施氮量對(duì)江漢平原優(yōu)質(zhì)稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

周 夢(mèng)，王雪艷，王 松，郝蓉蓉，黨程成，胡玉婷，劉 越，穆麒麟，田小海

（1. 長(zhǎng)江大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，湖北 荊州 434025；2. 長(zhǎng)江大學(xué)/主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 荊州 434025）

湖北省是我國(guó)水稻種植和消費(fèi)的主要地區(qū)之一。隨著生活水平普遍提高，人們對(duì)水稻的需求逐漸從產(chǎn)量型轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量型，市場(chǎng)對(duì)于優(yōu)質(zhì)稻的需求逐漸增加。數(shù)據(jù)顯示，在長(zhǎng)江中游水稻種植區(qū)，2018 年優(yōu)質(zhì)水稻品種種植占總面積的63.6%，其中湖北省的優(yōu)質(zhì)水稻種植率達(dá)到77%，位居第二[1]。2021 年，湖北省政府將優(yōu)質(zhì)稻米定為湖北省農(nóng)業(yè)十大產(chǎn)業(yè)鏈的首鏈，優(yōu)質(zhì)稻將成為未來(lái)水稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。

前期研究結(jié)果表明，優(yōu)質(zhì)稻與普通水稻相比，栽培目標(biāo)在原有“產(chǎn)量”的基礎(chǔ)上，變成了“產(chǎn)量＋品質(zhì)”雙目標(biāo)，提高產(chǎn)量的同時(shí)，保證品質(zhì)的提高是優(yōu)質(zhì)稻栽培的基本要求，而氮素營(yíng)養(yǎng)過(guò)多往往會(huì)對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的形成產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響[2]。一方面，水稻是需氮作物，在水稻生長(zhǎng)發(fā)育階段，增施氮肥可顯著改善水稻生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量[3?4]。在一定施氮量范圍內(nèi)，水稻產(chǎn)量會(huì)隨著施氮量的增加而增加，但是當(dāng)施氮量超過(guò)一定范圍時(shí)，水稻產(chǎn)量會(huì)隨著施氮量的增加而降低[5?6]。另一方面，氮肥對(duì)水稻籽粒發(fā)育和品質(zhì)也有重要影響[7?8]。足夠的氮肥施用量可以改善稻米的加工和外觀等品質(zhì)，但是過(guò)量施氮不僅會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量降低，還會(huì)使稻米食味變差[9]。此外，優(yōu)質(zhì)稻的許多農(nóng)藝性狀表現(xiàn)如倒伏和稻瘟病、稻曲病等重要病害也受施氮量的強(qiáng)烈影響。由此可見(jiàn)，合理的施氮量是優(yōu)質(zhì)稻生產(chǎn)上一個(gè)帶有普遍性和基礎(chǔ)性的核心技術(shù)問(wèn)題。目前，關(guān)于施氮量對(duì)水稻產(chǎn)量、品質(zhì)的影響研究已有較多[2，4?6，10?11]，這些研究所用水稻材料一般較少，而關(guān)于不同施氮量對(duì)多個(gè)優(yōu)質(zhì)稻尤其是典型長(zhǎng)粒形優(yōu)質(zhì)秈稻品種產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究尚未見(jiàn)報(bào)道。為此，選用6個(gè)優(yōu)質(zhì)稻品種，設(shè)置5 個(gè)施氮量，研究不同施氮量下6 個(gè)典型長(zhǎng)粒形優(yōu)質(zhì)秈稻品種產(chǎn)量和品質(zhì)的變化，探討優(yōu)質(zhì)稻高產(chǎn)保優(yōu)的合理施氮量，為優(yōu)質(zhì)稻的高產(chǎn)栽培推廣提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2021 年在位于湖北省荊州市的長(zhǎng)江大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)田進(jìn)行。該區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為16.0～16.4 ℃，年平均降水量為900～1 100 mm。土壤基礎(chǔ)地力：有效磷含量30.4 mg/kg、速效鉀含量115.7 mg/kg、有機(jī)質(zhì)含量31.18 g/kg、硝態(tài)氮含量2.2 mg/kg、銨態(tài)氮含量49.7 mg/kg、全氮含量1.94 g/kg、全磷含量2.23 g/kg、全鉀含量12.15 g/kg，pH值為7.26。

供試材料為前期試驗(yàn)篩選出的目前江漢平原地區(qū)推廣面積較大的典型長(zhǎng)粒形優(yōu)質(zhì)秈稻品種，共6個(gè)。其中，3個(gè)為雜交稻，分別為野香優(yōu)莉絲、桃優(yōu)香占、泰優(yōu)鄂香絲苗；3 個(gè)為常規(guī)稻，分別為象牙香占、鄂中5號(hào)、鑒真2號(hào)（表1）。

表1 供試水稻品種信息Tab.1 Information of the rice varieties

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用雙因子裂區(qū)隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主處理為施氮（純氮）量，5 個(gè)水平分別為105 kg/hm2（N1）、135 kg/hm2（N2）、165 kg/hm2（N3）、195 kg/hm2（N4）和225 kg/hm2（N5）；副處理為品種。小區(qū)長(zhǎng)5 m、寬2 m，每個(gè)處理3 次重復(fù)，共90 個(gè)小區(qū)。小區(qū)間隔0.3 m，保護(hù)行1 m，株、行距分別為20、20 cm。鑒真2號(hào)、鄂中5號(hào)于5月20日播種，其余4個(gè)品種于5月29 日播種，所有品種均于6 月25 日人工移栽，常規(guī)稻每穴3 株、雜交稻每穴2 株。氮肥為豐樂(lè)一畝田（22∶8∶12），作基肥一次性施入；各處理磷、鉀肥用量一致，均分別為P2O582 kg/hm2、K2O 123 kg/hm2，用量不足部分用過(guò)磷酸鈣（含P2O516%）、氯化鉀（含K2O 60%）基施補(bǔ)齊，各處理間采用PVC隔離板進(jìn)行隔離，隔離板埋入深度約為25 cm，單獨(dú)排灌，以防肥水滲漏。田間按照當(dāng)?shù)卮筇锍Ｒ?guī)栽培管理，及時(shí)防治病蟲(chóng)草害。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 成熟后，排除邊際效應(yīng)，從每行第3 穴開(kāi)始連續(xù)取5 穴代表性植株進(jìn)行晾干考種，調(diào)查有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量；產(chǎn)量以實(shí)際小區(qū)收割后折算。

1.3.2 加工、外觀、蒸煮、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

1.3.2.1 加工品質(zhì) 按照NY/T 593—2013 標(biāo)準(zhǔn)，用稻谷出米率檢測(cè)儀（JDMZ100，北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司）和碎米分離器（JFQS-13×20，臺(tái)州市糧儀廠）測(cè)定稻米糙米率、精米率、整精米率。

1.3.2.2 外觀品質(zhì) 使用大米外觀品質(zhì)檢測(cè)儀（JDMZ12，北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司）測(cè)定稻米堊白度、堊白粒率。

1.3.2.3 蒸煮品質(zhì) 按照NY/T 2639—2014 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定稻米直鏈淀粉含量和RVA 譜特征值（峰值黏度、熱漿黏度、崩解值、最終黏度、消減值、糊化溫度）。

1.3.2.4 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì) 采用考馬斯亮藍(lán)法對(duì)粗蛋白及其組分（清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白）含量進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019 和DPS 7.5 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對(duì)江漢平原優(yōu)質(zhì)稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2 可知，品種和施氮量對(duì)水稻產(chǎn)量、結(jié)實(shí)率、穗粒數(shù)、有效穗數(shù)、千粒質(zhì)量的影響均達(dá)到極顯著水平，品種與施氮量的交互作用對(duì)水稻產(chǎn)量、結(jié)實(shí)率、穗粒數(shù)、有效穗數(shù)、千粒質(zhì)量的影響均達(dá)到顯著或極顯著水平。

由表2可知，隨著施氮量增加，水稻產(chǎn)量呈先升高后降低的趨勢(shì)，其中，鑒真2號(hào)、泰優(yōu)鄂香絲苗、桃優(yōu)香占、象牙香占均以N1 處理產(chǎn)量最低，分別以N2、N3、N3、N2 處理產(chǎn)量最高（N2 與N3 處理間差異均不顯著），較N1處理顯著提高11.1%、9.6%、5.3%、9.2%；鄂中5號(hào)、野香優(yōu)莉絲均以N5處理產(chǎn)量最低，分別以N3、N2 處理產(chǎn)量最高（鄂中5 號(hào)N2 與N3 處理間差異不顯著），較N5 處理顯著提高8.8%、14.4%。不同優(yōu)質(zhì)稻品種產(chǎn)量表現(xiàn)為桃優(yōu)香占>泰優(yōu)鄂香絲苗>野香優(yōu)莉絲>鑒真2 號(hào)>象牙香占>鄂中5號(hào)，除桃優(yōu)香占與泰優(yōu)鄂香絲苗、泰優(yōu)鄂香絲苗與野香優(yōu)莉絲差異不顯著外，其他均達(dá)顯著水平。

對(duì)于產(chǎn)量構(gòu)成因素（表2），隨著施氮量增加，各優(yōu)質(zhì)稻品種結(jié)實(shí)率、穗粒數(shù)、有效穗數(shù)和千粒質(zhì)量整體上均呈先升高后降低的趨勢(shì)。其中，鄂中5號(hào)、泰優(yōu)鄂香絲苗、桃優(yōu)香占總體上以N3 處理最高，象牙香占、鑒真2號(hào)和野香優(yōu)莉絲總體上以N2處理最高。從不同氮處理間的變化程度來(lái)看，各優(yōu)質(zhì)稻品種產(chǎn)量的提高主要得益于有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率的提高。不同品種間比較，結(jié)實(shí)率以象牙香占最高，穗粒數(shù)和有效穗數(shù)均以野香優(yōu)莉絲最高，千粒質(zhì)量以桃優(yōu)香占最高。

表2 不同施氮量處理各優(yōu)質(zhì)稻品種的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Tab.2 Yield and its components of each high-quality rice variety under different nitrogen application rates

綜合所有品種，優(yōu)質(zhì)稻高產(chǎn)的合理施氮量介于N2和N3之間，即135～165 kg/hm2。

續(xù)表2 不同施氮量處理各優(yōu)質(zhì)稻品種的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Tab.2（Continued） Yield and its components of each high-quality rice variety under different nitrogen application rates

2.2 施氮量對(duì)江漢平原優(yōu)質(zhì)稻稻米品質(zhì)的影響

2.2.1 加工品質(zhì)和外觀品質(zhì) 由表3 可知，品種和施氮量對(duì)稻米糙米率、精米率、整精米率、堊白度和堊白粒率的影響均達(dá)到極顯著水平，品種與氮肥的交互作用對(duì)稻米精米率、整精米率、堊白度和堊白粒率的影響均達(dá)到極顯著水平。

由表3 可知，各優(yōu)質(zhì)稻品種的糙米率、精米率、整精米率均隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，總體上以N5處理最低（表3）。其中，鄂中5號(hào)對(duì)施氮量反應(yīng)相對(duì)較遲鈍，不同施氮量處理之間糙米率、精米率均無(wú)顯著差異，整精米率僅N3 處理顯著高于N2 和N5 處理，其他處理間差異不顯著；鑒真2號(hào)糙米率和整精米率均以N2 處理最高，精米率以N1 處理最高；泰優(yōu)鄂香絲苗糙米率和精米率均以N3處理最高，整精米率在不同施氮量處理間差異不顯著；桃優(yōu)香占糙米率、精米率、整精米率均以N3處理最高；象牙香占糙米率、精米率、整精米率均以N2 處理最高；野香優(yōu)莉絲精米率和整精米率均以N1處理最高，糙米率在不同施氮量處理間差異不顯著?？傮w來(lái)看，以N2 和N3 處理加工品質(zhì)較優(yōu)。不同優(yōu)質(zhì)稻品種糙米率表現(xiàn)為桃優(yōu)香占>泰優(yōu)鄂香絲苗>野香優(yōu)莉絲>鑒真2 號(hào)>象牙香占>鄂中5 號(hào)；精米率表現(xiàn)為野香優(yōu)莉絲>桃優(yōu)香占>鑒真2 號(hào)>泰優(yōu)鄂香絲苗>鄂中5 號(hào)>象牙香占；整精米率表現(xiàn)為鑒真2 號(hào)、鄂中5 號(hào)>野香優(yōu)莉絲>桃優(yōu)香占>象牙香占>泰優(yōu)鄂香絲苗。

從外觀品質(zhì)來(lái)看，不同優(yōu)質(zhì)稻品種在不同施氮量條件下的反應(yīng)不同（表3）。鄂中5 號(hào)堊白粒率和堊白度在不同施氮量處理間差異均不顯著；鑒真2號(hào)、泰優(yōu)鄂香絲苗堊白粒率和堊白度均以N3 處理最低、N1 處理最高；桃優(yōu)香占和野香優(yōu)莉絲堊白粒率和堊白度均以N2處理最低、N5處理最高；象牙香占堊白粒率和堊白度均以N3 處理最低、N5 處理最高。由此可見(jiàn)，適當(dāng)?shù)氖┑靠梢愿纳频久椎耐庥^品質(zhì)，以N2 和N3 處理較優(yōu)。不同優(yōu)質(zhì)稻品種間堊白粒率和堊白度均表現(xiàn)為泰優(yōu)鄂香絲苗>鑒真2號(hào)>桃優(yōu)香占>象牙香占、野香優(yōu)莉絲>鄂中5號(hào)，除象牙香占與野香優(yōu)莉絲差異不顯著外，其他品種間差異均達(dá)到顯著水平。

表3 不同施氮量處理各優(yōu)質(zhì)稻品種稻米品質(zhì)Tab.3 Rice quality of each high-quality rice variety under different nitrogen application rates %

2.2.2 蒸煮食味品質(zhì) 方差分析結(jié)果表明（表4），品種和施氮量對(duì)稻米直鏈淀粉含量、峰值黏度、熱漿黏度、崩解值、最終黏度、消減值、糊化溫度的影響均達(dá)到極顯著水平，品種和施氮量的交互作用對(duì)直鏈淀粉含量、峰值黏度、熱漿黏度、崩解值、最終黏度、消減值的影響均達(dá)到極顯著水平。

表4 不同施氮量處理各優(yōu)質(zhì)稻品種直鏈淀粉含量和RVA譜特征值Tab.4 Amylose content and RVA profile characteristics of each high-quality rice variety under different nitrogen application rates

由表4 可知，各優(yōu)質(zhì)稻品種直鏈淀粉含量均表現(xiàn)為隨著施氮量的增加先下降后增加。其中，鄂中5 號(hào)、鑒真2 號(hào)、泰優(yōu)鄂香絲苗、桃優(yōu)香占以N3 處理最低、N5處理最高；象牙香占以N4處理直鏈淀粉含量最低、N1處理最高；野香優(yōu)莉絲以N2處理直鏈淀粉含量最低，為13.5%，N5 處理最高。表明適宜的施氮量可以降低稻米直鏈淀粉含量。不同優(yōu)質(zhì)稻品種間直鏈淀粉含量表現(xiàn)為泰優(yōu)鄂香絲苗>象牙香占>鑒真2 號(hào)、桃優(yōu)香占>野香優(yōu)莉絲>鄂中5 號(hào)，除鑒真2 號(hào)、桃優(yōu)香占、野香優(yōu)莉絲間差異不顯著外，其他品種間差異均達(dá)到顯著水平。

由表4 可知，野香優(yōu)莉絲的峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度均表現(xiàn)為隨著施氮量增加逐漸降低，其余5個(gè)優(yōu)質(zhì)稻品種的峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度均隨著施氮量的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)；崩解值表現(xiàn)為鑒真2 號(hào)、野香優(yōu)莉絲不同施氮量處理間差異不顯著，鄂中5號(hào)和泰優(yōu)鄂香絲苗均以N3處理最高，桃優(yōu)香占和象牙香占均以N1 處理最高；消減值表現(xiàn)為鄂中5 號(hào)和泰優(yōu)鄂香絲苗均以N3 處理最低，野香優(yōu)莉絲以N2處理最低，其他品種均以N1處理最低；糊化溫度總體表現(xiàn)為所有品種均以N1處理最低，鄂中5 號(hào)以N5 處理最高，桃優(yōu)香占以N3處理最高，鑒真2 號(hào)N2—N5 處理相同，其他品種均以N4 處理最高。不同品種間比較，峰值黏度、熱漿黏度、崩解值、最終黏度分別以桃優(yōu)香、象牙香占、桃優(yōu)香占、象牙香占最高，均以鄂中5 號(hào)最低；消減值以桃優(yōu)香占最低、象牙香占最高；糊化溫度以泰優(yōu)鄂香絲苗最高、鄂中5號(hào)最低。

2.2.3 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì) 方差分析結(jié)果表明（表5），品種和施氮量對(duì)稻米粗蛋白、清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白含量的影響均達(dá)到極顯著水平，品種與施氮量的交互作用對(duì)稻米粗蛋白、清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白含量的影響達(dá)均到顯著或極顯著水平。

表5 不同施氮量處理各優(yōu)質(zhì)稻品種粗蛋白及其組分含量Tab.5 Crude protein and its component contents of each high-quality rice variety under different nitrogen application rates %

續(xù)表5 不同施氮量處理各優(yōu)質(zhì)稻品種粗蛋白及其組分含量Tab.5（Continued） Crude protein and its component contents of each high-quality rice variety under different nitrogen application rates %

由表5 可知，增施氮肥可以在一定程度上提高稻米粗蛋白含量及其組分含量，但不同品種之間存在明顯差異。從粗蛋白含量來(lái)看，鄂中5 號(hào)、鑒真2號(hào)、桃優(yōu)香占、象牙香占各施氮量處理間粗蛋白含量無(wú)顯著差異，泰優(yōu)鄂香絲苗和野香優(yōu)莉絲均以N3處理粗蛋白含量最高。不同優(yōu)質(zhì)稻品種間粗蛋白含量表現(xiàn)為野香優(yōu)莉絲>鑒真2 號(hào)>象牙香占>泰優(yōu)鄂香絲苗>鄂中5 號(hào)>桃優(yōu)香占，鄂中5 號(hào)和桃優(yōu)香占粗蛋白含量較低，為4.5%～5.9%；其余4 個(gè)品種含量較高，介于10.4%～15.4%。從蛋白質(zhì)組分含量來(lái)看，6 個(gè)優(yōu)質(zhì)稻品種稻米清蛋白含量為0.25%～0.48%，球蛋白含量為0.43%～0.72%，醇溶蛋白含量為0.13%～0.36%，谷蛋白含量為0.59%～3.38%，蛋白質(zhì)組分含量表現(xiàn)為谷蛋白>球蛋白>清蛋白>醇溶蛋白，其中谷蛋白含量最高且變化范圍較大。大部分品種清蛋白含量以N5 處理最高；大部分品種醇溶蛋白含量以N4 處理最高；球蛋白和谷蛋白含量均隨施氮量的增加先上升后下降，大部分品種以N3處理最高。

3 結(jié)論與討論

優(yōu)質(zhì)稻生產(chǎn)的一個(gè)基本點(diǎn)是栽培目標(biāo)的變化，由“產(chǎn)量”單一目標(biāo)變成了“產(chǎn)量+品質(zhì)”雙目標(biāo)。顯然，如何在栽培中同時(shí)達(dá)成這個(gè)雙目標(biāo)，是衡量栽培技術(shù)成功與否的一個(gè)硬標(biāo)準(zhǔn)。

施氮量是水稻高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)栽培中一個(gè)基本技術(shù)問(wèn)題，過(guò)多或過(guò)少的施氮量都對(duì)水稻產(chǎn)量不利，且也會(huì)影響品質(zhì)[2，4，12?14]。因此，明確適應(yīng)地域特點(diǎn)和品種特點(diǎn)的優(yōu)質(zhì)稻最適施氮量是發(fā)展優(yōu)質(zhì)稻生產(chǎn)的首要基本工作。大量研究結(jié)果表明，對(duì)于特定地區(qū)、特定品種，水稻產(chǎn)量存在一個(gè)適宜施氮量，但具體落實(shí)到優(yōu)質(zhì)稻上這個(gè)定量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是多少，還不明確[15?17]。對(duì)于水稻品質(zhì)而言，由于其所涉指標(biāo)繁多，各品質(zhì)指標(biāo)與施氮量之間的關(guān)系，也尚沒(méi)有一個(gè)明確、一致的結(jié)論。另外，如果品質(zhì)存在一個(gè)適宜施氮量，它是否與產(chǎn)量的適宜施氮量重合，也是一個(gè)涉及生產(chǎn)實(shí)施可行性的重要議題。本研究選用6個(gè)江漢平原地區(qū)現(xiàn)行主推的典型長(zhǎng)粒形優(yōu)質(zhì)秈稻品種進(jìn)行施氮量試驗(yàn)，研究期間特意避開(kāi)了該地區(qū)常有的灌漿期高溫環(huán)境。本研究結(jié)果表明，隨著施氮量增加，各優(yōu)質(zhì)稻品種的產(chǎn)量均表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)，以施氮量135～165 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量較高，且不同施氮量處理產(chǎn)量的差異主要?dú)w因于有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率的差異。在各品質(zhì)指標(biāo)中，主要指標(biāo)如整精米率、代表食味的淀粉RVA 譜特征值，雖在個(gè)別品種中有一些偏差，但大多數(shù)品種的表現(xiàn)均表明其存在優(yōu)化施氮量，且與產(chǎn)量的優(yōu)化施氮量基本重合。但同時(shí)值得指出的是，重要品質(zhì)指標(biāo)堊白度在多數(shù)品種中未發(fā)現(xiàn)優(yōu)化施氮量，可能說(shuō)明施氮量總體上對(duì)優(yōu)質(zhì)稻堊白度的影響有限。

綜上所述，優(yōu)質(zhì)稻在施氮量為135～165 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量和品質(zhì)達(dá)到最佳，為江漢平原優(yōu)質(zhì)稻的高產(chǎn)栽培技術(shù)推廣提供了理論依據(jù)。