減氮增密對秈粳雜交稻產量和稻米品質的影響

張 凱，陳明睿，劉秋員

（信陽市水稻遺傳改良與生理生態(tài)重點實驗室/信陽市優(yōu)質稻米工程技術研究中心/信陽農林學院，河南 信陽464000）

氮素是水稻生長所必需的重要營養(yǎng)成分，合理的施用氮肥可以創(chuàng)建高產水稻群體，顯著提高水稻單產[1-8]。我國稻田單季氮肥用量顯著高出世界平均用量，高氮投入不僅會增加水稻生產成本，而且在增加后期倒伏和減產風險的同時，還會導致環(huán)境污染的加劇以及食味品質的降低[9-10]。目前，農業(yè)氮污染源頭控制的主要方式之一是減氮，但由于長期大水大肥的管理模式導致了水稻對大水大肥的依賴性，簡單地推行減少化學氮肥的措施往往會導致水稻穗數(shù)降低而減產。在減氮條件下適度增加種植密度是促進水稻生長、確保水稻單產穩(wěn)定甚至進一步提高的重要措施[11-14]。

秈粳雜交稻不同于傳統(tǒng)的秈稻和粳稻，是一種新型的水稻品種，其產量高、品質好、適應性強，越來越受到人們的關注[15]。研究發(fā)現(xiàn)，秈粳雜交稻獲得最高生產力對應的施氮量在262.5～300.0 kg/hm2，比秈稻高出近17%[16]。與此同時，也有研究進一步證實，秈粳雜交稻產量達到最高時，其施氮量大多在300 kg/hm2左右，明顯高于一般水稻的氮肥施用量[17-18]。因此，在全面推進農業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的大背景下，亟需解決秈粳雜交稻減氮不減產的問題。隨著人們生活水平提高，對稻米品質的要求越來越高。但縱觀前人研究，有關秈粳雜交稻的減氮研究以及減氮對稻米品質的影響研究鮮有報道。為此，以秈粳雜交稻甬優(yōu)2640 和甬優(yōu)15 為材料，研究減氮增密對秈粳雜交稻產量和稻米品質的影響，以期為秈粳雜交稻的綠色高產栽培提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地點和試驗材料

試驗于2022 年在河南省信陽市浉河區(qū)吳家店鎮(zhèn)聶家塆進行，土壤質地為黏土，土壤有機質含量20.19 g/kg、全氮含量2.52 g/kg、堿解氮含量83.14 mg/kg、速效磷含量20.12 mg/kg、速效鉀含量79.25 mg/kg。

供試水稻品種為秈粳雜交稻甬優(yōu)2640和甬優(yōu)15。

1.2 試驗設計

試驗共設5 個處理，分別為常規(guī)氮肥水平（純N 300 kg/hm2）下每穴2 苗（T1），減氮水平（純N 225 kg/hm2）下每穴2 苗（T2）、3 苗（T3）、4 苗（T4）、5 苗（T5），具體試驗處理見表1。5個處理的氮肥均按基肥∶分蘗肥∶穗肥＝3.5∶3.5∶3 施用，其中，分蘗肥于移栽后7 d施用，穗肥于倒四葉期和倒二葉期分2次等量施用。各處理氮肥均為尿素（含N 46.0%），均施過磷酸鈣（含P2O514.0%）1 200 kg/hm2、氯化鉀（含K2O 60.0%）600 kg/hm2。其中，過磷酸鈣一次性基施，氯化鉀分別于耕翻前、拔節(jié)期等量施入。4月30 日播種，采用毯苗濕潤育秧，5 月25 日移栽，栽插穴行距均為12 cm×30 cm，小區(qū)面積15 m2，每個處理重復3 次。處理之間做埂隔開，用塑料薄膜覆蓋埂體，保證各小區(qū)單獨排灌，其他管理措施均按照高產栽培要求實施。

表1 不同處理水稻施氮量及種植密度Tab.1 Nitrogen application rate and planting density of rice of different treatments

1.3 測定項目及方法

1.3.1 產量及其構成因素 成熟期，每小區(qū)選取60穴測定有效穗數(shù)，并取5穴測定穗粒數(shù)、結實率和千粒質量，實收測產。

1.3.2 稻米品質 將收獲的稻谷曬干后選取1 kg，室內貯藏3個月，用于稻米品質測定。參照《米質測定方法》（NY/T 83—2017）測定糙米率、精米率、整精米率；參照《稻米整精米率、粒型、堊白粒率、堊白度及透明度的測定圖像法》（NY/T 2334—2013）采用萬深SC-E 大米外觀品質檢測儀測定堊白粒率、堊白度。蛋白質含量參照《食品中蛋白質的測定方法》（GB 5009.5—2016）測定。清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量參照ZHU 等[19]方法測定。采用澳大利亞Newport Scientific 儀器公司生產的Super3型RVA快速黏度分析儀測定RVA譜特征值[峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度、崩解值（峰值黏度-熱漿黏度）、消減值（最終黏度-峰值黏度）]。直鏈淀粉含量參照《稻米直鏈淀粉含量的測定分光光度法》（NY/T 2639—2014）測定。使用總淀粉含量測定試劑盒（Megazyme，Bray，愛爾蘭）測定米粉中的總淀粉含量。計算支鏈淀粉含量:支鏈淀粉含量=總淀粉含量-直鏈淀粉含量。采用米飯食味計（STA1A，日本佐竹公司）測定米飯的食味值，剩余米飯用SMS Texture Analyzer 物性分析儀P/36R 探頭測定冷飯的硬度、彈性、黏度、平衡度。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運用Excel 2016 軟件進行數(shù)據(jù)處理，利用SPSS 23.0軟件采用LSD法進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 減氮增密對秈粳雜交稻產量及其構成因素的影響

由表2 可知，2 個水稻品種的產量及其構成因素在不同處理之間存在顯著差異。2個水稻品種各減氮處理的產量均隨著密度的增加呈先增加后降低的趨勢，以T3 處理最高。與T1 處理相比，2 個水稻品種各減氮處理中只有T3 處理產量顯著高于T1處理，甬優(yōu)2640 和甬優(yōu)15 分別提高7.03% 和6.59%；T2、T4、T5 處理均顯著下降，尤其是T5 處理下降幅度最大，甬優(yōu)2640 和甬優(yōu)15 分別降低20.15%和19.77%。從產量構成因素來看，2 個水稻品種各減氮處理有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和結實率均隨著密度的增加呈先增加后降低的趨勢，以T3 處理最高。與T1 處理相比，2 個水稻品種T3 處理有效穗數(shù)、穗粒數(shù)均顯著提高，結實率和千粒質量均無顯著差異；T2 處理有效穗數(shù)和結實率均顯著降低，穗粒數(shù)和千粒質量均無顯著差異；T4 處理穗粒數(shù)、結實率和千粒質量均顯著降低，有效穗數(shù)無顯著差異；T5處理有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結實率和千粒質量均顯著降低。綜上，2個水稻品種產量均以T3處理最高。

表2 減氮增密對秈粳雜交稻產量及其構成因素的影響Tab.2 Effects of reduced nitrogen application rate with increased density on yield and its components of indica-japonica hybrid rice

2.2 減氮增密對秈粳雜交稻稻米品質的影響

2.2.1 加工和外觀品質 由表3 可得，加工品質方面，2個水稻品種各減氮處理的糙米率、精米率和整精米率均隨著種植密度的增加總體呈下降趨勢。與T1 處理相比，2 個水稻品種各減氮處理的糙米率、精米率和整精米率均顯著降低，其中整精米率的下降幅度分別為3.92%～7.07%（甬優(yōu)2640）和2.65%～5.11%（甬優(yōu)15）。外觀品質方面，2 個水稻品種各減氮處理的堊白粒率和堊白度均隨著密度的增加呈增加趨勢。與T1 處理相比，2 個水稻品種各減氮處理的堊白粒率和堊白度總體上均增加，其中堊白度增加幅度分別為3.99%～12.29%（甬優(yōu)2640）和3.85%～16.08%（甬優(yōu)15）。綜上，2 個水稻品種稻米品質以T1處理最佳，T2、T3處理次之。

表3 減氮增密對秈粳雜交稻加工和外觀品質的影響Tab.3 Effects of reduced nitrogen application rate with increased density on processing quality and appearance quality of indica-japonica hybrid rice%

2.2.2 營養(yǎng)品質 由表4 可知，2 個水稻品種各減氮處理的蛋白質及其組分含量均隨著密度的增加呈下降趨勢。與T1 處理相比，除甬優(yōu)15 T2—T4 處理清蛋白含量、T2—T3 處理球蛋白含量及甬優(yōu)2640 T2—T4 處理醇溶蛋白含量外，2 個水稻品種各減氮處理的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白以及總蛋白質含量均顯著降低，其中總蛋白質含量的下降幅度分別為2.84%～11.26%（甬優(yōu)2640）和3.85%～9.15%（甬優(yōu)15）。

表4 減氮增密對秈粳雜交稻蛋白質及其組分含量的影響Tab.4 Effects of reduced nitrogen application rate with increased density on contents of protein and its components of indica-japonica hybrid rice%

2.2.3 蒸煮食味品質 由表5 可知，2 個水稻品種各減氮處理的直鏈淀粉含量、支鏈淀粉含量、總淀粉含量均隨著密度的增加呈現(xiàn)降低趨勢，總體上均低于T1處理。與T1處理相比，2個水稻品種直鏈淀粉含量的下降幅度分別為3.65%～13.66%（甬優(yōu)2640）和0.50%～13.42%（甬優(yōu)15）。

表5 減氮增密對秈粳雜交稻淀粉含量的影響Tab.5 Effects of reduced nitrogen application rate with increased density on starch content of indica-japonica hybrid rice%

由表6 可知，隨著密度的增加，2 個水稻品種各減氮處理米飯的硬度均呈顯著降低趨勢，黏度呈顯著增加趨勢，彈性和平衡值總體上在各減氮處理間均無顯著差異。與T1 處理相比，2 個水稻品種各減氮處理米飯的硬度均顯著降低，黏度總體上均顯著增加。食味值方面，2 個水稻品種各減氮處理的食味值均隨著密度的增加呈顯著增加的趨勢，且總體上均顯著高于T1處理。

表6 減氮增密對秈粳雜交稻食味品質的影響Tab.6 Effects of reduced nitrogen application rate with increased density on eating quality of indica-japonica hybrid rice

2.2.4 RVA 譜特征值 由表7 可以看出，2 個水稻品種各減氮處理的熱漿黏度、消減值均隨著密度的增加表現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，而最終黏度表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢。峰值黏度、崩解值均隨密度的增加無明顯的變化規(guī)律。與T1 處理相比，2 個水稻品種各減氮處理的峰值黏度均顯著降低，而消減值均顯著增加，最終黏度除T2 處理外均顯著降低，熱漿黏度T2 和T3 處理均顯著降低，崩解值除T4 處理外均顯著降低。

表7 減氮增密對秈粳雜交稻RVA譜特征值的影響Tab.7 Effects of reduced nitrogen application rate with increased density on RVA profiles of indica-japonica hybrid ricecP

3 結論與討論

3.1 減氮增密對秈粳雜交稻產量的影響

研究發(fā)現(xiàn)，適量的增施氮肥可增加水稻穗數(shù)、穗粒數(shù)、結實率，從而增加水稻產量；但施氮量超過一定值后，產量下降[20-22]。水稻產量隨密度增加先增加后降低，不同類型水稻有其適宜的密度范圍[23-25]。秦儉等[26]研究發(fā)現(xiàn)，提高移栽密度、減少施氮量可兼顧水稻高產和氮肥高效利用。徐春梅等[27]進一步研究發(fā)現(xiàn)，最佳的施氮量和密度組合可提高抽穗期的莖鞘質量和總干質量，有利于減緩葉片的衰老，提高抽穗后的干物質生產量。在本研究中，T1 和T2 兩個處理的密度是相同的，但施氮量分別為300 kg/hm2和225 kg/hm2，T2 處理的水稻產量、有效穗數(shù)和結實率均顯著低于T1 處理，這與前人[20-22]研究結果相似。研究發(fā)現(xiàn)，在減氮的前提下適當增加種植密度能有效提高水稻群體分蘗數(shù)，使成熟期單位面積穗數(shù)提升[28]。本研究結果表明，各減氮處理的產量、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和結實率均隨著密度的增加呈先增加后降低的趨勢，以T3 處理最高，說明減氮條件下適當增加種植密度能更有效地提升水稻有效穗數(shù)，從而提高產量，這與前人[28]研究結果相同。此外，雖然減氮增密對結實率和千粒質量有負作用，但由于增加種植密度顯著增加了水稻有效穗數(shù)，提升水稻總穎花數(shù)，增加了庫容，達到了增產的效果。

3.2 減氮增密對秈粳雜交稻稻米品質的影響

本研究中，2 個水稻品種各減氮處理的糙米率、精米率和整精米率總體上均隨著密度的增加而下降，堊白粒率和堊白度均隨著密度的增加而增加，表明對于秈粳雜交稻而言，過高的種植密度會使稻米的加工和外觀品質變差，分析其原因，可能是密度變大導致植株之間的空隙減少，從而影響植株間的透光通氣性，使加工品質和外觀品質受影響[29]。

不同水稻品種之所以具有不同的蒸煮食味品質，主要是因為其淀粉（直鏈淀粉、支鏈淀粉）、蛋白質等組成成分的含量及其配比不同。在本研究中，減少施氮量后，淀粉含量、蛋白質及其組分含量均降低。且在減氮處理中，2 個秈粳雜交稻品種的淀粉含量、蛋白質及其組分含量均隨著密度的增加而下降，這與前人[30-32]研究結果相似。但有些研究與本研究結論并不一致，指出成熟期稻米直鏈淀粉含量隨機插密度增加呈先下降后上升的趨勢，支鏈淀粉含量則不斷下降[33]，稻米籽粒中的蛋白質含量隨著種植密度的增加而增加[34]。一般認為，直鏈淀粉含量低、膠稠度大的稻米，其在蒸煮過程中米飯的脹性小、黏性大，口感相對較軟。增加稻米中的蛋白質含量，則會增加米飯的硬度，降低食味品質[35]。這與本研究結果一致，本研究在減氮條件下增加密度，米飯的蛋白質及其組分含量降低，淀粉含量也隨之降低，最終導致米飯硬度降低，食味值增加，提高稻米的食味品質。

綜合本研究結果來看，對于秈粳雜交稻而言，在施氮量為225 kg/hm2條件下，采用穴行距為12 cm×30 cm，每穴3苗，可以達到高產優(yōu)質的效果。