優(yōu)良食味粳稻南粳3908產(chǎn)量和米質(zhì)對穗肥減量的響應(yīng)

周麗慧，倪新華，朱 鎮(zhèn)，陳 濤，趙慶勇，姚 姝，黃勝東，王才林

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所/江蘇省優(yōu)質(zhì)水稻工程技術(shù)研究中心/國家水稻改良中心南京分中心，江蘇南京 210014；2.江蘇省揚中市油坊鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，江蘇揚中 212218)

我國是全球水稻生產(chǎn)量最大的國家，約占世界水稻總產(chǎn)量的30%[1]。氮肥用量的增加是水稻產(chǎn)量不斷提高的重要原因之一[2]。有報道稱，目前我國水稻生產(chǎn)的平均氮肥用量達到180 kg/hm2，江蘇一些地區(qū)的氮肥用量甚至超過300 kg/hm2[3-4]。但是，氮肥的過量施用不僅難以實現(xiàn)水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，還會增加種稻成本和環(huán)境污染風(fēng)險[5-6]。因此，氮肥減量成為現(xiàn)階段稻作研究的熱點[7-10]。

氮素對水稻的生長發(fā)育以及產(chǎn)量和品質(zhì)的形成有著重要作用?；Y肥的施用能夠促進水稻分蘗的發(fā)生，還能增加前期生長量，為孕穗期幼穗分化提供物質(zhì)基礎(chǔ)[11]。穗肥的施用能夠鞏固分蘗成穗，促進穎花分化，提高中后期葉片的葉綠素含量，有助于改善群體光合性能，提高干物質(zhì)積累量，還可以通過影響籽粒灌漿過程對稻米品質(zhì)產(chǎn)生影響[12-18]。已有研究表明，適宜的穗肥施氮量是實現(xiàn)水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的有效途徑。隨著穗肥施氮量的增加，水稻產(chǎn)量呈先增加后減少趨勢，產(chǎn)量結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為每穗粒數(shù)逐漸增加，而結(jié)實率和千粒質(zhì)量呈下降趨勢[13-16]。就稻米品質(zhì)而言，穗肥施氮量的增加會提高整精米率、稻米蛋白質(zhì)含量，但稻米蛋白質(zhì)含量的提高會導(dǎo)致米飯食味下降[19-20]。另外，過高的穗肥施氮量也不利于優(yōu)化稻米淀粉，在增加淀粉RVA 譜特征值中消減值的同時，降低了峰值黏度、熱漿黏度、冷膠黏度和崩解值[16]。

經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高使優(yōu)良食味稻米越來越受到消費者的青睞，生產(chǎn)上優(yōu)良食味稻米種植面積持續(xù)增加[21-22]。以江蘇為例，2021年以南粳系列為主體的優(yōu)良食味水稻(半糯型粳稻)品種推廣種植約107萬hm2，占全省水稻面積的50%左右。前人圍繞優(yōu)良食味水稻品種開展了大量優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培研究[18，23-24]，但如何在優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的基礎(chǔ)上提高氮肥的利用效率，減少資源浪費和提高種稻效益，尚需深入研究。近幾年興起的水稻機插側(cè)深施肥技術(shù)，可以有效解決稻田施肥次數(shù)多和氮肥損失嚴(yán)重的問題，是一項高效環(huán)保的施肥技術(shù)[25-27]。但到目前為止，關(guān)于水稻機插側(cè)深施基肥、減少氮肥用量對優(yōu)良食味水稻產(chǎn)量和米質(zhì)影響方面的報道較少[12]。因此，本試驗以超級稻品種南粳3908為材料，設(shè)置不同氮肥用量處理，在水稻機插的同時機械側(cè)位深施基肥，研究其對水稻產(chǎn)量和米質(zhì)的影響，以期為優(yōu)良食味粳稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年5—11月在江蘇省揚中市油坊鎮(zhèn)試驗基地進行，該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為15.1 ℃，降水量為1 000 mm，日照時間為 2 135 h。試驗土壤類型為壤土，試驗前0～20 cm耕層有機質(zhì)含量29.7 g/kg、堿解氮含量190.3 g/kg、速效磷含量13.7 mg/kg、速效鉀含量60.2 mg/kg，pH值7.2。

1.2 試驗處理

將前茬小麥季秸稈切碎后機械旋耕還田。以當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施氮(T1，人工撒施，總氮量為300 kg/hm2)為對照，同時在前期基肥(180 kg N/hm2)側(cè)位深施條件下施穗肥時，將總施氮量分別減少0%(T2)、10%(T3)、20%(T4)、30%(T5)、40%(T6)，共6個處理，重復(fù)3次，小區(qū)面積450 m2。T1～T6處理純氮用量分別為300、300、270、240、210、180 kg/hm2，所有處理均施75 kg/hm2P2O5和 156 kg/hm2K2O；氮肥按基肥∶穗肥(倒四葉)=6∶4施用，磷肥全部基施，鉀肥作基肥、穗肥2次等量施用，具體施肥方案見表1。當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施氮處理的基肥以及所有處理的穗肥均采用人工撒施方式，采用洋馬VP6DZF型插秧施肥一體機根側(cè)深施“茂施包膜緩釋肥”，施肥深度3～5 cm，肥料距稻根側(cè)向約 5 cm。供試水稻品種為早熟晚粳南粳3908，毯狀苗機插秧，5月20日播種，6月9日插秧，移栽密度為28穴/m2，每穴栽 3～4苗，11月3日收獲。其他農(nóng)田管理措施按照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培要求實施。

表1 不同處理肥料施用情況 kg/hm2

1.3 測定內(nèi)容與方法

產(chǎn)量及其構(gòu)成因子：成熟期每小區(qū)定點調(diào)查100穴植株的穗數(shù)，取代表性植株5穴，測定每穗粒數(shù)、結(jié)實率(水漂法，沉入水底者為飽粒)、千粒質(zhì)量，以14%含水量計算水稻理論產(chǎn)量。

生物產(chǎn)量和收獲指數(shù)：將上述5穴的植株樣105 ℃殺青30 min、70 ℃烘干至恒質(zhì)量后稱質(zhì)量，計算生物產(chǎn)量，收獲指數(shù)是水稻籽粒產(chǎn)量與生物產(chǎn)量的比值。

稻米品質(zhì)：參照推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17891—2017《優(yōu)質(zhì)稻谷》測定糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白度等指標(biāo)，采用碘藍比色法測定稻米直鏈淀粉含量，半微量凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)含量，STA1A食味儀(日本佐竹公司)測定食味。

淀粉黏滯譜(RVA譜)：采用帶TCW配套軟件的3-D型黏度儀(澳大利亞 Newport Scientific公司)快速測定稻米淀粉黏滯譜特征，特征值用峰值黏度、熱漿黏度、冷膠黏度、崩解值(峰值黏度-熱漿黏度)、消減值(冷膠黏度-峰值黏度)等表示。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2019進行數(shù)據(jù)處理、作圖，SPSS 20.0進行方差分析和多重比較(LSD法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 基肥側(cè)位深施穗肥減量對產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

從表2可以看出，不同施氮處理的有效穗數(shù)以T2處理最多，隨著施氮量的降低，有效穗數(shù)呈緩慢下降趨勢，但處理間的差異均未達到顯著水平。與人工撒施基肥相比，基肥側(cè)位深施不同程度減少了每穗粒數(shù)，穗肥施氮量越少每穗粒數(shù)減少幅度越大；T1、T2、T3處理的每穗粒數(shù)差異不大，但均顯著高于T5和T6處理，T1處理顯著高于T4處理。T2處理群體穎花量略高于T1處理，但均顯著高于T4、T5、T6處理。與人工撒施基肥相比，基肥側(cè)位深施不同程度提高了結(jié)實率和千粒質(zhì)量，穗肥施氮量越少結(jié)實率提高幅度越大，T5、T6處理的結(jié)實率顯著高于T1、T2處理，不同施氮處理間千粒質(zhì)量的差異均未達到顯著水平?；蕚?cè)位深施穗肥不減的T2處理產(chǎn)量水平最高，達10.8 t/hm2，與T2和人工撒施基肥(T1)處理相比，基肥側(cè)位深施氮肥減少10%和20%(T3和T4)處理水稻產(chǎn)量差異不顯著，但隨著施氮量的進一步減少，產(chǎn)量顯著下降。說明與現(xiàn)有常規(guī)撒施氮肥相比，采用基肥側(cè)位深施并不能顯著提高水稻產(chǎn)量，但可以在減少氮肥用量10%～20%條件下確保水稻不減產(chǎn)，主要是提高結(jié)實率的結(jié)果。

表2 不同處理的產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

2.2 基肥側(cè)位深施穗肥減量對生物產(chǎn)量和收獲指數(shù)的影響

與人工撒施基肥相比，基肥側(cè)位深施處理在降低生物產(chǎn)量的同時提高了收獲指數(shù)(圖1)。水稻生物產(chǎn)量隨穗肥施氮量的減少而降低，T1、T2、T3處理的生物產(chǎn)量顯著高于T5、T6處理，T1處理顯著高于T4處理。收獲指數(shù)隨穗肥施氮量的減少而提高，T4、T5、T6處理的收獲指數(shù)顯著高于T1處理。這表明，基肥側(cè)位深施可以在減少氮肥用量10%～20%條件下使水稻不減產(chǎn)，主要得益于相對較高的收獲指數(shù)。

2.3 基肥側(cè)位深施穗肥減量對主要米質(zhì)指標(biāo)的影響

從表3可以看出，隨著施氮量的降低，糙米率、精米率、整精米率呈緩慢下降趨勢，與人工撒施基肥相比，基肥側(cè)位深施處理不同程度減少了糙米率、精米率和整精米率，但處理間糙米率和精米率的差異均未達到顯著水平，T1、T2處理的整精米率顯著高于T5和T6處理。堊白粒率和堊白度隨著施氮量的減少而降低，基肥側(cè)位深施處理較人工撒施降低堊白粒率和堊白度。不同施氮處理間直鏈淀粉含量差異不大，含量在10.2%～10.5%之間。蛋白質(zhì)含量隨著施氮量的減少而降低，相同施氮量條件下基肥側(cè)位深施與人工撒施稻米蛋白質(zhì)含量相差不大。與人工撒施基肥T1處理相比，基肥側(cè)位深施處理提高了食味值1.0～2.6百分點，食味值隨著施氮量的減少而提高，T4、T5、T6處理的食味值顯著高于T1處理。說明基肥側(cè)位深施使稻米加工品質(zhì)變劣、外觀品質(zhì)和食味值變優(yōu)，減少施氮量不利于提高稻米加工品質(zhì)和蛋白質(zhì)含量，但有利于提高外觀品質(zhì)和食味值。

表3 不同處理的主要米質(zhì)指標(biāo)

2.4 基肥側(cè)位深施穗肥減量對RVA 譜特征值的影響

由表4可知，在相同施氮量條件下，人工撒施基肥的T1處理與基肥側(cè)位深施的T2處理的RVA 譜特征值基本無明顯差異，隨著施氮量的減少，峰值黏度、熱漿黏度、冷膠黏度有上升趨勢，而起始糊化溫度逐漸降低，崩解值、消減值、回冷值無明顯變化趨勢。表明南粳3908稻米淀粉黏性總體上隨氮肥用量減少而變優(yōu)。

表4 不同處理的RVA 譜特征值

3 結(jié)論與討論

化學(xué)氮肥減量是當(dāng)前水稻綠色生產(chǎn)的重要課題，相關(guān)問題如能否減量、采用哪種措施、對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)有無影響等尚不明確[12-18，28]。近幾年引入的水稻機插側(cè)深施肥技術(shù)，在配合緩控釋肥料后，可以實現(xiàn)水稻產(chǎn)量不降而減氮10%～30%[12，26]。本試驗以優(yōu)良食味超級稻南粳3908的研究結(jié)果表明，在總施氮量為300 kg/hm2條件下，基肥側(cè)位深施較常規(guī)人工撒施并不能顯著提高水稻產(chǎn)量，這與Li等報道增產(chǎn)8.6%的結(jié)論[27]不一致，但本試驗發(fā)現(xiàn)基肥側(cè)位深施可以在減少氮肥用量10%～20%的同時確保水稻產(chǎn)量不降，再一次驗證了水稻基肥側(cè)位深施技術(shù)在化肥減量方面的積極作用[12，25-26]。從水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子來看，隨著穗肥施氮量的減少，有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)呈緩慢下降趨勢，結(jié)實率有不同程度的提高，千粒質(zhì)量的變化趨勢不明顯，體現(xiàn)了施用穗肥在鞏固分蘗成穗和促進穎花分化方面的重要性，以及對結(jié)實率的負面影響[15-17]。穗肥施氮量的減少降低了水稻生物產(chǎn)量，提高了收獲指數(shù)，基肥側(cè)位深施可以減少氮肥用量10%～20%而水稻不減產(chǎn)的原因是其較高的收獲指數(shù)。試驗結(jié)果表明，南粳3908在前期氮肥充足(180 kg/hm2)的條件下，適當(dāng)減少穗肥的施用同樣可以獲得較高的產(chǎn)量，可能是通過提高結(jié)實率彌補了有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)下降導(dǎo)致的庫容量不足，同時促進干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運提高收獲指數(shù)，有效彌補了因葉綠素含量下降葉片光合能力降低導(dǎo)致生物產(chǎn)量減少的問題[15-17]。但T5和T6處理穗肥過少，雖然有著較高的結(jié)實率和收獲指數(shù)，但并不能完全彌補庫容量和生物產(chǎn)量的減少，導(dǎo)致水稻顯著減產(chǎn)。由此可見，較高的氮素穗肥是水稻獲得高產(chǎn)的必要條件。

本研究結(jié)果表明，隨著穗肥施氮量的降低，南粳3908的糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白度及蛋白質(zhì)含量呈緩慢下降趨勢，食味值有提高趨勢，說明減少穗肥施氮量不利于提高稻米加工品質(zhì)和蛋白質(zhì)含量，但有利于提高外觀品質(zhì)和食味值，這和前人的研究結(jié)果[14，16，19-20]基本相同，不同的是本研究中穗肥施氮量對直鏈淀粉含量的影響不大，而陳云等研究表明穗肥減氮可以明顯降低直鏈淀粉含量[14]，陶鈺等則發(fā)現(xiàn)穗肥減氮增加了直鏈淀粉含量[16，19]，這可能與研究者采用的水稻品種有差異以及穗肥用量的不同有關(guān)。隨著穗肥施氮量的減少，南粳3908稻米淀粉黏性變優(yōu)，其RVA譜特征值如峰值黏度、熱漿黏度、冷膠黏度有上升趨勢，而起始糊化溫度降低。綜上所述，氮素穗肥對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響較為復(fù)雜，在生產(chǎn)實踐中農(nóng)戶需要依據(jù)產(chǎn)量和品質(zhì)目標(biāo)來權(quán)衡以確定合理的施氮量。就優(yōu)良食味超級稻南粳3908而言，在目前大面積生產(chǎn)上總施氮量為300 kg/hm2的背景下，應(yīng)用基肥側(cè)位深施技術(shù)，可以在減少氮肥用量10%～20%(即30～60 kg/hm2)的條件下保證水稻產(chǎn)量，同時提高稻米外觀品質(zhì)和食味值，實現(xiàn)水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效生產(chǎn)。但目前有關(guān)水稻機插側(cè)深施肥技術(shù)的研究結(jié)論都是基于短期試驗，氮肥減量后稻田能否可持續(xù)生產(chǎn)仍有待進一步觀察。