胡世龍，程博，曹湊貴,2，余銘，文木嘉鼎，蘇亞飛，江洋

1.華中農業(yè)大學植物科學技術學院,武漢430070； 2.長江大學主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，荊州434023

水稻作為全國最重要的糧食作物，生產(chǎn)總量穩(wěn)定[1]。隨著產(chǎn)量的逐漸增加，適口性、食味好的稻米越來越受到廣大消費者的喜愛[2]。氮肥在水稻生產(chǎn)過程中有廣泛的應用，孫興榮等[3]研究表明氮肥的施用量不同會直接影響水稻的產(chǎn)量，對水稻加工品質、外觀品質、直鏈淀粉含量等均有不同程度的影響。還有研究發(fā)現(xiàn)，隨著氮肥施用量的減少稻米的相關加工品質可以得到改善，但產(chǎn)量又會有所降低[4]。僅依靠施用氮肥難以兼顧水稻產(chǎn)量與品質的平衡，且隨著人們對綠色、無公害食品需求的增加，木醋液作為一種天然的植物生長調節(jié)物質，在農業(yè)生產(chǎn)上的應用研究也逐漸變多，從大田作物水稻、油菜到園藝作物番茄、辣椒等，應用的范圍十分廣泛[5]。

木醋液是燒制木炭過程中將產(chǎn)生的煙氣冷卻收集而來的液態(tài)物質，在現(xiàn)代工業(yè)中就是有機生物原料在經(jīng)過炭化或者干餾過程中產(chǎn)生的煙氣冷凝收集而來的褐色液體[6]。木醋液的化學成分多樣且復雜，主要是由水、有機酸、各種小分子醛、酚類組成，有機酸以乙酸、丙酸含量最多[7]。21世紀以來，世界各國對木醋液在大田作物生產(chǎn)上的應用研究越來越多，徐紅濤[8]研究表明，在水稻秧苗生長期噴施木醋液作為植物生長調節(jié)劑能有效地增加水稻秧苗的株高、生物量以及顯著抑制苗期的立枯病。王宏燕等[9]研究發(fā)現(xiàn)噴施一定濃度的木醋液能夠有效地提高水稻幼苗在低溫環(huán)境下的葉綠素、活性氧、脯氨酸和可溶性糖含量。Bubpha 等[10]研究表明木醋液代替GA3可起到種子引發(fā)作用從而提高水稻種子的發(fā)芽速度和最終發(fā)芽率。谷思成[11]研究了葉面噴施木醋液及其復合配劑對油菜生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響，結果表明，在油菜三葉期施用適宜濃度的木醋液可以顯著增加油菜幼苗的株高、根頸粗和葉面積，并且有顯著的增產(chǎn)效果。

前人關于氮肥運籌、不同時期肥料施用等因素對水稻產(chǎn)量和食味品質的影響已有一些研究[12-13]，但關于木醋液對水稻產(chǎn)量和食味品質的影響特別是針對木醋液與氮肥配合施用的研究較少。本研究開展田間小區(qū)試驗，在4個施氮水平(0、50、100、200 kg/hm2)條件下設置噴施和不噴施木醋液，探究在不同氮肥水平下施用木醋液對水稻產(chǎn)量和食味品質的影響，旨在為木醋液配合氮肥施用在優(yōu)質水稻生產(chǎn)上的應用提供理論與技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點和土壤特性

于2020年5-9月在華中農業(yè)大學試驗基地進行。試驗地土壤質地為黃棕壤，pH值為6.00，銨態(tài)氮0.83 mg/kg、硝態(tài)氮23.67 mg/kg、速效磷16.80 mg/kg、速效鉀152.88 mg/kg、有機質7.51 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試材料為洋硒早(常規(guī)秈稻)與鄂香2號(常規(guī)粳稻)，是湖北省大面積生產(chǎn)應用的代表性優(yōu)質食味水稻品種。試驗所用木醋液為楊木制炭煙氣冷凝所成，以乙酸、丁酸、酮類、酯類、苯酚及其衍生物等有機物組成，pH值為3.45，由湖北楚天生物質能源科技開發(fā)有限公司提供。

1.3 試驗設計

試驗采用裂區(qū)設計，以氮肥施用量(N)為主區(qū)，噴施與不噴施木醋液為裂區(qū)，設置4個氮肥水平，總施氮量分別為0(N0)、 50(N1)、100(N2)、200 kg/hm2(N3)，各氮肥水平下設置2個木醋液處理，為空白對照(CK)和噴施400倍木醋液處理(M)。木醋液在水稻孕穗期均勻噴施于2個品種的水稻葉片上。所有處理的磷肥和鉀肥施用量按照50 kg/hm2(P2O5)和100 kg/hm2(K2O)統(tǒng)一施用。氮肥按照底肥60%、分蘗肥40%施用，分蘗肥分2次施用，分別在2葉1心和5葉1心追施，均使用尿素；磷肥作為基肥一次性施入；鉀肥按照基肥和穗肥等比例施用。

1.4 測定指標與方法

1)產(chǎn)量。收獲前在每個小區(qū)中隨機確定3個樣本點，每個樣本點面積為1 m2，計算單位面積穗數(shù)；在各小區(qū)選取長勢基本一致、相連的10株，調查它們的穗粒數(shù)與結實率；以1 000粒的實粒(干種子)用電子天平稱質量，并重復3次。成熟期各小區(qū)除去邊行后收割測產(chǎn)，最后折算成667 m2的產(chǎn)量[14]。

2)稻米外觀與加工品質。收獲水稻脫粒后自然風干，依照國標GB/T 17891-1999 《優(yōu)質稻谷》測定稻米的糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率以及堊白度，每個處理重復3次[14]。

3)稻米食味品質。采用日本佐竹公司生產(chǎn)的炊飯食味計(STA-1A型)及硬度黏度儀(RHS-1A型)進行米飯食味特性測定。食味值測定的方法：準確稱取30.00 g精米備用。將準備好的精米放入鋼罐內，洗滌30 s后按秈稻米與水質量比為1∶1.40、粳稻米與水質量比為1∶1.35的米水比加水，從洗滌開始計時浸泡30 min，置于電飯煲(米飯食味儀配套)中加熱蒸煮30 min，切斷電源，保溫10 min。取出鋼罐，將其中米飯輕輕攪拌呈翻起狀態(tài)，拌后放入配套風冷裝置(米飯食味儀配套)冷卻20 min。風冷后取出，換配套鋼蓋，密封自然冷卻90 min后取8.00 g米飯制樣[15]。直接讀取硬度、黏度、平衡度和食味值，食味值總分為100分。然后應用米飯硬度黏度計測定供試樣品的硬度、黏度、平衡度和彈性，每個米飯樣重復3次。

4)稻米淀粉黏滯性。Super 3 型RVA快速黏度分析儀(澳大利亞 Newport Scientific公司)測定淀粉黏滯性相關指標。峰值黏度(peak viscosity)、最低黏度(trough viscosity)、崩解值(breakdown)、最終黏度(final viscosity)、消減值(setback)、峰值時間(peak time)、糊化溫度(pasting temperature)來表示RVA譜的相關特征性質，每個處理重復3次。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用SPSS 26.0軟件和Excel 2016進行。

2 結果與分析

2.1 施用木醋液對水稻產(chǎn)量的影響

氮肥與木醋液處理下水稻產(chǎn)量構成因子分析結果(表1)表明，在同一氮素水平下噴施木醋液能顯著促進穗粒數(shù)的增加，施用木醋液較不施用木醋液分別增加了25.65%～34.12%(洋硒早)、1.49%～37.56%(鄂香2號)，而對于單位面積穗數(shù)和結實率的影響不大。在不同氮素水平下，噴施木醋液對優(yōu)質粳稻鄂香2號的產(chǎn)量增加有顯著的促進效果且在N1條件下促進增產(chǎn)的效果最好。噴施木醋液能夠顯著增加不同施N水平條件下優(yōu)質秈粳稻的產(chǎn)量，洋硒早(優(yōu)質秈稻)的木醋液處理組較不施用木醋液增產(chǎn)5.68%～53.32%，鄂香2號(優(yōu)質粳稻)的木醋液處理組較不施用木醋液增產(chǎn)10.51%～50.62%。方差分析結果(表1)表明，氮肥、木醋液、品種因素對優(yōu)質稻產(chǎn)量的影響極顯著。

表1 木醋液處理與氮肥水平對優(yōu)質稻產(chǎn)量性狀的影響 Table 1 Effects of wood vinegar treatment and nitrogen fertilizer levels on yield traits of high-quality rice

2.2 施用木醋液對稻米品質的影響

1)外觀與加工品質。如表2所示，在同一氮素水平下噴施木醋液對優(yōu)質秈粳稻的堊白粒率與堊白度沒有顯著影響。噴施木醋液可以顯著提高同一氮素水平下稻米的糙米率和精米率，噴施木醋液較不施用木醋液的糙米率和精米率分別增加6.07%～8.06%和5.48%～10.39%(洋硒早)、6.34%～10.66%和4.12%～11.14%(鄂香2號)；對于整精米率影響不大。木醋液處理對優(yōu)質粳稻鄂香2號的外觀與加工品質影響程度大于對優(yōu)質秈稻洋硒早的影響程度。

方差分析結果(表3)表明，氮肥對優(yōu)質稻外觀與加工品質均有極顯著性影響。木醋液處理對堊白粒率、糙米率，精米率和整精米率有顯著影響，而對堊白度的影響不顯著，氮肥和木醋液處理對不同處理條件下堊白粒率、堊白度和整精米率的交互作用明顯。結果表明不同優(yōu)質稻品種的堊白粒率、堊白度、精米率和整精米率差異極顯著，并且氮肥和木醋液處理對不同優(yōu)質稻品種的外觀與加工品質均有顯著的交互作用影響。

2)食味品質。由表4可知，木醋液施用能夠有效提升優(yōu)質秈粳稻的食味值，而且施用木醋液能夠較大程度地改善因施用過多氮肥(N3)而導致食味品質下降的問題，在空白和低氮素水平(N1)下噴施木醋液能夠顯著提高稻米的食味值，分別提高了11.51%和2.74%(洋硒早)、4.56%和5.47%(鄂香2號)。食味品質性狀分析表明，木醋液處理和隨著氮肥施用水平增加條件下，大多數(shù)處理的硬度與黏度都是提升的，在同一氮肥水平下，噴施木醋液后優(yōu)質秈稻洋硒早的硬度與黏度較不施用之前分別提升了22.04%～9.78%和10.86%～67.92%?？梢姷逝浜夏敬滓菏┯媚軌蝻@著改善稻米的食味品質。

表2 木醋液處理與氮肥水平對優(yōu)質稻的外觀與加工品質的影響 Table 2 Effects of wood vinegar treatment and nitrogen fertilizer levels on the appearance and processing quality of high-quality rice %

表3 2個優(yōu)質稻品種木醋液處理與氮肥水平下外觀與加工品質的方差分析 Table 3 Variance analysis of appearance and processing quality of two varieties of wood vinegar treatment and nitrogen fertilizer level %

表4 木醋液處理與氮肥水平對優(yōu)質稻食味品質性狀的影響 Table 4 Effects of wood vinegar treatment and nitrogen fertilizer levels on the eating quality traits of high-quality rice

2.3 施用木醋液對稻米RVA譜特征的影響

由表5可知，不同氮素水平下，木醋液處理對2個優(yōu)質稻品種的峰值時間和糊化溫度沒有明顯的影響；木醋液處理對最終黏度有顯著的提升作用，噴施木醋液較不施用木醋液的最終黏度分別平均提高了47.02%(洋硒早)和49.04%(鄂香2號)。木醋液處理下優(yōu)質秈稻洋硒早的淀粉黏滯特性中的最高和最低黏度沒有明顯的差異，對優(yōu)質粳稻鄂香2號的最高黏度和最低黏度則有較明顯的影響，分別提高了5.06%～29.69%和39.09%～95.90%；木醋液處理下優(yōu)質稻的消減值都有顯著的增幅，分別增加63.57%～80.17%(洋硒早)、70.71%～107.32%(鄂香2號)；木醋液處理對優(yōu)質秈稻洋硒早的淀粉黏度特性的崩解值無明顯的影響，但顯著降低了優(yōu)質粳稻鄂香2號的崩解值，降低了20.70%～25.48%。2個優(yōu)質稻品種不同氮肥水平下木醋液處理間消減值的變異系數(shù)較大，峰值黏度、最低黏度和最終黏度的變異系數(shù)次之，峰值時間和糊化溫度的變異系數(shù)最小，說明不同氮肥水平下木醋液處理對優(yōu)質秈粳稻RVA譜特征值中的消減值影響最大。

表5 木醋液處理與氮肥水平下優(yōu)質稻淀粉黏度特性的影響 Table 5 Effects of wood vinegar treatment and nitrogen fertilizer level on starch viscosity characteristics of high-quality rice

3 討 論

3.1 氮肥和木醋液處理對水稻產(chǎn)量的影響

關于木醋液處理對水稻產(chǎn)量的研究，孔高杰[12]進行了不同濃度小麥秸稈木醋液對水稻產(chǎn)量和品質的影響研究，結果表明小麥秸稈木醋液稀釋至600倍時能夠最大程度地改善豫粳8號和黃優(yōu)520的產(chǎn)量并能改善水稻的外觀和加工品質，提升水稻的營養(yǎng)品質。王海英[13]的研究結果表明，柞木、雜木、樺木3種木醋液稀釋300倍均有顯著提高水稻產(chǎn)量的效果。相關研究表明一定范圍內增施氮肥會顯著提高水稻產(chǎn)量[16]。本研究中在氮肥與木醋液的交互作用下水稻產(chǎn)量能大幅度地提高，優(yōu)質粳稻鄂香2號在低氮處理下施用木醋液較不施用產(chǎn)量增幅明顯。其原因可能是噴施木醋液能夠促進水稻葉片葉綠素的合成，進而提高水稻葉片的光合效率，而水稻孕穗期葉片光合能力的提升可以促進水稻穎花分化、減少穎花退化，最終增加水稻穗粒數(shù)[6,13]。

3.2 氮肥和木醋液處理對水稻外觀與加工品質的影響

孔高杰[12]研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度木醋液處理對豫粳8號的堊白率有顯著的影響，在木醋液稀釋400倍條件下堊白率比對照組平均減少17.91%。本研究結果表明，在同一氮素水平下噴施木醋液對優(yōu)質秈粳稻的堊白粒率與堊白度沒有顯著影響。不同氮素水平下木醋液處理能夠顯著提升稻米的加工品質，特別是糙米率和精米率分別增加了6.07%～8.06%和5.48%～10.39%(洋硒早)、6.34%～10.66%和4.12%～11.14%(鄂香2號)。噴施木醋液對優(yōu)質常規(guī)秈粳稻的整精米率提升沒有顯著差異，原因可能是受堊白的影響導致稻米的整精米加工具有很大的不確定性。木醋液處理對優(yōu)質粳稻鄂香2號的外觀與加工品質影響程度大于對優(yōu)質秈稻洋硒早的影響程度，初步推斷是秈稻粒形較長，在加工過程中較粳稻易形成碎米，從而導致洋硒早品種的加工品質稍劣。本研究還發(fā)現(xiàn)在較低氮素水平下木醋液處理對糙米率和精米率的增幅較大，隨著氮肥施用水平的提高施用木醋液對糙米率和精米率的增幅逐漸減小。

3.3 氮肥和木醋液處理對水稻蒸煮食味品質的影響

木醋液對水稻食味品質的影響尚缺乏系統(tǒng)性的研究，孔高杰[12]認為600倍木醋液處理能提高水稻品種豫粳8號和中質優(yōu)2004蛋白質含量，對稻米中直鏈淀粉的含量無顯著影響。本研究發(fā)現(xiàn)，在低氮條件下木醋液處理能夠顯著提升優(yōu)質粳稻鄂香2號的食味品質。葉面噴施木醋液提高水稻食味值的原因可能是木醋液中的苯酚及其衍生物和氮化合物對籽粒灌漿和稻米中直鏈淀粉含量有一定的調節(jié)作用[17]。

淀粉RVA譜特征值是反映稻米品質的重要指標[18-20]，隋炯明等[21]和許硯杰[22]的研究表明，秈稻品種崩解值>80 RVU、消減值<20 RVU時其食味品質較好，粳稻品種崩解值>80 RVU、消減值為負值時其食味品質較好。本研究中木醋液處理與氮素水平對優(yōu)質秈粳稻的RVA譜特征值的最終黏度與消減值都有明顯提升。木醋液處理對優(yōu)質秈稻洋硒早的淀粉RVA譜特征值中的最高和最終黏度無影響，對優(yōu)質常規(guī)粳稻鄂香2號的最高黏度與最低黏度有顯著提升作用。可能是不同類型水稻品種本身的差異造成的，導致其對木醋液與氮肥的敏感程度和吸收利用程度不盡相同。

本研究結果表明，不同施氮條件下噴施木醋液均有顯著的增產(chǎn)效果，其中噴施木醋液對常規(guī)粳稻鄂香2號的增產(chǎn)效果更為明顯，在總施氮量較低的水平下噴施木醋液的增產(chǎn)效果更為顯著。4個氮肥水平處理下噴施木醋液對稻米的糙米率和精米率均有明顯提升作用，此外還有利于改善稻米的蒸煮品質，顯著提高稻米的消減值，降低崩解值，進而提升稻米的食味值，且在低氮肥水平下噴施木醋液對稻米食味品質的改善作用更為顯著。本研究結果可為木醋液配合氮肥施用在優(yōu)質水稻生產(chǎn)上的應用提供理論與技術支撐。