施氮對稻米品質(zhì)的影響研究進(jìn)展與展望

袁帥，蘇雨婷，陳平平，易鎮(zhèn)邪

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，長沙 410128)

我國是世界上水稻生產(chǎn)量最大的國家[1－3]，過去由于人口壓力，我國長期關(guān)注水稻高產(chǎn)而忽視了稻米品質(zhì)。直至1980 年起，國內(nèi)外市場對稻米品質(zhì)倍加關(guān)注，促使我國開始重視稻米品質(zhì)問題。近年來，隨著生活水平的提高，人們對稻米品質(zhì)的要求也逐漸提高；同時隨著糧食制度的改革和市場的需求，以及國際貿(mào)易的發(fā)展，稻米品質(zhì)的改善已成為解決供需矛盾、提高商品競爭力、增加人民收入的關(guān)鍵途徑[4]。因此，提高稻米品質(zhì)對于我國水稻生產(chǎn)的發(fā)展有著重要意義。

稻米品質(zhì)作為糧食或商品的各種特性，可分為加工、外觀、營養(yǎng)、蒸煮食味及衛(wèi)生等多項(xiàng)指標(biāo)[5]。大量研究表明，稻米品質(zhì)主要受遺傳基因所控制，但環(huán)境因素及栽培方式(種植模式、播期、播栽密度、肥料運(yùn)籌、水分管理等)對稻米品質(zhì)影響很大[6－9]。在環(huán)境因素中，氮肥是影響稻米品質(zhì)的重要因素，氮素是稻谷籽粒中蛋白質(zhì)和淀粉等主要營養(yǎng)物質(zhì)合成的主要元素[10，11]。氮肥施用對稻米品質(zhì)的影響主要分為兩個方面:一是施氮水平。已有研究表明，不同的施氮量對稻米品質(zhì)的影響主要體現(xiàn)在碾磨品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)以及蛋白質(zhì)含量上[7，12]。二是氮肥運(yùn)籌。在水稻栽培時，氮肥施用時期及分配比例與稻米品質(zhì)特性也密切相關(guān)，其中“前輕—中重—后補(bǔ)”的施肥法逐漸在我國南方被廣泛認(rèn)可，其可在適當(dāng)增產(chǎn)的基礎(chǔ)上改善稻米品質(zhì)[13－15]。

為系統(tǒng)闡述施氮對稻米品質(zhì)的影響，本文從氮肥用量和運(yùn)籌方式角度，綜述了氮素對稻米加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)等方面的影響，并就未來研究方向進(jìn)行展望，以期為我國水稻的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 氮肥對稻米品質(zhì)的影響

1.1 氮肥對加工品質(zhì)的影響

1.1.1 氮肥用量對加工品質(zhì)的影響

加工品質(zhì)是稻米在加工過程中表現(xiàn)的性狀，其特性直接影響稻米的價格和銷售。評價加工品質(zhì)的指標(biāo)主要包括糙米率、精米率和整精米率等，其中整精米率是評判加工品質(zhì)的核心指標(biāo)。諸多研究表明，增施氮肥有利于提高糙米率、精米率和整精米率，改善稻米品質(zhì)[16－18]，主要原因是植株體內(nèi)氮含量增加，促進(jìn)各部位向穗部運(yùn)轉(zhuǎn)營養(yǎng)物質(zhì)，谷粒硬度增大，從而增強(qiáng)稻米抗碾磨能力，顯著提高整精米率。雖然前人一致認(rèn)可增氮能改善稻米加工品質(zhì)，但由于品種類型、環(huán)境條件、試驗(yàn)設(shè)計等原因，其研究結(jié)果有所差異。蘭宇辰等[19]的研究表明，氮肥用量對墾粳7 號的糙米率影響較顯著，而對其余加工品質(zhì)影響較小。成臣等[20]研究表明，與空白處理對比，增施氮肥可顯著提高甬優(yōu)1538 的加工品質(zhì)，但不同施氮水平下產(chǎn)生的變化幅度有差異，其中高施氮量下變化程度較小，以施氮量255 kg/hm2為宜。張上都等[21]對Y 兩優(yōu)585 的研究認(rèn)為，300 kg/hm2的氮肥施用量，在提高水稻產(chǎn)量的同時還能提高稻米糙米率、精米率和整精米率。蔣李健[18]以南粳46 為材料研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)增施氮肥能提高稻米出糙率和精米率，而當(dāng)施氮量超過285 kg/hm2時其加工品質(zhì)開始下降。

1.1.2 氮肥運(yùn)籌對加工品質(zhì)的影響

前人關(guān)于氮肥運(yùn)籌對稻米加工品質(zhì)的影響研究較多，但結(jié)果不一致。梅錦培等[22]研究表明，在施氮量為240 kg/hm2時，增加穗肥施用比例不僅可增加南粳9108 的產(chǎn)量，還可提高糙米率、整精米率。林鄲等[23]研究發(fā)現(xiàn)，基蘗肥與穗肥比例約為6∶4有利于提升雜交秈稻F 優(yōu)498 的加工品質(zhì)，降低食味品質(zhì)，這與陳夢云等[24]的研究結(jié)果較一致。其原因可能是前期施肥過多，中期群體過大，后期不能正常抽穗，最終易形成小穗，造成籽粒不飽滿；而前氮后移、增施穗肥能維持葉片、莖鞘和穗部較高的氮素濃度，提高葉片光合速率，防止葉片早衰，延長籽粒有效灌漿期，增強(qiáng)向籽粒的灌漿物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此增加粒質(zhì)量和籽粒充實(shí)度，且穗部的氮素大多數(shù)含在糙米中[25－27]。但喬中英等[28]研究表明，在基蘗肥∶穗肥比例6∶4 條件下，雜交稻品種甬優(yōu)1538 的加工品質(zhì)降低，但各處理間差異不顯著。而李廣宇等[29]、趙杰等[30]研究均發(fā)現(xiàn)，不同施氮時期和比例對粳稻稻米的加工和外觀品質(zhì)影響并不顯著。此外，李書先等[31]研究認(rèn)為，不同地區(qū)的氮肥施用對稻米外觀和加工品質(zhì)的影響不同，其原因在于土壤堿解氮和速效磷含量有差異，提高土壤有效氮、磷有利于稻米堊白的下降和整精米率的提高。綜上所述，前人研究結(jié)果存在差異，可能與水稻品種和環(huán)境條件、尤其是土壤的成土母質(zhì)與養(yǎng)分含量不同有關(guān)。

1.2 氮肥對稻米外觀品質(zhì)的影響

1.2.1 氮肥用量對外觀品質(zhì)的影響

外觀品質(zhì)也稱為商品品質(zhì)，是稻米品質(zhì)中最具有商品價值的指標(biāo)，也是影響消費(fèi)者購買欲望的重要因素，是交易評級的主要依據(jù)。在眾多衡量稻米外觀品質(zhì)的指標(biāo)中，堊白率與堊白度是影響外觀品質(zhì)的兩項(xiàng)最重要指標(biāo)[13]。關(guān)于氮肥施用量對稻米外觀品質(zhì)的影響，眾多學(xué)者的研究結(jié)果不同。王翠玲等[32]研究表明，與對照處理相比，增施氮肥可顯著降低大米堊白粒率，改善稻米的外觀品質(zhì)，當(dāng)施氮量為128 kg/hm2時，品種綏粳4 號和墾鑒稻6 號的稻米品質(zhì)最佳。張桂蓮等[33]研究發(fā)現(xiàn)，在一定的氮肥水平內(nèi)，優(yōu)質(zhì)稻品種的堊白粒率、堊白度均隨施氮量的增加而減小，適宜氮肥用量為150 kg/hm2。趙海成等[34]針對寒地水稻的研究也表明，稻米堊白粒率和堊白大小均與施氮量呈顯著負(fù)相關(guān)；適當(dāng)增施氮肥能提高水稻群體和個體優(yōu)勢，延長灌漿結(jié)實(shí)期的時間，使灌漿緩慢，為籽粒灌漿提供物質(zhì)保證，從而減少稻米堊白形成。而劉夢紅等[35]、魏寶磊[36]、朱永波等[37]一致認(rèn)為，氮肥用量愈高稻米堊白粒率和堊白度愈大。金軍等[38]則認(rèn)為，氮肥對稻米外觀品質(zhì)的影響，尤其是堊白粒率和堊白度，因水稻類型而異，粳稻稻米的堊白度與堊白粒率隨施氮量增加而增加，而秈稻則相反。蔣鵬等[39]研究發(fā)現(xiàn)，氮肥影響稻米堊白粒率與堊白度存在基因型差異。隨施氮量增加，常規(guī)稻五山絲苗的堊白粒率、堊白度變化幅度不大，但雜交稻德優(yōu)4727 和川優(yōu)6203 堊白粒率、堊白度先增后降。

1.2.2 氮肥運(yùn)籌對外觀品質(zhì)的影響

在氮肥運(yùn)籌對稻米外觀品質(zhì)影響方面，趙學(xué)智等[40]、楊金娟等[41]研究均表明，前氮后移能有效降低旱直播水稻堊白粒率和堊白度，提升水稻外觀品質(zhì)。潘圣剛等[42]研究也認(rèn)為，在氮肥水平一致的條件下，稻米堊白粒率和堊白度隨穗肥比例的增加而下降。因?yàn)樵谳^高密度群體中，土壤背景氮和適宜穗肥的施用能改善群體和個體間的矛盾，幫助水稻快速吸收營養(yǎng)及積累碳水化合物，提高稻米的外觀品質(zhì)；但王新其等[43]、陳書強(qiáng)等[44]指出，后期增施穗肥會顯著提升雜交粳稻的堊白粒率、堊白度且降低透明度，不利于稻米外觀品質(zhì)的改善。

楊澤敏等[45]發(fā)現(xiàn)，前期重施基肥符合早稻生育期短、灌漿快的特點(diǎn)，能使其快速吸收并充分利用氮素營養(yǎng)，改善稻米外觀品質(zhì)；而前氮后移、重施穗肥符合晚稻生育期長、灌漿緩慢的特點(diǎn)，在生育后期確保籽粒有充足的氮素營養(yǎng)，有利于優(yōu)質(zhì)米的形成。而宋永斌等[46]、何虎等[47]一致認(rèn)為，氮肥運(yùn)籌對堊白度、堊白率和粒型影響不大，沒有發(fā)生等級差異。陳光莉等[48]則認(rèn)為，從稻米外觀品質(zhì)角度分析，相同品種在不同氮肥模式條件下，各處理間稻米堊白率和堊白度無差異，且粒長、粒寬、透明度差異不顯著；但從相同氮肥模式下不同品種的表現(xiàn)來看，宜香優(yōu)2115 和豐優(yōu)香占的外觀品質(zhì)差異較大，其原因可能是稻米外觀品質(zhì)由品種本身遺傳特性決定所致。

前人有關(guān)氮肥對稻米外觀品質(zhì)影響的結(jié)果不同，主要是因?yàn)槠贩N類型不同，如秈、粳稻對氮肥響應(yīng)不一。此外，同一類型、不同品種的外觀品質(zhì)特性對增施相同的氮肥水平產(chǎn)生的反應(yīng)也不一樣[49]。另外是由于各試驗(yàn)所處生態(tài)區(qū)的溫光條件不同。因?yàn)閳装锥群蛨装茁蕦Τ樗肫谥蟮臏囟让舾?。溫度過高會加速谷粒灌漿，發(fā)育過早，體內(nèi)物質(zhì)分配不均勻，堊白增加，透明度降低；溫度過低則易導(dǎo)致胚乳細(xì)胞和組織充實(shí)不良，淀粉體生長發(fā)育受阻，籽粒內(nèi)部間隙增大、排列疏松，且外觀異常[50，51]。也有學(xué)者認(rèn)為，大米的堊白面積和堊白率與溫光環(huán)境關(guān)系并不密切，因?yàn)橛绊懙久淄庥^品質(zhì)的因素較復(fù)雜，可能是多因素互作所致[52]。

1.3 氮肥對稻米蒸煮食味品質(zhì)的影響

1.3.1 氮肥用量對蒸煮食味品質(zhì)的影響

稻米的蒸煮食用品質(zhì)主要取決于米的味道、口感及外觀3 個方面，其中氮肥主要影響稻米的直鏈淀粉含量、膠稠度、糊化溫度及RVA 譜特征值等[14]。研究表明，粘度高、膠稠度大、糊化溫度低的稻米，其蒸煮食味品質(zhì)更好[53]。有較多的研究認(rèn)為增施氮肥不利于蒸煮食味品質(zhì)的提升[54，55]。如侯紅燕等[56]研究表明，在濱海鹽堿地帶，增施氮肥會延遲常規(guī)粳稻生育進(jìn)程，降低稻米膠稠度和米飯粘度，增加米飯硬度。同時隨著不施氮到高氮處理下的施氮量的梯度遞進(jìn)，食味值由72 分降低到67 分。因此增施氮肥一定程度上使稻米食味品質(zhì)變劣。黎雨薇[57]、李世峰等[58]研究結(jié)果也表明，隨氮肥用量的增加，各品種類型稻米食味值顯著下降，且米飯粘度也呈下降趨勢。

姜元華等[59]、嚴(yán)凱等[60]對南粳9108 和南粳5055 進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)增施氮肥會顯著降低米飯的適口性、光澤、味道和香氣，導(dǎo)致蒸煮食味品質(zhì)變劣。其中嚴(yán)凱等發(fā)現(xiàn)施氮水平下南粳9108 食味值均較高，可能由于濱海鹽堿土壤曾長期受海潮侵襲，鎂元素含量較高，而鎂對稻米蒸煮食味品質(zhì)有重要影響[61]。高輝等[62]也發(fā)現(xiàn)，施氮量在0～300 kg/hm2時，3 個常規(guī)粳稻品種的膠稠度和直鏈淀粉含量均隨著氮肥用量的增加而降低，從而影響了其食味值。這可能與增施氮肥顯著增加其穎花量，導(dǎo)致部分籽粒灌漿不充分有關(guān)。此外，楊世佳[63]研究發(fā)現(xiàn)，對于直鏈淀粉含量偏低的品種在齊穗期對其葉面噴施尿素溶液能相對提高稻米直鏈淀粉含量1%～2%，從而改善稻米食味品質(zhì)。綜上所述，在氮素施用上應(yīng)因地制宜、對癥下藥，盡量適當(dāng)或少施氮肥，特別是后期盡量避免使用氮肥，防止氮肥用量過多造成稻米食味品質(zhì)下降。

1.3.2 氮肥運(yùn)籌對蒸煮食味品質(zhì)的影響

目前，就氮肥運(yùn)籌與稻米品質(zhì)的關(guān)系的研究結(jié)果也不一致。石呂等[64]研究發(fā)現(xiàn)，前氮后移導(dǎo)致稻米膠稠度變短，食味值和直鏈淀粉含量顯著降低，同時其RVA 特征值也表現(xiàn)類似，最高黏度、熱漿黏度、崩解值和最終黏度等特征值均隨氮肥施用水平的增加而下降，回復(fù)值和消減值則顯著升高，稻米蒸煮食味品質(zhì)下降，且后期增氮對秈稻蒸煮食味品質(zhì)的影響更明顯。原因在于秈稻有較高含量的谷蛋白和醇溶蛋白，其對食味值負(fù)作用最大。但劇成欣等[65]研究表明，與農(nóng)民常規(guī)施肥(全施基肥)相比，氮肥后移能顯著提高粳稻的膠稠度，降低糊化溫度，改善稻米蒸煮食味品質(zhì)。沈淳等[66]研究則認(rèn)為，合理的氮肥運(yùn)籌可有效降低稻米直鏈淀粉含量，蒸煮后的米飯保留香味、適口性以及較好的粘性和光澤度。當(dāng)基蘗肥∶穗肥為8∶2 時，水稻更易獲得優(yōu)質(zhì)與高產(chǎn)。而王瑛皎等[67]研究認(rèn)為，不同氮肥運(yùn)籌模式對稻米外觀品質(zhì)和蒸煮食味品質(zhì)的影響均不明顯。曹先梅[68]研究指出，氮肥后移顯著影響稻米蒸煮品質(zhì)，隨后期氮肥比例的增加，稻米直鏈淀粉含量增加，支鏈淀粉分支度降低，結(jié)晶度下降，膠稠度顯著下降。

不同研究者的結(jié)果不一致，可能與供試品種控制淀粉特性的基因型不同以及試驗(yàn)條件不同有關(guān)。另外，國外研究[69]也認(rèn)為，氮肥對稻米食味品質(zhì)的影響與品種基因有關(guān)，對直鏈淀粉含量較低的品種來說，前氮后移能提高其直鏈淀粉含量0.5%左右，而對直鏈淀粉含量較高的品種，前氮后移會降低其直鏈淀粉含量1%左右。

1.4 氮肥對稻米營養(yǎng)品質(zhì)的影響

1.4.1 氮肥用量對營養(yǎng)品質(zhì)的影響

稻米的營養(yǎng)品質(zhì)指籽粒中營養(yǎng)成分的含量，主要是蛋白質(zhì)和氨基酸，其中稻米蛋白質(zhì)作為人類蛋白質(zhì)的重要來源，是衡量稻米營養(yǎng)品質(zhì)最主要的指標(biāo)，因此稻米蛋白質(zhì)含量越高，其營養(yǎng)品質(zhì)越高[70]。但有研究表明，稻米蛋白質(zhì)含量超過8%時，會導(dǎo)致稻米色澤較暗、食味欠佳[71]。

關(guān)于施氮量對蛋白質(zhì)含量的影響，國內(nèi)外研究均一致認(rèn)為籽粒中蛋白質(zhì)含量與氮肥用量呈顯著正相關(guān)趨勢[72，73]。張力群[74]研究表明，不同品種的稻米蛋白質(zhì)含量隨施氮量的增加而上升，但各品種間蛋白質(zhì)含量不同，以晶兩優(yōu)華占稻米蛋白質(zhì)含量最大；增施氮肥會提高植株碳氮同化能力，促進(jìn)各營養(yǎng)器官中的同化物質(zhì)向籽粒運(yùn)輸，激發(fā)籽粒中淀粉合成有關(guān)酶和氮素同化酶的活性，增加蛋白質(zhì)的合成[75]。楊澤敏[76]則認(rèn)為，氮肥用量的增加使常規(guī)稻和雜交稻稻米蛋白質(zhì)含量均增加，但晚稻效果大于早稻，主要因?yàn)橥砑镜旧陂L、發(fā)育緩慢，且氮素利用效率較高。盧浩宇[77]針對紫米稻品種的研究指出，稻米蛋白質(zhì)含量隨施氮量增加而增加，且配施有機(jī)肥效果更佳。朱永波等[37]認(rèn)為，在營養(yǎng)品質(zhì)方面，高氮通過提高籽粒中粗蛋白含量和4 種蛋白組分的含量來提高稻米營養(yǎng)品質(zhì)，而其中醇溶蛋白不能為腸胃所吸收同時也會降低稻米食味，因此降低稻米醇溶蛋白百分比有利于提高稻米的口感[78]。但氮肥處理如何調(diào)節(jié)蛋白組分的結(jié)構(gòu)，及其與稻米營養(yǎng)品質(zhì)和食味品質(zhì)間的相關(guān)性還需深入研究。

1.4.2 氮肥運(yùn)籌對營養(yǎng)品質(zhì)的影響

就氮肥運(yùn)籌對蛋白質(zhì)含量的影響，學(xué)者們均認(rèn)為稻米中蛋白質(zhì)含量隨施氮時期的后移而提高[79－81]。潘圣剛等[42]認(rèn)為，與前期重施基肥相比，后期增施穗肥能顯著提高蛋白質(zhì)含量。何虎等[47]研究也指出，在水稻生長后期增施穗肥可促進(jìn)稻米中蛋白質(zhì)含量的提高，其原因有可能是因?yàn)楹笃谧肥┑士商岣咦蚜Ｐ纬蓵r期的葉片含氮量和光合作用，提高了水稻生育后期功能葉蛋白水解酶活性，使蛋白質(zhì)降解更徹底，增加后期被吸收的氮素向籽粒的運(yùn)轉(zhuǎn)量[82－84]。

2 問題及展望

目前關(guān)于氮肥施用對稻米品質(zhì)的影響已有較多研究，相關(guān)栽培技術(shù)已應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，但還存在很多問題:(1)由于稻米品質(zhì)受遺傳基因影響，因此不同品種類型水稻的氮素吸收特性不同，所以氮肥對不同水稻品種稻米品質(zhì)的影響不同[48，85，86]。如施氮量的增加顯著提高粳稻類型的堊白度和堊白粒率，但降低了秈稻類型的堊白度[38]；前氮后移顯著降低稻米的蒸煮食味品質(zhì)，且這種施氮模式對秈稻的影響更突出[64]；郭濤等關(guān)于施氮量對稻米淀粉RVA 譜特性的影響研究發(fā)現(xiàn)，圣稻2602 在低氮條件下的RVA 譜特征值最優(yōu)，崩解值最大，消減值最小[87]，而香稻1601 在中氮條件下的RVA 譜特征值最優(yōu)[88]。(2)氮肥對水稻品質(zhì)影響具有明顯的地域性。不同地區(qū)的溫光和土壤肥力對稻米品質(zhì)影響不同[59－61]，不同生態(tài)地域施用氮肥對稻米品質(zhì)影響不同，如增施氮肥提高了射洪生態(tài)點(diǎn)的稻米堊白度和堊白粒率，但顯著降低了溫江生態(tài)點(diǎn)的稻米堊白度[33]。(3)氮肥對稻米品質(zhì)各指標(biāo)間的影響較復(fù)雜。孫云飛等[89]指出，適當(dāng)增施氮肥能顯著提高稻米碾磨品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)，但會導(dǎo)致稻米的蒸煮食味品質(zhì)變差。朱永波等[37]研究發(fā)現(xiàn)，稻米的加工品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)隨氮肥用量增加而提高，但稻米外觀品質(zhì)降低。石呂等[64]、陳夢云等[24]研究也表明，在整個生育期總施氮量不變的情況下增加穗肥比例能提高稻米整精米率，顯著提高稻米的加工和營養(yǎng)品質(zhì)，但不利于稻米的蒸煮食味及外觀品質(zhì)。許軻等[15]研究表明，增施穗肥可顯著提高粳稻的加工品質(zhì)及蒸煮食味品質(zhì)，但對其RVA 譜特征值的各項(xiàng)指標(biāo)有不利影響。

針對以上問題，未來應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)以下幾個方面的研究:(1)針對不同類型水稻品種，由于氮肥施用對稻米品質(zhì)的作用表現(xiàn)不同，其栽培措施也應(yīng)相應(yīng)調(diào)整；根據(jù)不同氮響應(yīng)的品種提出相對合理的氮肥用量和運(yùn)籌方式，值得深入研究與推廣。(2)有關(guān)氮對稻米品質(zhì)的影響研究應(yīng)因地制宜，應(yīng)針對稻田土壤培肥和農(nóng)作制度發(fā)展存在的問題，合理利用并結(jié)合土地本身肥力資源構(gòu)建適宜的氮肥管理模式。(3)氮肥對稻米品質(zhì)影響會導(dǎo)致各指標(biāo)間存在負(fù)效應(yīng)，如何合理運(yùn)用氮肥協(xié)調(diào)各指標(biāo)之間的關(guān)系，需進(jìn)一步探討。