施氮量對黃河三角洲鹽堿地水稻產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

李梅楨，董歡歡，郭濤，韓偉，谷強(qiáng)遠(yuǎn)，萬雪潔，劉義國，師長海

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點實驗室，山東青島 266109;2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院濕地農(nóng)業(yè)與生態(tài)研究所，山東濟(jì)南 250100; 3.山東省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，山東濟(jì)南 250100)

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對稻米口感和營養(yǎng)價值的需求越來越高，提高水稻的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培對國家糧食安全至關(guān)重要[1-3]。氮素對優(yōu)質(zhì)食味稻產(chǎn)量、品質(zhì)方面都具有顯著的調(diào)控作用，其中氮肥用量的影響尤為突出[4]。在水稻肥料施用量和肥料運(yùn)籌等方面前人做了大量的研究，適當(dāng)增加氮肥量有利于提高水稻產(chǎn)量、營養(yǎng)和碾磨品質(zhì)，但是水稻的蒸食品質(zhì)會降低[5]；Anzoua等[6]研究表明，提高氮肥量可以增加水稻的有效穗數(shù)，從而增加水稻產(chǎn)量；陳夢云等[7]研究表明，在整個水稻生育期總施肥量中，穗肥的增加會提高水稻整精米率、改善營養(yǎng)和碾磨品質(zhì)，但降低水稻外觀和蒸食品質(zhì)；蘭艷等[8]研究表明，隨著施氮量的增加，水稻加工品質(zhì)也隨之提高，水稻‘ER22’適宜施氮量為180 kg/hm2。郭曉紅等[9]研究表明施氮肥150 kg/hm2有利于提高鹽堿地水稻產(chǎn)量和氮肥利用效率。雖前人做了大量的水稻肥料施用量和肥料運(yùn)籌研究，但對鹽堿地食味稻種植的施肥量與產(chǎn)量、品質(zhì)之間關(guān)系的研究相對較少。我國黃河三角洲地區(qū)由于海水浸漬、泥沙沉積等地理因素以及人為因素使得鹽分聚集，成為鹽堿地[10]。又因為近年來黃河三角洲水稻面積迅速擴(kuò)大，缺乏鹽堿地種植食味稻種植技術(shù)，導(dǎo)致氮素得不到合理利用，從而不能充分發(fā)揮品種的產(chǎn)量和品質(zhì)潛力。因此，黃河三角洲鹽堿地食味稻施氮量與產(chǎn)量和品質(zhì)之間的關(guān)系還需要進(jìn)一步探究。本研究以‘圣稻2620’為材料，研究不同施氮量對水稻干物質(zhì)量、葉綠素含量、產(chǎn)量及稻米品質(zhì)的影響，旨在為黃河三角洲鹽堿地水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培的氮肥調(diào)控提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及材料

試驗材料為‘圣稻2620’，是山東省農(nóng)科院水稻所新培育的優(yōu)良食味水稻新品種，具有早生快發(fā)、肥水利用率高和口感黏軟、爽口等特點。東營地區(qū)在近海地帶，地屬溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，大陸性季風(fēng)影響明顯，年平均氣溫11.0～14.8 ℃。稻田平均鹽度3.0‰左右，屬于中等偏低的鹽堿地。試驗耕作層含全氮1.58 g/kg，有效氮62.9 mg/kg，速效磷20.28 mg/kg，速效鉀69.46 mg/kg，有機(jī)質(zhì)8.6 mg/kg，pH為7.78。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2019年4月至2019年11月進(jìn)行。其中4月10日播種，6月4日機(jī)插秧，穴行距為13 cm×30 cm，每穴3～4苗，基本苗為115萬株/hm2。

當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶傳統(tǒng)氮肥施用量為276 kg/hm2，施用氮肥為尿素，按照該施用量的0%、20%、40%、60%、80%、100%來設(shè)計施氮量，試驗設(shè)置為0、55.2、110.4、165.6、220.8和276.0 kg/hm2(分別記作N0、N1、N2、N3、N4和N5)，N0為對照。所用氮肥分別于水稻的分蘗期和抽穗期進(jìn)行追肥，2次追肥用量如表1所示。基肥施用磷肥600 kg/hm2(P2O5)，整地前一次性施入；另外，鉀肥施用300 kg/hm2(K2O)，分兩次施入，分別在分蘗期和拔節(jié)期各施入150 kg/hm2。各小區(qū)單獨筑埂，獨立灌排，試驗隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，共6個處理，3次重復(fù)。水稻生長期間正常進(jìn)行防蟲、防病、除草等常規(guī)栽培管理。

表1 各處理下的施氮量

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 葉綠素含量測定

在水稻開花期和灌漿期時，使用SPAD-502葉綠素快速測定儀(柯尼卡美能達(dá)，日本)測定劍葉的SPAD值，表示葉綠素相對含量，做3次樣品重復(fù)，每個樣品測定10次，取平均值。

1.3.2 株高、產(chǎn)量及構(gòu)成因素測定

收獲期按小區(qū)分別隨機(jī)選取稻株測定水稻株高，做3次樣品重復(fù)，每個樣品測定5次，取平均數(shù)。每個小區(qū)收割100穴測定實際產(chǎn)量，每個小區(qū)隨機(jī)取5穴有代表性的稻株,測定產(chǎn)量及構(gòu)成因素，3次重復(fù)。

1.3.3 干物質(zhì)量和收獲指數(shù)測定

于水稻收獲期時進(jìn)行地上部分莖、葉、穗干物質(zhì)量和收獲指數(shù)的測定。首先剪取水稻，將其分為莖、葉、穗3部分，放入烘箱中105 ℃下殺青30 min，80 ℃下烘干至恒重，再稱穗質(zhì)量(m穗)和莖、葉、穗3部分總質(zhì)量(m總)，做3次重復(fù)。

收獲指數(shù)(%)=m穗/m總×100%

1.3.4 水稻品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)測定

稻米品質(zhì)的測定在水稻收后脫粒，攤曬后儲藏3個月，待理化性質(zhì)穩(wěn)定后，按照文獻(xiàn)[11]規(guī)定的優(yōu)質(zhì)稻谷標(biāo)準(zhǔn)測定糙米率、精米率、整精米率、粒長、粒寬、長寬比、堊白粒率；按照文獻(xiàn)[12]對稻谷脂肪酸值進(jìn)行檢測。

稱取100 g稻谷，采用SY88-TH型三立式礱谷機(jī)(安徽天下谷倉農(nóng)業(yè)科技有限公司)碾磨為糙米，并稱量糙米質(zhì)量(m糙)；稱取100 g稻谷，采用LTJM-2099精米機(jī)(上海銀澤儀器設(shè)備有限公司)脫殼碾白，分揀出精米并稱質(zhì)量(m精)，將碾磨后的精米進(jìn)行整精米挑選，稱質(zhì)量(m整精)，以上各9次重復(fù)；稱取10 g整精米，揀出有堊白的米粒，稱量質(zhì)量(m堊白粒)，求出堊白粒率，做3次重復(fù)。

糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率公式如下：

糙米率(%)=m糙米/100×100%；

精米率(%)=m精米/100×100%；

整精米率(%)=m整精米/100×100%；

堊白粒率(%)=m堊白粒/10×100%；

用鋒速LTJM160型精米機(jī)(上海青浦綠洲檢測儀器有限公司)分別將水稻加工成精米，再采用RCTA-11A型食味儀(佐竹公司，日本)測定，其標(biāo)準(zhǔn)米樣食味值82、蛋白質(zhì)含量7.9%、直鏈淀粉含量18.4%、水分含量14.3%，重復(fù)3次。

1.3.5 氮肥偏生產(chǎn)力

PFPN=Y/F

式中，PFPN為氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)，Y為施氮后所獲得的籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)，F(xiàn)代表氮肥的投入量(kg/hm2)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理分析

采用Microsoft Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和圖表制作，采用SAS進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對水稻劍葉葉綠素相對含量的影響

SPAD值能衡量植物葉綠素的相對含量。由圖1可知，在開花期和灌漿期，水稻的SPAD值均隨著施氮量的增加而增加，而兩時期N4與N5處理之間均無顯著差異；灌漿期各處理的SPAD值較開花期分別降低43.23%、36.69%、29.20%、29.00%、23.99%、21.74%，且差異顯著。開花期的N4、N5處理均顯著高于N0、N1、N2；在灌漿期，N4、N5處理顯著高于其他處理。說明施氮量的增加有利于維持灌漿期較高的葉綠素含量，當(dāng)施氮量為220.8 kg/hm2(N4)和276.0 kg/hm2(N5)時，開花期和灌漿期的水稻劍葉葉綠素相對含量達(dá)到較高水平。

圖1 不同施氮量對水稻劍葉SPAD值的影響

2.2 施氮量對水稻各器官干物質(zhì)質(zhì)量及收獲指數(shù)的影響

由表3可知，試驗通過對水稻成熟期單株株高測量和對各器官干物質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)株高和葉干質(zhì)量隨著施氮量的增加而增加，N2、N3、N4、N5處理的株高分別比N0處理高10.9%、16.4%、16.0%、18.1%，且差異顯著；N0處理的葉干質(zhì)量較N4、N5處理差異顯著，降低24.68%和23.68%，與其他各處理間差異不顯著；各處理間的莖鞘干質(zhì)量、穗干質(zhì)量及收獲指數(shù)無顯著差異。這表明施氮量的增加對水稻成熟期莖、葉、穗干質(zhì)量影響較小(表2)。

表2 不同施氮量對水稻各器官干物質(zhì)質(zhì)量及收獲指數(shù)的影響

2.3 施氮量對水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

由表4可知，各處理間的千粒重并無顯著差異，但增加氮肥提高了水稻的穗數(shù)、結(jié)實率和產(chǎn)量。N1、N2、N3、N4、N5處理的穗數(shù)比N0顯著提高，分別高14.29%、40.29%、45.47%、55.01%、69.74%；N5處理的每穗粒數(shù)較N2處理顯著降低，與其他各處理間差異不顯著；在結(jié)實率方面，N5處理顯著高于N0、N1、N2處理，分別高3.11%、2.58%、2.16%，但N3、N4、N5處理間沒有顯著差異；水稻產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加，各施氮處理的產(chǎn)量較N0處理高46.50%、98.11%、128.42%、162.11%、169.40%，且差異顯著；N4、N5處理獲得較高產(chǎn)量，并與其他各施氮處理間有著顯著差異。分析產(chǎn)量各因素，由于對千粒重影響較小，造成產(chǎn)量差異主要原因是穗數(shù)，這表明了鹽堿地增施氮肥可能通過影響穗數(shù)而影響產(chǎn)量(表3)。

表3 不同施氮量對水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

2.4 施氮量對水稻氮肥偏生產(chǎn)力的影響

由圖2可知，水稻的PFPN隨施氮量的增加總體呈現(xiàn)下降趨勢，并且N1處理的PFPN較其他施氮處理高49.83%、94.92%、126.49%、175.45%，且差異顯著。說明了水稻PFPN是隨著氮肥的增加而逐漸降低，氮肥投入的越少水稻的PFPN越高，氮肥過多或過少都會影響產(chǎn)量，過多施用氮肥還會造成氮素資源的浪費(fèi)。

圖2 不同施氮量對水稻的氮肥偏生產(chǎn)力的影響

2.5 施氮量對稻米品質(zhì)的影響

2.5.1 施氮量對水稻加工和外觀品質(zhì)的影響

由表4所示，隨著施氮量的增加，糙米率、精米率、整精米率在各處理間無顯著差異；N3處理的堊白粒率較N0、N1、N2、N4和N5處理低24.07%、9.88%、11.11%、10.49%、6.17%，且差異顯著；各施氮處理的粒長、粒寬、長寬比在6個處理之間無顯著差異。說明本試驗施氮量的增加對水稻加工品質(zhì)影響較小，但對外觀品質(zhì)中的堊白粒率有顯著的影響，施氮量過多或過少都會增加堊白粒率，當(dāng)施氮量為165.6 kg/hm2時堊白粒率最低。

表4 不同施氮量對水稻加工和外觀品質(zhì)的影響

2.5.2 施氮量對水稻蒸煮食味品質(zhì)的影響

如表5所示，N0、N1、N2處理間的蛋白質(zhì)含量差異不顯著，但顯著低于其他各處理，N3、N4和N5處理蛋白質(zhì)含量較N0處理高11.85%、13.64%和13.11%，且差異顯著；各施氮處理間的水稻籽粒直鏈淀粉含量和脂肪酸值無顯著差異；N0處理的稻米品嘗評分值較N4、N5處理高3.19%和2.37%，且差異顯著，其他各處理間差異不顯著。試驗結(jié)果表明，施氮量的增加對稻米直鏈淀粉含量和脂肪酸值沒有顯著的影響，可是對蒸煮食味品質(zhì)的蛋白質(zhì)含量和品嘗評分值是有顯著的影響，隨著施氮量的提高，稻米蛋白質(zhì)含量也提高，但施氮量并不是越多越好，稻米的品嘗評分值隨著施氮量增加呈降低趨勢。

3 討論

3.1 施氮量對鹽堿地水稻產(chǎn)量形成及其構(gòu)成因素的影響

氮素是作物生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素,它是合成葉綠素的重要成分，能促進(jìn)水稻的生長發(fā)育，提高產(chǎn)量[13]。有研究表明[14-15]，水稻劍葉葉綠素含量隨生育期的推進(jìn)呈降低趨勢，干旱、旱澇交替、鹽脅迫等情況也會降低水稻的葉綠素含量。本試驗中各處理開花期的水稻葉綠素相對含量均高于灌漿期，隨著施氮量增加，灌漿期SPAD值與開花期相比降幅減小，說明充足的氮供應(yīng)可以延緩劍葉衰老，在水稻生育后期維持較高的葉綠素水平，這與前人[14-15]研究結(jié)果一致。隨著施氮量的增加各處理的葉綠素相對含量也隨之增加，在施氮量為276.0 kg/hm2(N5)時，葉綠素相對含量達(dá)到較高水平，但N4和N5葉綠素相對含量之間沒有顯著差異，由此推斷，在一定范圍內(nèi)增加氮肥能促進(jìn)葉綠素的合成,達(dá)到一定量再增加氮肥對其無顯著影響。

增施氮肥能夠提高水稻產(chǎn)量，但是施氮量并不是越多越好，施氮量過多會降低水稻的干物質(zhì)質(zhì)量，并且施氮水平超過一定閾值后，水稻貪青晚熟，從而降低產(chǎn)量[16-18]。侯云鵬等[19]研究表明，隨著施氮量的增加，水稻各器官干物質(zhì)累積量也隨之增加，但本試驗中隨著氮肥施用量的不斷增加，水稻莖鞘干質(zhì)量和穗干質(zhì)量差異較小，只有葉干質(zhì)量在處理間存在差異，這可能是由于鹽堿地影響了水稻根系對養(yǎng)分的吸收或干物質(zhì)分配。成臣等[20]發(fā)現(xiàn)隨著施氮量的增加有效穗數(shù)增加，每穗粒數(shù)呈先增加后下降趨勢，結(jié)實率呈下降趨勢，南方晚粳稻適宜的施氮量為215 kg/hm2；但Zhu[5]研究表明，‘nj9108’和‘nj5055’兩水稻品種的有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)隨著施氮量增加先增加后減少，結(jié)實率、千粒重均降低。本研究中隨著施氮量的增加，水稻穗數(shù)呈逐漸增加的趨勢，千粒重則沒有顯著差異，其中N4和N5處理與N0、N1、N2和N3處理的產(chǎn)量差異顯著，結(jié)合產(chǎn)量構(gòu)成因素分析，造成差異主要原因是穗數(shù)。增加氮肥使用量氮肥偏生產(chǎn)力顯著降低，與徐新朋等[21]研究結(jié)果一致。由此可見，適量施用氮肥有助于水稻的氮素吸收，但施用過量則導(dǎo)致水稻的氮肥偏生產(chǎn)力下降，對水稻生產(chǎn)無更多幫助，甚至造成氮肥資源浪費(fèi)。綜合得出‘圣稻2620’品種在黃河三角洲鹽堿地的適宜施氮量為220.8 kg/hm2，與成臣和郭俊杰[20,22]研究結(jié)果基本相同。

3.2 施氮量對鹽堿地稻米品質(zhì)的影響

水稻在我國廣泛種植，關(guān)于施氮量對稻米加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)的影響研究很多，但由于品種類型、試驗設(shè)計等原因，前人的研究結(jié)果也不盡相同。殷春淵等[23]研究認(rèn)為,隨著施氮量的增加,稻米加工品質(zhì)無明顯的差異,受氮肥影響相對較小，在低氮處理下，稻米有較高的出糙率、精米率和整精米率。本研究中加工品質(zhì)在各處理之間無顯著差異,說明稻米的加工品質(zhì)受氮肥影響較小，這與殷春淵等[23]研究結(jié)果基本一致。王維金等[24]研究發(fā)現(xiàn)氮肥施用量多、施用時間晚時，能降低堊白粒率和堊白度，但本研究結(jié)果表明隨著施氮量的增加，水稻的的堊白粒率也增加，這與嚴(yán)凱等[25]在鹽堿地栽培中隨著施氮量的增加水稻堊白粒率增加的結(jié)果相同。

稻米的蒸煮食味品質(zhì)越來越得到人們的重視，其中蛋白質(zhì)含量是評價水稻營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量與蒸煮食味品質(zhì)之間有密切聯(lián)系[26]。蛋白質(zhì)含量高，營養(yǎng)價值高，但大米的食味品質(zhì)會下降[27-29]。本試驗在不同施氮水平中，水稻蛋白質(zhì)含量則隨著施氮量增加而增加，而食味品質(zhì)隨著施氮量增加呈下降趨勢，這與徐春梅等[30]研究結(jié)果相同。姜元華等[31]研究表明，施氮肥對粳型軟米蒸煮食味品質(zhì)有顯著的影響,隨著施氮量的增加，稻米蒸煮食味品質(zhì)呈下降趨勢；李鴻偉等[32]研究認(rèn)為,施氮量對稻米直鏈淀粉含量無顯著影響；而許仁良等[33]研究表明，施氮量對稻米直鏈淀粉含量有顯著影響，Zhang等[34]的研究也得到類似結(jié)果。本研究中品嘗評分值是隨著施氮量的增加而呈下降趨勢，直鏈淀粉含量和脂肪酸值在各施氮處理間差異不顯著。

4 結(jié)論

在一定范圍內(nèi)，隨著施氮量的增加水稻產(chǎn)量呈上升趨勢，但對加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)沒有顯著的影響；增加施氮量雖提高了蛋白質(zhì)含量，但也降低了品嘗評分值；在施氮量為220.8 kg/hm2(N4)和276.0 kg/hm2(N5)時產(chǎn)量和葉綠素相對含量較高，但兩者之間并無顯著差異，而N4處理氮肥施用量較少。綜合考慮不同施氮量對鹽堿地水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，在黃河三角洲鹽堿地種植水稻時推薦施氮量為220.8 kg/hm2。