 讨论

虽然遗传基因对稻米品质的调控具有决定性作用, 但稻作生态区气候资源, 土壤环境, 耕作、栽培、管理措施, 收获时期, 及产后晾晒、加工技术等亦影响稻米品质性状[9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24]。前人研究认为, 播栽方式对水稻生长影响明显。水稻的生育进程, 抽穗期群体结构, 灌浆结实期气候资源、光合物质积累与转运特征、籽粒灌浆动态, 成熟收获时期均于播栽方式间差异显著, 这些均会影响稻米品质[9, 20, 21, 22, 23, 24]。

3.1 加工品质

稻米加工品质优劣、出米率高低与稻谷充实状况紧密相关[28, 29]。研究认为, 水稻有效灌浆时间长, 灌浆速率平稳稍慢, 则籽粒充实度较好, 米粒的耐磨性增强, 稻谷出米率提高, 加工品质变优, 而灌浆速率过快或过慢, 有效灌浆时间过短, 均不利于籽粒充实, 降低稻米加工品质[29, 30]。因此, 影响水稻生育后期籽粒灌浆的因子, 如抽穗期群体结构、叶片光合性能和灌浆结实期气候环境等均会间接影响稻米加工品质。郭保卫等[20]研究认为, 相同摆抛栽方式下二连孔和三连孔育秧方式较单孔方式稻谷的加工品质优, 与其植株群体透光率大, 叶片衰老慢, 灌浆结实期干物质积累与转运量大有关。周培南等[32]发现, 适宜的宽行距有利于茎生叶片伸展与透光, 促进叶片光合生产效率, 增强根系活力的同时提高结实率和千粒重, 有助于改善稻米加工品质。本研究中, 钵苗机插稻米加工品质和各品质产量指标均显著优于毯苗机插和机械直播, 说明钵苗机插稻出米率较高, 经济效益也较好。这可能与钵苗机插稻适宜的宽行距(33 cm)利于抽穗期构建较优的水稻群体结构, 及灌浆结实期钵苗机插稻具有高效的光合物质积累与转运、缓慢的叶片衰老及较强的根系活力有关[5, 6, 7, 8]。

Hak[31]的粳稻品种人工控温试验发现, 灌浆结实期日均温度由20℃升至30℃时, 稻米整精米率降幅达20%~30%。朱碧岩等[33]认为, 水稻齐穗后20 d内的温度是影响加工品质的主导因子。霍中洋等[21]报道, 手栽、机插和直播方式间水稻灌浆结实期气候条件不同, 整精米率与灌浆结实期的日平均温度、日最高温度和日最低温度呈负相关。本试验发现, 稻麦两熟地区高产栽培模式下, 钵苗机插较毯苗机插和机械直播提前水稻生育进程, 提高灌浆结实期日均温度、日最高温度和日最低温度等气候指标(表1), 这些均有利于改善水稻灌浆环境, 充实稻谷, 提高籽粒成熟度及稻米加工品质[13, 21]。

前人研究认为, 提早水稻播期不利于整精米率提高[14, 15]。而本试验中与毯苗机插和机械直播相比, 钵苗机插能同时提前水稻播期和提高水稻整精米率, 这可能与播期提前对整精米率的负效应小于钵苗机插促进籽粒灌浆充实对整精米率的正效应有关, 综合两方面的效应, 整精米率于钵苗机插方式下显著提高。

本试验中, 钵苗机插稻整米的长宽比显著小于机械直播方式, 并且稻米的粒长与粒宽虽于种植方式间差异不显著, 但表现出钵苗机插稻整米粒型较毯苗机插和机械直播呈变短粗趋势, 这也可为钵苗机插稻米整精米率较高作佐证, 因为短粗的米粒在机械加工时更不易断裂[34]。前人研究较为一致地认为, 稻米粒型主要受遗传因素影响, 环境生态因素对其影响很小[13]。而本试验方差分析显示, 稻米粒长、粒宽和长宽比于种植方式间差异均达到极显著水平, 并且在年份间的方差变异值也较大, 甚至超过了对环境敏感的垩白的方差变异值, 这可能与供试籼粳交水稻和常规粳稻品种的长宽比相对较小, 一些相对微小的差异就能达到统计上的显著水平有关。

3.2 外观品质

垩白是稻米胚乳中不透明的部分, 受诸多因素的共同作用。本研究中稻米垩白于年份之间的方差效应不显著, 与前人认为的环境效应对外观品质影响显著的观点不一致[13], 其可能原因为种植方式对稻米垩白影响的方差效应值很大, 在这种情况下, 年份间的方差效应值就相对很小。

种植方式对稻米垩白米率、垩白面积等外观品质指标作用显著, 其通过改变水稻群体结构作用于“ 源库流” 的协调性, 同时调节灌浆结实期气候条件来调控灌浆特性, 影响胚乳细胞发育与结构形成、淀粉体的大小与排列及光合物质的分配, 从而产生外观品质差异[28, 29, 35]。刘利等[22]发现, 杂交稻于不同播栽方式下垩白面积和垩白度均表现为机插> 手栽> 机直播, 机插和机直播差异显著。王在满等[9]立足多个生态稻区研究机械种植方式间稻米品质差异, 发现垩白度于机械穴播和机械插秧间差异不显著, 但机械穴播显著降低了山东高清地区稻米垩白米率。孟德龙等[23]发现, 淮北稻区直播稻垩白率和垩白度低于机插稻, 远低于手栽稻。霍中洋等[21]研究高产栽培模式下种植方式对水稻米质影响, 认为外观品质于机插稻和手栽稻间的差异因品种类型而异, 而直播稻的垩白率、垩白面积和垩白度显著小于机插秧和手栽稻, 可能与直播稻最大灌浆速率和平均灌浆速率明显小于机插和手栽有关。谢成林等[24]认为, 钵苗机插的垩白米率和垩白度显著高于毯苗机插, 可能与钵苗机插水稻灌浆速率过快有关。综上分析, 前人研究较为一致地认为直播稻外观品质优于其他种植方式。本研究结果与前人结果类似, 垩白米率、垩白面积和垩白度均于钵苗机插方式下最大, 机械直播最小, 毯苗机插居于二者之间。钵苗机插能促进籽粒充实, 使籽粒质地紧密, 但未能降低垩白, 这可能与种植方式间的播期差异有关。钵苗机插较毯苗机插和机械直播提早播种10 d和26 d, 而早播提前了水稻抽穗, 提高了灌浆结实期日均温度, 易形成垩白[13, 14, 15]。因此, 改善钵苗机插水稻外观品质, 提升稻米商品价值, 是研发钵苗机插兼顾高产优质栽培技术的重点之一。

稻米垩白受遗传基因的控制, 但对环境因素响应的敏感度于水稻基因型间差异较大, 因此可以从水稻品种着手, 培育或筛选对环境因素反应迟钝的基因型水稻品种以减少钵苗机插稻垩白形成[16, 21]。钵苗机插配套适宜栽培措施能改善稻米外观品质。播期通过调节水稻灌浆结实期生长环境, 对改善稻米外观品质作用显著, 多数研究认为在保证水稻安全孕穗和齐穗的前提下, 晚播可提高稻米外观品质[14, 15]。因此探索稻麦两熟地区钵苗机插方式兼顾高产优质的最适播期亟待科学定论。氮肥对稻米垩白影响显著, 但氮肥用量及运筹与稻米外观品质的关系尚无明确定论, 这可能与垩白在遗传因素和环境条件共同作用下形成的生理过程较为复杂有关[16, 17, 18, 32]。因此, 钵苗机插配套因地、因种科学氮肥管理措施可以实现水稻增产提质。郭保卫等[20]认为, 有序摆栽稻作方式能通过改变栽插规格减少稻米垩白。许凤英等[19]发现稀植利于改善稻米外观品质, 与水稻群体通风透光好、源库较协调、籽粒灌浆更充实有关。可见, 合理配置钵苗机插栽插规格亦可改善水稻外观品质。

3.3 营养与蒸煮食味品质

蛋白质含量是衡量稻米营养品质的重要指标。研究发现蛋白质含量于钵苗机插方式下最高, 机械直播最低, 毯苗机插居于二者之间, 这可能与钵苗机插能于稻麦两熟制条件下提早水稻播种, 提高灌浆结实期日均温度、日最高温度和日最低温度, 及钵苗机插水稻灌浆结实期强的光合物质生产和籽粒灌浆特性有关[5, 6, 7, 13, 14, 15, 21]。水稻蛋白质产量变化与稻米蛋白质含量变化趋势一致。综上说明, 稻麦两熟地区机械直播稻米营养品质下降, 不利于以稻米为主粮的人摄取营养, 或在获取同等营养的情况下, 需要消耗更多的大米。

直链淀粉含量和胶稠度与米饭的黏性、硬度等关系密切, 是间接评价稻米蒸煮食味品质的重要参数。多数研究认为, 直链淀粉含量与稻米蒸煮食味品质呈显著负相关, 胶稠度与蒸煮食味品质呈显著正相关[13]。针对于稻麦两熟地区, 霍中洋等[21]研究里下河稻区种植方式对稻米蒸煮食味品质的影响, 发现稻米直链淀粉含量年度间均表现为直播、机插、手栽依次减少的趋势, 不同种植方式间差异除淮稻9号和连粳6号不显著外其他6个水稻品种差异显著, 胶稠度表现直播< 机插< 手栽趋势, 不同种植方式间差异除南粳44外均不显著。孟德龙等[23]研究淮北稻区稻米蒸煮食味品质对种植方式的响应, 发现直链淀粉含量表现为直播> 机插> 手栽, 胶稠度呈直播< 机插< 手栽趋势, 差异显著。谢成林等[24]研究认为, 钵苗机插稻米直链淀粉含量低于毯苗机插, 但差异不显著, 钵苗机插胶稠度显著长于毯苗机插。本研究中, 稻米直链淀粉含量表现出钵苗机插< 毯苗机插< 机械直播趋势, 其中杂交籼稻直链淀粉含量于钵苗机插和机械直播间差异达显著水平。钵苗机插稻米直链淀粉含量较低可能是由于该方式下水稻播种期早, 抽穗期提前, 使水稻灌浆前期温度偏高致有效直链淀粉积累时间缩短[13]。稻米胶稠度呈钵苗机插> 毯苗机插> 机械直播趋势, 这可能与钵苗机插水稻略低的直链淀粉含量有关[37]。水稻淀粉RVA谱能很好地反映米饭的口感和质地[38]。综合本试验研究, 种植方式对水稻淀粉RVA谱特征值作用明显, 表现为钵苗机插、毯苗机插、机械直播方式的峰值黏度、热浆黏度、崩解值、最终黏度呈显著减小趋势, 消减值和糊化温度呈显著增大趋势, 这可能与钵苗机插稻米淀粉组成中直链淀粉含量略低于毯苗机插和机械直播有关[37, 38]。由此得出, 钵苗机插较毯苗机插和机械直播改善了水稻淀粉RVA谱, 优化了米饭口感和质地。综合水稻直链淀粉含量、胶稠度和水稻淀粉RVA谱等指标分析, 发现钵苗机插稻米的蒸煮食味品质较毯苗机插和机械直播稻有变优趋势。

食味值是对米饭外观和口感的综合评价。测定发现, 食味值于种植方式间差异不显著。籼粳交水稻和常规粳稻于钵苗机插和毯苗机插方式下的食味值稍低于机械直播, 这可能与钵苗机插和毯苗机插方式下稻米蛋白质含量较高有关, 因为蛋白质含量与米饭味道、黏性、硬度关系密切。多数研究表明蛋白质含量对蒸煮食味品质有一定负效应[20, 39]。杂交籼稻表现为毯苗机插评分最高, 机械直播最低, 钵苗机插居于二者之间, 这可能与机械直播方式下稻谷成熟度较低有关。供试杂交籼稻温光敏感性较强, 采用机械直播方式于稻麦两熟制条件下, 其播种期迟, 抽穗期过晚, 灌浆结实期日均温度较低, 日均辐射较少, 致籽粒成熟度下降, 青米率升高, 影响稻米蒸煮食味品质[14, 15, 21]。试验中发现机械直播杂交籼稻的直链淀粉含量显著高于毯苗机插和钵苗机插, 这也是导致其食味值偏低的可能原因之一。

4 结论

与毯苗机插和机械直播相比, 钵苗机插改善了稻米加工品质, 分别平均提高水稻整精米率1.6%和4.9%, 增加整精米产量7.8%和25.9%。钵苗机插稻米垩白米率、垩白面积和垩白度较高, 使稻米外观品质变劣。钵苗机插较毯苗机插和机械直播改善了稻米的营养品质, 其蒸煮食味品质有变优趋势。稻米食味值于种植方式间差异不显著, 钵苗机插籼粳交水稻和常规粳稻的食味值稍逊于毯苗机插和机械直播, 钵苗机插杂交籼稻的食味值稍逊于毯苗机插, 但高于机械直播。因此, 钵苗机插既能增加水稻产量, 又能改善部分稻米品质, 是稻麦两熟地区实现高产高效优质协调水稻生产的潜力型机械化种植方式。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。The authors have declared that no competing interests exist.

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