CN114503891A - 一种基于土壤n供应能力的精量施用穗肥提高稻米食味的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水稻种植技术领域，公开了一种基于土壤N供应能力的精量施用穗肥提高稻米食味的方法。在水稻孕穗前测定土壤铵态氮的含量，若土壤铵态氮含量低于25～30mg NH4 +‑N/kg干土，则在水稻幼穗形成期的0‑7天施入纯氮20‑25kg/hm2，达到上述含量则不施。采用本发明的方法能够有效地协调品质与产量之间存在着冲突和矛盾，实现水稻生产的量质齐升。
Description
技术领域
本发明涉及水稻种植技术领域，具体涉及一种基于土壤N供应能力的精量施用穗肥提高稻米食味的方法。
背景技术
长期以来，水稻高产依靠高肥的观点深入人心，为了获得更高的产量，我国多数省区水稻施氮量为170-250kg/hm2，显著高于世界范围水稻平均施氮量115kg/hm2。目前，水稻生产上的施肥技术有“测土配方”施肥技术，“实地实时”氮肥管理技术、“前氮后移”施肥技术等。测土配方施肥技术以土壤养分含量测试和肥料田间试验为基础，根据土壤供肥性能、作物需肥规律和肥料效应，在合理施用有机肥的基础上，提出氮磷钾和中微量养分的适宜比例、用量。实地实时氮肥管理技术(site-specific nutrient management,SSNM,andreal-time N management,RTNM)是国际水稻研究所应用计算机决策支持***和叶绿素快速测定仪(SPAD)或叶色卡(LCC)发展而成的，依据叶片含氮量与光合速率及干物质增长的相关关系,确定水稻叶片含氮量的施肥阈值,利用快速叶绿素测定仪或叶色卡观测叶片氮素情况并依此指导施肥。“前氮后移”技术是由于水稻对穗肥的吸收效率远高于基肥和蘖肥，为了提高水稻的氮肥利用效率，通过减少基肥和分蘖肥的施氮量，提高穗肥所占比例(最高至50％-60％)来实现氮肥增产作用。
上述施肥技术都以高产、减肥节本、提高肥料利用效率为目的，并未考虑对稻米品质特别是食味品质的影响。“前氮后移”施肥技术增加穗肥氮的用量，会提高稻米的蛋白质含量，导致食味品质下降；测土配方施肥技术除了众所周知的测土部分需要专业的技术人员及配套的设备、配方肥料的成本相对较高外，忽视了水稻基、蘖、穗肥氮的比率这一对稻米品质有显著影响的因素。实地实时氮肥管理技术不足之处是因为水稻的叶色存在品种间差异，不适宜用统一标准去指导不同品种的穗肥氮管理。
综上，目前没有科学简便的精量施用穗肥提高稻米食味品质的方法，现有的施肥方法不能协调水稻产量和食味的关系。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于土壤N供应能力的精量施用穗肥提高稻米食味的方法。
研究表明，水稻所吸收的N素中，40％来自肥料，60％来自土壤。水稻在生长的不同生育阶段吸收的氮素对水稻产量形成和稻米品质的作用不同。水稻分蘖期吸收的氮素的主要作用是促进分蘖的发生和作物群体的建成，水稻孕穗初期吸收的氮素主要用于巩固穗数和增加每穗粒数，对米粒中的蛋白质含量影响小，而孕穗后期和抽穗后吸收氮素的增产作用较低，且会增加稻米的蛋白质含量。蛋白质以蛋白体形式填充在淀粉粒间，对淀粉粒的糊化和膨胀起抑制作用。稻米蒸煮和食味品质与稻米蛋白质含量负相关，蛋白质含量高的稻米，其米饭黏性小、硬度大。一般蛋白质含量超过9.0％的大米的食味较差。因此，优质食味大米生产的关键是精准的施用穗肥，包括穗肥施用时期和施用量的精准调控，在不影响水稻产量的前提下提高稻米的食味品质。
本发明为了解决上述技术问题，提供以下技术方案：
本发明提供一种基于土壤N供应能力的精量施肥提高稻米食味的方法，在水稻孕穗前测定土壤铵态氮的含量，若土壤铵态氮含量低于25～30mg NH4 +-N/kg干土，则在水稻幼穗形成期的0-7天施入纯氮20-25kg/hm2，达到上述含量则不施。
上述技术方案中，常规稻穗肥施用的土壤铵态氮含量标准为低于25mg NH4 +-N/kg干土，杂交稻的土壤铵态氮含量标准为低于30mg NH4 +-N/kg干土，若不满足上述标准，则不施肥。
本发明中，土壤铵态氮含量的测定可以采用本领域中已知的方法进行测定。作为优选的，本发明土壤铵态氮的含量用氨气敏电极法快速测定。
作为一种可实施的方式，本发明所述土壤铵态氮含量的测定方法包括：将土样在氯化钾溶液中封闭震荡浸提，在浸提液中浸入氨气敏电极后加入氢氧化钠－Na2-EDTA溶液，搅拌并读取稳定的电位值；根据铵标准曲线查得水样的氨氮含量，计算土壤的铵态氮含量。
优选的，所述铵标准曲线的绘制方法包括：将氯化铵溶于水中，配制不同浓度氨氮的铵标准溶液；在上述标准溶液中浸入氨气敏电极后加入氢氧化钠－Na2-EDTA溶液，在搅拌下读取稳定的电位值，在半对数坐标线绘制E-logc的校准曲线。
本发明中，所述氢氧化钠－Na2-EDTA溶液中，氢氧化钠的浓度为5mol/L，Na2-EDTA的浓度为0.5mol/L。
本发明中，土样在氯化钾溶液中封闭震荡的时间优选为20-40min，进一步优选为30min。本发明优选氯化钾溶液的浓度为1-3mol/L，进一步优选为2mol/L。优选土样和氯化钾溶液的质量体积比为1：3-7，进一步优选为1：5。
本发明中，所述稳定的电位值指氨气敏电极在1min内变化不超过1mV。
相对于现有技术，本发明具有如下技术效果：
本发明明确提出了提升稻米食味品质的穗肥精准施用时期，为幼穗分化后的0-7天，在该时期内施用氮肥对稻米中的蛋白质含量影响较小，不会降低稻米品质。
本发明提出了以孕穗前土壤铵态氮含量作为是否施用穗肥的评判指标，分别提出了常规稻和杂交稻穗肥施用的土壤铵态氮含量指标，常规稻为25mg NH4 +-N/kg干土，杂交稻为30mg NH4 +-N/kg干土，达不到指标值施用氮肥20-25kg/hm2，达到则不施。采用本发明的方法能够有效地协调品质与产量之间存在着冲突和矛盾，实现水稻生产的量质齐升。
本发明建立了采用氨气敏电极法快速测定土壤铵态氮含量的方法，检测方便快捷，可操作性强。
具体实施方式
在水稻高产栽培中，通过N肥后移、穗肥多次施用等提高孕穗抽穗期的光合能力，延缓灌浆期的植株早衰，被普遍认为是一种高产施肥策略。但根据目前的水稻食味与氮的关系的研究结果，水稻孕穗初期吸收的氮素主要用于巩固穗数和增加每穗粒数，对米粒中的蛋白质含量影响小，而孕穗后期和抽穗后吸收氮素的增产作用较低，且会增加稻米的蛋白质含量。因此，通过增施氮肥，特别是增加生育后期的氮肥用量促高产的栽培措施必然导致食味品质的下降。
我们前期以优质的常规粳稻嘉58和杂交稻甬优15为材料，研究了在穗分化后7天、14天、21天和30天(抽穗期)施N肥20kg/hm2和30kg/hm2对精米蛋白质含量的影响，发现在相同的穗肥用量下，处理之间的产量差异并不明显，但在穗分化后14天、21天和30天后施用的3个处理的精米的蛋白质含量分别比穗分化后7天施肥的处理显著提高，常规粳稻嘉58仅穗分化后7天施肥处理的精米蛋白质含量低于7％，食味评分>80分，食味好；杂交稻甬优15仅穗分化后7天施肥处理的精米食味评分>70分，食味较好。因此，提出在水稻幼穗分化期0-7天精准施用穗肥提高稻米食味的方法。
生产中水稻穗肥施用量的多少大多凭经验或以叶色为依据，叶色浓则少施、叶色淡则多施。然而，水稻的叶色存在品种间差异，上述方法受个人主观影响大，缺乏科学的评价指标。基于水稻所吸收的N素中约有60％来自土壤，铵态氮是水稻吸收的主要氮素形态，本发明提出根据水稻孕穗前土壤铵态氮含量判断是否需要施用穗肥。常规稻穗肥施用的土壤铵态氮含量指标为25mg NH4 +-N/kg干土，杂交稻为30mg NH4 +-N/kg干土；达不到上述值，在孕穗初期(幼穗形成期的0-7天)施入纯氮20-25kg/hm2，达到则不施。采用上述方法可有效地协调品质与产量之间存在着冲突和矛盾，实现水稻生产的量质齐升。
本发明对水稻的其他管理方式没有特别限定，采用本领域的常规管理即可。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细的介绍，本发明的技术方案包括但不限于以下实施例。
本发明以下实施例中，土壤铵态氮的含量用氨气敏电极法快速测定，具体方法下:
1、铵标准曲线绘制：把经100℃干燥过的氯化铵(NH4Cl)溶于水中，配制每升含0.1、1.0、10、100、1000mg的氨氮的铵标准溶液。吸取10.00ml上述浓度的铵标准溶液于25ml小烧杯中，浸入氨气敏电极后加入1.0ml的NaOH(5mol/L)－Na2-EDTA(0.5mol/L)溶液，在搅拌下，读取稳定的电位值(在1min内变化不超过1mV时，即可读数)。在半对数坐标线绘制E-logc的校准曲线。
2、土壤铵态含量测定：取土样10g，放入100ml三角瓶中，加入2mol/L的氯化钾溶液50ml，用橡皮塞塞紧，震荡30min，取10ml浸提液，浸入氨气敏电极后加入1.0ml的氢氧化钠－Na2-EDTA溶液，搅拌并读取稳定的电位值。根据标准曲线查得水样的氨氮含量(mg/L)，计算土壤的铵态氮含量。
本发明以下实施例中，精米蛋白质含量的测定按GB 5009.5-2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》采用凯氏定氮法。
本发明以下实施例中，食味评价按GB/T 15682-2008《粮油检验稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》，食味评分90分以上为优，81-90分为好，71-80分为较好，61-70分为一般，51-60分为差，50分以下为很差。
实施例1
不同时期施用穗肥对精米蛋白质含量和食味品质的影响
2019-2020年，以常规粳稻嘉58和杂交稻甬优15为材料，在浙江嘉兴平湖曹桥街道野马村的稻-麦轮作田块上(土壤含全氮0.24％，全钾1.63％，全磷0.08％，碱解氮140.94mg/kg，有效磷29.00mg/k，速效钾105.43mg/kg，pH值5.73，有机质3.66％)，研究了在穗分化后7天、14天、21天和30天(抽穗期)施N肥对精米蛋白质含量的影响。穗肥为尿素，用量设为纯N 20kg/hm2和30kg/hm2，以不施穗肥做为对照(0kg/hm2)。
表1不同时期施用穗肥对精米蛋白质含量和食味品质的影响
由表可知，穗肥用量和穗肥施用时期对精米的蛋白质含量和食味品质有显著的影响。在同一施用时间，随着穗肥用量的增加，精米的蛋白质含量增加，食味评分下降；在相同的施N量下，穗肥施用越迟，蛋白质含量越高，食味评分越低。由表1可见，在穗分化后7天，常规稻嘉58和杂交稻甬优15施用纯N 20kg/hm2的处理的蛋白质含量≤7％，且食味评分>80，而施用纯N 30kg/hm2的两处理的蛋白质含量分别为7.3％和7.5％，食味评分都低于80分，说明水稻优质栽培的穗肥施用的最佳时期是穗分化后7天以内，且适宜施氮量不宜超过30kg/hm2。
实施例2
穗分化初期施用穗肥对水稻产量和食味的影响与土壤铵态氮浓度的关系。
2019-2020年，浙江嘉兴平湖曹桥街道野马村的稻-麦轮作田块上，以常规粳稻嘉58和杂交稻甬优15为材料，进行不同基肥和分穗肥用量处理，营造出四种孕穗初期前土壤铵态氮浓度不同的田块。其中，土壤铵态氮浓度为每个田块5点取样的幅度范围值。
田块1的土壤铵态氮浓度<20mg/kg干土(在10-20mg/kg之间，平均16mg/kg)；
田块2的土壤铵态氮浓度20-25mg/kg干土；
田块3的土壤铵态氮浓度25-30mg/kg干土；
田块4的土壤铵态氮浓度>30mg/kg(在30-40mg/kg之间，平均35mg/kg)干土。
以尿素为氮肥，在田块1-4上进行穗肥处理，根据实施例1，穗分化后7天内施用N肥，且N肥用量不宜超过30kg/hm2，因此在穗分化后3天，设计了施氮肥20kg/hm2、25kg/hm2两个处理，以不施N肥(0kg/hm2)为对照(CK)。成熟期测产、测精米蛋白质含量，进行食味评分。
表1不同铵态氮含量稻田中穗肥施用对产量和食味品质的影响
由表1可知，在孕穗初期施入纯N的增产作用与孕穗前土壤的铵态氮含量有关。在常规粳稻嘉58中，田块1施入纯N 20kg/hm2和25kg/hm2处理的产量较不施氮的对照分别增加27.9％和29.4％，田块2施入纯N 20kg/hm2和25kg/hm2处理的产量较不施氮的对照分别增加22.6％和23.1％，增产效果显著；但田块3和田块4孕穗初期施用纯N 20kg/hm2和25kg/hm2处理的产量与不施N的对照相近，无显著差异，而且，在田块3和4中，N肥的施用使稻米的食味评分从80以上的(食味好)下降为70-80分(食味较好)。上述结果说明，对于常规稻嘉58，在穗分化前低土壤铵态氮的田块(<25mg/kg干土)，在孕穗初期施用适量的N肥(纯N 20-25kg/hm2)可以提高水稻的产量和品质，而穗分化前高土壤铵态的田块(>25mg/kg干土)，施用穗肥不仅不会导致水稻产量的显著提高，还会降低食味评分。
孕穗初期施N对杂交稻甬优15的作用与常规稻有所不同。对于杂交稻甬优15，N肥增产作用的土壤的铵态氮含量临界值为30mg/kg干土，当土壤的铵态氮含量为20mg/kg和25mg/kg干土时，田块1、田块2和田块3施用纯N 20kg/hm2和25kg/hm2的产量都显著高于不施肥的对照，而食味评分都在70-80之间，食味品质无显著差异；但在土壤的铵态氮含量>30mg/kg干土的田块4中，孕穗初期增施N肥的增产效果减弱，施肥处理的产量与不施肥的对照相近，而且，施用穗肥N后精米的食味品质出现明显劣化，食味评分从70分以上(食味较好)降为60-70分(食味一般)。上述结果说明，对于杂交稻甬优15，在穗分化前低土壤铵态氮含量的田块(<30mg/100g干土)，孕穗初期施用适量的N肥(纯N 20-25kg/hm2)可以提高水稻的产量和品质，而在穗分化前高土壤铵态的田块(≥30mg/kg干土)，施用穗肥不仅不会导致水稻产量的显著提高，还会降低食味评分。
综上，本发明提出了常规稻和杂交稻穗肥施用的土壤铵态氮含量指标，常规稻为25mg NH4 +-N/kg干土，杂交稻为30mg NH4 +-N/kg干土，达不到上述值，在孕穗初期(幼穗形成期的0-7天)施入纯氮20-25kg/hm2，达到则不施。以土壤铵态氮含量指标作为穗肥施用的指标，具有客观性和科学性。
实施例3
浙江杭州富阳南山村，常规水稻品种嘉禾香2号，水稻孕穗前测定土壤铵态氮的含量为19-23mg NH4 +-N/kg干土。幼穗分化后0-3天施氮肥20kg/hm2和25kg/hm2，以不施N肥为对照(CK)。不施肥地块成熟期测产量为8310kg/hm2，精米蛋白质含量为6.8，食味评分91分(食味优)。施氮肥20kg/hm2和25kg/hm2地块成熟期测产量分别为9180kg/hm2和9235kg/hm2，精米蛋白质含量分别为6.8％和6.9％，食味评分分别为92分和91分(食味优)；施N肥相对于不施肥，施肥后产量增加10.5-11.3％，蛋白质含量和食味相近。
对比例1
与实施例3相同，不同的是在幼穗分化后8-10天施氮肥20kg/hm2和25kg/hm2。成熟期测产量分别为9200kg/hm2和9265kg/hm2，精米蛋白质含量分别为7.3％和7.5％，食味评分分别为79分和76分，食味较好。
实施例4
浙江杭州余杭渔公桥村，杂交水稻品种为甬优1540，水稻孕穗前测定土壤铵态氮的含量为24-28mg NH4 +-N/kg干土。幼穗分化后5-7天施氮肥20kg/hm2和25kg/hm2，以不施N肥为对照(CK)。不施肥地块成熟期测产量为9765kg/hm2，精米蛋白质含量为6.9，食味评分78分(食味较好)。施氮肥20kg/hm2和25kg/hm2地块成熟期测产量分别为10650kg/hm2和10825kg/hm2，精米蛋白质含量分别为6.9％和7.0％，食味评分分别为79分和77分(食味较好)。相对于不施肥，施肥后产量增加9.1％-10.9％，蛋白质含量和食味无显著差异。
对比例2
与实施例5相同，不同的是在幼穗分化后9-12天施氮肥20kg/hm2和25kg/hm2。成熟期测产量为10580kg/hm2和10630kg/hm2，精米蛋白质含量分别为7.5％和7.7％，食味评分分别为68分和66分，食味一般。
实施例5
浙江宁波慈溪观海卫镇，常规水稻品种为上师大19号，水稻孕穗前测定土壤铵态氮的含量为26-30mg NH4 +-N/kg干土。幼穗分化后1-3天施N肥20kg/hm2，以幼穗分化后不施氮肥为对照(CK)。施肥地块成熟期测产量为8820kg/hm2，精米蛋白质含量为6.7％，食味评分88分，食味好。不施肥地块成熟期测产量为8490kg/hm2，精米蛋白质含量为6.7％，食味评分86分，食味好。相对于不施肥，施肥后产量增加3.9％，增产不显著，蛋白质含量不变，食味相近。
实施例6
浙江杭州余杭渔公桥村，杂交水稻品种为甬优12，水稻孕穗前测定土壤铵态氮的含量为32-35mg NH4 +-N/kg干土。幼穗分化后5-7天施N肥20kg/hm2和25kg/hm2，以幼穗分化后不施氮肥为对照(CK)。施氮肥20kg/hm2和25kg/hm2地块成熟期测产量为11250kg/hm2和11295kg/hm2，精米蛋白质含量分别为7.8％和7.9％，食味评分分别为65分和63分，食味一般。不施肥地块成熟期测产量为11190kg/hm2，精米蛋白质含量为7.6％，食味评分61分，品质一般。相对于不施肥，施肥后产量、蛋白质和食味品质都无明显差异。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于土壤N供应能力的精量施用穗肥提高稻米食味的方法，其特征在于，在水稻孕穗前测定土壤铵态氮的含量，若土壤铵态氮含量低于25～30mg NH4 +-N/kg干土，则在水稻幼穗形成期的0-7天施入纯氮20-25kg/hm2，达到上述含量则不施。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，常规稻穗肥施用的指标是土壤铵态氮含量低于25mgNH4 +-N/kg干土。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，杂交稻穗肥施用的指标是土壤铵态氮含量低于30mgNH4 +-N/kg干土。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土壤铵态氮的含量用氨气敏电极法测定。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述土壤铵态氮含量的测定方法包括：将土样在氯化钾溶液中封闭震荡浸提，在浸提液中浸入氨气敏电极后加入氢氧化钠－Na2-EDTA溶液，搅拌并读取稳定的电位值；根据铵标准曲线查得水样的氨氮含量，计算土壤的铵态氮含量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述铵标准曲线的绘制方法包括：将氯化铵溶于水中，配制不同浓度氨氮的铵标准溶液；在上述标准溶液中浸入氨气敏电极后加入氢氧化钠－Na2-EDTA溶液，在搅拌下读取稳定的电位值，在半对数坐标线绘制E-logc的校准曲线。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述氢氧化钠－Na2-EDTA溶液中，氢氧化钠的浓度为5mol/L，Na2-EDTA的浓度为0.5mol/L。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述震荡的时间为20-40min。
9.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，氨气敏电极在1min内变化不超过1mV时为稳定的电位值。
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