確定經(jīng)濟(jì)合理施氮量的新方法：基于施氮量與稻米產(chǎn)量效應(yīng)函數(shù)

彭顯龍，車俊杰，宋 聰，齊文晶，李鵬飛*，劉智蕾，于彩蓮

（1 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030；2 哈爾濱理工大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040）

水稻是中國(guó)最重要的糧食作物之一，全世界超3/5的人口以精米為主食[1]。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們對(duì)優(yōu)質(zhì)米的需求越來越高。農(nóng)民常常通過盲目增肥試圖促進(jìn)水稻增產(chǎn)，然而過量施氮會(huì)造成精米食味品質(zhì)降低，因此水稻高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)難以統(tǒng)一。采取有效措施改善品質(zhì)，促進(jìn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)協(xié)同具有重要意義。施氮量和密度是影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素，密度與水稻產(chǎn)量關(guān)系研究顯示，適宜的密度有利于水稻高產(chǎn)[2]。密度能夠調(diào)節(jié)水肥氣熱等因素對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響，過高過低都會(huì)影響水稻產(chǎn)量。由于環(huán)境、水稻品種和耕作技術(shù)的不同，密度對(duì)品質(zhì)的影響研究結(jié)果也不盡相同。荊愛霞[3]認(rèn)為，降低密度可以改善精米加工品質(zhì)。但是董嘯波[4]認(rèn)為，增加密度不僅能夠改善精米加工品質(zhì)，還能夠提高精米食味品質(zhì)。關(guān)于施氮量對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的研究結(jié)論也不完全一致。隨著施氮量的增加，產(chǎn)量先增加后降低，北方稻田施氮量為109～190 kg/hm2時(shí)可達(dá)到高產(chǎn)目標(biāo)。也有研究顯示，施氮量與水稻產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，施用氮肥可以提高水稻產(chǎn)量和單位面積穗數(shù)[5]。有研究[6]顯示，氮肥用量提高，精米出米率增加，但是也有學(xué)者認(rèn)為氮肥用量高，出米率反而降低[7]。還有研究表明[8]，施氮量與出米率無明顯關(guān)系。多數(shù)研究表明，在180 kg/hm2以內(nèi)隨施氮量增加蛋白質(zhì)含量和食味值提高，超過此施氮量增氮的優(yōu)化作用不顯著[9–12]。也有研究表明，隨著氮素的增加，出米率和食味值等都下降[13]。氮肥和密度具有交互作用，稀植高氮和增密減氮的栽培模式都可以獲得高產(chǎn)[14]。程效義等[15]提出，增氮或降密可提高蛋白質(zhì)含量，適量少肥和密植可以改善品質(zhì)。黑龍江是我國(guó)優(yōu)質(zhì)粳稻主產(chǎn)區(qū)，尤其五常大米享譽(yù)中外。以往都是按稻谷產(chǎn)量進(jìn)行售賣。農(nóng)戶多通過增加氮肥施用量來達(dá)到高產(chǎn)的目標(biāo)，從而造成氮損失和農(nóng)業(yè)面源污染。隨著精米品質(zhì)越來越受重視，出米率和品質(zhì)已經(jīng)成為影響售價(jià)的主要因素。由于施氮量與出米率一般呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此施氮量和精米產(chǎn)量的關(guān)系與施氮量與稻谷產(chǎn)量關(guān)系并不一致。以精米產(chǎn)量和施氮量的關(guān)系確定最佳肥料用量對(duì)品質(zhì)和氮效率影響未見報(bào)道。為此，我們通過肥料效應(yīng)函數(shù)，比較以稻谷產(chǎn)量和精米產(chǎn)量確定經(jīng)濟(jì)最佳施肥量的差異，并分析所確定施氮量差異對(duì)稻谷產(chǎn)量和品質(zhì)等可能產(chǎn)生的潛在影響。研究結(jié)果能夠?yàn)閮?yōu)質(zhì)米生產(chǎn)科學(xué)施肥提供理論依據(jù)，并為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)相協(xié)同提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

于2018和2019年，在黑龍江省五常市龍鳳山鄉(xiāng)輝煌村 (127o54′E，44o89′N)進(jìn)行田間試驗(yàn)。供試品種為‘五優(yōu)稻4號(hào)’(稻花香2號(hào))，長(zhǎng)粒型水稻品種，為黑龍江省五常市主栽優(yōu)質(zhì)水稻品種。供試土壤為黑土型水稻土，土壤pH 6.30、有機(jī)質(zhì)35.5 g/kg、土壤全氮含量1.44 g/kg、有效磷含量51.8 mg/kg、速效鉀含量110 mg/kg。兩年生育期的日平均氣溫如圖1所示。

圖1 水稻生育期日平均氣溫Fig.1 Daily average air temperature during rice growth period

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以密度為主區(qū)，施氮量為副區(qū)。主區(qū)依據(jù)人工插秧和機(jī)械插秧常用的密度，設(shè)置2個(gè)栽培密度處理，15穴/m2(D1)和24穴/m2(D2)。副區(qū)為 4 個(gè)氮肥梯度：0 (N0)、75 (N75)、105(N105)、135 kg/hm2(N135)。每個(gè)處理小區(qū)面積為80 m2，重復(fù)4次，小區(qū)隨機(jī)排列。所有處理P2O5用量為 50 kg/hm2、K2O 用量為 90 kg/hm2。在插秧前1周施用50%鉀肥和100%磷肥，施肥后旋耕。插秧前1天、插秧后21天分別施用40%和30%的氮肥，水稻拔節(jié)期(穗大小約1 cm)施用剩余的氮肥和鉀肥。試驗(yàn)中施用的氮、磷、鉀肥分別為尿素(N 46%)、重過磷酸鈣 (P2O544%)和氯化鉀 (K2O 60%)。

2018和2019年均于4月中旬育苗，兩年均在5月18日插秧，移栽時(shí)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的秧苗，每穴苗數(shù)3～5株。小區(qū)間采用塑料池埂(插入土壤20 cm)間隔，防止肥料的串流，其他田間管理同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培方式，科學(xué)防病除草以避免產(chǎn)量損失。

1.3 樣品采集與測(cè)定

于成熟期，調(diào)查30穴水稻分蘗，取具有平均分蘗的4穴水稻，去除根系后，將水稻地上部105℃殺青30 min，85℃烘干至恒重。將樣品粉碎后，經(jīng)H2SO4–H2O2消煮，采用連續(xù)流動(dòng)分析儀(AA3，Branand Luebbe，Norderstedt，Germany)測(cè)定含氮量。

每個(gè)小區(qū)收獲5 m2水稻，脫粒去雜后，測(cè)定含水量，折合成14.5%含水量的產(chǎn)量。籽?；靹蚝蠓Q取1 kg稻谷用試驗(yàn)礱谷機(jī)(THU35C，Satake corporation，Japan)脫殼、碾磨獲得糙米并計(jì)算糙米率，糙米經(jīng)精米機(jī)(VP-32，Yamamoto，Japan)碾磨獲得精米并計(jì)算精米率，使用Shizuoka Siki PS-500食味儀測(cè)定精米的蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量和食味值。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

通過一元二次曲線(y=b0+b1x+b2x2)，擬合施氮量與稻谷產(chǎn)量及精米產(chǎn)量的關(guān)系，其中y為稻谷產(chǎn)量或精米產(chǎn)量，x為施氮量。利用邊際效應(yīng)分析[dy/dx=(R+1) Px/Py]計(jì)算施氮量，其中R、Px和Py分別為邊際利潤(rùn)率、肥料價(jià)格和產(chǎn)品的價(jià)格。計(jì)算R值分別為–1、0、0.1、0.2、0.3、0.5、1時(shí)的施氮量、稻谷產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)R值為–1時(shí)對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量為最高產(chǎn)量施氮量(x=–b1/2b2)；R值為0時(shí)對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量為經(jīng)濟(jì)最佳施氮量[x=(Px/Py–b1)/2b2]。施氮量代入肥料效應(yīng)函數(shù)可以計(jì)算對(duì)應(yīng)的稻谷產(chǎn)量或精米產(chǎn)量。糙米產(chǎn)量=稻谷產(chǎn)量×糙米率；精米產(chǎn)量=糙米產(chǎn)量×精米率。

經(jīng)濟(jì)效益=稻谷產(chǎn)量×稻谷(精米)價(jià)格–施氮量×氮素價(jià)格–水稻生產(chǎn)固定成本。其中稻谷價(jià)格為5元/kg，精米價(jià)格為12元/kg，純氮價(jià)格為4元/kg，水稻生產(chǎn)中固定生產(chǎn)成本約為15000元/hm2(包括種子、除氮肥外其它肥料、人工、植保、運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用)。精米加工成本約為0.2元/kg，因此精米生產(chǎn)成本為施肥成本+水稻生產(chǎn)固定成本+產(chǎn)量×加工成本。

氮肥農(nóng)學(xué)效率(AEN, kg/kg)=(施氮區(qū)作物產(chǎn)量–不施氮區(qū)作物產(chǎn)量)/施氮量[16–17]

氮肥偏生產(chǎn)力(PFPN, kg/kg)=單位面積作物產(chǎn)量/單位面積施氮量[16–17]

氮肥回收利用率(REN, %)=(施氮肥區(qū)植株氮積累量–不施氮肥區(qū)植株氮積累量)/施氮量×100[16–17]

氮肥生理利用率(PEN, kg/kg)=(施氮區(qū)產(chǎn)量–不施氮區(qū)產(chǎn)量)/(施氮區(qū)地上部吸氮量–不施氮區(qū)地上部吸氮量)[16–17]

采用 Microsoft Office Excel 2013 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、圖表制作和相關(guān)分析，采用多因素方差分析，用鄧肯法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥和密度對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

由表1可知，施氮量和密度對(duì)地上部干物重、稻谷產(chǎn)量、精米產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量等均有顯著影響，栽培密度和施氮量?jī)烧邔?duì)直鏈淀粉含量的影響具有顯著交互作用。除直鏈淀粉之外，其它指標(biāo)具有顯著年際間差異。施氮量、密度和年際之間兩者或者三者交互作用絕大多數(shù)不顯著。

表1 不同處理下水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)Table 1 Yield and quality of rice under different treatments

在N0、N75、N105、N135處理下，D1處理精米蛋白質(zhì)含量較D2處理分別提高了5.63%、4.94%、4.07%、1.83%；而D2處理的稻谷產(chǎn)量較D1分別提高了13.93%、9.12%、8.78%、7.82%，地上部干物重分別增加了8.86%、7.82%、3.97%、1.72%，精米產(chǎn)量分別增加了12.68%、13.06%、11.40%、6.59%。高氮條件下增產(chǎn)少，而低氮條件下高密度栽培增產(chǎn)較多。

在相同栽培密度下，隨著施氮量增加，稻谷產(chǎn)量、地上部干物重、精米產(chǎn)量均呈現(xiàn)出先增加后降低趨勢(shì)，以N105處理最高。N105處理的稻谷產(chǎn)量除2019年D1密度下與N135處理差異不顯著外，其余均顯著高于其他處理，而N135處理的稻谷產(chǎn)量與N75處理沒有顯著差異，但2018年地上部干物重卻顯著高于N75處理。

氮肥對(duì)精米產(chǎn)量的影響2018年與2019年結(jié)果不同。2018年，N75、N105、N135處理在2個(gè)密度下的精米產(chǎn)量沒有顯著差異。2019年，D1栽培密度下，3個(gè)氮水平處理的稻谷產(chǎn)量也無顯著差異，而在D2栽培密度下，N105處理的精米產(chǎn)量顯著高于N75和N135處理，分別提高6.88%和16.74%；N75和N135處理之間無顯著差異。D1栽培密度下，施氮水平增加對(duì)精米的蛋白質(zhì)含量和食味值無顯著影響，而D2栽培密度下，施氮量增加有提高精米蛋白質(zhì)含量但是降低食味值的趨勢(shì)，且N135處理與N0相比，蛋白質(zhì)含量顯著增加0.82個(gè)百分點(diǎn)，精米率和食味值分別顯著降低8.40和7.58個(gè)百分點(diǎn)。栽培密度和施氮量對(duì)精米的直鏈淀粉含量沒有顯著影響。

2.2 施氮量和稻谷產(chǎn)量的關(guān)系及經(jīng)濟(jì)效益分析

由圖2可知，施氮量與稻谷產(chǎn)量呈二次曲線關(guān)系。D1栽培密度下，兩年稻谷最高產(chǎn)量分別為6974和7451 kg/hm2，對(duì)應(yīng)的最高產(chǎn)量施氮量分別為126.4和113.2 kg/hm2；D2栽培密度下，兩年稻谷最高產(chǎn)量分別為7708和7979 kg/hm2，對(duì)應(yīng)的最高產(chǎn)量施氮量分別為110.8和98.6 kg/hm2。隨著邊際利潤(rùn)(R值)增加，氮肥用量降低，稻谷產(chǎn)量降低，但是農(nóng)戶效應(yīng)先增加后降低(表2)。R值在0～0.3，施氮量、產(chǎn)量和施肥利潤(rùn)相差不大。相對(duì)而言，2019年產(chǎn)量稍高、效益好。

表2 利用肥料效應(yīng)函數(shù)計(jì)算的稻谷產(chǎn)量、施氮量和經(jīng)濟(jì)效益Table 2 Rice grain yield, N application rate and benefit calculated by fertilizer response function

圖2 兩個(gè)密度下施氮量與稻谷產(chǎn)量的關(guān)系Fig.2 Relationship between nitrogen rate and rice grain yield under two plant densities

2.3 施氮量和精米產(chǎn)量的關(guān)系及經(jīng)濟(jì)效益分析

由圖3可知，與施氮量和產(chǎn)量關(guān)系相似，施氮量與精米產(chǎn)量也呈二次曲線關(guān)系。隨著栽培密度增加，最高精米產(chǎn)量施氮量和經(jīng)濟(jì)最佳施氮量均明顯降低。在D1栽培密度下，精米產(chǎn)量最高時(shí)的施肥量為102.8～109.8 kg/hm2。D2栽培密度下，精米產(chǎn)量最高時(shí)的施氮量為78.1～101.0 kg/hm2。隨著R值增加，D1和D2栽培密度下經(jīng)濟(jì)最佳施氮量分別下降到 98.8～105.9 (平均 102.4)和 73.2～98.0 (平均 87.1)kg/hm2，D2較D1處理減少經(jīng)濟(jì)最佳施氮量約15 kg/hm2。相對(duì)于最高精米產(chǎn)量施氮量，經(jīng)濟(jì)最佳施氮量減少3 kg/hm2左右，精米產(chǎn)量下降約1 kg/hm2，但是施肥利潤(rùn)提高了約8元。R值在0～0.3，施肥量和對(duì)應(yīng)的精米產(chǎn)量相差不大，施肥利潤(rùn)相差也不多(表3)。施氮量具有明顯的年際間差異，2個(gè)密度下2019年的施氮量均低于2018年，D1密度下年際間施氮量差異較小，D2密度下年際間施氮量差異變大。2019年溫度高于2018年，可見溫度高的年份，合理密植更有利于氮肥減施。

表3 利用肥料效應(yīng)函數(shù)計(jì)算的精米產(chǎn)量、施氮量和經(jīng)濟(jì)效益Table 3 Milled rice yield, nitrogen application rate and benefit calculated by fertilizer response function

圖3 兩個(gè)種植密度下施氮量與精米產(chǎn)量的關(guān)系Fig.3 Relationship between nitrogen rate and milled rice yield under two plant densities

2.4 氮肥和密度對(duì)水稻氮素積累和氮肥效率的影響

由表4可知，氮肥對(duì)水稻氮素積累和氮效率有顯著影響，密度對(duì)氮積累量和氮肥偏生產(chǎn)力影響顯著。多數(shù)指標(biāo)存在顯著的年際間差異，指標(biāo)之間多數(shù)沒有明顯的交互作用。

由表4可知，相同密度下，隨著氮肥用量增加，氮素積累顯著增加，施氮量超過105 kg/hm2，氮積累增加多數(shù)不顯著。因此，氮肥回收利用率在N105處理達(dá)最大值，同N75和N135處理相比，提高了4.00～18.38個(gè)百分點(diǎn)。隨著施氮量的增加，農(nóng)學(xué)效率、生理利用率、偏生產(chǎn)力均呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，與N105處理相比，N135處理兩年平均分別降低了38.88%、28.17%和26.74%。

各氮肥水平下，D2密度氮積累和偏生產(chǎn)力比D1密度平均值分別提高了40.35%和40.31%，在N0、N75、N105、N135水平上，D2密植較D1稀植氮積累量分別提高10.93%、5.38%、4.46%、2.18%；在N75、N105、N135水平上，D2密植較D1稀植偏生產(chǎn)力分別提高11.55%、8.73%、7.24%。兩個(gè)密度處理的氮肥回收利用率、農(nóng)學(xué)效率、生理利用率無顯著差異。

3 討論

3.1 合理密植有利于減氮并提高水稻產(chǎn)量

施氮量和密度是影響水稻產(chǎn)量的主要因素，大量研究表明，在一定范圍內(nèi)，氮肥可以提高水稻產(chǎn)量，但是達(dá)到峰值后，過量的氮肥會(huì)造成水稻減產(chǎn)[18]。本研究也證實(shí)過量施氮會(huì)造成水稻減產(chǎn)(表1)。干物質(zhì)積累是水稻產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，產(chǎn)量是干物質(zhì)積累量與收獲指數(shù)的乘積。通常施氮量增加，葉片含氮量增加，水稻葉片光合效率提高，有利于干物質(zhì)積累[19]。隨著氮肥用量提高，水稻葉片和莖稈夾角變大，葉片披垂相互遮蔭反而會(huì)使光合效率降低。同時(shí)，莖稈中氮鉀比例與水稻莖稈充實(shí)度密切相關(guān)，隨著施氮量增加，莖稈氮鉀比增加，莖稈充實(shí)度變差，甚至出現(xiàn)倒伏[20]。葉片披垂和倒伏后有效葉面積變小，顯著影響干物質(zhì)積累，干物質(zhì)積累不足容易造成水稻結(jié)實(shí)率降低，收獲指數(shù)下降[21]。在本研究中，五優(yōu)稻4號(hào)高氮處理田間表現(xiàn)出葉片披垂和后期的倒伏，因此干物質(zhì)積累和運(yùn)轉(zhuǎn)受到抑制，造成高氮處理干物質(zhì)積累不足，收獲指數(shù)降低，這可能是高氮造成水稻減產(chǎn)的主要原因。密度增加無氮區(qū)有較高的稻谷產(chǎn)量和吸氮量(表4)，這可能是因?yàn)槊芏仍黾?，水稻根系與養(yǎng)分接觸概率增加，可以截獲更多的養(yǎng)分。因此增加密度有利于節(jié)氮并增加水稻產(chǎn)量，這與其他研究結(jié)果[22]相一致。本試驗(yàn)中合理密植減氮更容易獲得高產(chǎn)，可能與其干物質(zhì)積累較多有關(guān)。增加密度雖然單株生產(chǎn)能力下降，但是低氮量條件下葉片直立，群體光合效率更高，因此干物質(zhì)積累增加。一般來說增加密度會(huì)增加水稻倒伏風(fēng)險(xiǎn)[23]，但增密的同時(shí)減氮，能增強(qiáng)水稻抗折力，提高水稻抗倒伏能力。增密減氮處理葉片直立，抗倒伏能力強(qiáng)是其增產(chǎn)的主要原因。齊穗期和灌漿盛期的溫度與水稻千粒重呈顯著的正相關(guān)，較高的溫度有利于籽粒的形成，提高產(chǎn)量[24]。本研究中造成兩年產(chǎn)量差異的原因可能是溫度，2019年比2018年日平均溫度高1℃，并且灌漿期溫度較高，因此2019年產(chǎn)量稍高。

表4 不同處理下水稻氮素積累量和氮肥利用效率Table 4 N accumulation and nitrogen use efficiency of rice under different treatments

肥料效應(yīng)函數(shù)是確定經(jīng)濟(jì)最佳施肥量的主要方法，過去市場(chǎng)交易時(shí)主要考慮稻谷的價(jià)值，都是用施氮量和稻谷產(chǎn)量的函數(shù)關(guān)系來確定最佳施氮量。本研究中的水稻品種出米率(精米率)與施氮量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，最高稻谷產(chǎn)量并不是最高精米產(chǎn)量。傳統(tǒng)的肥料效應(yīng)函數(shù)法計(jì)算的經(jīng)濟(jì)最佳施氮量為96.4～123.7 kg/hm2，而按照施氮量和精米產(chǎn)量關(guān)系函數(shù)計(jì)算的經(jīng)濟(jì)最佳施氮量為76.2～105.9 kg/hm2，這兩種方法計(jì)算的施氮量存在明顯差異。如果施氮量與水稻出米率為負(fù)相關(guān)，在這種條件下按照施氮量和水稻產(chǎn)量關(guān)系確定的最佳施氮量，氮肥投入高，而實(shí)際上精米產(chǎn)量降低。因此，傳統(tǒng)肥料效應(yīng)函數(shù)按稻谷定價(jià)而不考慮出米率(精米率)，一方面會(huì)降低精米經(jīng)銷商的利益；另一方面農(nóng)戶因追求高產(chǎn)而增加氮肥施用，加劇了農(nóng)業(yè)面源污染等一系列不良環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[25]。為了協(xié)同農(nóng)戶、經(jīng)銷商和環(huán)境效應(yīng)，建議在水稻收購(gòu)中增加出米率這一指標(biāo)，把稻谷價(jià)格和出米率聯(lián)系起來，出米率高稻谷售價(jià)就高。這樣就需要研究產(chǎn)量、出米率和稻谷價(jià)格的關(guān)系，確定出米率適宜范圍。本研究中適宜的出米范圍為55%～60%，在此范圍內(nèi)出米率每增加1%，稻谷每500 g售價(jià)增加0.05～0.10元。出米率低于55%，建議每500 g售價(jià)降低0.1～0.2元。按照這樣的定價(jià)方式引導(dǎo)農(nóng)戶追求較高的出米率而不是單純的追求高產(chǎn)，這樣將有利于節(jié)肥和高效目標(biāo)協(xié)同?？紤]到氮肥用量和出米率的關(guān)系并不一致，有些研究認(rèn)為施氮量與出米率為正相關(guān)，此時(shí)用施氮量和精米產(chǎn)量關(guān)系計(jì)算最佳施氮量則更高，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)可能加大。由此可見，施氮量與出米率的關(guān)系是確定最佳施氮量的關(guān)鍵，如果施氮量對(duì)出米率沒有影響，則兩種方法所確定的施肥量相同。由于水稻是人類主要口糧，多以精米的形式出現(xiàn)，建議在確定最佳施氮量前要研究施肥量與出米率的關(guān)系，根據(jù)此關(guān)系來確定采用哪種肥料效應(yīng)函數(shù)來確定最佳施氮量，從而更好地協(xié)調(diào)產(chǎn)量、品質(zhì)和環(huán)境三者的關(guān)系。

3.2 合理密植條件下減氮有利于改善精米品質(zhì)

施氮量和密度會(huì)影響精米率、蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉和食味值等品質(zhì)指標(biāo)，施氮量對(duì)于精米率的影響研究結(jié)果并不相同。彭斌等[26]認(rèn)為，隨著氮肥用量的增加，精米率提高；李禹堯[27]認(rèn)為，氮肥的用量與精米率呈倒拋物線型變化趨勢(shì)。丁濤[28]認(rèn)為，密度對(duì)精米率無顯著影響。本研究表明，氮肥用量與精米率呈顯著負(fù)相關(guān)，隨著氮肥用量的增加，精米率降低。精米率高低與稻谷硬度有關(guān)，稻谷灌漿充分，硬度大則精米率高。隨著氮肥用量提高，水稻灌漿充實(shí)度下降，硬度也降低，千粒重和結(jié)實(shí)率均降低，因此精米率降低。有人認(rèn)為增加插秧密度，精米率會(huì)降低[29]。本試驗(yàn)中高密度處理精米率有降低趨勢(shì)，但是差異不顯著。

施氮量與精米直鏈淀粉含量關(guān)系研究結(jié)果也不盡相同。Deng等[30]認(rèn)為，在一定范圍內(nèi)隨著氮肥用量的增加，直鏈淀粉含量先升高，達(dá)到最大值后降低。占新春等[31]研究認(rèn)為，氮肥對(duì)直鏈淀粉含量影響差異不顯著。隨著施氮量與栽培密度的增加，直鏈淀粉含量表現(xiàn)為先降低后升高的趨勢(shì)[32]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，密度和施氮量對(duì)直鏈淀粉含量影響不顯著。蛋白質(zhì)含量主要受到植株氮素營(yíng)養(yǎng)的影響，前人對(duì)施氮肥與水稻籽粒蛋白質(zhì)含量變化關(guān)系的研究結(jié)果基本一致，認(rèn)為增加氮肥施用量可以提高水稻的蛋白質(zhì)含量，本研究進(jìn)一步確認(rèn)了上述觀點(diǎn)。一般蛋白質(zhì)含量和食味品質(zhì)具有一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，蛋白質(zhì)含量增加食味值則下降。密度增加后植株含氮量是否增加國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果并不一致，在一定范圍內(nèi)密度增加，水稻植株氮積累總量和產(chǎn)量一般均增加，密度增加籽粒含氮量是否增加與產(chǎn)量和吸氮量比值有關(guān)。本研究中密度增加，產(chǎn)量和吸氮量比值有增加趨勢(shì)，也就是單位吸氮量生產(chǎn)了更多的稻谷，產(chǎn)量增加快于吸氮量的增加，表現(xiàn)為稀釋效應(yīng)，因此精米蛋白含量降低。施氮量和密度對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響與其他研究結(jié)果[3–4]一致。本試驗(yàn)中高氮和低密度處理精米蛋白質(zhì)含量增加，對(duì)應(yīng)的食味值降低?？梢娺m當(dāng)減少氮肥用量并合理密植能夠提高精米食味品質(zhì)，改善精米口感。從精米品質(zhì)角度看，在推薦施氮量時(shí)引入出米率(精米率)這一指標(biāo)有利于減氮，從而提高精米食味品質(zhì)，使口感更佳，因此在確定氮肥用量時(shí)考慮出米率這一指標(biāo)有利于節(jié)氮提質(zhì)。

3.3 合理密植條件下減氮有利于提高水稻氮肥利用效率

施氮量和密度對(duì)氮效率有顯著影響[33]。在一定范圍內(nèi)，隨著施氮量的增加，氮肥回收利用率降低。也有研究顯示，隨著氮肥用量增加氮肥回收利用率先增加后降低[3]。本研究顯示，隨著氮肥用量增加氮肥回收利用率先增加后降低。這可能是因?yàn)槭┑窟^低導(dǎo)致群體結(jié)構(gòu)不佳從而影響氮素吸收利用。隨著施氮量的增加，氮肥農(nóng)學(xué)效率、生理利用率和偏生產(chǎn)力均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這與其他研究[34–35]結(jié)果一致。2019年氮肥回收利用率和氮肥農(nóng)學(xué)效率均低于2018年，而氮肥偏生產(chǎn)力則高于2018年。一般認(rèn)為溫度升高有助于提高植株吸氮量[36]，因此2019年無氮肥區(qū)吸氮量和施氮后吸氮量均顯著高于2018年，施肥后產(chǎn)量也高于2018年，因此氮肥偏生產(chǎn)力高于2018年。2019年無氮肥區(qū)吸氮量比2018年平均增加18.30% (表4)，造成施肥后吸氮量增加以及單位氮增產(chǎn)的水稻均降低，因此2019年氮肥回收效率和氮肥農(nóng)學(xué)效率均低于2018年。這可能與水稻優(yōu)先利用土壤氮有關(guān)，深層次原因尚需深入研究。

一般認(rèn)為增加種植密度，適當(dāng)降低氮肥施用量是提高水稻氮肥利用效率的重要措施[37]。本研究證實(shí)增加密度有利于氮累積，但是對(duì)氮肥回收利用率和生理利用率影響均不顯著。合理密植促進(jìn)了群體平衡，保證了根系對(duì)土壤氮素及氮肥的吸收，養(yǎng)分吸收量同步增加，但養(yǎng)分在作物體內(nèi)的利用沒有發(fā)生明顯的改變，因此氮肥生理利用率和氮肥回收利用率都沒有明顯差異?？梢姾侠砻苤哺菀装l(fā)揮根冠、庫(kù)源等株型優(yōu)勢(shì)，合理增密利于減氮。由于增密提高了產(chǎn)量，因此密度增加使氮肥偏生產(chǎn)力明顯提高(表4)?？梢姡瑴p氮增密可不同程度提高氮肥偏生產(chǎn)力等相關(guān)指標(biāo)[38]。

4 結(jié)論

合理密植和減氮能夠增加水稻產(chǎn)量，改善精米品質(zhì)。增密促進(jìn)了水稻對(duì)土壤氮吸收，提高氮素積累和氮肥偏生產(chǎn)力，但是對(duì)氮肥回收利用率影響不大。在本試驗(yàn)合理密植(24穴/m2)條件下，‘五優(yōu)稻4號(hào)’施氮量為76.2～105.9 kg/hm2時(shí)有利于稻米高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)，并實(shí)現(xiàn)氮肥減施高效。精米率對(duì)氮肥有負(fù)響應(yīng)的水稻品種，應(yīng)以施氮量和精米產(chǎn)量效應(yīng)函數(shù)確定適宜施氮量。