水浆管理、肥水运筹、病虫害防治和休耕轮作对水稻食味的影响

水浆管理对水稻食味品质的影响
水稻是需水量较大的作物。水浆管理可以改变土壤气、液、固三相之比,调节土壤氧化还原条件。合理的水浆管理通过增加土壤的透气性,改善微生物环境,促进水稻根系的生长发育及对土壤养分和水分的吸收利用,进而有利于水稻地上部生长和籽粒的灌浆结实。因此,不同生育期水浆管理不善,都会影响水稻的生长发育,如中期水浆管理不善,烤田不到位,影响根系发育,从而影响产量,降低品质。其中灌浆结实期是稻米品质形成的关键时期,这段时间的水浆管理对稻米品质影响较大。
水浆管理对稻米品质的影响因品种、氮肥施用等不同而异。一般认为,水稻灌浆结实期遇到水分胁迫,会导致稻米品质下降,特别是对糙米率、精米率、整精米率、透明度、垩白大小、垩白粒率和垩白度等加工和外观品质影响较大,而对长宽比的影响较小。多数研究认为,中后期淹水灌溉会影响稻米品质,而干湿交替可以有效改善水稻根系和植株冠层性能,促进籽粒灌浆结实,从而增加糙米率、精米率和整精米率,提高稻米的透明度,降低垩白粒率和垩白度,有利于提升稻米加工品质和外观品质。也有研究认为,在水稻营养生长前期进行间歇性干旱处理能显著降低稻米腹白的发生,提高外观品质。
另外,水稻收获前不能断水过早。收获前随着断水时间的推迟,籽粒灌浆程度越充分,其糙米率、精米率、整精米率、长宽比逐渐增加,垩白粒率和垩白度有下降趋势,稻米加工品质和外观品质变好。一般在成熟前一周断水,在方便机械收获的同时提升水稻品质。
水浆管理也会影响稻米的粗蛋白和脂肪酸含量等营养成分。当土壤中的水分含量逐渐降低时,通常稻米中的粗蛋白和脂肪酸含量有升高趋势。结实期轻度的干湿交替灌溉增加了稻米中清蛋白和谷蛋白含量、降低了醇溶蛋白的含量,但对球蛋白含量影响不明显。水浆管理对稻米胶稠度和直链淀粉含量的影响比较复杂。一般认为随着稻田耗水量的下降,稻米胶稠度增加的同时直链淀粉含量下降。也有相反的结论,但节水灌溉使胶稠度下降而直链淀粉含量增加。
稻米的食味品质与淀粉黏滞性谱特性值高度相关。蒸煮食味品质好的稻米一般峰值黏度和崩解值大、冷胶黏度和消减值小,起始糊化温度低。结实期轻度的干湿交替灌溉能提高稻米的最高黏度和崩解值,降低热浆黏度、最终黏度和消减值,有使稻米黏滞性谱特征值变优的趋势,有利于稻米食味的改善。但重度的干湿交替灌溉会使稻米黏性变劣、食味变差。
南粳系列优良食味粳稻品种在水浆管理上要做到前期浅水勤灌促进早发,中期干干湿湿强杆壮根,后期湿润灌溉活熟到老。除了在移栽后活棵到分蘖期、孕穗至抽穗扬花期保持浅水层以外,其余时间均只要干湿交替,前期以湿为主,后期以干为主,收获前7天左右断水,促进优良食味品质的形成。
肥水运筹对水稻食味品质的影响
水稻一生需要的肥料主要是氮、磷、钾、硅四大元素及少量的微量元素,其中氮肥对稻米品质影响最大,其次是钾肥、磷肥和硅肥。
氮素主要影响稻米的蛋白质含量,在一定范围内,随氮肥用量的增加,稻米糊化温度增高,胶稠度降低,峰值黏度和崩解值减小,热浆黏度和消减值增大,米饭的硬度和完整性增加,但香气、光泽、味道、食味值等呈下降趋势。因此,增施氮肥不利于稻米食味品质的形成。这可能是增施氮肥使稻米蛋白质含量增加,导致填塞在淀粉颗粒间的蛋白质对淀粉粒的糊化和膨胀起抑制作用,使淀粉粒间空隙减小,吸水速率变慢,不利于稻米淀粉黏滞性的形成,使米饭黏度低、较为松散、硬度大,从而影响口感,食味品质变劣。
不同时期施氮对水稻食味品质的影响程度不同,相同施氮量情况下,随穗肥比例的增加,稻米蛋白质含量逐渐增加,胶稠度减小,淀粉RVA谱特征值中的峰值黏度、热浆黏度、崩解值和最终黏度减小,消减值增大,米饭完整性增加,米饭香气、光泽、味道、口感以及食味值均下降。因此,尽量减少水稻生育后期施氮,提高生长前期的氮吸收量,有利于降低稻米的蛋白质含量,增加胶稠度,显著提高食味品质。为协调优良食味水稻的高产与优质,基肥、分蘖肥与穗肥比例以4:3:3或4:4:2的氮肥运筹模式较为适宜。
磷元素是水稻生长发育过程中一种非常重要的营养元素,参与植物体内的各种代谢,促进氮肥的吸收。适量施用磷肥能够提高稻米蛋白质含量,降低直链淀粉含量,增加胶稠度。缺乏或过量供应均会对稻米品质产生影响。磷肥过多,会导致稻米的峰值黏度、热浆黏度、崩解值下降,消减值升高,食味品质变劣。施磷量对稻米品质的影响主要和土壤有效磷含量有关,我国长期重视磷肥施用,土壤速效磷含量大都已经达到较高的水平,因此适当减少磷肥,对稻米产量和品质无显著影响,食味品质有变优趋势。另外,磷肥作为基肥施用效果较好,如果作为追肥,食味品质有变劣趋势。因此,水稻栽培中要结合当地土壤有效磷含量,适当减少磷肥用量,利于提高蒸煮食味品质。
钾元素利于增强水稻光合作用,促进氮素吸收和蛋白质合成,改善稻米品质。施用适量的钾肥能够使直链淀粉含量下降,胶稠度上升,糊化温度和消减值降低,最高黏度和崩解值提高,改善稻米的蒸煮和食味品质。缺钾条件下,谷粒中的氮多数以氨态氮和酞胺态氮的形式存在,所产生的蛋白质营养价值低、食味品质差。如果钾肥和氮肥科学配合施用,可以显著提高蛋白质含量,更好地改善稻米营养品质。因此,水稻栽培中适量增施钾肥利于改善蒸煮食味品质。
硅元素是优质水稻栽培不可缺少的元素,适量施用硅肥能够降低直链淀粉含量和蛋白质含量,提高稻米蒸煮食味品质。另外,锌元素也是水稻生长发育必需的营养元素,对提高水稻食味品质具有重要影响。有研究表明香稻香味受土壤锌含量的影响,在锌含量较高的地块香稻的香味较浓。而且锌硅肥配施能够提高稻米的胶稠度、口感和食味值。不同时期施用锌硅肥对食味品质有显著影响,倒二叶期施用锌硅肥,稻米的最高黏度和崩解值显著升高,消减值降低,食味品质显著提高。
有机肥含有与作物生长发育所需要的氮、磷、钾、钙、镁、硫等大中量元素和多种微量元素,同时含有有机物质,如纤维素、半纤维素、脂肪、蛋白质、氨基酸、胡敏酸类物质及植物生长调节物质等。科学施用有机肥能使稻米的有机酸含量增加,蛋白质含量提高,直链淀粉含量下降,改善米饭的光泽度、黏性、弹性、柔软性和综合口感,能够显著提高稻米的食味品质。而有机肥化肥合理配施不仅能够显著提高稻米食味品质,还能保证水稻稳产高产。在总施氮量一定情况下,施30%-40%有机肥效果最好,稻米胶稠度较高,米饭变软,食味品质变佳。有机肥料多是缓效性肥料,因此有机肥主要作为基肥施用,少量可作为返青肥。
在水稻优质栽培管理中,为了提高稻米的食味品质,要控制好不同肥料的比例,坚持有机肥与无机肥兼施,氮、磷、钾肥平衡施用,适量增施硅、锌肥的原则,保持养分全面持续供应。施肥要按照水稻生长发育的不同时期施用针对性的肥料,建议将有机肥作底肥,适度减少氮肥施用量或施氮时期前移,磷肥作为基肥,稳定磷肥施用量或适量减磷,增施钾肥或中后期适量补钾,穗肥适量补施硅锌肥,满足水稻在不同生育阶段的需求,可以进一步改善稻米食味品质。
病虫害防治对水稻食味品质的影响

江苏水稻主要病害有稻瘟病、白叶枯病、纹枯病、稻曲病、线虫病、恶苗病、细菌性条斑病、条纹叶枯病、黑条矮缩病等,主要虫害有稻纵卷叶螟、稻飞虱、大螟、二化螟、三化螟等。水稻病虫害的发生与病虫害流行规律、种植品种和气候条件有关,因而不同年份发生的主要病虫害不同。近年来,江苏水稻发生的主要病害是稻瘟病、纹枯病、稻曲病、恶苗病、线虫病等,细菌性条斑病在局部地区籼稻上也有发生。虫害主要是稻纵卷叶螟和稻飞虱。这些病虫害一旦发生不仅对水稻产量造成严重损失,而且严重影响稻米的外观和食味品质。

水稻病虫害在苗期、返青分蘖期、拔节孕穗期、抽穗扬花期、灌浆结实期等整个生长、发育阶段均可发生,其中拔节孕穗后出现的病虫害对品质的影响最为明显,主要表现在以下两个方面:一是稻谷直接受病虫害危害,形成虫蚀粒、病斑粒和生霉粒等,使稻米的亮度、透明度降低,色泽灰暗,米饭有异味。除影响外观、色泽和味道外,有些病害如稻曲病会产生绿核菌素、稻曲菌素等毒素物质,不仅会引起人畜的呕吐,而且对胃、肝脏、肾脏等器官均有毒害作用,严重影响稻米的安全品质。二是水稻上部功能叶受白叶枯病、细菌性条斑病侵染或稻纵卷叶螟等害虫取食后,光合速率降低,影响稻米中碳水化合物、蛋白质等干物质的合成。研究表明,籽粒灌浆所需的干物质,约有80%是抽穗后形成的,而水稻后四片叶对干物质积累的贡献度最大,其中剑叶为52%,倒二叶为22%,倒三叶为7.7%,倒四叶为17.7%。此外,纹枯病、穗颈瘟、二化螟、三化螟、飞虱等病虫害还会危害水稻茎秆、穗颈、穗轴及枝梗,造成光合产物无法有效转运到穗部或籽粒,影响幼穗分化和灌浆。因此,光合同化产物的合成、积累以及向籽粒的运输受阻,导致籽粒充实不良,空秕粒增多、垩白粒率和垩白度增加,千粒重降低,糙米率、精米率和整精米率下降,严重影响稻谷的商品价值;不仅如此,穗期病虫害还会影响食味品质的相关理化指标,随着病虫危害程度的增加,稻谷的直链淀粉含量、碱消值有增加的趋势,蛋白质含量略有升高,而胶稠度降低,这些性状的改变都会影响食味品质,造成稻米的适口性变差。

鉴于病虫害对稻米食味品质产生的不良影响,在水稻种植过程中必须注重病虫害防治。目前,水稻病虫害防治仍然主要依赖防效好、见效快、成本低的化学农药。然而,大多数化学农药都会对水稻生长产生不同程度的影响。要生产出优良食味、健康安全的高品质稻米,要充分利用品种抗性,采取生态控制、农业措施、生物防治、物理防治、科学用药等环境友好的措施来控制病虫害发生,有效减少化学农药特别是高毒、高残留农药的使用,提高病虫害防治效果,保证稻米的食味品质和食用安全。

目前江苏省大面积推广种植的优良食味粳稻品种,对稻瘟病特别是穗颈稻瘟病的抗性较差,抽穗期遇到多雨年份,晚粳稻品种的稻曲病也较重。因此,要特别重视穗期病害的防治,避免因病虫危害影响稻米的食味品质。

休耕轮作对水稻食味品质的影响
土壤环境对稻米食味品质具有重要影响。耕地长时间超负荷耕种,就会带来地力严重透支、土壤质量下降、生态环境恶化等一系列问题,在这种没有“地力”的土壤中,很难长出真正健康的水稻,稻米食味品质也难以保证。因此,近年来我国开始实行科学合理的耕地轮作休耕制度,让耕地休养生息,提升耕地质量,有利于水稻健康群体及优良食味品质形成。
首先,休耕轮作能有效缓解茬口矛盾,保证水稻适时播种、移栽和收获,为稻米优良食味品质的形成奠定基础。稻麦两熟制是江苏主要的耕作制度,近年来由于极端气候频发、稻麦品种搭配不合理、种植方式过于粗放、田间管理措施不到位等因素,稻麦茬口衔接矛盾日益突出。通过休耕轮作,不仅为优质水稻品种的选择提供了更大的空间,同时还可以根据不同种植方式确定适宜的播种、移栽和收获时期,使稻米品质和产量形成的关键时期与最佳的温光条件同步,达到优质高产的目标,提高农户单季种植的效益。
其次,休耕轮作可以有效降低水稻病虫害的数量,减少化学农药的施用,有利于水稻健康生长,提高稻米食味品质并减少农药残留。研究表明,休耕轮作不仅能改变土壤环境,使部分土传病虫害无法正常存活,而且能有效切断一些寄生性强、寄主种类单一病虫害的食物来源,使其丧失生存、繁衍的条件。不仅如此,个别轮作植物的根际分泌物还可以抑制病原物的滋生。
此外,休耕还能减少对耕地有效土壤层的破坏,降低化肥的施用,避免土壤中氮、磷等元素的过度积累以及土壤理化性质的变化形成板结。同时,在轮作过程中通过种植绿肥、增施有机肥等措施可以有效提高土壤有机质和微量元素的含量,显著降低土壤中镉、铅、汞等重金属元素的富集,这些都有利于稻米食味品质的提高,具体表现在:一是直链淀粉含量增高、蛋白质含量降低,稻米适口性提高。休耕轮作能有效减少后期氮肥的使用,能适当提高南粳稻系列优良食味半糯粳稻的直链淀粉含量,降低胚乳蛋白质含量。在蒸煮时稻米吸水速度快、吸水量多,能充分糊化,米饭黏度增加,有弹性且米饭色泽油润、有光泽,适口性显著提高。二是土壤微量元素增加,米饭香味浓郁。休耕轮作能提高铁、锰、锌、铜等微量元素的含量,而这些元素是香味化学物质2-乙酰-1-吡咯啉合成途径中酶、辅酶的重要成分,也是优良食味粳稻品种如南粳46中香味基因表达的物质基础,因此在休耕轮作土地上种植的优质香稻品种,香味较为浓郁。三是土壤重金属含量减少,稻米食味和安全得到保证。休耕期间种植绿肥可以有效降低土壤中镉、铅等重金属的富集。研究发现,这些重金属不仅能降低稻米淀粉谱的崩解值,增加消减值,降低稻米的食味品质,而且稻米中的重金属超标对公共食品安全也会造成严重的隐患。
因此,科学合理的轮作休耕方式不仅能使土壤得到休养生息,更能为下茬水稻提供良好的地力基础和充足的生长时间,从而提高稻米的品质,打造优良食味稻米品种品牌,提高产品竞争力,推动农业供给侧改革,促进农民增收、农业增效。如南京溧水区公正稻米种植专业合作社始终倡导“轮作休耕、科学种田”的理念,连续七年只种一季水稻,休耕期间种植紫云英绿肥,通过改良土壤来提高南粳46的品质和产量,并先后在省、市级大米品鉴活动中多次获奖,被推介为“江苏好大米十大品牌”,从而实现真正的“藏粮于地”。
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