分蘖期氮水耦合对水稻产量和品质的影响

张丽微， 仲维君， 姜玉伟， 赵婷婷， 宋 泽， 钱永德， 姜冲冲

(黑龙江八一农垦大学农学院/黑龙江省普通高校寒地作物栽培技术重点实验室，黑龙江大庆 163319)

水稻是耗水量最多的作物，目前其耗水量占全国总用水量的54%左右，占农业总用水量的65%以上[1]。随着人们生活水平的提高，对高产优质米的需求也越来越大。因此，有关提高稻米产量及品质的研究非常必要。有研究表明，在一定的水分胁迫范围内氮肥可起到“以肥调水”作用[2-3]。徐华平研究了不同生育阶段水肥耦合的效应，结果表明，在一定的生育阶段，在灌溉方式上采用非充分灌溉并配合合理的施肥量，对水稻减产有很好的控制效果[4]。施肥是影响稻米食味品质的最重要因素之一，其中氮素是水稻最重要的养分[5]。有专家认为，在水稻栽培技术中，肥水运筹对品质有很大影响[3]。近年来，人们就土壤水分含量对水稻品质的影响进行了大量研究[6-8]，郭晓红等研究了水分含量对米质的影响[9-12]，而有关此方面的研究，由于难以对田间土壤水分有一个定量分析，因此在水分对优质米形成上未有一个确定结果，对形成优质米所需的土壤水分指标也未形成定论。有研究表明，灌溉方式和氮肥水平对产量和稻米品质的影响具有明显的互作效应[1]，为提高肥料、水分利用率提供了科学依据，对节约资源和保护环境具有重要的意义[13]。为此，本研究设置了不同施氮量及不同水层厚度2个因素，对水稻品质和产量的影响进行研究，旨在探讨氮水耦合对水稻品质的影响，为水稻的优质栽培提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料为垦粳5号，主茎12叶，生育期134 d左右，需≥10 ℃活动积温2 450 ℃左右。供试土壤为白浆土，其中碱解氮的含量为279.65 mg/kg，有效磷的含量为 36.48 mg/kg，速效钾的含量为120.43 mg/kg，有机质的含量为4.30%，pH值为7.40。

1.2 试验方法

试验于2015年在黑龙江八一农垦大学防雨棚内进行。采用盆栽试验，盆钵深40 cm，直径31.5 cm，每盆装过筛混匀的土8.5 kg。试验在分蘖期设施氮量、土壤水分管理(水层深度)2个因素，其中氮肥(N，纯氮)设5个水平：N1为0、N2为17.25 kg/hm2、N3为34.5 kg/hm2、N4为 51.75 kg/hm2、N5为69 kg/hm2；土壤水分管理(S)设5个水平：S1为干旱(土壤水势为-30 kPa)、S2为湿润(无水层，土壤水势为0)、S3为水层深3 cm、S4为水层深5 cm、S5为水层深7 cm，在干旱及湿润处理的盆钵内安装真空表式土壤负压计(中国科学院南京土壤研究所生产)监测土壤水分。共25个处理，每处理3次重复，每重复4盆，每盆平均插秧4穴，每穴4苗。

试验中的肥料种类包括市售的46.4%尿素、50%硫酸钾、重过磷酸钙(43% P2O5)。施肥方法：钾肥和磷肥按目前常规生产适宜水平施用，氮肥施用分配比例为基肥 ∶蘖肥 ∶调节肥 ∶穗肥= 40% ∶30% ∶10% ∶20%，其中60%钾肥、100%磷肥用作基肥，基肥在搅浆前施入，搅入土中8～10 cm；40%钾肥与20%氮肥作穗肥一同施入。幼穗分化初期(7月1日)复水5 cm，此后恢复常规管理。于9月末收获。

1.3 测定项目及方法

于成熟期根据平均茎数取样4穴，进行室内考种。根据穗部性状调查数据计算穗粒数、结实率及千粒质量，计算理论产量。用德国生产的FOSS 1241近红外谷物分析仪测定糙米的直链淀粉含量和蛋白质含量。食味品质用日本佐竹公司(SATAKE)生产的米饭食味计(STA1A)进行测定米饭综合食味评分。

1.4 数据分析处理

相关系数采用Microsoft Excel 2007有关程序求算，并作图；差异显著性比较采用SPSS 19.0处理并进行分析。

2 结果与分析

2.1 分蘖期氮水耦合对水稻产量的影响

由图1可知，随着施氮量的增加，产量呈先升高后下降的趋势，就肥料的平均效应而言，产量以处理N3最高，但只与N5差异显著。不同水分处理间比较显示，处理S5最高，S3次之，再次是S4处理，三者间差异不显著。说明肥料过低、过高均不利于产量的形成，水层过低直接影响产量积累。

由图2中可以看出，N4S4产量最高，达 14 278.19 kg/hm2，其次是N3S3，达14 091.36 kg/hm2，二者差异不显著，N1S2产量为8 104.14 kg/hm2，显著低于前两者，前2个处理产量分别比N1S2增长76.18%、73.88%，说明施氮量×水分管理对产量影响显著(P<0.01)。施氮量为 51.75 kg/hm2、水层为 5 cm 时，产量达到最大值。

2.2 分蘖期氮水耦合对水稻品质的影响

2.2.1 分蘖期氮水耦合对水稻碾磨品质的影响 如图3所示，N2和N4糙米率极显著高于N1和N3，S1和S2极显著低于与其他水分处理。由表1可知，以处理N4S4糙米率最高，其次是处理N2S5，糙米率分别比N2S1增加1.49%、1.24%。施氮量N4和N5的精米率与其他处理均达显著或极显著水平。处理S2和其他水分处理达极显著水平。从表1中可以看出，以处理N4S4的精米率最高，处理N3S5次之，精米率分别比处理N3S2(最低)增加2.36%、2.08%。施氮量×水分管理的糙米率和精米率均存在极显著的互作效应(P<0.01)。灌溉水层厚度处理S2整精米率与其他处理达显著水平。由表1可知，处理N2S5整精米率最高，其次为处理N4S4，整精米率分别比处理N5S2(最低)增加19.49%、19.15%。施氮量×水分间的互作效应不明显， 表明各处理的效应不是各单因素效应的简单叠加，互作时处理N4S4(施氮量为 51.75 kg/hm2、水层为5 cm)有利于碾磨品质的提高，进而提高水稻的商品价值。

表1不同处理对垦粳5号品质的影响

2.2.2 分蘖期氮水耦合对水稻营养品质的影响 图4显示了不同处理对直链淀粉含量的影响，施氮量处理N2显著低于N3，N4和S4值较低，其次是N2和S2，其中水分处理S4值最低。由表1可知，以处理N1S1值最高，处理N1S2次之，分别比处理N4S4值(最低)增加10.19%、8.29%。

由图5可以看出，施氮量对蛋白质含量均达极显著水平，N2和S2最高，其次是N4和S4。水分处理S1和S5差异不显著，其他处理间均达极显著水平。由表1可知，处理N2S4最高，处理N2S5次之，蛋白质的含量分别比处理N3S1(最低)增加11.54%、10.26%。在分蘖期氮水耦合对水稻营养品质上，施氮量×水分间差异极显著(P<0.01)，施氮量为 51.75 kg/hm2、水层为5 cm时营养品质最优。

2.2.3 分蘖期氮水耦合对水稻食味品质的影响 如图6所示，施氮量处理N1显著低于其他处理，水分处理S3显著高于其他处理。从表1中可以看出，N1S1食味评分最高，其次是N1S2，食味评分分别比处理N1S4(最低)分别增加7.85%、6.12%。施氮量×水分间差异达到显著水平(P>0.05)。

3 结论与讨论

本试验于分蘖期在氮水耦合条件下进行，当施氮量为51.75 kg/hm2、水层为5 cm时，产量达到了最高(14 278.19 kg/hm2)。有研究表明， 适当增施氮肥可以减轻供水不足对产量的不利影响[1]。干旱时，施氮量为 34.5 kg/hm2处理下产量最高，湿润时在施氮量为 17.25 kg/hm2时最高， 但增施氮肥均使供水不足时的产量有所提高。这与土壤水分有限条件下增施氮肥可能会使作物水分胁迫加重，对产量造成不利的影响观点不同[14]。研究表明，低限土壤水势为-30 kPa时，产量高于浅水层，但增产不显著[12]，这与本试验研究结果相同。在低氮和高氮条件下均会降低水稻产量[15-16]。本试验在一定范围内增施氮肥及水分胁迫均使整精米率有所提高，这与柯传勇等研究观点相同，分蘖期内水分胁迫能提高稻米的整精米率[17]。大量研究表明，碾磨品质受氮肥和灌水的影响，并普遍认为增施氮肥可以提高糙米率、精米率及整精米率[18]，在轻度水分胁迫下，增施氮量后稻米的整精米率提高，但差异不明显；余显权等报道，土壤水分对米粒蛋白质含量有明显的影响[19-20]，本试验与以上研究结果相同。分蘖期重度干旱胁迫降低了碾磨品质[21]，全生育期进行土壤水势下限-10 kPa的间歇灌溉时米饭食味评分值的提高；抽穗前控水，土壤水分胁迫整体上使加工品质变劣[22]。解文孝等认为，不同时期水分胁迫都会使稻米蛋白质含量增加，直链淀粉含量降低，食味评分值总体表现为升高的趋势[23]。本试验S1和S2的出米率均低于其他处理。本研究部分结果与前人结论一致，但也有结论相反的地方：对于营养品质结果不相同，可能是分蘖期水分胁迫处理在分蘖期之后的水分补偿作用，分蘖期水分胁迫及低氮肥最终导致N1S1的米饭食味评分值最高。水稻垦粳5号在氮水耦合的作用下，处理 N4S4(施氮量为51.75 kg/hm2、水层为5 cm)的出米率高，直链淀粉含量最低。N4和S4处理下营养品质好。N1S1(施氮量为0 kg/hm2、水层为土壤水势为-30 kPa)食味评分最高，但与其他处理差异不明显。由于水稻品质优劣与其产量相关，且本试验品种单一，氮肥及土壤水分配置对水稻品质的作用有待于进一步探讨。

由本研究可以看出，分蘖期氮水耦合对垦粳5号的产量和品质有显著影响，施氮量为51.75 kg/hm2、水层为5 cm时，产量及品质为佳。

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