施氮量和栽插密度對桂育11號產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的影響

吳子帥, 李虎, 黃秋要, 陳傳華, 羅群昌,周新明, 吳佳桔, 劉廣林*

(1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所, 廣西水稻遺傳育種重點實驗室, 南寧 530007; 2.百色市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所, 廣西 百色 533000; 3.崇左市農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護站, 廣西 崇左 532200; 4.南丹縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局, 廣西 南丹 547200)

水稻是我國重要的糧食作物之一，保障其高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)對我國糧食安全至關(guān)重要[1]。氮素作為影響水稻生長發(fā)育和產(chǎn)量最敏感的因素，對全球水稻產(chǎn)量的增長發(fā)揮了重要作用[2]；同時氮素也影響稻米品質(zhì)[3]。然而過量施用氮肥，不僅增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，還會導(dǎo)致環(huán)境污染、病蟲害加劇等一系列問題[4]。栽插密度是調(diào)節(jié)水稻群體結(jié)構(gòu)、提高產(chǎn)量、降低成本的一種有效方式。合理的栽插密度能有效調(diào)控水稻各器官間的營養(yǎng)分配，從而提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)[5]。馮洋等[6]研究表明，適當(dāng)增施氮肥有利于提高產(chǎn)量，但過量施氮不利于營養(yǎng)器官中碳水化合物的形成和氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運導(dǎo)致產(chǎn)量降低。張自常等[7]研究發(fā)現(xiàn)，稻米的整精米率和蛋白質(zhì)含量隨施氮量提高而增加，而堊白和直鏈淀粉含量對施氮量的響應(yīng)無明顯規(guī)律[7]。徐春梅等[8]研究認為，一定范圍內(nèi)提高栽插密度能增加田間基本苗數(shù)；但高密度群體下，水稻的分蘗力受抑制，成穗率較低，有效穗數(shù)也不與栽插密度呈顯著正相關(guān)。蘭艷等[9]研究指出，施氮量和栽插密度對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素有顯著影響，在施氮量<225 kg·hm-2時，隨著施氮量的增加，稻米的加工品質(zhì)、堊白率和蛋白質(zhì)含量增加，堊白度和食味品質(zhì)降低；而提高栽插密度則不利于稻米品質(zhì)。嚴(yán)凱等[10]認為,增施氮肥在提高稻米加工品質(zhì)的同時，降低了外觀品質(zhì)和蒸煮食味品質(zhì)；低氮條件下，產(chǎn)量和栽插密度呈正相關(guān)，高氮條件下，產(chǎn)量和栽插密度呈負相關(guān)。

桂育11號是由本研究室選育、于2018年通過廣西農(nóng)作物品種審定委員會審定的秈型優(yōu)質(zhì)常規(guī)水稻品種，產(chǎn)量較高，米質(zhì)達部標(biāo)優(yōu)質(zhì)一等[11]。目前已在廣西大面積推廣種植，2019年該品種在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部舉辦的第二屆全國優(yōu)質(zhì)稻品種食味品質(zhì)鑒評中榮獲秈稻組金獎[12]。研究施氮量和栽插密度對桂育11號產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，對建立桂育11號科學(xué)的氮肥運籌和合理的群體結(jié)構(gòu)具有重要指導(dǎo)意義。因此，本研究以桂育11號為試驗材料，設(shè)置4種施氮量和3種栽插密度，分析施氮量和栽插密度對桂育11號產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的影響，為科學(xué)制定桂育11號高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)提供理論依據(jù)，為該品種的大面積推廣提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以桂育11號為供試材料。桂育11號為廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所以黃華占和力源占2號為親本選育的秈型優(yōu)質(zhì)常規(guī)稻品種。供試氮、磷、鉀肥分別為尿素(總N含量以46.2 %計，四川天華股份有限公司生產(chǎn))、過磷酸鈣(有效P含量以16.0% 計，云南金星化工有限公司生產(chǎn))和氯化鉀(K2O含量以60.0%計，中化化肥有限公司生產(chǎn))。

1.2 試驗區(qū)概況

試驗于2019年在廣西百色市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗基地(E 106.99°，N 23.69°)進行，海拔105 m，屬低緯度亞熱帶季風(fēng)氣候，光量充沛、雨熱同季、冬短夏長，年均氣溫22.5 ℃，降雨量1 095 mm，日照時數(shù)1 823 h，無霜期357 d。試驗地土壤為砂質(zhì)黏土，多年來一直種植水稻，基本理化性質(zhì)為：pH 6.6，水解性氮89.3 mg·kg-1，速效磷88.5 mg·kg-1，速效鉀209.0 mg·kg-1，有機質(zhì)27.6 g·kg-1。

1.3 試驗設(shè)計

采用裂區(qū)設(shè)計，以施氮量為主區(qū)，設(shè)純氮施用量分別為0(N1)、75(N2)、150(N3)、225(N4) kg·hm-2，按基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶3∶2的比例分3次施入；栽插密度為裂區(qū)，設(shè)栽插密度分別為27(D1)、30(D2)和33(D3)萬蔸·hm-2三個栽插密度，每蔸栽插2苗。試驗共12個處理，每處理3次重復(fù)，共36個小區(qū)，每小區(qū)長5.3 m，寬3.8 m。采用隨機區(qū)組排列，小區(qū)間設(shè)保護行6行。各處理磷肥施用量均為P2O567.5 kg·hm-2，全部作基肥；鉀肥施用量為K2O 157.5 kg·hm-2，按基肥∶穗肥=6∶4的比例分2次施入。小區(qū)四周以塑鋼瓦隔擋并覆蓋塑料薄膜以防肥水滲漏，小區(qū)間留30 cm溝，單排單灌。采用秧畦育秧，移栽時按設(shè)置的密度人工插秧。水分、病蟲防治等田間管理按常規(guī)方法進行。

1.4 測定項目及方法

產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定：于成熟期每處理選取10株植株，調(diào)查有效穗數(shù)，并根據(jù)栽插密度折算成每公頃有效穗數(shù)；取3株進行考種，調(diào)查穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重；以實際收割計小區(qū)產(chǎn)量，并折算成每公頃產(chǎn)量。

稻米品質(zhì)測定：糙米率和整精米率分別用TP-JLG-2018礱谷機(浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司)和Kett檢驗用小型精米機(日本株式會社科學(xué)研究所)測定；粒長、粒寬、長寬比、堊白度和堊白粒率采用 SC-E型大米外觀品質(zhì)檢測分析儀系統(tǒng)(杭州萬深檢測科技有限公司)測定；蛋白質(zhì)含量采用凱氏定氮法測定(委托廣西華測檢測認證有限公司完成)。

1.5 統(tǒng)計分析

采用Excel 2010進行試驗數(shù)據(jù)的整理、作圖，以DPS v9.01進行統(tǒng)計分析，采用LSD 法進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量和栽插密度對桂育11號產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

施氮量和栽插密度對桂育11號產(chǎn)量及其構(gòu)成因素具有顯著影響(表1)。其中，施氮量對有效穗數(shù)、千粒重、產(chǎn)量有極顯著影響，對每穗粒數(shù)和結(jié)實率影響不顯著；栽插密度對有效穗數(shù)和產(chǎn)量有極顯著的影響，對每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重的影響不顯著；施氮量和栽插密度存在互作，氮密互作對結(jié)實率有顯著影響，對其他產(chǎn)量性狀影響不顯著。

對不同施氮量處理的產(chǎn)量及構(gòu)成因素進行比較，結(jié)果表明(圖1)，施用氮肥后，桂育11號的有效穗數(shù)和千粒重顯著高于無氮處理；施氮處理間(N2、N3和N4)，桂育11號的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重均無顯著差異。桂育11號不同處理下的產(chǎn)量排名為：N3>N4>N2>N1，即隨著施氮量的增加，桂育11號的產(chǎn)量呈現(xiàn)先升后降的趨勢，N3和N4處理的產(chǎn)量無顯著差異，但均顯著高于N1和 N2處理。以上結(jié)果表明，相較于無氮處理，施氮主要影響桂育11號的有效穗數(shù)和千粒重，進而影響產(chǎn)量，桂育11號在N3處理的穗粒數(shù)、結(jié)實率和產(chǎn)量最高。

對不同栽插密度處理的產(chǎn)量及構(gòu)成因素進行比較，結(jié)果表明(圖2)，桂育11號在不同栽插密度下的穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重差異均不顯著；D2和D3處理的有效穗數(shù)和產(chǎn)量較高，且兩者間差異不顯著，但均顯著高于D1處理。以上結(jié)果表明，桂育11號在D2處理的有效穗數(shù)和產(chǎn)量最高，適當(dāng)?shù)脑黾釉圆迕芏饶芴岣吖鹩?1號的有效穗數(shù)和產(chǎn)量，但繼續(xù)增加密度并沒有使得有效穗數(shù)和產(chǎn)量顯著提高，反而有降低趨勢。

結(jié)合施氮量和栽插密度(表1)，N3D2處理的產(chǎn)量最高，其次為N3D3、N4D2和N4D3處理，彼此間差異不顯著； N4D2處理的有效穗數(shù)最高，其次為N3D2、N2D2、N3D3和N2D3處理，且處理間差異不顯著；N4D3處理的結(jié)實率最高，其次為N3D2、N3D1、N2D1和N2D2處理，且處理間差異不顯著；N2D2處理的千粒重最高，顯著高于N1D2和N1D1處理；穗粒數(shù)在不同處理間均無顯著差異。由此表明，產(chǎn)量構(gòu)成因素在各氮密互作下的高低排序各不相同，單一指標(biāo)較高并不能保證產(chǎn)量，而N3D2處理各產(chǎn)量構(gòu)成因素的表現(xiàn)與最高值均無顯著差異，即桂育11號在N3D2處理下綜合表現(xiàn)較好，因此產(chǎn)量最高。

表1 氮密互作效應(yīng)下桂育11號產(chǎn)量及構(gòu)成因素Table 1 Yield and yield components in Guiyu 11 under nitrogen-density interaction

2.2 施氮量和栽插密度對桂育11號稻米品質(zhì)的影響

施氮量和栽插密度對桂育11號品質(zhì)具有顯著影響(表2)。其中，施氮量對整精米率、堊白粒率、堊白度和蛋白質(zhì)含量影響極顯著，對糙米率影響顯著；栽插密度對糙米率和堊白度影響極顯著，對整精米率影響顯著；氮密互作對堊白粒率和堊白度影響顯著。

對不同施氮量處理的稻米品質(zhì)進行比較，結(jié)果表明(表3)，隨著施氮量的增加，桂育11號的糙米率呈先升后降的趨勢；相較于無氮處理，三個施氮處理的整精米率均顯著提高；粒長、粒寬和長寬比在不同施氮量處理間差異均不顯著；N3和N4處理的堊白粒率和堊白度均顯著低于N1和N2處理；蛋白質(zhì)含量隨著施氮量的增加而顯著上升。以上結(jié)果表明，桂育11號在N3或N4施氮量下的蛋白質(zhì)含量、糙米率和整精米率較高，堊白粒率和堊白度較低，即施氮量為150～225 kg·hm-2時，桂育11號的加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)均較優(yōu)。

表3 不同施氮量下桂育11號的稻米品質(zhì)Table 3 Rice quality in Guiyu 11 under different nitrogen application rate and planting density

注：不同小寫字母分別表示不同處理間差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different lowercase letters indicate significant differences between treatments at P<0.05 level.圖1 不同施氮量下桂育11號的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Fig.1 Yield and yield components in Guiyu 11 under different nitrogen application rate

注：不同小寫字母分別表示不同處理間差異在P<0.05水平具有顯著性。Note: Different lowercase letters indicate significant differences between treatments at P<0.05 level.圖2 不同栽插密度下桂育11號的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Fig.2 Yield and yield components in Guiyu 11 under different planting density

對不同栽插密度處理的品質(zhì)進行比較，結(jié)果表明(表4)，D1和D2處理的糙米率顯著高于D3處理，而堊白度顯著低于D3處理；不同密度處理的粒長、粒寬、長寬比、堊白粒率和蛋白質(zhì)含量均無顯著差異。以上結(jié)果表明，桂育11號在D1或 D2栽插密度的糙米率和整精米率較高，而堊白度較低。即在這兩個栽插密度下，桂育11號的加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)較優(yōu)。

表4 不同栽插密度下桂育11號的稻米品質(zhì)Table 4 Rice quality in Guiyu 11 under different planting density

結(jié)合施氮量和栽插密度(表2)，各處理的粒長、粒寬和長寬比均無顯著差異；N3D1處理的糙米率最高，其次為N2D2、N3D2、N4D2和N2D1處理，且處理間差異均不顯著；N4D1整精米率最高，顯著高于N1D2和N1D3處理；N4D2處理的堊白粒率最低，其次為N1D1、N4D1、N3D3、N3D1、N3D2和N4D3處理，且處理間差異均不顯著；N4D1處理的堊白度最低，N4D2、N3D2、N3D1和N3D3處理與其差異不顯著；N4D2處理的蛋白質(zhì)含量最高，N4D1、N3D1、N4D3和N3D2與之差異不顯著。綜上所述，N3D1、N3D2和N4D2處理的稻米品質(zhì)各指標(biāo)表現(xiàn)較好。即在這三個互作下，桂育11號的外觀品質(zhì)、加工品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)均較優(yōu)。

表2 氮密互作效應(yīng)下桂育11號的稻米品質(zhì)Table 2 Rice quality in Guiyu 11 under nitrogen-density interaction

3 討論

3.1 施氮量、栽插密度影響桂育11號產(chǎn)量構(gòu)成

科學(xué)的氮肥運籌和適宜的栽插密度是保證水稻高產(chǎn)的兩個重要栽培措施。適宜的氮肥施用量和栽插密度有利于水稻干物質(zhì)的生成、積累和轉(zhuǎn)運，從而提高水稻產(chǎn)量[13]。在一定范圍內(nèi)增施氮肥可以有效促進枝梗與穎花分化，增加粒重，提高產(chǎn)量[3]；但過多的施用氮肥，易造成水稻植株貪青徒長，無效分蘗和低效分蘗增多，導(dǎo)致田間有效穗數(shù)下降，影響產(chǎn)量[9]。施氮量對水稻有效穗數(shù)的影響較大，對穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重的影響因品種而略有差異[14]。劉廣林等[15]研究表明，桂育11號是氮高效型品種，在施氮112.5、150和187.5 kg·hm-2時，其產(chǎn)量和構(gòu)成因素?zé)o顯著差異。本研究表明，隨著施氮量的增加，桂育11號產(chǎn)量先顯著增加后略有下降，即施氮量為150 kg·hm-2時產(chǎn)量最高；75、150、225 kg·hm-2三個施氮量處理對產(chǎn)量各構(gòu)成因素影響不顯著；與無氮處理相比，施氮顯著增加了桂育11號的有效穗數(shù)和千粒重，與前人研究結(jié)果基本一致。

增加栽插密度能有效增加田間基本苗數(shù)，但過高的栽插密度會導(dǎo)致植株生長空間減小，葉片重疊增多，成穗率降低。本研究結(jié)果表明，桂育11號的有效穗數(shù)隨著栽插密度的增加呈先升后降的拋物線趨勢，即有效穗數(shù)不會隨著栽插密度的增加而持續(xù)上升；栽插密度對穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重的影響較小，在中等栽插密度下(30萬蔸·hm-2)，桂育11號的有效穗數(shù)和產(chǎn)量最高，與徐春梅等[8]研究結(jié)果相一致。

施氮量和栽插密度的交互作用也會對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素產(chǎn)生影響，因此，僅靠單一指標(biāo)不能保證高產(chǎn)，只有協(xié)調(diào)好各產(chǎn)量構(gòu)成因素之間的平衡，才能實現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)[16]。鄧中華等[17]研究表明，施氮量和栽插密度對有效穗數(shù)的影響較大。氮肥通過影響分蘗而影響有效穗數(shù)；栽插密度通過影響基本苗數(shù)而影響有效穗數(shù)。有效穗數(shù)的增加又制約著實粒數(shù)和結(jié)實率。密度較低時，由于基本苗較少，增施氮肥對有效穗數(shù)的提升空間有限，因此產(chǎn)量增加有限；高密度下，由于群體空間有限，增施氮肥雖可提高有效穗數(shù)，但會加劇植株個體間的競爭，影響光合效率。本研究結(jié)果與前人研究結(jié)果相一致，產(chǎn)量是其構(gòu)成因素共同作用的結(jié)果，單一指標(biāo)較高并不能保證高產(chǎn)，桂育11號在N3D2處理下各產(chǎn)量構(gòu)成因素均表現(xiàn)較好，因此，在該互作下其產(chǎn)量最高。

3.2 施氮量、栽插密度改善桂育11號稻米品質(zhì)

稻米品質(zhì)主要受遺傳因素控制，但同時又受栽培措施的影響[18]。徐春梅等[8]研究表明，在一定范圍內(nèi)增加施氮量可提高稻米的糙米率和整精米率，但施氮量超150 kg·hm-2時反而降低糙米率和整精米率。成臣等[19]研究表明，過高的施氮量不利于加工品質(zhì)。本研究結(jié)果表明，施氮量對桂育11號的糙米率和整精米率有顯著影響；施氮量過高，糙米率出現(xiàn)下降趨勢，與前人研究結(jié)果基本一致。關(guān)于施氮量對堊白性狀的影響，前人研究結(jié)果不盡相同，有研究認為施氮量與堊白呈負相關(guān)[20]，也有研究指出施氮量與堊白呈正相關(guān)[9,21]。本研究結(jié)果表明，桂育11號的堊白粒率和堊白度隨著施氮量的增加呈下降趨勢，這可能是由于不同品種的堊白度、堊白粒率對氮肥的響應(yīng)存在差異。目前大量研究表明，隨著施氮量的增加稻米蛋白質(zhì)含量增加，食味品質(zhì)降低[22-23]。即高施氮量雖有利于稻米的營養(yǎng)品質(zhì)，卻對稻米的食味品質(zhì)造成影響。本研究結(jié)果表明，桂育11號稻米的蛋白質(zhì)含量隨施氮量的增加而顯著上升，與前人研究結(jié)果一致。因此，綜合稻米的營養(yǎng)品質(zhì)和食味品質(zhì)，本研究推測施氮150 kg·hm-2時桂育11號的稻米品質(zhì)優(yōu)于施氮225 kg·hm-2時。

栽插密度對稻米品質(zhì)的影響因品種類型、氣候條件、試驗設(shè)計等原因，前人研究結(jié)果不盡相同。蘭辰宇等[23]研究表明，提高栽插密度能明顯改善稻米的加工品質(zhì)，但不利于外觀品質(zhì)。徐春梅等[8]研究表明，糙米率隨著栽插密度增加先升后降，整精米率和堊白度隨著栽插密度增加而上升。本研究結(jié)果表明，栽插密度對桂育11號的糙米率、整精米率和堊白度有顯著影響，隨著栽插密度的增加，糙米率呈先升后降的趨勢，整精米率呈下降趨勢，而堊白度呈上升趨勢。

前人關(guān)于施氮量和栽插密度交互作用對稻米品質(zhì)影響的研究較少。本研究認為，稻米品質(zhì)各指標(biāo)在不同的氮密互作下高低排序各不相同，某一氮密互作下單一指標(biāo)較高并不能保證該互作下其他品質(zhì)性狀也較好。因此，評價某一互作下的稻米品質(zhì)應(yīng)對加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)和食味品質(zhì)進行綜合分析。本研究結(jié)果表明，N3D1、N3D2和N4D2三個互作下，桂育11號的外觀品質(zhì)、加工品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)均較優(yōu)，但本研究未對各互作下的食味品質(zhì)進行分析，有待后續(xù)研究中進一步驗證。此外，本研究缺乏對氮肥施入后水稻體內(nèi)的氮代謝及酶變化研究，因此，后續(xù)會開展全面的研究對其進行深入分析。