施氮量對(duì)優(yōu)質(zhì)稻“福香占”光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

王穎姮 陳麗娟 崔麗麗 詹生威 宋煜 陳世安 解振興 姜照偉吳方喜 卓傳營(yíng) 蔡秋華 謝華安 張建福,*

(1福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 水稻研究所，福州 350019；2農(nóng)業(yè)部華南雜交水稻種質(zhì)創(chuàng)新與分子育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/福州 (國(guó)家)水稻改良分中心/福建省作物分子育種工程實(shí)驗(yàn)室/福建省水稻分子育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/福建省作物種質(zhì)創(chuàng)新與分子育種省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地/雜交水稻國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室華南研究基地/水稻國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，福州 350003；3尤溪縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，福建 三明 365100；4尤溪縣西城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展綜合服務(wù)中心，福建 三明 365114；*通信聯(lián)系人，email：jianfzhang@163.com)

我國(guó)是水稻生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，全國(guó)60%的人口以大米為主食。隨著生活水平的不斷提高以及生活方式的轉(zhuǎn)變，人們對(duì)稻米品質(zhì)的需求日益提高?！昂贸浴钡拇竺子邮艿较M(fèi)者青睞，選擇高品質(zhì)、綠色優(yōu)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)健康大米的消費(fèi)者越來(lái)越多。另一方面，優(yōu)質(zhì)稻谷在市場(chǎng)收購(gòu)中受到歡迎，近年來(lái)優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)勢(shì)頭明顯，供不應(yīng)求，價(jià)格受市場(chǎng)影響較小，農(nóng)民和企業(yè)可以得到更多的實(shí)惠[1,2]。不斷提升稻米品質(zhì)核心競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)于質(zhì)量興農(nóng)，鄉(xiāng)村振興具有重要的戰(zhàn)略意義。盡管我國(guó)水稻新品種優(yōu)質(zhì)化率越來(lái)越高，優(yōu)質(zhì)稻品種的綜合實(shí)力仍然不高。一方面，豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆及廣適等“四性”綜合水平較高的水稻新品種仍有待進(jìn)一步改良；另一方面，優(yōu)良品種也需要科學(xué)的配套栽培技術(shù)，才能充分發(fā)揮其潛力和價(jià)值。

氮肥是影響水稻生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵因素，氮素是水稻需求量最大的營(yíng)養(yǎng)元素。氮肥能夠顯著促進(jìn)水稻根系和冠層生長(zhǎng)發(fā)育，協(xié)調(diào)地上與地下部分生長(zhǎng)[3]。Sun等[4]研究發(fā)現(xiàn)，高氮條件下，葉片中氮含量、葉綠素水平顯著升高，穩(wěn)態(tài)光合作用顯著增強(qiáng)；而Cao[5]的研究卻發(fā)現(xiàn)水稻葉片光合作用受水分狀況的影響顯著，但受氮肥水平的影響不顯著。Wang等[6]在湖北省7個(gè)水稻區(qū)開展了514個(gè)水稻大田試驗(yàn)，在所有水稻區(qū)，施氮區(qū)水稻產(chǎn)量顯著高于不施氮區(qū)，中氮處理產(chǎn)量最高。陶進(jìn)等[7]研究了施氮量對(duì)中秈水稻品種產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，超級(jí)稻以高氮產(chǎn)量最高，其他品種以中氮產(chǎn)量最高或中氮與高氮產(chǎn)量差異不顯著；而增施氮肥特別是高氮會(huì)降低稻米品質(zhì)，隨施氮量增加，稻米的堊白度、蛋白質(zhì)含量增加，崩解值降低，消減值增大。研究也表明氮肥對(duì)稻米直鏈淀粉[8,9]、膠稠度[8]、食味[9]等的影響因品種而異。碳、氮、脂肪代謝與稻米品質(zhì)形成過程密切相關(guān)，涉及到光合產(chǎn)物合成、轉(zhuǎn)運(yùn)、關(guān)鍵酶的作用等方面。合理的氮肥水平對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)都有促進(jìn)作用，如180 kg / hm2的施氮量使機(jī)插優(yōu)質(zhì)雙季晚稻優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)達(dá)到較好的協(xié)調(diào)統(tǒng)一[10]。而重施氮肥常會(huì)引起水稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛，光合同化物利用率降低，進(jìn)而導(dǎo)致水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的下降。不僅增加農(nóng)民的種植成本，而且造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染等系列問題。水稻氮肥利用效率和高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)的施氮量在品種間及不同生態(tài)區(qū)域均有較大差異[11,12]，不同品種獲得最高產(chǎn)量和最優(yōu)品質(zhì)的施氮量各不相同[13-17]。

“福香占”是福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所選育的優(yōu)質(zhì)常規(guī)秈稻品種，2020年通過福建省作物品種審定委員會(huì)品種審定(閩審稻20200011)，米質(zhì)達(dá)部頒《食用稻品種品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(NY/T593-2013)二級(jí)。獲全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心主辦的第三屆全國(guó)優(yōu)質(zhì)秈稻品種食味品質(zhì)鑒評(píng)(秈稻)金獎(jiǎng)。已在江西省、湖南省、安徽省、重慶市及福建省三明市、寧德市、南平市、龍巖市等地示范推廣。煙稻輪作的生產(chǎn)模式在閩西北地區(qū)廣泛受到農(nóng)民歡迎。為明確不同施氮量對(duì)煙后稻區(qū)“福香占”產(chǎn)量形成關(guān)鍵時(shí)期光合特性、稻谷產(chǎn)量、稻米品質(zhì)等方面的影響，本研究于2020年和2021年在福建省三明市尤溪縣開展了“福香占”不同氮肥水平試驗(yàn)，對(duì)“福香占”不同氮肥處理齊穗期的光合特性和光合產(chǎn)物、產(chǎn)量構(gòu)成因素、稻米品質(zhì)、香味物質(zhì)含量進(jìn)行了系統(tǒng)分析，以明確不同氮肥水平下產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的差異，旨在為充分發(fā)揮“福香占”的優(yōu)質(zhì)特性，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)稻產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，帶動(dòng)煙稻輪作地區(qū)農(nóng)民增產(chǎn)增收。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和地點(diǎn)

選用“福香占”為試驗(yàn)材料，于2020和2021年在福建省三明市尤溪縣西城鎮(zhèn)湆頭村進(jìn)行，前茬作物為煙葉。該區(qū)域?qū)儆谥衼啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤(rùn)氣候，降水豐富。年平均氣溫18.9℃，無(wú)霜期296 d。圖1為2020-2021生育期內(nèi)氣溫狀況。土壤有機(jī)質(zhì)含量24.20 g/kg，堿解氮158.00 mg/kg，有效磷32.80 mg/kg，速效鉀280.00 mg/kg，全氮0.110 %，全磷0.050 %，全鉀3.100 %，土壤pH值5.75。

圖1 試驗(yàn)地2020-2021年生育期內(nèi)溫度趨勢(shì)Fig. 1. Daily temperature during whole growth period of the experiment plots in 2020 and 2021.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2020年6月19播種，7月15日插秧；2021年6月15日播種，7月11日插秧。秧齡均為26 d，小區(qū)用20 cm × 20 cm劃行器劃行，以確保行株距，人工栽插，每穴1苗。小區(qū)間筑埂隔離，用塑料膜包裹埂體，保證單獨(dú)排灌。小區(qū)面積50.4 m2(7.2 m× 7 m)，3次重復(fù)。

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，總施氮量設(shè)置5個(gè)水平，分別為0 kg/hm2(CK)、51.75 kg/hm2(N1)、103.5 kg/hm2(N2)、155.25 kg/hm2(N3)、 207 kg/hm2(N4)。氮肥選用尿素(N 46%)。按基肥∶蘗肥∶促花肥∶?；ǚ?3∶2∶3∶2施肥。各處理磷(以P2O5計(jì))、鉀(以K2O計(jì))按150 kg/hm2施用，磷肥施用鈣鎂磷肥，一次性基施，鉀肥施用氯化鉀，分別作基肥和穗肥按5∶5等量施入。重點(diǎn)防控細(xì)菌性條斑病，精準(zhǔn)、及時(shí)、高效防治其他病蟲害，水分管理按照高產(chǎn)栽培要求實(shí)施。

1.3 測(cè)定性狀及方法

1.3.1 生育時(shí)期及生育期記載

記錄移栽期、始穗期、齊穗期和成熟期。

1.3.1 劍葉SPAD值和光合指標(biāo)

水稻齊穗期，每小區(qū)選擇30株(去除邊行)，用日本MINOLTA生產(chǎn)的SPAD-502葉綠素儀，測(cè)定劍葉SPAD值。同一時(shí)期，在晴天上午9點(diǎn)到12點(diǎn)之間，每小區(qū)選擇10個(gè)單株(去除邊行)，用LI6400-XT光合測(cè)定儀(LI-COR，USA)測(cè)定完全展開的劍葉的凈光合速率(Pn)、胞間二氧化碳濃度(Ci)、氣孔導(dǎo)度(Cs)、蒸騰速率(Tr)。

1.3.2 劍葉超微結(jié)構(gòu)觀察

取水稻齊穗期劍葉中間部位，用剪刀將葉片剪成1～2 mm2大小，放在裝有電鏡固定液(Servicebio)的EP管中，真空泵抽氣直至沉底，室溫放置2 h后 4℃固定保存。0.1 mol/L磷酸緩沖液PB(pH 7.4)漂洗3次，每次15 min。0.1 mol/L 磷酸緩沖液 PB(pH 7.4)配制的1%鋨酸避光室溫固定7 h。0.1 mol/L磷酸緩沖液PB(pH 7.4)漂洗3次，每次15 min。依次加入 30%、50%、70%、80%、95%、100%、 100%酒精上行脫水，每次 1 h。無(wú)水乙醇∶丙酮=3∶1，0.5 h，無(wú)水乙醇∶丙酮=1∶1，0.5 h，無(wú)水乙醇∶丙酮=1∶3，0.5 h，丙酮，1 h。滲透包埋，丙酮∶812包埋劑(SPI)=3∶1，37 ℃，2～4 h，丙酮∶812包埋劑=1∶1，37 ℃下滲透過夜，丙酮∶812包埋劑=1∶3，37 ℃下2～4 h，純812包埋劑，37 ℃下5～8 h。將純812包埋劑倒入包埋板，將樣品插入包埋板后 37 ℃烤箱過夜。包埋板放于60 ℃烤箱聚合48 h，取出樹脂塊備用。樹脂塊于超薄切片機(jī)(Leica UC7，Leica)60～80 nm超薄切片，150目方華膜銅網(wǎng)撈片。銅網(wǎng)于2%醋酸鈾飽和酒精溶液避光染色8 min；70%酒精清洗3次；超純水清洗3次；2.6%枸櫞酸鉛溶液避二氧化碳染色8 min；超純水清洗3次，濾紙稍吸干。銅網(wǎng)切片放入銅網(wǎng)盒內(nèi)室溫干燥過夜。透射電子顯微鏡(HT7800，HITACHI)下觀察，采集圖像分析。利用粒徑分布計(jì)算軟件(Nano measurer 1.2)測(cè)量葉綠體的橫徑(W)及縱徑(L)，并通過橢圓面積計(jì)算公式S=π×W×L/4計(jì)算得出相應(yīng)的面積。

1.3.3 劍葉蔗糖和淀粉含量

取齊穗期劍葉中間部位，105℃烘箱中殺青15 min，然后在80℃烘箱中烘干至恒重。烘干樣品粉碎，用于蔗糖和淀粉濃度測(cè)定。分別采用植物蔗糖含量檢測(cè)試劑盒(Solarbio，Life Sciences)和淀粉含量檢測(cè)試劑盒(Solarbio，Life Sciences)，按照說(shuō)明書進(jìn)行操作，反應(yīng)完后，分別用酶標(biāo)儀480 nm下測(cè)定光吸收值。蔗糖含量計(jì)算公式為：

蔗糖含量(mg / g)= 2 × (A3-A1) / (A2-A1) /W；

A1、A2、A3分別為空白管、標(biāo)準(zhǔn)管和測(cè)定管480 nm光吸收值，W為樣本質(zhì)量。

淀粉含量測(cè)定，將葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行稀釋，測(cè)定620 nm波長(zhǎng)下的光吸收值，根據(jù)光吸收值繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，配置線性回歸方程y= kx+ b, 代入光吸收值，計(jì)算x。淀粉含量計(jì)算公式為：

淀粉含量(mg / g)= 6.126 ×x/W；

x由回歸方程計(jì)算，W為樣本質(zhì)量。

1.3.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

成熟期調(diào)查株高和有效穗數(shù)，除去邊行，每個(gè)小區(qū)調(diào)查3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)20穴；再根據(jù)平均穗數(shù)取5穴調(diào)查穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。小區(qū)全部實(shí)收測(cè)產(chǎn)，并取1 kg稻谷烘干至含水量為13 %，計(jì)算曬干率，3次重復(fù)。再計(jì)算出干谷產(chǎn)量。計(jì)算公式為：

產(chǎn)量(kg/hm2)=小區(qū)生谷產(chǎn)量(kg)× 曬干率(%)/小區(qū)面積(m2)× 10000(m2)；

其中，曬干率=烘干后稻谷質(zhì)量(kg)/1(kg)×100 %。

1.3.5 稻米品質(zhì)性狀

收獲后保留2 kg籽粒樣品曬干存放3個(gè)月后分析加工、外觀和品質(zhì)性狀。測(cè)定方法參照中國(guó)農(nóng)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)NY/T 83-2017[18]。

1.3.6 大米蛋白質(zhì)含量

稱取1 g精米粉于250 mL消化管中，加入12 mL濃硫酸，7 g K2SO4和0.8 g CuSO4·5H2O的混合物，420℃下消化1 h，用全自動(dòng)凱氏定氮儀(Kjeltec8400，F(xiàn)OSS，丹麥)測(cè)定氮含量，乘以系數(shù)5.95得到蛋白質(zhì)含量。

1.3.7 淀粉RVA譜特征值

采用黏度速測(cè)儀(3-D，Newport Scientific，澳大利亞)及其配套軟件TCW，按照美國(guó)谷物化學(xué)協(xié)會(huì)操作規(guī)程快速測(cè)定RVA譜特征值。包括峰值黏度(Peak Viscosity/ PKV)、熱漿黏度(Hot Viscosity/HPV)、最終黏度(Final Viscosity/CPV)。計(jì)算二級(jí)參數(shù)崩解值(Breakdown Viscosity/BDV=PKV- HPV)、消減值(Setback Viscosity/ SBV=CPV-PKV)、回復(fù)值(Cosistency Viscosity/ CSV=CPV-HPV)。黏度單位為cP，每個(gè)樣品測(cè)3個(gè)重復(fù)。

1.3.8 香味物質(zhì)2-乙酰-1吡咯啉(2-AP)含量

收獲種子后，選成熟飽滿種子，采用氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)分析香味特征化合物2-AP含量[19]。內(nèi)標(biāo)物為2，4，6-三甲基吡啶(TMP，純度＞99%，阿拉丁)。色譜條件：用HP-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm，美國(guó)J&W)，柱溫升溫程序?yàn)?0℃保持2min，以10℃/min升至280℃，保持3 min，進(jìn)樣口壓力為34.5kPa，進(jìn)樣口溫度170℃，載氣為高純(純度＞99.999%)氦氣；恒壓不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量為1 μL。質(zhì)譜條件：電子轟擊EI離子源，離子源溫度為230℃，離子化能量為70 eV，連接線溫度為280℃，四級(jí)桿溫度為150℃，全掃描方式，掃描范圍為m/z 35-500。2-AP及TMP的定性分析采用NIST庫(kù)檢索，2-AP的定量分析采用內(nèi)標(biāo)法。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，圖表實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后所列數(shù)值(或誤差線)均為標(biāo)準(zhǔn)差(SD)，如無(wú)特別指出均生物學(xué)重復(fù)三次測(cè)定(n= 3)。方差分析采用SPSS 17.0中一般線性模型進(jìn)行多因素方差分析，施氮量和年份作為固定因子；作圖使用SigmaPlot 10.0軟件。

2020、2021均考查不同氮肥水平對(duì)“福香占”產(chǎn)量及其構(gòu)成因素(方法1.3.4)、稻米品質(zhì)(方法見1.3.5)和蛋白質(zhì)含量(方法1.3.6)的影響，其余指標(biāo)為2021年數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對(duì)葉片SPAD值和凈光合特性的影響

隨著氮肥施用量增加，田間“福香占”水稻葉片由淺到深色過渡，低氮肥處理(CK)葉片呈現(xiàn)黃綠色，高氮肥處理(N4)葉片顏色為深綠色(圖2-A～B)。進(jìn)一步測(cè)定劍葉SPAD值，變化范圍為32.72～37.33，隨施氮量增加逐漸升高，同田間葉片顏色變化一致，N4處理劍葉SPAD值最高(圖2-C)。氮肥處理顯著增加了“福香占”劍葉SPAD值。

圖2 福香占不同施氮處理下齊穗期田間表現(xiàn)及光合特性（2021）Fig. 2. Field performance and photosynthetic parameters of Fuxiangzhan during heading at different N rates(2021).

同一時(shí)期，劍葉凈光合速率(Pn)隨著施氮量的增加而升高，CK處理的Pn值最低為21.88 μmol(m2·s)，N4處理Pn值最高，達(dá)到24.96 μmol/(m2·s) (圖2-D)。但胞間CO2濃度、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度受施氮量的影響較小，各處理間差異不顯著(圖2-E～G)。氮肥處理顯著提升了“福香占”的光合能力，凈光合速率增加。

2.2 施氮量對(duì)劍葉葉綠體大小和數(shù)量的影響

圖3-A表明，隨著氮肥量增加，葉肉細(xì)胞中葉綠體體積增大，N2、N3、N4氮肥處理葉綠體體積與CK差異顯著，但是N2、N3、N4處理間葉綠體體積差異不顯著(圖3-B)。說(shuō)明氮肥處理可以增加葉綠體大小，但是氮肥施用量達(dá)到一定程度(N2)后，不再顯著增加。N3單位面積(100 μm2)葉綠體數(shù)量最多，但是單位面積葉綠體數(shù)量在各處理間無(wú)顯著差異(圖3-C)。施用氮肥處理，“福香占”葉肉細(xì)胞中葉綠體數(shù)量不變，但體積增大，當(dāng)?shù)柿窟_(dá)到N2，葉綠體不再顯著增大。

圖3 齊穗期不同氮肥處理下“福香占”劍葉的超微結(jié)構(gòu)Fig. 3. Ultrastructure of Fuxiangzhan leaves under different N-rates at full heading stage.

2.3 施氮量對(duì)劍葉中淀粉和蔗糖含量的影響

各個(gè)氮肥處理劍葉中淀粉含量隨著氮肥施用量增加而上升，N4劍葉中淀粉含量最高，為28.63 ±0.83 mg/g，CK最低，為23.68 ± 1.02 mg/g，N2、N3、N4間差異不顯著(圖4-A)?！案Ｏ阏肌比~片中蔗糖含量最高的是N3，達(dá)49.20±4.65 mg/g，蔗糖含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)(圖4-B)。結(jié)果表明隨施肥量增加，“福香占”N2、N3、N4處理葉片的光合產(chǎn)物淀粉含量高于CK和N1，而蔗糖含量在各處理間差異不顯著，但N3處理顯著高于CK。

圖4 不同氮肥處理“福香占”葉片中蔗糖和淀粉含量Fig. 4. Sucrose and starch contents of flag leaf under various N rates in Fuxiangzhan.

2.4 施氮量對(duì)“福香占”生育時(shí)期及生育期的影響

隨著施氮量的增加，“福香占”始穗期、齊穗期、成熟期逐漸推遲，生育期逐漸延長(zhǎng)。2020年，N1～N4氮肥處理比對(duì)照的生育期分別延長(zhǎng)了5 d、8 d、11 d、13 d。2021年，四個(gè)氮肥處理比對(duì)照生育期分別延長(zhǎng)了6 d、11 d、17 d、21 d(表1)。2021年由于成熟期后期氣溫較低(圖1)，在氮肥以及氣候的共同作用下，生育期延長(zhǎng)更多。不同氮肥處理間生育期延長(zhǎng)主要表現(xiàn)在始穗期和齊穗期推遲。齊穗后，處理間生育期間隔基本穩(wěn)定。

表1 不同施氮量下“福香占”主要生育時(shí)期與生育期Table 1. Growth duration of Fuxiangzhan under different N rates.

2.5 施氮量對(duì)“福香占”產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

施氮處理對(duì)田間產(chǎn)量及所有相關(guān)性狀影響均達(dá)到極顯著；而有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率還受年份影響，年份間差異極顯著(表2)。兩年均是N2處理產(chǎn)量最高，產(chǎn)量由高到低依次是N2、N1、CK、N3、N4(表2)。分析產(chǎn)量構(gòu)成因子，有效穗數(shù)兩年均隨氮肥量增加上升，2020年各處理間有效穗數(shù)差異不顯著，2021年CK、N1、N2、N3處理間差異顯著，依次升高，N3和N4處理差異不顯著，兩年均是N4處理有效穗數(shù)最高。2020年各處理間穗粒數(shù)差異不顯著，2021年，N2處理穗粒數(shù)顯著高于CK、N1和N3兩年均是N2處理的穗粒數(shù)最高。由于氣候原因，2021成熟期氣溫較低，灌漿期延長(zhǎng)，生育期推遲，并導(dǎo)致2021年度結(jié)實(shí)率較2020年低，但兩年結(jié)實(shí)率變化趨勢(shì)一致，均隨施氮量增加，結(jié)實(shí)率降低。千粒重兩年均隨施氮量增加下降，N2、N3、N4間差異不顯著，顯著低于CK和N1。結(jié)果表明，施用氮肥后，福香占有效穗數(shù)和穗粒數(shù)增加，而結(jié)實(shí)率和千粒重減少，在氮肥量為N2時(shí)，對(duì)穗粒數(shù)及田間產(chǎn)量促進(jìn)效果最好。

表2 施氮量對(duì)“福香占”產(chǎn)量及構(gòu)成的影響Table 2. Effects of N rates on yield and its components of Fuxiangzhan.

2.6 施氮量對(duì)“福香占”稻米品質(zhì)的影響

氮肥處理對(duì)“福香占”加工品質(zhì)和蛋白質(zhì)含量影響差異極顯著，但是對(duì)于外觀品質(zhì)和食味品質(zhì)影響差異不顯著(表3)。而在不同年份間，精米率、整精米率、堊白粒率、直鏈淀粉含量、膠稠度、和蛋白質(zhì)含量差異均達(dá)到極顯著。糙米率各氮肥處理和CK差異顯著。兩年的精米率均是N1和N2顯著高于其余處理，CK精米率顯著低于其余處理。整精米率2020年最好的是N2，與其他處理差異顯著，2021年N1和N2優(yōu)于其余處理，兩個(gè)處理間差異不顯著。表明施用氮肥提高了福香占的加工品質(zhì)， N2處理福香占的加工品質(zhì)最好。堊白粒率和堊白度2021年5個(gè)處理差異均不顯著，2020年則是N2、N3較高。與食味品質(zhì)相關(guān)的直鏈淀粉含量和膠稠度分別在兩年5個(gè)處理間差異均不顯著。蛋白質(zhì)含量?jī)赡昃S氮肥量增加顯著提高，CK蛋白質(zhì)含量最低，2020年N4蛋白質(zhì)含量最高，與其他處理差異顯著，2021年，N3和N4與其他處理間差異顯著，N3最高，N3、N4處理間差異不顯著。以上結(jié)果說(shuō)明氮肥處理顯著影響“福香占”加工品質(zhì)和蛋白質(zhì)含量，N2處理“福香占”加工品質(zhì)最好。

表3 施氮量對(duì)“福香占”品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)的影響Table 3. Effects of N rates on rice quality and nutrition for Fuxiangzhan.

2.7 施氮量對(duì)“福香占”RVA譜特征值的影響

施氮量對(duì)“福香占”RVA譜特征值影響均不顯著。分析RVA譜特征值數(shù)值變化趨勢(shì)，隨著施氮量增加， PKV、HPV、CPV、BDV數(shù)值均表現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，SBV表現(xiàn)出升高的趨勢(shì)(表4)。說(shuō)明“福香占”RVA譜特征值隨施氮量增加有下降趨勢(shì)，但是受施氮量影響較小，處理間差異不顯著。

表4 施氮量對(duì)“福香占”RVA譜的影響Table 4. Effects of N rates on RVA for Fuxiangzhan. cP

2.8 施氮量對(duì)“福香占”香味物質(zhì)2-AP含量的影響

圖5表明，施用氮肥增加了“福香占”糙米中香味物質(zhì)2-AP的含量。CK處理糙米中2-AP含量最低，為0.33 mg/kg，N2處理糙米的2-AP含量最高，達(dá)到0.43mg/kg。N2、N3、N4處理間差異不顯著，高氮肥處理，糙米中2-AP含量沒有繼續(xù)增加，而是略微下降。

圖5 不同氮肥處理對(duì)“福香占”糙米2-AP含量的影響Fig. 5. Effects of N-rates on 2-AP content of brown rice of Fuxiangzhan.

3 討論

3.1 氮肥處理對(duì)“福香占”產(chǎn)量形成的影響

植物通過光合作用，將CO2同化為有機(jī)物，為作物的生物量和產(chǎn)量形成奠定基礎(chǔ)。氮素對(duì)植物的光合能力起著至關(guān)重要的作用[20]。在適宜施氮量下，水稻根系形態(tài)發(fā)育和活力增強(qiáng)，水稻產(chǎn)量和氮素利用效率更高[21]。適宜的氮肥可以提高植株的生理活性，促進(jìn)生長(zhǎng)，防止葉片早衰，提高光化學(xué)效率和增強(qiáng)光合速率[4,6,22]。也有研究認(rèn)為氮水平對(duì)水稻光合作用無(wú)顯著影響[5]。過去60年間，我國(guó)水稻產(chǎn)量和施氮量幾乎同時(shí)增加。然而由于不同類型品種間氮肥利用率存在較大差異[11,12]，獲得最高產(chǎn)量的氮肥施用量沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。Huang的研究中[23]，廣陸矮4號(hào)和中嘉早17分別在氮肥用量為178 kg /hm2和213 kg / hm2時(shí)，產(chǎn)量達(dá)到峰值。在0～400 kg/ hm2范圍內(nèi)，甬優(yōu)2640稻谷產(chǎn)量隨氮肥量增加而提高，而連粳7號(hào)和楊稻6號(hào)產(chǎn)量則是先增加后降低[24]。甬優(yōu)6號(hào)在溫州地區(qū)最佳施肥量為139 kg/hm2[25]。機(jī)插秧雙季晚稻施180 kg / hm2時(shí)，可實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)統(tǒng)一[10]。本研究中，氮肥處理促進(jìn)了“福香占”的光合作用，光合產(chǎn)物淀粉和蔗糖含量得到提升。然而隨著氮肥用量增加，“福香占”生育期逐漸變長(zhǎng)(表1)，N3和N4處理生育期兩年平均分別延長(zhǎng)14 d和22 d。尤其2021年10月中下旬氣溫下降較快，10月17日以后最高氣溫均低于25℃(圖1)，導(dǎo)致該年份灌漿結(jié)實(shí)困難，結(jié)實(shí)率降低。盡管福香占N3、N4光合指標(biāo)較高，這兩個(gè)處理產(chǎn)量表現(xiàn)卻是下降(表2)，究其原因，主要由于N3和N4光合能力較強(qiáng)，植株貪青遲熟，灌漿困難，結(jié)實(shí)率降低，因此田間產(chǎn)量下降。說(shuō)明N3和N4氮肥量對(duì)于“福香占”而言過量，不利于生物產(chǎn)量轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

“福香占”兩年產(chǎn)量的峰值均是N2處理，施氮量為103.5 N kg / hm2。2020年N2處理產(chǎn)量為6194.00± 137.67 kg / hm2，2021年為6741.00 ± 52.54 kg /hm2，且兩年產(chǎn)量由高到低的氮肥處理均是N2、N1、CK、N3、N4。兩個(gè)高氮肥處理N3和N4均比不施氮肥處理產(chǎn)量低(表2)?，F(xiàn)有研究普遍認(rèn)為隨施氮量增加，水稻產(chǎn)量先升高后降低，本研究“福香占”產(chǎn)量也表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)。分析產(chǎn)量構(gòu)成因素，兩年試驗(yàn)中，N2處理均獲得了最高的穗粒數(shù)。但隨氮肥施用量增加，結(jié)實(shí)率、千粒重降低，有效穗數(shù)增加。N2處理“福香占”穗粒數(shù)最高，其他性狀則處于較高水平，田間產(chǎn)量獲得最高值，說(shuō)明穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率是提高“福香占”產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。較高的氮肥水平(N3和N4)卻導(dǎo)致“福香占”生育期延長(zhǎng)，灌漿結(jié)實(shí)率低，產(chǎn)量下降。

3.2 氮肥處理對(duì)“福香占”稻米品質(zhì)的影響

稻米品質(zhì)不僅受到遺傳因素的決定，同時(shí)還易受生長(zhǎng)環(huán)境條件及栽培方式的影響。氮肥施用量、施用時(shí)期以及氮肥形態(tài)都會(huì)對(duì)稻米品質(zhì)產(chǎn)生影響[7,8]，稻米的品質(zhì)決定了大米的檔次與市場(chǎng)定位。研究表明，稻谷加工品質(zhì)包括糙米率、精米率、整精米率都隨施氮量增加而提高[25-27]。外觀品質(zhì)堊白粒率和堊白度呈先降后增[29]。食味品質(zhì)相關(guān)的直鏈淀粉和膠稠度隨氮肥增加而下降[26,27]，也有研究認(rèn)為某些品種對(duì)于氮素及環(huán)境響應(yīng)遲鈍[8,29]，直鏈淀粉變化不明顯。蛋白質(zhì)含量一般來(lái)說(shuō)均是隨氮肥量增加而增加[7,8,25,27]。米飯黏聚性增加有利于食味品質(zhì)，而黏聚性與熱漿站度、最終黏度和消減值顯著負(fù)相關(guān)，與峰值黏度和崩解值顯著正相關(guān)[28]。隨著氮肥用量增加，RVA譜峰值黏度、崩解值、回復(fù)值遞減，消減值遞增[25]，也有研究表明米粉峰值黏度、熱漿黏度、崩解值和最終黏度隨施氮量增加表現(xiàn)出先增后減的趨勢(shì)，在240 kg / hm2或者300 kg / hm2最高[27]。香稻香味主要成分是2-乙?；?1-吡咯啉，在香稻品種中，由于編碼甜菜堿醛脫氫酶的Badh2功能突變，催化4-氨基丁醛氧化功能喪失，導(dǎo)致4-氨基丁醛積累，進(jìn)而促進(jìn)了2-乙?；?1-吡咯啉的合成，使稻米產(chǎn)生香味[31,32]。研究表明，土壤環(huán)境和氣候環(huán)境均會(huì)影響香稻中香味物質(zhì)的累積[33-35]。本研究中，氮肥處理顯著影響“福香占”加工品質(zhì)和蛋白質(zhì)含量，N2處理加工品質(zhì)最好。對(duì)比食用稻品種品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[30]，在N2氮肥處理下，2020年堊白度略高，未達(dá)到一等米標(biāo)準(zhǔn)，2021年堊白度達(dá)到一等米標(biāo)準(zhǔn)。堊白的形成與灌漿期溫度密切相關(guān)，堊白性狀在兩個(gè)年度間的差異可能是由于該時(shí)期氣溫的差異所致。一般來(lái)說(shuō)，蛋白質(zhì)含量高，營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)有所改善，但是稻米口感會(huì)降低。本研究中，盡管隨氮肥用量增加，“福香占”蛋白質(zhì)含量增高，但最高總蛋白含量仍低于9%，產(chǎn)量最高的N2處理，兩年蛋白質(zhì)含量分別為8.32 ± 0.23和7.58 ± 0.23%，對(duì)其口感的影響較小。今后研究可以進(jìn)一步分析不同處理中谷蛋白、醇溶蛋白含量的差異。 一般來(lái)說(shuō)，食味品質(zhì)較好品種具有較高崩解值及較小消減值、回復(fù)值?！案Ｏ阏肌辈煌侍幚黹g消減值和回復(fù)值差異不顯著(表4)，其RVA譜屬于氮素響應(yīng)遲鈍型。香稻具有濃郁的香味、優(yōu)異的蒸煮品質(zhì)，需求量和消費(fèi)量逐年增長(zhǎng)。本研究表明施用氮肥可以增加“福香占”中香味物質(zhì)的累積，與前人研究一致，香味物質(zhì)累積最多是N2處理(圖5)。

3.3 施氮量對(duì)“福香占”稻米品質(zhì)與豐產(chǎn)性能兼具的綜合調(diào)控途徑

近年來(lái)，“福香占”因其優(yōu)異的品質(zhì)，受到種植戶和消費(fèi)者的普遍歡迎。本研究通過設(shè)置不同氮肥水平，以明確福建煙后稻區(qū)“福香占”的最佳施肥量。結(jié)果表明，在N2(103.5 kg/hm2)氮肥水平下，“福香占”生育期適宜，能高效的將光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，各產(chǎn)量構(gòu)成因子綜合水平較高，從而獲得最高田間產(chǎn)量。另一方面，在該氮肥水平下，“福香占”加工品質(zhì)表現(xiàn)最好，蛋白質(zhì)含量適中，香味物質(zhì)2-AP含量最高，而其余稻米品質(zhì)受氮肥水平影響較小。因此，N2氮肥處理，“福香占”稻米品質(zhì)與豐產(chǎn)性能兼具。施用過量氮肥雖然增加了“福香占”的光合效率和光合產(chǎn)物，但也使得植株貪青遲熟，結(jié)實(shí)率和穗粒數(shù)顯著降低，生物產(chǎn)量不能較好地轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

不同類型、不同品種間最佳氮肥施用量存在差異，在煙后稻作模式下，“福香占”最佳氮肥施用量N2僅103.5 kg/hm2(純氮)，產(chǎn)量和品質(zhì)兼具，該氮肥水平低于大多數(shù)水稻品種最佳施肥量，表明在煙后稻區(qū)，“福香占”可以少施氮肥。同時(shí)，“福香占”作為優(yōu)質(zhì)稻谷，銷售價(jià)格高于普通品種。該品種的推廣應(yīng)用，對(duì)于減少稻田氮肥使用量，改善農(nóng)村環(huán)境，綠色栽培，節(jié)約種植成本和增加農(nóng)民收入具有重要意義；同時(shí)，較少氮肥施用量表明該品種也適宜在土壤瘠薄地區(qū)種植，是一個(gè)氮高效的優(yōu)質(zhì)品種。本研究明確了“福香占”在煙后稻區(qū)適宜的氮肥水平，為其進(jìn)一步在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用及優(yōu)質(zhì)稻產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

本研究綜合比較煙后稻模式下各氮肥處理對(duì)優(yōu)質(zhì)稻“福香占”光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響。隨施氮量增加，“福香占”劍葉SPAD值、凈光合速率、葉綠體數(shù)量和大小、葉片中蔗糖和淀粉含量均上升，生育期延長(zhǎng)。結(jié)實(shí)率、千粒重隨氮肥增加而降低，兩年的產(chǎn)量均是N2最高。稻米加工品質(zhì)N2表現(xiàn)最好，蛋白質(zhì)含量隨氮肥升高而增加。直鏈淀粉和膠稠度受氮肥水平影響不顯著，峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度、崩解值均隨氮肥增加而降低，消減值和回復(fù)值升高。N2處理糙米香味物質(zhì)2-AP含量最高。因此，當(dāng)?shù)适┯昧考s為N2(103.5 kg/hm2)時(shí)，“福香占”可以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)兼具。