張衛(wèi)星 馬晨怡 袁玉偉 張偉貴 胡賢巧 陳銘學 朱智偉*
(1中國水稻研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部稻米及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心,杭州310006;2浙江省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營養(yǎng)研究所,杭州310021;第一作者:zhangwxcnrri@163.com;*通訊作者:zwzhu80@126.com)
我國是世界上稻米生產(chǎn)、消費和貿(mào)易大國,全國60%以上的人口以稻米為主食,稻米是市場流通銷售和居民日常消費的大宗農(nóng)產(chǎn)品之一,現(xiàn)已形成“北粳南秈”的生產(chǎn)消費格局和東北平原、長江流域、東南沿海三大優(yōu)勢產(chǎn)區(qū),對保障國家糧食安全意義重大[1-3]。稻米品質(zhì)是稻米在流通過程中所具有的基本特征,包括碾磨加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)。作為食用的稻米,應(yīng)有好吃(食味佳)、好看(外觀好)、好加工(整精米率高)等品質(zhì)特征。然而,品質(zhì)性狀是品種遺傳特性和環(huán)境栽培條件的綜合表現(xiàn),我國水稻種植區(qū)域廣,品種類型繁雜,栽培技術(shù)多樣,稻米品質(zhì)存在較大的地區(qū)差異[4-5]。羅玉坤等[6-8]較早研究了我國稻米品質(zhì)總體狀況。閔捷等[9-15]系統(tǒng)分析了我國20世紀80年代至21世紀初各類稻米品質(zhì)狀況及優(yōu)質(zhì)達標率。胡賢巧等[16]日前分析了我國近20年來稻米優(yōu)質(zhì)率狀況。盧林等[17-18]利用AMMI模型分析了我國稻米整精米率特點及環(huán)境影響因素。本研究基于網(wǎng)格化布局和分層隨機抽樣方法,于2016—2020年在全國17個水稻主產(chǎn)省的455個重點縣采集5 879份稻谷樣品,研究分析了12項稻米品質(zhì)性狀的數(shù)值分布、變異幅度及區(qū)域差異,為我國優(yōu)質(zhì)稻米生產(chǎn)和品質(zhì)區(qū)劃、產(chǎn)地溯源提供科學依據(jù)。
根據(jù)我國《水稻優(yōu)勢區(qū)域布局規(guī)劃(2008—2015年)》和近5年水稻種植面積權(quán)重確定采樣區(qū)域和樣品數(shù)量,于2016—2020年在全國17個水稻主產(chǎn)省的455個重點縣共采集了生產(chǎn)基地稻谷樣品5 879份(各省區(qū)樣品分布見表1)。按品種類型分秈稻3 974份、粳稻1 905份,按收獲季節(jié)分早稻1 027份、中晚稻4 852份。采樣省區(qū)涵蓋我國東北平原、長江流域和東南沿海三大水稻優(yōu)勢產(chǎn)區(qū),近5年水稻年種植面積和總產(chǎn)量均占全國的97%左右,能代表我國目前稻米生產(chǎn)狀況。
表1 我國水稻三大優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)稻米樣品優(yōu)質(zhì)率統(tǒng)計
采樣方法按照網(wǎng)格化布局和分層隨機抽樣方式,先以各省區(qū)水稻種植面積權(quán)重分配采樣數(shù)量,然后在省域范圍內(nèi)選取優(yōu)勢區(qū)域布局規(guī)劃中的重點縣,每個縣采集10份左右的樣品,所采樣品盡量均勻分布在本縣重點產(chǎn)區(qū)范圍內(nèi),原則上1個鄉(xiāng)鎮(zhèn)不超過2份樣品,確保供試樣品的代表性和客觀性。具體取樣方法依據(jù)GB/T 5491《糧食、油料檢驗 扦樣、分樣法》[19],在收獲晾曬或儲藏期間,直接到種植基地或農(nóng)戶處抽取經(jīng)脫粒、干燥、揚凈的稻谷,每份取樣量2 kg左右,詳細記錄品種名稱和類型、取樣地點及經(jīng)緯度等信息,樣品儲存3個月后經(jīng)礱谷碾米、磨粉制樣,用于測定各項品質(zhì)指標。
按照NY/T 83-2017《米質(zhì)測定方法》[20]對供試樣品的加工品質(zhì)(糙米率、精米率、整精米率)、粒形(粒長、長寬比)及外觀品質(zhì)(堊白粒率、堊白度、透明度)、蒸煮食味與營養(yǎng)品質(zhì)(堿消值、膠稠度、直鏈淀粉、蛋白質(zhì))等12項米質(zhì)性狀進行測定,并依據(jù)NY/T 593-2013《食用稻品種品質(zhì)》[21]進行品質(zhì)等級綜合評價。所有樣品均在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部稻米及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心完成測定,數(shù)據(jù)采用Excel軟件統(tǒng)計分析,測定方法和評價標準保持一致,具有可比性和統(tǒng)計學意義。
稻米優(yōu)質(zhì)率是指品質(zhì)性狀達到優(yōu)質(zhì)標準的百分率,是反映品質(zhì)總體狀況的重要指標,以品質(zhì)指標全部符合相應(yīng)等級要求的最低等級判定綜合評級,品質(zhì)等級達到三級及以上為優(yōu)質(zhì)稻米,低于三級為普通稻米。統(tǒng)計結(jié)果(表1)顯示,近5年我國稻米樣品優(yōu)質(zhì)率為35.96%,綜合評價達到一級的樣品僅占1.70%,達到二級的樣品占11.06%,達到三級的樣品占23.30%。其中,粳稻優(yōu)質(zhì)率54.02%,明顯高于秈稻的27.30%;中晚稻優(yōu)質(zhì)率41.43%,顯著高于早稻的10.13%;年度間優(yōu)質(zhì)率有變化,2016年為26.86%、2017年為38.30%、2018年為38.61%、2019年為38.79%、2020年為33.33%;優(yōu)勢區(qū)域間優(yōu)質(zhì)率差異明顯,東北平原為71.38%,顯著高于東南沿海的30.83%和長江流域的25.78%。
東北平原優(yōu)勢區(qū)稻米品質(zhì)最好,樣品優(yōu)質(zhì)率高達71.38%,達到一、二、三級標準樣品分別占3.30%、20.58%和47.50%。黑龍江、吉林、遼寧三省樣品優(yōu)質(zhì)率分別為69.65%、75.13%和76.87%,其中,吉林樣品達到一級的有6.09%、遼寧樣品達到二級的有31.34%、黑龍江樣品達到3級的有49.65%,分別是采樣省份中一級、二級、三級的樣品占比最高值,這3個省的優(yōu)質(zhì)率居于全國前3位。
東南沿海優(yōu)勢區(qū)稻米優(yōu)質(zhì)率為30.83%,達到一、二、三級的樣品分別占2.36%、10.36%和18.11%。廣東稻米優(yōu)質(zhì)率相對較高,達37.20%,僅次于東北三省,廣西和福建的稻米樣品優(yōu)質(zhì)率其次,分別為31.92%和27.33%,浙江稻米樣品優(yōu)質(zhì)率則相對較低,僅22.05%。
長江流域優(yōu)勢區(qū)稻米優(yōu)質(zhì)率為25.78%,達到一、二、三級的樣品分別占0.94%、8.09%和16.75%。安徽、河南、江蘇和貴州的稻米品質(zhì)相對較好,這4個省的樣品優(yōu)質(zhì)率分別為34.88%、33.57%、31.88%和31.16%;湖北和云南稻米樣品優(yōu)質(zhì)率分別為29.00%和24.76%;四川、湖南、重慶和江西的稻米樣品優(yōu)質(zhì)率相對較低,分別僅為17.03%、20.25%、20.44%和20.51%,主要是整精米率等指標達不到優(yōu)質(zhì)標準。
2.2.1 加工品質(zhì)
從表2可以看出,總體樣品糙米率為61.3%~87.9%,平均80.6%,基本呈正態(tài)分布(圖1),主要分布在79%~83%范圍內(nèi);精米率為39.9%~79.5%,平均71.0%,也呈正態(tài)分布,主要分布在67%~75%范圍內(nèi);整精米率為0.9%~78.8%,平均53.9%,變異系數(shù)26.6%,平均值小于中位值(55.8%),呈向右的偏態(tài)分布,主要分布在46%~70%范圍內(nèi)。其中,糙米率優(yōu)質(zhì)達標率為95.03%,達到一、二、三級的樣品分別為28.63%、46.13%和20.28%;整精米率優(yōu)質(zhì)達標率為54.82%,達到一、二、三級的樣品分別為31.81%、12.86%和10.15%。
表2 我國水稻三大優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)稻米樣品的品質(zhì)性狀統(tǒng)計
表2 和圖1顯示,東北平原糙米率為65.9%~87.9%,平均82.5%,平均值等于中位值,呈標準正態(tài)分布,峰值在81%~83%區(qū)間;精米率為51.6%~79.5%,平均73.4%,呈正態(tài)分布,峰值在71%~75%區(qū)間;整精米率為30.3%~78.8%,平均68.3%,變異系數(shù)8.7%,平均值小于中位值(69.7%),呈向右的偏態(tài)分布,峰值在70%~78%區(qū)間。其中,糙米率優(yōu)質(zhì)達標率為98.90%,一、二、三級樣品分別為36.33%、51.57%和11.01%;整精米率優(yōu)質(zhì)達標率為84.59%,一、二、三級樣品分別為57.58%、17.44%和9.57%。
表2 和圖1顯示,長江流域糙米率為61.3%~87.0%,平均80.1%,分布峰在79%~81%區(qū)間;精米率為46.2%~78.7%,平均70.3%,分布峰在67%~71%區(qū)間;整精米率為4.6%~76.6%,平均50.5%,變異系數(shù)27.1%,平均值小于中位值(52.0%),分布峰在54%~62%區(qū)間。其中,糙米率優(yōu)質(zhì)達標率為94.08%,一、二、三級樣品為25.69%、44.97%和23.41%;整精米率優(yōu)質(zhì)達標率為47.74%,一、二、三級樣品為25.61%、11.93%和10.20%。
圖1 我國水稻三大優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)稻米加工品質(zhì)指標分布
表2 和圖1顯示,東南沿海糙米率為72.9%~86.0%,平均80.2%,分布峰在79%~81%區(qū)間;精米率為39.9%~77.0%之間,平均70.4%,分布峰在71%~75%區(qū)間;整精米率為0.9%~73.2%,平均49.8%,變異系數(shù)26.2%,平均值小于中位值(52.5%),分布峰在54%~62%區(qū)間。其中,糙米率優(yōu)質(zhì)達標率為94.02%,一、二、三級樣品為29.65%、44.14%和20.22%;整精米率優(yōu)質(zhì)達標率為46.17%,一、二、三級樣品為24.52%、11.04%和10.61%。
由此可見,整精米率區(qū)域差異相對較大,加工品質(zhì)各項指標東北平原均優(yōu)于長江流域和東南沿海,整精米率低是限制優(yōu)質(zhì)率提高的主要因素,結(jié)合我國稻米生產(chǎn)“北粳南秈”的區(qū)域特點,整精米率不僅是我國稻米品質(zhì)地區(qū)差異的關(guān)鍵因子之一,也應(yīng)列為南方水稻優(yōu)質(zhì)育種和栽培的重要攻關(guān)目標。
2.2.2 外觀品質(zhì)
2.2.2 .1粒長和長寬比 由表2和圖2可看出,總體樣品粒長在4.3~8.7 mm,平均6.2 mm,變異系數(shù)14.0%;長寬比為1.5~4.8,平均2.7,變異系數(shù)25.0%。短粒形樣品(粒長<5.6 mm)有1 624份,占比27.62%;中粒形樣品(粒長在5.6~6.5 mm)有1 777份,占比30.23%;長粒形樣品(粒長>6.5 mm)有2 478份,占比42.15%。全國范圍內(nèi)粒長分布有2個峰值區(qū)間(4.5~5.0 mm和6.5~7.0 mm),長寬比分布也有2個峰值區(qū)間(1.8~2.2和3.0~3.4)。按不同優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)來看則呈單峰分布。東北平原粒長分布峰值為4.5~5.0 mm,長寬比峰值為1.4~1.8,大多屬短粒形(占69.09%),僅4.32%屬長粒形、26.59%屬中粒形。長江流域和東南沿海粒長分布峰值均為6.5~7.0 mm,長寬比峰值為3.0~3.4,各有52.41%和49.45%的樣品屬長粒形,28.37%和39.34%的樣品屬中粒形,僅19.23%和11.20%的樣品屬短粒形。不同優(yōu)勢區(qū)的粒形差異相對較大,也是我國稻米品質(zhì)地區(qū)差異的關(guān)鍵因子之一。
圖2 我國水稻三大優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)稻米粒形指標分布
2.2.2 .2堊白和透明度 由表2和圖3可看出,堊白是差異最大的品質(zhì)性狀??傮w樣品堊白粒率為0.0%~100.0%,平均19.5%,變異系數(shù)107.6%,平均值明顯大于中位值(12.0%);東北平原、長江流域和東南沿海堊白粒率平均值分別為12.0%、22.2%和19.2%,變異系數(shù)分別為76.4%、98.5%和128.6%,均呈向左的偏態(tài)分布,峰值都在10%以下??傮w樣品堊白度為0.0%~56.0%,平均3.0%,變異系數(shù)133.6%,平均值也明顯大于中位值(1.5%);東北平原、長江流域和東南沿海堊白度平均值分別為1.4%、3.4%和3.1%,變異系數(shù)分別為82.1%、120.8%和150.5%,均呈向左的偏態(tài)分布,總體樣品和東北平原、東南沿海的分布峰值都在1%以下,長江流域的峰值在1%~3%??傮w樣品透明度為1.0~5.0,平均1.7,變異系數(shù)45.5%,平均值小于中位值(2.0);東北平原、長江流域、東南沿海透明度平均值分別為1.3、1.8和1.7,變異系數(shù)分別為38.5%、43.4%和46.0%,基本呈向左的偏態(tài)分布,總體樣品和東北平原、東南沿海的峰值均為1級,長江流域的峰值為2級。
圖3 我國水稻三大優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)稻米堊白及透明度指標分布
根據(jù)單項指標判定,總體樣品稻米堊白度優(yōu)質(zhì)達標率為83.70%,達到一、二、三級的樣品分別為37.30%、35.11%和11.29%;透明度優(yōu)質(zhì)達標率為88.37%,達到一級、二、三級的樣品分別為44.94%、43.43%和43.43%。其中,東北平原堊白度優(yōu)質(zhì)達標率累計為99.15%,達到一、二、三級的樣品分別為47.33%、44.62%和7.20%;透明度優(yōu)質(zhì)達標率為98.13%,達到一級、二、三級的樣品分別為73.37%、24.77%和24.77%。長江流域的堊白度優(yōu)質(zhì)達標率為78.61%,達到一、二、三級樣品分別為31.53%、34.58%和12.50%;透明度優(yōu)質(zhì)達標率為85.28%,達到一級、二、三級的樣品分別為35.37%、49.91%和49.91%。東南沿海的堊白度優(yōu)質(zhì)達標率為83.40%,達到一、二、三級樣品分別為44.40%、27.21%和11.79%;透明度優(yōu)質(zhì)達標率為87.78%,達到一級、二、三級的樣品分別為44.99%、42.80%和42.80%。由此可見,稻米堊白區(qū)域間差異較大,南方稻區(qū)堊白較多,是限制優(yōu)質(zhì)率的主要因素之一,也是我國稻米品質(zhì)地區(qū)差異的關(guān)鍵因子。
2.2.3 蒸煮食味與營養(yǎng)品質(zhì)
2.2.3 .1堿消值和膠稠度 由表2和圖4可看出,總體樣品堿消值在3.0~7.0,平均6.2,大體呈向右的偏態(tài)分布,總體和東北平原的樣品堿消值分布峰值為7.0(東北平原有96.19%的樣品在此區(qū)間),而長江流域、東南沿海的峰值均在6.0~7.0區(qū)間。其中,東北平原、長江流域、東南沿海的堿消值平均值分別為7.0、6.0和6.1。再從堿消值的優(yōu)質(zhì)達標率來看,總體為87.29%,達到一、二、三級的樣品分別為65.50%、65.50%和21.79%;東北平原為98.73%,達到一、二、三級的樣品分別為96.19%、96.19%和2.54%;長江流域為83.99%,達到一、二、三級的樣品分別為58.80%、58.80%和25.19%;東南沿海為84.56%,達到一、二、三級的樣品分別為57.45%、57.45%和27.11%。
由表2和圖4可看出,總體樣品膠稠度在30.0~100.0 mm,平均70.0 mm,變異系數(shù)15.4%,基本呈正態(tài)分布,總體和長江流域、東南沿海的峰值均在70.0~80.0 mm,東北平原的峰值為60.0~70.0 mm。其中,東北平原、長江流域、東南沿海的膠稠度平均值分別為68.4 mm、70.5 mm和70.0 mm,變異系數(shù)分別為11.7%、16.2%和15.8%。再從膠稠度的優(yōu)質(zhì)達標率來看,總體為92.16%,達到一、二、三級的樣品分別為73.12%、73.12%和19.03%;東北平原為88.48%,達到一、二、三級的樣品分別為45.05%、45.05%和43.44%;長江流域為92.99%,達到一、二、三級的樣品分別為80.35%、80.35%和12.65%;東南沿海為93.34%,達到一、二、三級的樣品分別為79.70%、79.70%和13.65%。
2.2.3 .2直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量 由表2和圖4可看出,總體樣品直鏈淀粉含量在0.2%~30.2%,平均17.0%,變異系數(shù)23.5%,均呈正態(tài)分布,峰值在15.0%~18.0%,東北平原有73.24%的樣品在此區(qū)間,總體和長江流域、東南沿海分別有46.84%、37.91%和47.01%的樣品在此區(qū)間。其中,東北平原、長江流域、東南沿海的直鏈淀粉含量,平均值分別為17.0%、16.9%和17.3%,變異系數(shù)分別為9.4%、27.0%和22.4%。再從直鏈淀粉含量的優(yōu)質(zhì)達標率來看,總體為81.39%,達到一、二、三級樣品分別為65.88%、8.69%和6.82%;東北平原為99.15%,達到一、二、三級樣品分別為78.49%、16.00%和4.66%;長江流域為75.36%,達到一、二、三級樣品分別為60.35%、7.04%和7.97%;東南沿海為81.55%,達到一、二、三級樣品分別為69.67%、6.32%和5.56%。
圖4 我國水稻三大優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)稻米蒸煮食味與營養(yǎng)品質(zhì)指標分布
由表2和圖4可看出,總體樣品蛋白質(zhì)含量在5.2%~13.3%,平均8.0%,變異系數(shù)12.9%,總體呈正態(tài)分布,分布峰值在7.0%~8.0%,總體和東北平原、長江流域、東南沿海各有40.64%、54.61%、36.51%和38.92%的樣品在此區(qū)間。其中,東北平原的蛋白質(zhì)含量為5.3%~10.2%,平均7.5%,變異系數(shù)9.0%,蛋白質(zhì)含量在10%及以上的高蛋白樣品有3份,僅占樣品數(shù)的0.25%;長江流域的蛋白質(zhì)含量為5.2%~13.3%,平均8.2%,變異系數(shù)13.0%,高蛋白質(zhì)含量樣品有223份,占樣品數(shù)的6.35%;東南沿海的蛋白質(zhì)含量為5.5%~12.8%,平均7.9%,變異系數(shù)13.3%,高蛋白質(zhì)含量樣品有45份,占樣品數(shù)的3.79%。
由此可見,我國稻米蒸煮食味與營養(yǎng)品質(zhì)各項指標較為適宜。直鏈淀粉的變異系數(shù)相對較大,不同優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)優(yōu)質(zhì)達標率差異明顯,也是限制稻米優(yōu)質(zhì)率的因素之一。
我國稻米生產(chǎn)表現(xiàn)為“北粳南秈”的區(qū)域特點,北方以粳稻為主,南方以秈稻為主,中部則秈粳兼有,導致不同產(chǎn)區(qū)稻米品質(zhì)存在差異。品質(zhì)性狀主要受品種遺傳和種植環(huán)境的影響[18],即使同一品種,不同來源、不同年份的品質(zhì)也存在一定差異。優(yōu)質(zhì)率作為對品質(zhì)分析的重要參數(shù),既能反映品質(zhì)總體狀況,也可反映單項指標優(yōu)劣程度。本研究顯示,近5年我國稻米樣品優(yōu)質(zhì)率為36.0%(這比胡賢巧等[16]報道的優(yōu)質(zhì)率低,主要與樣品來源不同有關(guān)),粳稻高于秈稻,中晚稻高于早稻,年度間有變化,區(qū)域間差異明顯。17個水稻主產(chǎn)省的稻米優(yōu)質(zhì)率變化幅度在17.0%~76.9%,高低相差4.5倍,表現(xiàn)為“東北平原顯著高于東南沿海和長江流域”的區(qū)域差異。以東北三省優(yōu)質(zhì)率最高,其次是華南兩廣、江淮地區(qū)和云貴高原,而川渝盆地和湘贛平原優(yōu)質(zhì)率有待提升。總體而言,蒸煮食味與營養(yǎng)品質(zhì)相對較好,加工和外觀品質(zhì)需進一步改善;東北平原各項指標表現(xiàn)較為適宜,長江流域和東南沿海整精米率低、堊白多是限制優(yōu)質(zhì)率的主要因素。整精米率總體優(yōu)質(zhì)達標率僅為54.82%,三大優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)分別為84.59%、47.74%和46.17%,因此,整精米率既是我國稻米品質(zhì)地區(qū)差異的關(guān)鍵因子之一,也是今后南方水稻優(yōu)質(zhì)育種和栽培的重要攻關(guān)目標。整精米率是生產(chǎn)者種植、加工需關(guān)注的重要指標,但對消費者而言卻關(guān)注較少,因為市場上流通銷售的大米多已精心挑選過。