钵苗摆栽籼粳杂交稻和常规粳稻丰产优质适宜施氮量分析

吴 汉，张 津，时强强，何海兵，柯 健，尤翠翠，朱德泉，武立权,3※

（1. 安徽农业大学农学院，合肥 230036；2. 安徽农业大学工学院，合肥 230036；3. 江苏省现代作物生产协同创新中心，南京 210095）

0 引 言

随着经济快速发展和人民生活水平不断提高，中国水稻生产目标正由以往的高产向优质转变，优质粳稻市场需求量越来越大[1]。与籼稻相比，粳稻具有生育安全性高、产量稳定、品质优、后期群体质量好、耐倒伏等生理生态优势[2]。罗玉坤等[3]对中国919 个水稻品种进行普查（其中，籼稻品种617 个，粳稻品种269 个），发现籼稻和粳稻的优质率分别为2.1%和28.6%，粳稻明显高于籼稻。因此，推广普及粳稻种植，提高粳稻总产量和品质，对保障粮食安全、促进社会稳定具有重要意义。

品种改良是增加水稻产量潜力的重要途径[4]。近年来，利用杂种优势选育的籼粳杂交稻品种除具有常规粳稻丰产、稳产特性外，保持了籼稻亲本高的分蘖能力，较常规粳稻和籼稻产量潜力增加30%左右，可实现水稻单产13.5 t/hm2以上[5]，被广泛用于取代常规粳稻种植。前人对不同类型粳稻产量形成、氮素吸收利用的差异进行了系统研究，指出籼粳杂交稻由于叶片氮素转运率低，其氮素生理效率明显低于常规粳稻的，因而通过提高氮素投入、促进生育中后期氮素吸收是实现籼粳杂交稻超高产的主要栽培途径[6-7]。孟天瑶等[8]研究表明，在0～300 kg/hm2施氮区间，籼粳杂交稻产量随施氮量增加显著提高；李建武等[9]进一步证实，施氮量超过350 kg/hm2时，籼粳杂交稻产量可达到15.0 t/hm2以上。然而，增施氮肥往往对稻米品质，尤其是外观和食味品质的改善存在显著的负效应[10-11]。因而，当前的籼粳杂交稻超高产氮肥管理模式有增加肥料投入成本，降低稻米品质的风险。陈波等[12]在双季稻晚稻上研究证实，在施氮量为255 kg/hm2时，籼粳杂交稻的加工品质低于常规粳稻。因此，在当前籼粳杂交稻大规模取代常规粳稻的种植现状下，亟需关注和优化其丰产优质施氮水平，保证较常规粳稻提高产量的同时，提高稻米品质、增加经济效益，然而目前相关的研究并不系统。

水稻钵苗摆栽是采用插秧机将钵育壮秧按一定的行距和株距有序、无植伤地移植于大田，增加了水稻生育中、后期氮素吸收，有利于形成高产水稻群体，促进源库平衡，有效提高水稻产量和氮肥利用效率，改善稻米的加工品质和营养品质[13-15]。近期研究证实，在同一施氮水平下，与毯苗机插相比，钵苗摆栽显著提高水稻产量6.8%～10.8%[16]，增加经济效益23.94%～62.58%[17]。因此，钵苗摆栽是当前水稻丰产优质高效的种植方式，研究其栽植下常规粳稻和籼粳杂交稻对应的适氮水平有望进一步提高水产量、品质和综合效益。因而，本研究设置了5 个施氮水平，系统研究钵苗摆栽下籼粳杂交稻和常规粳稻的产量、稻米品质和经济效益，并进一步比较了适氮水平下籼粳杂交稻和常规粳稻的综合效益，研究结果为钵苗摆栽下粳稻类型的选择及氮肥的合理施用提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地点与品种

本试验于2016—2017 年连续2 a 在安徽省庐江县郭河现代农业示范区（117.23 °E，31.48 °N）进行。试验土壤为黏壤土，移栽前0～20 cm 土壤主要理化参数：有机质34.4 g/kg，全氮2.3 g/kg，有效磷14.7 mg/kg，速效钾82.8 mg/kg。试验期间的气象数据由基地安装的小型自动气象站提供（图1）。

采用甬优1540 为供试籼粳杂交稻品种，是目前多地高产攻关和示范主要水稻品种类型；采用镇稻18 为供试常规粳稻品种，是当地典型的常规粳稻品种。

图1 2016 年和2017 年试验期间的气象数据 Fig.1 Meteorological data during experimental stage in 2016 and 2017

1.2 试验设计

采用裂区设计，主区为品种，副区为氮肥处理，包括0、195、255、315、375 kg/hm2共5 个氮肥水平（分别用N0、N195、N255、N315、N375 表示），氮肥运筹按照基肥∶分蘖肥∶促花肥∶保花肥=50∶15∶20∶15 施用，其中基肥在移栽前1 天施用，分蘖肥在移栽7 d 后施用，促花肥和保花肥分别在在倒四叶和倒二叶施入。所有处理P、K 肥用量相同，分别为P2O575 kg/hm2、K2O 255 kg/hm2，均一次性基施。小区面积为4 m×15 m，3 次重复。

采用钵苗育秧，分别于2016 年6 月16 日和2017 年6 月18 日用亚美柯2ZB-6A（RXA-60T）型钵苗摆栽机进行机械摆栽，行株距为33.0 cm × 12.4 cm，籼粳杂交稻甬优1540 每穴2～3 苗，常规粳稻镇稻18 每穴3～4 苗。水分管理采用干湿交替灌溉制度（表1）。病、虫、草害防治同当地高产要求管理。

表1 2016 年和2017 年的灌水时间与灌水量 Table 1 Data and amount of irrigation in 2016 and 2017

1.3 测定内容与方法

1.3.1 群体生产

1）物质积累

以小区中80%的植株开始拔节为穗分化期，以50%的稻穗露出叶鞘为抽穗期，以每穗有90%籽粒黄熟，且稻穗基部青谷粒坚硬为成熟期。于穗分化期、抽穗期和成熟期，根据普查平均茎蘖数，各小区取代表性植株5穴，105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒质量，称取地上干质量。

2）叶面积指数

于穗分化期、抽穗期和成熟期，根据普查平均茎蘖数，各小区取代表性植株5 穴，取下叶片，用Li-3000 型自动叶面积仪（LI-COR，USA）测量植株叶面积，并计算叶面积指数。

3）光合特性

于穗分化期和抽穗期，根据普查平均茎蘖数，于各小区中选取代表性植株5 穴，共标记10 个主茎。使用Li-6400 光合仪（LI-COR，USA）测定标记的主茎顶四叶的净光合速率，测定位置为每张叶片的中部偏上1/4 处，测定时间为晴天的09：00—11：00。

1.3.2 产量及其构成因素

于成熟期，各小区取代表性植株5 穴考种，测定穗粒数、结实率、千粒质量。在每个小区中心未采样处实割50 穴，晾干后测定谷物质量和含水率，然后按含水率13.5%折算实际产量。

1.3.3 稻米品质

1）加工品质与外观品质

于成熟期，每个小区取100 个大小一致的穗子，风干后脱粒。根据国家标准《GB/T17891—1999 优质稻谷》，测定糙米率、精米率、整精米率、粒长、粒宽、垩白粒率和垩白度。

2）营养品质

将考察完外观品质后的整精米用微型万能粉碎机磨成粉，过0.075 mm 筛，-20 ℃保存用于测定理化特性。直链淀粉含量采用GB/T15683—2008 碘比色法测定。蛋白含量的测定使用凯氏定氮法。

1.3.4 综合效益

2016 年和2017 年水稻的平均价格是2.6 元/kg；尿素2 元/kg；撒施尿素0.64 元/kg；种子成本：甬优1540，100 元/kg，镇稻18，8 元/kg；其他投入主要包括磷、钾肥的成本和施肥费用，田间管理、植保费用、机械整地、收割费用等。

1.4 统计方法

本试验应用Excel 2016 对数据进行输入、整理，使用OriginPro 9.1 进行做图，用SPSS 22.0 软件进行数据方差分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量对钵苗摆栽水稻产量及构成的影响

除2016 年结实率以外，品种与施氮量及二者的交互作用显著影响水稻产量及构成因素（表2）。与不施氮相比，施氮处理显著增加了两品种产量。不同施氮处理下，甬优1540 产量随施氮量的增加呈现先增大后减小的趋势，2 a产量均在N315 处理下最大，分别为11.55 和10.30 t/hm2；而镇稻18 各施氮处理下的产量差异不显著（P>0.05），2 a分别为8.49～8.91 和7.43～7.91 t/hm2。甬优1540 的N315产量较镇稻18 的N195 产量2 a 分别提高22.9%和23.2%。另外2017 年的水稻产量较2016 年显著下降。

氮肥处理对产量构成因素的影响与品种类型有关。对于甬优1540，氮肥处理2 a 均显著影响穗粒数，施肥处理的穗粒数在N315 处理下较高，而N375 下的穗粒数与N315 差异不显著，这与产量规律基本一致。然而，对于镇稻18，不同处理下的穗粒数差异不显著，而有效穗数受氮肥处理的显著影响， N375 与N315 差异不显著，二者均较高。

表2 2016 年和2017 年钵苗摆栽下施氮量对水稻产量及其构成的影响 Table 2 Effects of nitrogen application rate on yield and its components of rice in pot-seedling transplanting in 2016 and 2017

2.2 施氮量对钵苗摆栽水稻群体生产的影响

2.2.1 地上部干物质质量

从表3 分析可得，品种、施氮量显著影响水稻各时期地上部干物质积累，二者的交互对水稻抽穗期和成熟期干物质积累有显著影响。与不施氮相比，氮肥的施用显著增加了水稻各关键生育时期干物质积累。在穗分化期，水稻地上部干物质积累随施氮量的增加呈逐渐增加趋势，两品种表现一致。在穗分化期以后，两品种干物质积累与施氮量的关系具有显著差异，其中镇稻18 各氮肥处理下抽穗期和成熟期的干物质无显著差异。与之不同的是，当施氮量小于315 kg/hm2，甬优1540 在成熟期干物质积累随施氮量的增加而增加，当施氮量超过315 kg/hm2后不再继续增加（2017 年）。甬优1540 的N315 处理成熟期2016 年和2017 年干物质积累分别为22.93 和21.59 t/hm2，分别较镇稻18 的N195 增加33.61%和29.05%。另外，2016 年两品种穗分化期干物质积累量显著低于2017 年，但抽穗期和成熟期则表现相反趋势。

2.2.2 叶面积指数

由表4 可得，品种、施氮量显著影响水稻各生育时期叶面积指数（Leaf Area Index，LAI），二者的交互作用显著影响抽穗期和成熟期LAI。与不施氮相比，氮肥的施用显著增加了水稻各关键生育LAI。在穗分化期，两品种的LAI 均随着施氮量的增加而增加。在抽穗期和成熟期。镇稻18 LAI 各施氮处理间差异不显著。甬优1540的抽穗期LAI 随施氮量的增加呈现先增大后减小的趋势。在抽穗期，N315 处理2 a LAI 分别为12.67 和10.57，分别较镇稻18 的N195 增加121.12%和99.43%。另外，2016 年两水稻品种穗分化期LAI 显著低于2017 年，但在抽穗期和成熟期则表现相反趋势。

表3 2016 年和2017 年钵苗摆栽下施氮量对水稻地上部干物质质量的影响 Table 3 Effects of nitrogen application rate on dry matter accumulations of rice in pot-seedling transplanting in 2016 and 2017

表4 2016 年和2017 年钵苗摆栽下施氮量对水稻叶面积 指数的影响 Table 4 Effects of nitrogen application rate on leaf area index of rice in pot-seedling transplanting in 2016 and 2017

2.2.3 光合速率

由图2 可得，品种和施氮量显著水稻穗分化期、抽穗期剑叶净光合速率。施氮处理下，水稻穗分化期、抽穗期剑叶净光合速率均显著高于不施氮处理。各施氮处理中，N195 的穗分化期、抽穗期剑叶净光合速率显著低于其他氮肥处理，处理N255、N315 和N375 间无显著差异，2 个品种的2 a 数据表现一致。

2.3 施氮量对钵苗摆栽水稻品质的影响

2.3.1 加工品质

品种、施氮量显著影响稻米的糙米率、精米率与整精米率（表5）。与不施氮肥相比，施氮量著增加了糙米率、精米率和整精米率，两品种表现一致。当施氮量小于315 kg/hm2，随着施氮量的增加，甬优1540 的糙米率、精米率、整精米率均呈现增大的趋势，当施氮量超过315 kg/hm2不再继续增加。施氮处理下镇稻18 的糙米率、精米率、整精米率较不施氮处理显著增加，但氮肥处理间未达到显著水平。甬优1540 的N315 处理2 a 整精米率分别为74.17%和69.97%，分别较镇稻18 的N195显著增加4.50%和2.15%。此外，2016 年两品种的糙米率、精米率与整精米率均要明显高于2017 年。

图2 2016 年和2017 年钵苗摆栽下施氮量对水稻剑叶净光合速率的影响 Fig.2 Net photosynthetic rate and SPAD of flag leaf of rice in pot-seedling transplanting with nitrogen application rate in 2016 and 2017

2.3.2 外观品质

品种类型显著影响整精米的粒长、粒宽和长宽比，施氮量对稻米垩白率和垩白度有显著影响（表6）。不同肥料处理下，两品种的粒长分别为5.46～5.68 mm 和4.73～5.02 mm，粒宽分别为2.39～2.50 mm 和2.72～2.90 mm，处理间无明显规律。与不施氮肥相比，氮肥施用显著增加了稻米垩白率和垩白度，两品种表现一致。随着施氮量的增加，甬优1540 的垩白率和垩白度大体呈现逐渐增大的趋势，均在在N375 最大，而N195、N255 和N315 三者间无显著差异。与之类似，镇稻18 的垩白率和垩白度各氮肥处理间无显著差异。甬优1540 的N315 处理2 a 垩白度分别为4.18%和5.97%，分别较镇稻18 的N195 显著减少9.52%和13.73%。此外，2017 年的垩白率和垩白度显著高于2016 年。

2.3.3 营养品质

与不施氮肥相比，氮肥施用显著降低了稻米直链淀粉含量，两品种表现一致。随着施氮量的增加，甬优1540 的直链淀粉含量呈现逐渐增加的趋势。与不施氮相比，施氮处理下镇稻18 的直链淀粉含量显著增加，但各氮肥处理间的差异未达到显著水平。甬优1540 的N315 处理2 a 直链淀粉分别为22.56%和22.52%，较镇稻18 的N195 无显著差异（图3）。

与不施氮肥相比，氮肥施用显著增加了稻米蛋白质含量，两品种表现一致。随着施氮量的增加，甬优1540的蛋白质含量呈现逐渐增加的趋势，其中N375 和N315较其他处理达到了显著水平，且二者之间无显著差异。与不施氮相比，施氮处理下镇稻18 的蛋白质含量显著增加，但各氮肥处理间未达到显著水平。甬优1540 的N315处理2 a 蛋白质含量分别为6.17%和5.73%，分别较镇稻18 的N195 显著增加30.44%和37.41%。此外，2016 年两品种的蛋白质含量均要明显高于2017 年（图3）。

2.4 施氮量对钵苗摆栽水稻经济效益的影响

由表7 可知，品种和施氮量及其交互显著影响钵苗摆栽水稻生产的总收入和净收入。总体来看，施氮处理的总收入和净收入显著高于不施氮处理。甬优1540 在N315 处理下净收入最高，2 a 分别为15 513.3 和12 263.3 元/hm2，分别较镇稻18 在N195 下提高51.07%和53.33%。

表5 2016 年和2017 年钵苗摆栽下施氮量对稻米加工品质的影响 Table 5 Effects of nitrogen application rate on milling quality of rice in pot-seedling transplanting in 2016 and 2017

表6 2016 年和2017 年钵苗摆栽下施氮量对稻米外观品质的影响 Table 6 Effects of nitrogen application rate on appearance quality of rice in pot-seedling transplanting in 2016 and 2017

图3 2016 年和2017 年钵苗摆栽下施氮量对稻米营养品质的影响 Fig.3 Effects of nitrogen application rate on nutritional quality of rice in pot-seedling transplanting in 2016 and 2017

表7 2016 年和2017 年钵苗摆栽下水稻经济效益 Table 7 Economic benefits of rice in pot-seedling transplanting in 2016 and 2017

3 讨 论

3.1 施氮量对钵苗摆栽水稻产量的影响

本研究表明，钵苗摆栽下籼粳杂交稻甬优1540 产量在施氮量为315 kg/hm2时最高，主要是由于显著增加了穗分化期以后的叶面积指数和净光合速率，促进干物质积累，在提高穗粒数的同时，保证了稳定的结实率和千粒质量。这与胡群等[18]提出钵苗摆栽下籼粳杂交稻高产适宜施氮量为300 kg/hm2的结果基本一致，但略高于孟天瑶等[8]基于毯苗机插下提出的群体最高生产力施氮量（262.5～300.0 kg/hm2）。这可能是由于钵苗机插较毯苗机插有利于增加库容量，促进水稻穗分化以后吸氮，进而增加中后期氮素需求量。然而，本研究提出钵苗摆栽下常规粳稻镇稻18 的产量最适施氮量为195 kg/hm2，显著低于甬优1540。这可能是由于常规粳稻表现更高的氮素生理利用效率[19]，此外具有较低的产量潜力，因而就品种特性而言其达到氮肥群体最高生产力的氮素需求必然低于籼粳杂交稻。另外前人研究表明，水稻中期氮素运筹与品种穗型密切相关，对于大穗型品种要适当增加和延长抽穗期氮素供应，以增加结实率和千粒质量，而对于中小穗型品种则应适当提前和减量抽穗期氮素供应，防止颖花退化，以增加穗粒数[20]。因此，本研究中，除穗分化期干物质积累外，小穗型镇稻18 在N195 基础上进一步增加氮素供应并不能显著影响水稻生长发育，可能是由于N195 已经充分满足其中后期氮素需求。同时，由于氮肥耐受性，镇稻18 在过高的氮素供应下，产量并没有显著降低。

然而，本研究提出的钵苗摆栽下常规粳稻产量最适施氮量明显低于孟天瑶等[8,18]提出的300 kg/hm2，这可能与常规粳稻在本地区较低的产量水平有关。本研究中常规粳稻在N195 的2 a 平均产量为7.96 t/hm2，较胡群等[18]和孟天瑶等[8]提出的300 kg/hm2适氮水平的产量低。安徽沿江地区温光资源紧张，加之受亚热带季风气候影响，水稻分蘖期寡照多雨，因此多穗型、长生育期常规粳稻在本地区很难发挥产量优势。本研究中镇稻18 增施氮素显著增加了穗分化期干物质积累，但最终产量无显著差异，也很好地证明了本地区常规粳稻穗数难以增长的特点。

另外，在穗分化期，2016 年两水稻品种的地上部干物质积累量和LAI 明显低于2017 年，但在抽穗期和成熟期，则表现相反趋势，这可能由于是2016 年营养生长期低温多雨，影响了水稻前期的生长发育。此外，2017 年的结实率、千粒质量和产量明显低于2016 年，这可能与2017 灌浆结实期多雨寡照有关。

3.2 施氮量对钵苗摆栽水稻品质的影响

前人[10,21-22]研究结果一致表明，氮肥能提高稻米加工品质，这主要是由于中后期追施氮素能防止早衰，维持根系活力和叶片光合能力，提高叶片光合速率，促进物质运转，进而增加籽粒质量和籽粒充实度。同时增加植株氮素向穗部运转，使谷粒硬度增大、耐磨性得到增强，进而稻谷精米率、整精米率增加。本研究中两品种的糙米率、精米率、整精米率均随施氮量的增加呈逐渐增加趋势，但只有甬优1540 各施氮处理间达到了显著差异水平。与镇稻18 相比，甬优1540 外观品质对氮素表现更高的响应，可能由于其高的吸氮能力以及籽粒中更高的氮素含量有关。本研究中，籼粳杂交稻甬优1540 在N315处理可获得与N375 无显著差异的加工品质，而常规粳稻镇稻18 在N195 处理即可获得与N375 无差异的加工品质，且甬优1540 在N315 处理的整精米率显著高出镇稻18 N195 2.15%～4.50%。

本研究中，随着施氮量的增加，甬优1540 的垩白粒率与垩白度均呈增加的逐渐趋势，这与魏海燕等[11]研究结果基本一致。然而，施氮量对镇稻18 垩白粒率的影响整体小于甬优1540，这可能与甬优1540 更快的灌浆速率和籽粒氮含量有关，一定程度上抑制籽粒中淀粉的合成与积累[23]。本研究中，籼粳杂交稻甬优1540 在N315 处理下的垩白度与N195 无显著差异，且较镇稻18 在N195处理显著降低垩白度9.52%～13.73%。此外，2017 年的垩白率和垩白度明显高于2016 年，可能是因为2017 年灌浆结实期的低温寡照影响了水稻的灌浆进程。

一般来讲，直链淀粉含量过高，米饭蓬松干燥，质地硬[24]。本研究表明，随着施氮量的增加，两品种直链淀粉均呈逐渐增加趋势。这与刘建等[25]研究结果基本一致。此外，甬优1540 直链淀粉含量对施氮量的响应较镇稻更为敏感，镇稻18 各施氮处理的直链淀粉含量并没有达到显著差异水平。这可能与品种的基因型有关，关于施氮量对不同类型粳稻品种直链淀粉含量的影响机制需要进一步研究。本研究中，籼粳杂交稻甬优1540 在N315处理可获得与N375 无显著差异的直链淀粉含量，而常规粳稻镇稻18 在N195 处理即可获得与N375 无差异的直链淀粉含量，且甬优1540 在N315 处理的直链淀粉与镇稻18 N195 无显著差异。

稻米营养品质的主要指标是蛋白质的含量。稻米蛋白质含量有50%～75%由环境控制，易被栽培措施，特别是抽穗后的施氮量所改变[26-27]。国内外研究一致认为蛋白质含量随着施氮量的增加而增加[22,28]。本试验结果与前人研究基本一致，即对于甬优1540，随着氮肥施用量的增加，精米蛋白质逐渐升高，有利于稻米营养品质的提高。同一施氮处理下，甬优1540 的蛋白质含量要略高于镇稻18 的，这与陈波等[12]结果基本一致。此外，2016年两品种的蛋白质含量均要明显高于2017 年，这可能是抽穗后气候适宜水稻生长，促进了氮素的吸收与转运。

4 结 论

钵苗摆栽下籼粳杂交稻甬优1540 与常规粳稻镇稻18丰产优质施氮量分别为315、195 kg/hm2。钵苗摆栽籼粳杂交稻在适氮水平下，穗分化期以后的叶面积指数和净光合速率显著增加，促进干物质积累，在提高穗粒数的同时，保证了稳定的结实率和千粒质量，产量达到最高（10.30～11.55 t/hm2），经济效益也最大（12 263.3～15 513.3 元/hm2）；同时增加植株氮素向穗部运转，使谷粒硬度增大、耐磨性得到增强，进而增加稻谷整精米率（69.97%～74.17%）和蛋白质质量分数（5.73%～6.17%），降低垩白度（4.18%～5.97%），基本达到国家2 级优质稻谷标准。在适氮水平下，钵苗摆栽籼粳杂交稻较常规粳稻提高产量22.9%～23.2%，整精米率2.15%～4.50%，蛋白质含量30.44%～37.41%，经济效益51.07%～53.33%，同时降低垩白度9.52%～13.73%。在安徽沿江地区，钵苗摆栽下采用籼粳杂交稻，并配合315 kg/hm2施氮量，有利于提高水稻产量、品质和经济效益。