施氮量和密度對鹽堿灘涂水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

董士琦 葛佳琳 韋還和 陳英龍 侯紅燕 董曉亮張茂林 戴其根,*

(1 揚州大學水稻產(chǎn)業(yè)工程技術研究院/江蘇省作物栽培生理重點實驗室/江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 揚州 225009；2 東營市一邦農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司，山東 東營 257000)

當前，我國面臨糧食需求持續(xù)增長、耕地面積不斷減少、淡水資源日益稀缺等多重挑戰(zhàn)，“人、地、糧”矛盾依舊突出。我國有234萬公頃鹽堿灘涂和1億公頃內(nèi)陸鹽堿地，其中江蘇省鹽堿灘涂總面積達65萬公頃，占全國鹽堿灘涂面積近1/4[1-2]，是江蘇省最重要的后備耕地資源，綜合利用潛力巨大[3]。

水稻(OryzasativaL.)常作為鹽土改良的先鋒作物。鹽堿地種植水稻可以增加糧食產(chǎn)量，以及改良鹽堿地，保障我國的糧食安全，目前我國各地的鹽堿灘涂和內(nèi)陸鹽堿地均在推廣種植水稻[4]?？茖W合理的施氮量與移栽密度是獲取水稻高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)的重要栽培措施[5-6]。各稻作區(qū)結(jié)合本區(qū)生態(tài)條件，明確了不同種植方式、不同品種類型適宜的施氮量與移栽密度[7-9]。如朱鎮(zhèn)等[10]研究表明，南粳9108在江蘇蘇中地區(qū)適宜的氮肥施用量為262.5～300 kg·hm-2，并在栽插密度為28.1萬穴·hm-2時易取得較高產(chǎn)量；胥益鋒等[11]認為遲熟中粳型水稻淮稻5號基本苗達30萬穴·hm-2時產(chǎn)量達到最高，可作為江蘇中北部地區(qū)高產(chǎn)高效栽培的關鍵技術；吳子帥等[12]認為在常規(guī)田塊上，施氮量為150 kg·hm-2，栽插密度為30萬蔸·hm-2時，稻米品質(zhì)最佳。

目前有關不同生態(tài)區(qū)水稻適宜施氮量與移栽密度的研究多在非鹽脅迫下進行。而鹽堿地地力普遍較低，水稻生長期間易受鹽脅迫，關于在鹽堿灘涂上種植水稻時，適宜施氮量與移栽密度的調(diào)整優(yōu)化配置仍缺乏系統(tǒng)報道。為此，本試驗以淮稻5號為材料，在鹽堿灘涂上通過設置不同的氮肥施用量和移栽密度，研究其在鹽脅迫下對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期為鹽堿灘涂水稻的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與地點

供試材料為遲熟中粳型水稻品種淮稻5號，為江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)科所育成品種。試驗于2019年在江蘇省鹽城市射陽縣射陽金海島經(jīng)濟開發(fā)有限公司進行，試驗地為典型的濱海鹽堿地。該地位于蘇北沿海中部，是北亞熱帶和暖溫帶的過渡地帶，屬季風氣候區(qū)，年均溫15℃，年日照時數(shù)1 889 h， 年降水量842.8 mm。試驗田前茬小麥，土壤為沙壤土，耕作層電導率為2.5～3.5 mS·cm-1(含鹽量3‰左右)，pH值8.0～8.5，堿解氮71.3 mg·kg-1，速效磷21.1 mg·kg-1，速效鉀85 mg·kg-1，有機質(zhì)2.8 g·kg-1。

1.2 試驗設計

試驗采用裂區(qū)設計，以施氮量為主區(qū)，移栽密度為裂區(qū)，施氮量共設6個處理，N0(0 kg·hm-2)、N210(210 kg·hm-2)、N255(255 kg·hm-2)、N300(300 kg·hm-2)、 N345(345 kg·hm-2)和N390(390 kg·hm-2)； 移栽密度設置2個水平，33.4 萬穴·hm-2(12 cm×25 cm, D1)和27.8 萬穴·hm-2(12 cm×30 cm, D2)，各小區(qū)25 m2， 3次重復。氮肥按基肥∶返青肥∶分蘗肥∶穗肥=3∶1.5∶2∶3.5施用。每個小區(qū)施用600 kg·hm-2過磷酸鈣作為基肥。5月15日播種，6月19日移栽，人工移栽，每穴4苗。苗期保水保肥，其他栽培管理措施同當?shù)卮筇锷a(chǎn)。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構成 成熟期每個小區(qū)收割 100 穴測定實際產(chǎn)量。收獲前，每個小區(qū)選擇3個代表性觀測點，連續(xù)測50穴，依據(jù)所查得平均穗數(shù)，各小區(qū)取5穴稻穗裝入塑料網(wǎng)袋中，經(jīng)自然風干后進行脫粒并去除雜質(zhì)(保留空癟粒)，調(diào)查每穗粒數(shù)和結(jié)實率；隨機選取1 000粒干種樣本(除去空癟粒)稱重，重復3次(誤差0.05 g以內(nèi))，求得千粒重。

1.3.2 稻米品質(zhì) 成熟期適期收獲的稻谷，經(jīng)自然風干至標準水分后貯藏3個月。待其理化性質(zhì)穩(wěn)定后，每個處理稱取3份120 g樣本，參照《GB/T 17891-2017優(yōu)質(zhì)稻谷》[13]測定加工、外觀、營養(yǎng)、蒸煮食味品質(zhì)等相關品質(zhì)指標。

1.3.3 稻米蛋白質(zhì)含量的測定 蛋白組分含量測定采用楊靜等[14]的連續(xù)提取法，對不同組分進行分離提取，然后采用考馬斯亮藍法[15]依次對清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量進行測定。

1.3.4 淀粉RVA譜特征測定 采用澳大利亞Newport Scientific儀器公司的SUPER3型RVA(rapid viscosity analyzer)快速測定，用TWC(thermal cycle for windows)配套軟件分析數(shù)據(jù)。

1.3.5 淀粉熱力學性質(zhì)的測定 采用差示掃描量熱分析法(differential scanning calorimetry，DSC)測定試樣淀粉的熱力學特性。

1.4 數(shù)據(jù)計算和統(tǒng)計分析

用Microsoft Excel 2003和DPS v9.50統(tǒng)計軟件分析數(shù)據(jù)和作圖，采用最小顯著差數(shù)法(least significant difference，LSD)[16]進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量和移栽密度對水稻產(chǎn)量及其構成因素的影響

由表1方差分析結(jié)果可知，施氮量和移栽密度及二者互作效應對水稻產(chǎn)量均有極顯著影響。隨著氮肥施用量的增加，產(chǎn)量呈先升高后降低的趨勢，在N300處理達到最高，表明過量施用氮肥不能進一步提高產(chǎn)量。其中以N300D1處理的單位面積產(chǎn)量最高，達7 978.83 kg·hm-2；其次是N300D2處理，產(chǎn)量為7 802.99 kg·hm-2。施氮量和移栽密度對淮稻5號產(chǎn)量的互作效應使得氮肥施用量較低情況(N0～N300)下，密度較高處理的產(chǎn)量高于密度較低處理；氮肥施用量較高情況(N345和N390)下，密度較低處理的產(chǎn)量則高于密度較高處理。

表1 不同施氮量和移栽密度對水稻產(chǎn)量及其構成因素的影響Table 1 Effects of different nitrogen application rates and transplanting densities on rice yield and its components

施氮量和移栽密度對水稻產(chǎn)量構成因素均有極顯著影響，二者的互作效應對每穗粒數(shù)和結(jié)實率有極顯著影響。隨施氮量增加，單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù)呈先上升后下降趨勢，以N300處理最高；結(jié)實率和千粒重則呈下降趨勢。不同密度間比較，高密D1處理下的單位面積穗數(shù)和千粒重高于低密D2處理，每穗粒數(shù)和結(jié)實率呈相反趨勢。

2.2 不同施氮量和移栽密度對水稻品質(zhì)的影響

2.2.1 對加工和外觀品質(zhì)的影響 由表2方差分析結(jié)果可知，施氮量對稻米精米率、整精米率、堊白率和堊白度有極顯著影響。隨施氮量的增加，糙米率、精米率、整精米率、堊白率和堊白度隨之增加；在較高的移栽密度下，糙米率、精米率和整精米率下降，堊白率和堊白度則與之相反。

表2 不同施氮量和移栽密度對水稻加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)的影響Table 2 Effects of different nitrogen application rates and transplanting densities on milling and appearance quality of rice

2.2.2 對營養(yǎng)和蒸煮食味品質(zhì)的影響 由表3方差分析結(jié)果可知，施氮量對直鏈淀粉含量、膠稠度和蛋白質(zhì)含量有顯著或極顯著影響。隨施氮量的增加，直鏈淀粉含量和膠稠度隨之下降，在N0處理下達到最高；而蛋白質(zhì)含量隨之增加，在N390處理下達到最高。直鏈淀粉含量、膠稠度和蛋白質(zhì)含量均表現(xiàn)為高密D1處理高于低密D2處理。施氮量對4種蛋白組分含量均有極顯著影響，增加施氮量和移栽密度有利于提高稻米中4種蛋白組分的絕對含量。

表3 不同施氮量和移栽密度對水稻營養(yǎng)和蒸煮品質(zhì)的影響Table 3 Effects of different nitrogen application rates and transplanting densities on rice nutrition and cooking quality

由表4方差分析結(jié)果可知，施氮量和移栽密度對蒸煮食味品質(zhì)均有極顯著影響。隨施氮量和移栽密度增加，米飯外觀、黏度、平衡度、食味值下降，硬度增加。

表4 不同施氮量和移栽密度對水稻食味品質(zhì)的影響Table 4 Effects of different nitrogen application rates and transplanting densities on the eating quality of rice

2.2.3 對稻米淀粉RVA譜特征值的影響 由表5方差分析結(jié)果可知，施氮量和移栽密度對峰值黏度、熱漿黏度、崩解值、最終黏度和消減值均有極顯著影響；二者的交互作用對消減值有極顯著影響。在施氮量增加和較高的移栽密度下，峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度和崩解值下降，在N0D2處理下達到最高；而消減值上升，在N390D1處理下達到最高。

表5 不同施氮量和移栽密度對水稻RVA譜特征值的影響Table 5 Effects of different nitrogen application rates and transplanting densities on the characteristic values of RVA profile of rice

2.2.4 對稻米淀粉熱力學特性的影響 由表6可知，施氮量和移栽密度對稻米淀粉熱力學特性均有極顯著影響。隨著氮肥施用量和栽插密度的增加,起始溫度、峰值溫度、終止溫度、糊化熱焓值、回生熱焓值和回生值上升，在N390D1處理下達到最高。淀粉回生后，回生熱焓值比回生前的糊化熱焓值有顯著降低。表明增加施氮量和密度可提高稻米淀粉糊化時所需的溫度和能量。

表6 不同施氮量和移栽密度對水稻淀粉熱力學特性的影響Table 6 Effects of different nitrogen application rates and transplanting densities on the thermodynamic properties of rice starch

3 討論

3.1 不同施氮量和移栽密度對水稻產(chǎn)量及其構成因素的影響

與非鹽脅迫相比，鹽堿灘涂水稻種植移栽后立苗活顆慢、易僵苗，導致分蘗發(fā)生量減少，單位面積穗數(shù)不夠；抽穗后生長不旺盛，使得每穗粒數(shù)減少；生育后期容易早衰，籽粒灌漿易受到影響，導致千粒重較小[17]。針對灘涂水稻生長發(fā)育特點，配套適宜施氮量與移栽密度是鹽堿灘涂水稻高產(chǎn)形成的基本環(huán)節(jié)。本研究結(jié)果表明，隨施氮量增加，單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù)表現(xiàn)為先上升后下降，以300 kg·hm-2處理最高，結(jié)實率和千粒重則呈下降趨勢；不同密度間比較，高密33.4萬穴·hm-2處理下的穗數(shù)和千粒重高于低密27.8萬穴·hm-2處理，每穗粒數(shù)和結(jié)實率則呈相反趨勢。在施用純氮300 kg·hm-2和移栽密度33.4萬穴·hm-2時，穗數(shù)增加，使其產(chǎn)量也最高，達7 978.83 kg·hm-2。因此，鹽堿灘涂水稻實際生產(chǎn)中，可通過適當增加施氮量和降低栽插行距來增加移栽密度和基本苗數(shù)，從而促進植株早發(fā)，擴大群體莖蘗量，形成較充足的穗數(shù)，獲得高產(chǎn)。

3.2 不同施氮量和移栽密度對水稻品質(zhì)的影響

在加工品質(zhì)方面，前人研究發(fā)現(xiàn)稻米加工品質(zhì)對不同氮肥施用量的響應相對較小，施氮量的增加會導致精米率和整精米率增加，從而提升加工品質(zhì)[18-19]。李世峰等[20]研究表明，適當增加施氮量可以優(yōu)化粳稻加工品質(zhì)，超過180 kg·hm-2后，繼續(xù)增氮優(yōu)化作用不顯著。胡雅杰等[21]研究認為，對于不同機插方式而言，降低移栽密度可以提升稻米的加工品質(zhì)。本試驗結(jié)果表明，增加氮肥施用量和降低栽插密度會使得精米率和整精米率有所提高，進而提升加工品質(zhì)。

于外觀品質(zhì)而言，氮肥施用量的增加對于黏米外觀品質(zhì)影響的結(jié)論不盡相同[22-23]，一般而言增施氮量會使得稻米堊白率和堊白度升高，外觀品質(zhì)降低[22]，但也有研究發(fā)現(xiàn)增施氮肥會提高稻米外觀品質(zhì)[23]，這可能是由于不同品種對氮肥的反應不同。前人研究發(fā)現(xiàn)在鹽脅迫下稻米堊白率與堊白度較常規(guī)栽培處理有明顯上升[24]。本試驗結(jié)果表明，增施氮肥和增加栽插密度會使得稻米外觀品質(zhì)變劣。

在營養(yǎng)品質(zhì)方面，前人普遍認為隨著氮肥施用量和栽插密度的增加會提高稻米蛋白質(zhì)含量[25-28]。有學者認為稻米谷蛋白和醇溶蛋白含量占總蛋白的比例與稻米品質(zhì)緊密相關，谷蛋白和醇溶蛋白含量更易受氮素影響[29-30]。本試驗中稻米蛋白質(zhì)含量較常規(guī)略有上升，與前人研究結(jié)果[31]基本一致，這可能是由于在鹽堿地栽培中施用氮肥較多，增加了蛋白質(zhì)合成的來源。本試驗結(jié)果表明，在鹽堿條件下增加施氮量和移栽密度有利于提高4種蛋白組分和總蛋白的絕對含量，說明氮肥施用量和栽插密度的增加能夠提高稻米的營養(yǎng)品質(zhì)。

RVA 譜特性直接影響稻米的蒸煮食味品質(zhì)，其各特征值與直鏈淀粉含量呈極顯著相關[32]。消減值正向影響米飯硬度且達到極顯著，崩解值則反向影響米飯硬度且達極顯著水平[33]。本試驗結(jié)果表明，增氮增密會降低黏度和崩解值，提高消減值，表明增加氮肥施用量和栽插密度會降低稻米的食味品質(zhì)。

米飯口感與淀粉粒的發(fā)育和糊化特性緊密相關。稻米回生度增加導致米飯變硬，適口性降低[34]。前人研究表明稻米淀粉熱力學的指標主要與直鏈淀粉含量呈顯著負相關[35]，表明直鏈淀粉含量是影響稻米蒸煮食味品質(zhì)的重要指標之一。本試驗結(jié)果表明，隨施氮量和移栽密度的增加，初始溫度、峰值溫度、終止溫度、糊化熱焓值、回生熱焓值和回生值隨之上升，說明增加施氮量與移栽密度會降低稻米的食味品質(zhì)。

在蒸煮食味品質(zhì)方面，密度對蒸煮食味品質(zhì)影響的研究結(jié)果較為多樣。有學者發(fā)現(xiàn)隨著栽插密度的增加，直鏈淀粉含量下降，膠稠度增加[36]，胡雅杰[37]的研究表明在較低栽插密度下蒸煮食味品質(zhì)會有所提高；在氮肥施用量方面，陳亞琴等[38]則認為增施氮肥會縮短膠稠度，米質(zhì)變硬，導致口感變差，說明增密增氮會使水稻蒸煮食味品質(zhì)下降。本試驗結(jié)果與前人研究[39]基本一致，在鹽堿條件下，高水平施氮量下的稻米黏滯特性較正常田塊常規(guī)栽培有所下降，米飯的黏度、外觀和食味值也明顯降低。增施氮肥和增密會使得直鏈淀粉含量與膠稠度下降，米飯外觀、黏度、平衡度、食味值下降，硬度增加，水稻蒸煮食味品質(zhì)下降。

4 結(jié)論

隨施氮量的增加，鹽堿灘涂水稻產(chǎn)量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。低氮條件下，產(chǎn)量隨密度的增加呈上升趨勢；高氮條件下，產(chǎn)量則呈下降趨勢。由于鹽堿地土壤地力貧瘠，因此需要增施氮肥來提高產(chǎn)量，而分別在鹽脅迫、增施氮肥和增密的條件下，水稻品質(zhì)明顯變劣。綜上所述，在鹽堿灘涂條件下，在兼顧高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)的同時，采用33.4 萬穴·hm-2的移栽密度，純氮300 kg·hm-2的施加量是淮稻5號獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的適宜栽培措施。