氮肥施用对米粉专用稻产量、米质及加工特性的影响

文春燕 熊运华 姚晓云 陈春莲 胡标林 黄永萍 吴延寿

[江西省农业科学院 水稻研究所/水稻国家工程实验室（南昌）/中菲水稻技术联合实验室, 南昌 330200; #共同第一作者; *通信联系人, E-mail:yanshou@126.com]

米粉(米线、米粉丝)是指以大米为原料，经过浸泡、蒸煮、挤丝等工序加工而成的条状或丝状米制品，具有悠久的历史，是我国南方地区和东南亚地区的传统主食之一[1-3]。米粉质量和风味主要取决于稻米原料品质，但并不是所有的稻米都能加工成米粉。米粉专用稻则是指适合用来制作成米粉的水稻品种，一般为早籼稻品种[4]。米粉专用稻为早稻米市场提供了销路，一定程度上解决了早籼米难吃只能作为储备粮的问题[5]。

水稻产量和稻米品质除受品种本身遗传特性和气候条件影响外[6-8]，还受栽培措施的影响，特别是氮肥的施用[9]。氮素作为水稻生长发育过程中的主要养分限制因素之一，显著影响水稻生理、产量、稻米品质以及经济效益等[10]。氮肥合理施用不仅能促进水稻生长，增加产量，提高氮肥利用率，而且能够改善稻米品质[11-12]。有研究表明，合理增施氮肥能显著提高水稻有效穗数、每穗粒数、结实率等，进而增加产量[13-15]。唐健等[16]认为适当增施氮肥可改善稻米外观品质，增加蛋白质含量和胶稠度，减少直链淀粉含量，避免 RVA 特征谱变劣；李国生等[17]认为随着施氮量的增加，稻米的加工品质、最高黏度和崩解值均增加，而外观品质和消减值则降低；李书先等[18]则发现氮肥施用显著改善稻米碾磨品质，提高直链淀粉含量和籽粒粗蛋白含量，降低崩解值；且同一品种在不同种植点的峰值黏度和消减值变化不一致。可见因受自身遗传、生态环境以及栽培模式等多方面的影响，氮肥施用对稻米品质的影响结果并不太一致。对米粉稻而言，氮肥施用同样影响其产量和品质。相关研究表明，稻米的直链淀粉含量、胶稠度、糊化温度以及 RVA 特征谱等指标与米粉加工具有显著相关性，只有相关品质指标在合适的范围，稻米才具有较好的米粉加工特性[4,19]。因此，米粉专用稻的生产原则就是要在高产情况下兼顾食味品质和加工品质。

目前，米粉稻的研究主要集中在品种选择[5]、增产栽培措施[20]、直链淀粉含量[21]等方面，不同氮肥用量下米粉专用稻稻米品质和加工特性的变化规律还未见报道。因此，本文通过控施氮肥对米粉专用稻的产量、稻米品质和加工特性进行研究，确定其变化规律，为米粉专用稻氮肥施用和品种选育提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验分别于2018 年和2019 年在江西省农业科学院水稻研究所试验田进行。试验田块土壤肥力基本性状为：pH 值5.91，有机质14.21 g/kg，全氮(N)2.09 g/kg，碱解氮(N) 194.38 mg/kg，有效磷(P) 22.28 mg/kg，速效钾(K) 89.71 mg/kg。

供试材料为研究小组在前期对100 余个骨干亲本和常规早籼稻品种筛选的基础上选择的5 个品种，适宜作米粉专用稻品种：MF1（骨干亲本R0734）、MF2（骨干亲本 R2149）、MF3（常规稻品种嘉早66）以及生产中常用米粉专用稻品种珍桂矮（对照CK1）和米粉加工不能成型的早稻亲本（骨干亲本R0711，对照CK2）。

1.2 试验设计

采用大田随机区组设计。根据江西省早稻农田氮肥常规施用量，设置低氮、中氮和高氮3 个处理，即 90、140、190 kg/hm2，分别用 N1、N2、N3 表示，每处理氮肥分别以30%、40%和30%的比例按基肥、分蘖肥和穗肥三个时期施用；磷肥(折合P2O590 kg/hm2)用作底肥一次性基施，钾肥(折合K2O 75 kg/hm2)，分别以 20%、50%和 30%的比例按基肥、分蘖肥和穗肥分3 个时期施用。每处理设3 次重复。

供试材料采用薄膜育秧，3 月26 日播种，4 月28 日移栽，秧龄33 d。移栽前，在大田制作9 块内宽1.7 m，内长6.5 m 的长方形隔离区域，以薄膜包裹泥埂方式隔离。5 个品种依次沿每个隔离区的长方向按照16.7 cm×16.7 cm 的规格栽插70 株(10×7株)，栽满9 个隔离区。隔离区外栽插其他品种作为保护行，各个隔离区单独灌溉排水，按照当地正常习惯晒田，使用除草剂和农药。

1.3 测定内容与方法

1.3.1 测产与考种

水稻黄熟后每小区随机单独收取除边行外的 5株，调查有效穗数、每穗粒数、实粒数、空粒数和千粒重等产量构成因素，计算理论产量；其他除边行外的所有植株收获后计算实际产量。

1.3.2 稻米品质测定

收获后的样品在室温下保存3 个月，待其理化特性趋于稳定后, 测定稻米品质（试样用途为加工成米粉，所以碾米品质和外观品质不予测定）。根据农业部标准（NY147−88）《稻米品质的测定》测定稻米胶稠度和直链淀粉含量。流动分析仪（AA3）测定稻米全氮含量，以换算系数 K=5.95折合成蛋白质含量。采用 RVA-4 型快速黏度分析仪（Newport Scientific 仪器公司生产，澳大利亚）测定RVA 特征谱值，用 TCW（Thermal Cycle for Windows）配套软件进行分析。每个样品重复2 次，取平均值。

1.3.3 米粉加工特性测定

采用一步成型法将稻米加工成米粉，加工工艺流程为原料米→浸泡→挤压成型→时效处理→搓粉→成品。挤丝过程使用多功能一步成型米粉机，挤丝板孔径为 1.5 mm。

参照国家进出口商品检验行业标准（SN/T0395−95）出口米粉检验规程测定米粉断条率以及蒸煮损失率（吐浆值）。

断条率测定：取长度为 20 cm 以上的米粉 20根，放入适量沸水中煮5 min 后，捞出并沥干余水，用筷子将长度超过10 cm 和不足10 cm 的样品分开，分别称量，记ma(长度≥10 cm)和mb(长度<10 cm)，断条率(%)=mb/(ma+mb)×100

蒸煮损失率测定：准确称取20 cm 长的米粉10 g（精确到 0.001 g），放入 100 mL 的沸水中煮 3 min，接着捞出全部米粉丝，搅匀米粉汤，量取10 mL 放入已知质量的干试管(m1)中，放入 105℃烘箱中烘至恒重，称量试管和干物质量(m2)，米粉蒸煮损失率(%)=(m2−m1)/10(1−W)×10×100，其中W为米粉含水量。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010 软件整理数据并绘图；运用SPSS 23.0 软件对数据进行统计分析，用单因素方差分析法对数据在P<0.05 水平上进行差异显著性检验，用最小显著差异法（least significant difference，LSD）对数据进行事后多重比较；运用一般线性模型（GLM）中 Univariate（单因变量）检验年份、品种、施氮量及其三者间交互作用对变量的影响。

2 结果与分析

2.1 氮肥施用对米粉稻品种产量及其构成因素的影响

不同施氮水平下各品种的产量及其构成因子如表 1 所示。2018 年平均实割产量为 CK1>CK2>MF3>MF2>MF1，两个对照品种，即生产中常用米粉专用稻品种珍桂矮（CK1）和米粉加工不能成型的早稻亲本（R0711）间无显著差异，三个米粉稻品种MF1、MF2 和MF3 间差异显著；2019 年平均实割产量为MF2>CK2>CK1>MF3>MF1，各品种间差异显著。可见各品种实割产量在两年间有所差异，珍桂矮（CK1）和 R2149（MF2）为丰产品种。产量与构成因子的整体相关性分析可知实割产量及其有效穗数的相关系数最大（R=0.459），对两个丰产品种分别进行产量与构成因子的相关性分析可知珍桂矮实割产量与每穗粒数的相关性最大（R=0.466），其次为有效穗数（R=0.207），说明该品种高产主要受每穗粒数的影响，5 个品种中珍桂矮的每穗粒数也最大；R2149 则与结实率相关性最大（R=0.604），有效穗数次之（R=0.581），说明R2149 高产关键因素为结实率和有效穗数。综合两年数据看，3 个米粉专用稻品种的结实率和千粒重相对于两个对照来说具有较大优势。

各品种有效穗数总的变化趋势为高氮处理大于低氮处理，但2018 年CK1、MF2 和MF3 基本保持稳定；除2018 年CK1、MF2 和MF3 外，各品种每穗粒数在氮肥处理间相对稳定。2018 年，结实率表现因品种而异，2019 年除CK1 外其他品种在不同氮肥处理间差异不大；除MF3（2018 年）和MF2（2019 年）外，各品种千粒重随施氮量的增加而减小。不同施氮处理下，除2019 年MF1 和MF2 品种实割产量为中氮>高氮>低氮且MF2 达显著水平外，各品种在两年间实割产量均为高氮>中氮>低氮，2018 年 CK1、MF1、MF2 和 2019 年 MF3、CK2达显著水平。可见，不同品种对氮肥响应不一致，对MF1 和MF2 而言，在一定范围内产量随施氮量的增加而增加，2018 年在190 kg/hm2氮肥施用水平下产量最高，而2019 年在140 kg/hm2的氮肥施用水平下产量最高，当氮肥施用水平达190 kg/hm2时产量反而有所下降。MF3 品种产量则两年都在氮肥施用水平190 kg/hm2时达最大。

表1 不同氮肥施用量下各品种米粉稻产量及其构成因素Table 1. Yield and its components of noodle rice under different nitrogen application.

表2 年份、品种和施氮量对米粉稻产量及其构成因素的方差分析（F 值）Table 2. Variance analysis of year, variety and nitrogen application rates on yield and components of noodle rice(F value).

对两年不同施氮水平下各品种的产量及其构成因素进行统计分析，研究年份、品种、施氮量、两两交互效应及三者交互效应对产量及其构成因素的影响，结果如表2 所示。实割产量受年份、品种、施氮量、年份品种交互以及三者交互作用影响显著，年份和施氮量对实割产量的影响尤其显著。在产量构成上，有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重受年份和品种影响均达显著水平，施氮量显著影响有效穗数和千粒重；年份和品种交互作用（除每穗粒数）、年份和施氮量交互作用（除千粒重）、施氮量和品种交互作用以及年份×品种×施氮量三者交互作用对各指标的影响均达到显著水平。

2.2 氮肥施用对米粉稻蒸煮食味品质的影响

5 个品种在不同施氮量下胶稠度、直链淀粉含量和蛋白质含量的变化情况如图1 所示，各品种的胶稠度和蛋白质含量为 CK2>MF1>MF2>MF3>CK1，CK2 显著高于其余品种，CK1 显著低于其余品种；米粉稻品种的直链淀粉含量处于21.4%~26.5%，其中，MF2 直链淀粉含量显著高于其他品种，不能加工成米粉的CK2 两年直链淀粉含量为12.6%和13.4%，显著低于其他品种。随着氮肥施用量的增加，CK1、MF1 和 MF2 的胶稠度显著增加；MF3 表现出先增加后减小的趋势；CK2则随施氮量增加胶稠度显著减小。各品种直链淀粉含量变化趋势为低氮>中氮>高氮，除 MF1 外，其余品种低氮处理显著高于其他处理。各品种蛋白质含量为高氮>中氮>低氮，且 3 个处理间差异显著。对米粉稻而言，胶稠度和蛋白质含量随氮肥施用量的增加而显著增加，直链淀粉含量则随施氮量的增加而显著减小。

年份、品种、施氮量、两两交互效应及三者交互效应对营养和蒸煮品质的影响见表 3，各品种胶稠度、直链淀粉含量和蛋白质含量受年份、品种、施氮量以及年份品种间交互作用影响显著；胶稠度和直链淀粉含量还受施氮量×品种交互作用和年份×品种×施氮量三者互作影响显著；年份和施氮量间交互作用也显著影响直链淀粉含量。3 个指标受品种影响最大，直链淀粉含量和蛋白质含量受施氮量影响次之。

2.3 氮肥施用对米粉稻RVA 谱特征值的影响

不同施氮量下米粉稻RVA 谱特征值如表4 所示，不同品种最高黏度、热浆黏度、最终黏度和消减值均为CK1>MF3>MF1>MF2>CK2，五者间差异显著；崩解值和糊化温度则与之相反。米粉稻品种中，MF2 的最高黏度、热浆黏度、最终黏度和消减值相对较小，崩解值较大。随施氮量的增加，各品种最高黏度、热浆黏度和最终黏度呈现减小趋势；除2018 年MF3 变化不显著外，崩解值随施氮量的增加显著减小，消减值则逐渐增大，且大多数品种达显著水平；各品种的糊化温度均不受氮肥用量的影响。

年份、品种、施氮量、两两交互效应及三者交互效应对RVA 特征谱值的影响见表5，年份极显著影响除崩解值和糊化温度外的其余指标；不同品种间 RVA 谱特征值所有指标差异极显著；施氮量则显著影响最高黏度、崩解值、最终黏度、消减值；年份和品种间交互作用显著影响 RVA 谱特征值各指标，同时最高黏度和最终黏度受施氮量和品种间交互作用影响显著。各指标受品种影响最大，崩解值受施氮量影响次之。

2.4 氮肥施用对米粉稻加工特性的影响

将各供试品种稻米加工成米粉，发现 CK2（R0711）在挤丝环节无法成型，四个米粉稻品种能加工成米粉。各品种米粉断条率和蒸煮损失率结果如图 2 所示，各米粉稻品种的断条率大小为CK1>MF3>MF1>MF2，MF2 显著低于其他品种；各品种蒸煮损失率显著小于对照CK1，MF2 在低氮条件下损失率小。整体来说，MF2 品种加工成的米粉具有较低的断条率和蒸煮损失率。

图1 不同氮肥施用量下米粉稻蒸煮食味品质的变化Fig. 1. Changes in cooking and eating quality of noodle rice under different nitrogen application rates.

表3 年份、品种和施氮量对米粉稻蒸煮食味品质的方差分析（F 值）Table 3. Variance analysis of year, variety and nitrogen application rates on cooking and eating quality of noodle rice.

表4 不同氮肥施用量下米粉稻RVA 谱特征值Table 4. Profile characteristics of noodle rice under different nitrogen application levels.

表5 年份、品种和施氮量对米粉稻RVA 谱特征值的方差分析（F 值）Table 5. Variance analysis of year, variety and nitrogen application rates on RVA profile characteristics of noodle rice.

图2 不同氮肥施用量下米粉断条率和蒸煮损失率的变化Fig. 2. Changes in broken and loss ratio of noodle rice under different nitrogen application levels.

不同施氮水平下，除 MF1 外，其他各品种的断条率和蒸煮损失率均随施氮量增加而显著上升，造成米粉加工品质变劣。

3 讨论

3.1 氮肥施用对米粉稻品种产量及其构成因素的影响

肥料施用作为水稻栽培过程中的重要增产措施，可提供水稻所需要的养分以维持其高产稳产，氮肥则是影响产量及其构成因素的重要因子[22-23]。韩天富等[24]的研究显示施肥能显著提高水稻产量，适量肥料投入是维持水稻高产稳产的重要手段。徐新朋等[25]研究发现在一定范围内氮肥施用能显著提高有效穗数和每穗粒数，增施氮肥可提高水稻产量，当施氮量达180 kg/hm2时，早稻产量达最大。唐健等[16]的研究也表明适当增施氮肥可增加优质双季晚稻产量，施氮量为 180 kg/hm2时产量最高。本研究结果显示，在一定范围内随施氮量的增加，米粉稻各品种的产量显著增加，R0734 和R2149 在2018 年的190 kg/hm2处理下达最大，而2019 年在140 kg/hm2施氮处理下最大，在190 kg/hm2处理时反而降低，这可能是不同年份间试验地气候环境差异所致，对此需进一步研究验证。随着施氮量的增加，有效穗数呈现增加趋势，产生原因可能为氮肥施用能促进水稻茎叶生长和分蘖原基发育，使有效分蘖增多。本研究结果还显示，虽然各品种产量在年份间差异较大，但R2149 和嘉早66 仍然为产量优势米粉稻品种，两者分别在 140 kg/hm2和 190 kg/hm2施氮量下极具丰产性。产生差异原因可能为不同品种需肥性不同。本研究中，2019 年 R2149品种在140 kg/hm2施氮水平下每穗粒数、结实率和千粒重均最大，产量最高；而嘉早 66 品种需肥特性强，随施氮量的增加产量一直提高，在高氮 190 kg/hm2水平下产量达最大。

3.2 氮肥施用对米粉稻蒸煮食味品质的影响

蒸煮食味品质是稻米重要品质性状，稻米直链淀粉含量、胶稠度和淀粉 RVA 特征谱是评价稻米蒸煮食味品质的重要指标，尤其是直链淀粉含量，综合前人研究可知米粉专用稻应选择直链淀粉含量 21%~27%的品种[19,26-28]，否则可能容易产生断条或者口味不佳。氮肥施用对稻米直链淀粉含量、胶稠度和 RVA 特征谱影响的相关研究结果存在着差异。唐健和张自常等[16,29]的研究结果表明随着施氮量的增加，稻米直链淀粉含量减少，胶稠度增加。从夕汉等[30]研究表明，随氮肥施用量的增加，稻米的直链淀粉含量和胶稠度均增大；峰值黏度、热浆黏度、回复值和崩解值则随施氮量的增加而递减，消减值则递增。叶全宝等[31]研究结果也显示随着施氮量的增加，峰值黏度、热浆黏度、崩解值、冷胶黏度等指标均减小，消减值则呈现出上升趋势。本研究结果显示，随着施氮量的增加，米粉稻直链淀粉含量显著降低，胶稠度增长，而不能加工成米粉的早稻亲本（R0711）胶稠度随施氮量的增加而减小，这可能与品种对氮素利用的基因型有关。在米粉稻的实际生产中，应根据品种制定适宜当地土壤条件的施氮措施以提高稻米品质。相关研究表明，直链淀粉含量较高的稻米品种较适宜加工成米粉，原因可能是直链淀粉形成的网状构造耐酸和高温，使米粉具有良好的烹煮性[4]，但直链淀粉含量过高的稻米加工成米粉质地硬、密度大、难以糊化，口感也变差，因此选择适宜加工成米粉的直链淀粉含量至关重要。本研究中的米粉专用稻品种是在前期筛选试验基础上选用的，虽然随着施氮的增加使得直链淀粉含量有所减少，但仍然为 21.4%~26.5%，均在适宜米粉加工的范围内，且在140 kg/hm2施氮量下，直链淀粉含量在适宜范围中间值 24%左右。因此，在生产中直链淀粉含量处于上述范围的临界值的品种，要特别注意氮肥的使用，过高或过低氮肥用量会导致不适宜米粉加工，对于直链淀粉含量适中（24%左右）的品种，产量就成了首选因素，高产米粉专用稻会产生更大的经济价值。相关研究表明优质食味稻米的RVA 特征谱需呈现崩解值大、最终黏度小、消减值小和糊化温度低的特点[32]，本研究结果显示随施氮量的增加，各品种最高黏度、热浆黏度和最终黏度减小，崩解值显著减小，消减值显著增大。可见氮肥施用使米粉稻 RVA 谱特征向口味变差的方向发展。

蛋白质含量与稻米蒸煮食味品质具有密切关系。李书先等[18]的研究表明，氮肥施用提高了水稻籽粒直链淀粉含量和粗蛋白含量；周婵婵等[33]的研究显示增施氮肥有利于水稻籽粒蛋白质和氨基酸的积累。本研究表明米粉稻蛋白质含量随施氮量的增加而增大，与前人研究结果一致。一般认为稻米蛋白质含量过高会导致稻米色泽变暗、米饭变硬、食味品质降低，籼稻品种随蛋白质含量的增加稻米食味降低更加显著[34]。由此可知氮肥施用虽然提高了米粉稻营养品质，但食味有所降低，选择适宜的施氮量兼顾营养和食味品质至关重要。至于不同米粉稻品种如何平衡蛋白质含量和直链淀粉含量的关系，使米粉口味佳又不失营养，需进一步研究。

3.3 氮肥施用对米粉稻加工特性的影响

断条率和蒸煮损失率作为衡量米粉理化特性的重要指标，显著影响米粉品质。断条率是指米粉蒸煮后的断裂程度，断条率高表示米粉凝胶品质差，韧性低。蒸煮损失率（吐浆值）则是反映蒸煮后米粉残留在汤汁中的百分含量，吐浆值高表示米粉凝胶网络结构松散，使得米粉中可溶性成分容易扩散到水中。一般而言，断条率高的米粉，其吐浆值也往往较高。本研究结果显示，随施氮量的增加，米粉稻断条率和蒸煮损失率也随之增大，分析原因可能是氮肥施用降低了米粉稻直链淀粉含量，而直链淀粉可抑制淀粉凝胶膨胀性（米粉形成凝胶时淀粉分子链通过氢键交联聚合，直链淀粉含量越高，生成氢键则越多），使得米粉凝胶硬度减小，膨胀率增大，弹性减小，断条率和损失率增加[35-36]，即氮肥施用使米粉稻加工特性有变劣趋势。本研究中的三个米粉稻品种加工成米粉的断条率和吐浆值在不同施氮处理下均小于10%，具有较好的加工特性。与R0734 相比，R2149 和嘉早66 虽然对氮肥更敏感，但也具有更佳的加工特性。因此，在米粉稻选育上，应选择加工特性更佳的R2149 和嘉早66 品种；栽培过程中，需在保证丰产和直链淀粉含量处于适宜加工范围的情况下，尽可能的选择在低氮水平下种植。

4 结论

氮肥施用可显著提高米粉稻产量及其构成因素，R2149 和嘉早66 为产量优势米粉稻品种，两者分别在140 和190 kg/hm2施氮量下产量达到最高。随施氮量的增加，米粉稻直链淀粉含量显著降低，RVA 谱特征变劣，食味变差、营养提高。综合前人研究米粉专用稻应选择直链淀粉含量 21%~27%的稻米品种，24%左右则最佳。本研究中R2149 和嘉早66 在140 kg/hm2施氮处理下能够达到直链淀粉含量适中和丰产性的协同效应。随施氮量增加，米粉稻品种断条率和蒸煮损失率也随之增大，因此在米粉专用稻栽培过程中，需在保证丰产同时，结合生产实际施用相对较低的氮肥；在米粉专用稻选育上，应选择直链淀粉含量适中、加工特性更佳的骨干亲本作为中间材料，培育高产米粉专用稻，服务于生产，为早稻米开辟更广阔的市场。