施氮对稻米品质的影响研究进展与展望

袁帅，苏雨婷，陈平平，易镇邪

(湖南农业大学农学院/南方粮油作物协同创新中心，长沙 410128)

我国是世界上水稻生产量最大的国家[1－3]，过去由于人口压力，我国长期关注水稻高产而忽视了稻米品质。直至1980 年起，国内外市场对稻米品质倍加关注，促使我国开始重视稻米品质问题。近年来，随着生活水平的提高，人们对稻米品质的要求也逐渐提高；同时随着粮食制度的改革和市场的需求，以及国际贸易的发展，稻米品质的改善已成为解决供需矛盾、提高商品竞争力、增加人民收入的关键途径[4]。因此，提高稻米品质对于我国水稻生产的发展有着重要意义。

稻米品质作为粮食或商品的各种特性，可分为加工、外观、营养、蒸煮食味及卫生等多项指标[5]。大量研究表明，稻米品质主要受遗传基因所控制，但环境因素及栽培方式(种植模式、播期、播栽密度、肥料运筹、水分管理等)对稻米品质影响很大[6－9]。在环境因素中，氮肥是影响稻米品质的重要因素，氮素是稻谷籽粒中蛋白质和淀粉等主要营养物质合成的主要元素[10，11]。氮肥施用对稻米品质的影响主要分为两个方面:一是施氮水平。已有研究表明，不同的施氮量对稻米品质的影响主要体现在碾磨品质、蒸煮食味品质以及蛋白质含量上[7，12]。二是氮肥运筹。在水稻栽培时，氮肥施用时期及分配比例与稻米品质特性也密切相关，其中“前轻—中重—后补”的施肥法逐渐在我国南方被广泛认可，其可在适当增产的基础上改善稻米品质[13－15]。

为系统阐述施氮对稻米品质的影响，本文从氮肥用量和运筹方式角度，综述了氮素对稻米加工品质、外观品质、蒸煮食味品质和营养品质等方面的影响，并就未来研究方向进行展望，以期为我国水稻的优质生产提供科学依据。

1 氮肥对稻米品质的影响

1.1 氮肥对加工品质的影响

1.1.1 氮肥用量对加工品质的影响

加工品质是稻米在加工过程中表现的性状，其特性直接影响稻米的价格和销售。评价加工品质的指标主要包括糙米率、精米率和整精米率等，其中整精米率是评判加工品质的核心指标。诸多研究表明，增施氮肥有利于提高糙米率、精米率和整精米率，改善稻米品质[16－18]，主要原因是植株体内氮含量增加，促进各部位向穗部运转营养物质，谷粒硬度增大，从而增强稻米抗碾磨能力，显著提高整精米率。虽然前人一致认可增氮能改善稻米加工品质，但由于品种类型、环境条件、试验设计等原因，其研究结果有所差异。兰宇辰等[19]的研究表明，氮肥用量对垦粳7 号的糙米率影响较显著，而对其余加工品质影响较小。成臣等[20]研究表明，与空白处理对比，增施氮肥可显著提高甬优1538 的加工品质，但不同施氮水平下产生的变化幅度有差异，其中高施氮量下变化程度较小，以施氮量255 kg/hm2为宜。张上都等[21]对Y 两优585 的研究认为，300 kg/hm2的氮肥施用量，在提高水稻产量的同时还能提高稻米糙米率、精米率和整精米率。蒋李健[18]以南粳46 为材料研究发现，适当增施氮肥能提高稻米出糙率和精米率，而当施氮量超过285 kg/hm2时其加工品质开始下降。

1.1.2 氮肥运筹对加工品质的影响

前人关于氮肥运筹对稻米加工品质的影响研究较多，但结果不一致。梅锦培等[22]研究表明，在施氮量为240 kg/hm2时，增加穗肥施用比例不仅可增加南粳9108 的产量，还可提高糙米率、整精米率。林郸等[23]研究发现，基蘖肥与穗肥比例约为6∶4有利于提升杂交籼稻F 优498 的加工品质，降低食味品质，这与陈梦云等[24]的研究结果较一致。其原因可能是前期施肥过多，中期群体过大，后期不能正常抽穗，最终易形成小穗，造成籽粒不饱满；而前氮后移、增施穗肥能维持叶片、茎鞘和穗部较高的氮素浓度，提高叶片光合速率，防止叶片早衰，延长籽粒有效灌浆期，增强向籽粒的灌浆物质运转，因此增加粒质量和籽粒充实度，且穗部的氮素大多数含在糙米中[25－27]。但乔中英等[28]研究表明，在基蘖肥∶穗肥比例6∶4 条件下，杂交稻品种甬优1538 的加工品质降低，但各处理间差异不显著。而李广宇等[29]、赵杰等[30]研究均发现，不同施氮时期和比例对粳稻稻米的加工和外观品质影响并不显著。此外，李书先等[31]研究认为，不同地区的氮肥施用对稻米外观和加工品质的影响不同，其原因在于土壤碱解氮和速效磷含量有差异，提高土壤有效氮、磷有利于稻米垩白的下降和整精米率的提高。综上所述，前人研究结果存在差异，可能与水稻品种和环境条件、尤其是土壤的成土母质与养分含量不同有关。

1.2 氮肥对稻米外观品质的影响

1.2.1 氮肥用量对外观品质的影响

外观品质也称为商品品质，是稻米品质中最具有商品价值的指标，也是影响消费者购买欲望的重要因素，是交易评级的主要依据。在众多衡量稻米外观品质的指标中，垩白率与垩白度是影响外观品质的两项最重要指标[13]。关于氮肥施用量对稻米外观品质的影响，众多学者的研究结果不同。王翠玲等[32]研究表明，与对照处理相比，增施氮肥可显著降低大米垩白粒率，改善稻米的外观品质，当施氮量为128 kg/hm2时，品种绥粳4 号和垦鉴稻6 号的稻米品质最佳。张桂莲等[33]研究发现，在一定的氮肥水平内，优质稻品种的垩白粒率、垩白度均随施氮量的增加而减小，适宜氮肥用量为150 kg/hm2。赵海成等[34]针对寒地水稻的研究也表明，稻米垩白粒率和垩白大小均与施氮量呈显著负相关；适当增施氮肥能提高水稻群体和个体优势，延长灌浆结实期的时间，使灌浆缓慢，为籽粒灌浆提供物质保证，从而减少稻米垩白形成。而刘梦红等[35]、魏宝磊[36]、朱永波等[37]一致认为，氮肥用量愈高稻米垩白粒率和垩白度愈大。金军等[38]则认为，氮肥对稻米外观品质的影响，尤其是垩白粒率和垩白度，因水稻类型而异，粳稻稻米的垩白度与垩白粒率随施氮量增加而增加，而籼稻则相反。蒋鹏等[39]研究发现，氮肥影响稻米垩白粒率与垩白度存在基因型差异。随施氮量增加，常规稻五山丝苗的垩白粒率、垩白度变化幅度不大，但杂交稻德优4727 和川优6203 垩白粒率、垩白度先增后降。

1.2.2 氮肥运筹对外观品质的影响

在氮肥运筹对稻米外观品质影响方面，赵学智等[40]、杨金娟等[41]研究均表明，前氮后移能有效降低旱直播水稻垩白粒率和垩白度，提升水稻外观品质。潘圣刚等[42]研究也认为，在氮肥水平一致的条件下，稻米垩白粒率和垩白度随穗肥比例的增加而下降。因为在较高密度群体中，土壤背景氮和适宜穗肥的施用能改善群体和个体间的矛盾，帮助水稻快速吸收营养及积累碳水化合物，提高稻米的外观品质；但王新其等[43]、陈书强等[44]指出，后期增施穗肥会显著提升杂交粳稻的垩白粒率、垩白度且降低透明度，不利于稻米外观品质的改善。

杨泽敏等[45]发现，前期重施基肥符合早稻生育期短、灌浆快的特点，能使其快速吸收并充分利用氮素营养，改善稻米外观品质；而前氮后移、重施穗肥符合晚稻生育期长、灌浆缓慢的特点，在生育后期确保籽粒有充足的氮素营养，有利于优质米的形成。而宋永斌等[46]、何虎等[47]一致认为，氮肥运筹对垩白度、垩白率和粒型影响不大，没有发生等级差异。陈光莉等[48]则认为，从稻米外观品质角度分析，相同品种在不同氮肥模式条件下，各处理间稻米垩白率和垩白度无差异，且粒长、粒宽、透明度差异不显著；但从相同氮肥模式下不同品种的表现来看，宜香优2115 和丰优香占的外观品质差异较大，其原因可能是稻米外观品质由品种本身遗传特性决定所致。

前人有关氮肥对稻米外观品质影响的结果不同，主要是因为品种类型不同，如籼、粳稻对氮肥响应不一。此外，同一类型、不同品种的外观品质特性对增施相同的氮肥水平产生的反应也不一样[49]。另外是由于各试验所处生态区的温光条件不同。因为垩白度和垩白率对抽穗期之后的温度敏感。温度过高会加速谷粒灌浆，发育过早，体内物质分配不均匀，垩白增加，透明度降低；温度过低则易导致胚乳细胞和组织充实不良，淀粉体生长发育受阻，籽粒内部间隙增大、排列疏松，且外观异常[50，51]。也有学者认为，大米的垩白面积和垩白率与温光环境关系并不密切，因为影响稻米外观品质的因素较复杂，可能是多因素互作所致[52]。

1.3 氮肥对稻米蒸煮食味品质的影响

1.3.1 氮肥用量对蒸煮食味品质的影响

稻米的蒸煮食用品质主要取决于米的味道、口感及外观3 个方面，其中氮肥主要影响稻米的直链淀粉含量、胶稠度、糊化温度及RVA 谱特征值等[14]。研究表明，粘度高、胶稠度大、糊化温度低的稻米，其蒸煮食味品质更好[53]。有较多的研究认为增施氮肥不利于蒸煮食味品质的提升[54，55]。如侯红燕等[56]研究表明，在滨海盐碱地带，增施氮肥会延迟常规粳稻生育进程，降低稻米胶稠度和米饭粘度，增加米饭硬度。同时随着不施氮到高氮处理下的施氮量的梯度递进，食味值由72 分降低到67 分。因此增施氮肥一定程度上使稻米食味品质变劣。黎雨薇[57]、李世峰等[58]研究结果也表明，随氮肥用量的增加，各品种类型稻米食味值显著下降，且米饭粘度也呈下降趋势。

姜元华等[59]、严凯等[60]对南粳9108 和南粳5055 进行研究，发现增施氮肥会显著降低米饭的适口性、光泽、味道和香气，导致蒸煮食味品质变劣。其中严凯等发现施氮水平下南粳9108 食味值均较高，可能由于滨海盐碱土壤曾长期受海潮侵袭，镁元素含量较高，而镁对稻米蒸煮食味品质有重要影响[61]。高辉等[62]也发现，施氮量在0～300 kg/hm2时，3 个常规粳稻品种的胶稠度和直链淀粉含量均随着氮肥用量的增加而降低，从而影响了其食味值。这可能与增施氮肥显著增加其颖花量，导致部分籽粒灌浆不充分有关。此外，杨世佳[63]研究发现，对于直链淀粉含量偏低的品种在齐穗期对其叶面喷施尿素溶液能相对提高稻米直链淀粉含量1%～2%，从而改善稻米食味品质。综上所述，在氮素施用上应因地制宜、对症下药，尽量适当或少施氮肥，特别是后期尽量避免使用氮肥，防止氮肥用量过多造成稻米食味品质下降。

1.3.2 氮肥运筹对蒸煮食味品质的影响

目前，就氮肥运筹与稻米品质的关系的研究结果也不一致。石吕等[64]研究发现，前氮后移导致稻米胶稠度变短，食味值和直链淀粉含量显著降低，同时其RVA 特征值也表现类似，最高黏度、热浆黏度、崩解值和最终黏度等特征值均随氮肥施用水平的增加而下降，回复值和消减值则显著升高，稻米蒸煮食味品质下降，且后期增氮对籼稻蒸煮食味品质的影响更明显。原因在于籼稻有较高含量的谷蛋白和醇溶蛋白，其对食味值负作用最大。但剧成欣等[65]研究表明，与农民常规施肥(全施基肥)相比，氮肥后移能显著提高粳稻的胶稠度，降低糊化温度，改善稻米蒸煮食味品质。沈淳等[66]研究则认为，合理的氮肥运筹可有效降低稻米直链淀粉含量，蒸煮后的米饭保留香味、适口性以及较好的粘性和光泽度。当基蘖肥∶穗肥为8∶2 时，水稻更易获得优质与高产。而王瑛皎等[67]研究认为，不同氮肥运筹模式对稻米外观品质和蒸煮食味品质的影响均不明显。曹先梅[68]研究指出，氮肥后移显著影响稻米蒸煮品质，随后期氮肥比例的增加，稻米直链淀粉含量增加，支链淀粉分支度降低，结晶度下降，胶稠度显著下降。

不同研究者的结果不一致，可能与供试品种控制淀粉特性的基因型不同以及试验条件不同有关。另外，国外研究[69]也认为，氮肥对稻米食味品质的影响与品种基因有关，对直链淀粉含量较低的品种来说，前氮后移能提高其直链淀粉含量0.5%左右，而对直链淀粉含量较高的品种，前氮后移会降低其直链淀粉含量1%左右。

1.4 氮肥对稻米营养品质的影响

1.4.1 氮肥用量对营养品质的影响

稻米的营养品质指籽粒中营养成分的含量，主要是蛋白质和氨基酸，其中稻米蛋白质作为人类蛋白质的重要来源，是衡量稻米营养品质最主要的指标，因此稻米蛋白质含量越高，其营养品质越高[70]。但有研究表明，稻米蛋白质含量超过8%时，会导致稻米色泽较暗、食味欠佳[71]。

关于施氮量对蛋白质含量的影响，国内外研究均一致认为籽粒中蛋白质含量与氮肥用量呈显著正相关趋势[72，73]。张力群[74]研究表明，不同品种的稻米蛋白质含量随施氮量的增加而上升，但各品种间蛋白质含量不同，以晶两优华占稻米蛋白质含量最大；增施氮肥会提高植株碳氮同化能力，促进各营养器官中的同化物质向籽粒运输，激发籽粒中淀粉合成有关酶和氮素同化酶的活性，增加蛋白质的合成[75]。杨泽敏[76]则认为，氮肥用量的增加使常规稻和杂交稻稻米蛋白质含量均增加，但晚稻效果大于早稻，主要因为晚季稻生育期长、发育缓慢，且氮素利用效率较高。卢浩宇[77]针对紫米稻品种的研究指出，稻米蛋白质含量随施氮量增加而增加，且配施有机肥效果更佳。朱永波等[37]认为，在营养品质方面，高氮通过提高籽粒中粗蛋白含量和4 种蛋白组分的含量来提高稻米营养品质，而其中醇溶蛋白不能为肠胃所吸收同时也会降低稻米食味，因此降低稻米醇溶蛋白百分比有利于提高稻米的口感[78]。但氮肥处理如何调节蛋白组分的结构，及其与稻米营养品质和食味品质间的相关性还需深入研究。

1.4.2 氮肥运筹对营养品质的影响

就氮肥运筹对蛋白质含量的影响，学者们均认为稻米中蛋白质含量随施氮时期的后移而提高[79－81]。潘圣刚等[42]认为，与前期重施基肥相比，后期增施穗肥能显著提高蛋白质含量。何虎等[47]研究也指出，在水稻生长后期增施穗肥可促进稻米中蛋白质含量的提高，其原因有可能是因为后期追施氮肥可提高籽粒形成时期的叶片含氮量和光合作用，提高了水稻生育后期功能叶蛋白水解酶活性，使蛋白质降解更彻底，增加后期被吸收的氮素向籽粒的运转量[82－84]。

2 问题及展望

目前关于氮肥施用对稻米品质的影响已有较多研究，相关栽培技术已应用于生产实践，但还存在很多问题:(1)由于稻米品质受遗传基因影响，因此不同品种类型水稻的氮素吸收特性不同，所以氮肥对不同水稻品种稻米品质的影响不同[48，85，86]。如施氮量的增加显著提高粳稻类型的垩白度和垩白粒率，但降低了籼稻类型的垩白度[38]；前氮后移显著降低稻米的蒸煮食味品质，且这种施氮模式对籼稻的影响更突出[64]；郭涛等关于施氮量对稻米淀粉RVA 谱特性的影响研究发现，圣稻2602 在低氮条件下的RVA 谱特征值最优，崩解值最大，消减值最小[87]，而香稻1601 在中氮条件下的RVA 谱特征值最优[88]。(2)氮肥对水稻品质影响具有明显的地域性。不同地区的温光和土壤肥力对稻米品质影响不同[59－61]，不同生态地域施用氮肥对稻米品质影响不同，如增施氮肥提高了射洪生态点的稻米垩白度和垩白粒率，但显著降低了温江生态点的稻米垩白度[33]。(3)氮肥对稻米品质各指标间的影响较复杂。孙云飞等[89]指出，适当增施氮肥能显著提高稻米碾磨品质和营养品质，但会导致稻米的蒸煮食味品质变差。朱永波等[37]研究发现，稻米的加工品质和营养品质随氮肥用量增加而提高，但稻米外观品质降低。石吕等[64]、陈梦云等[24]研究也表明，在整个生育期总施氮量不变的情况下增加穗肥比例能提高稻米整精米率，显著提高稻米的加工和营养品质，但不利于稻米的蒸煮食味及外观品质。许轲等[15]研究表明，增施穗肥可显著提高粳稻的加工品质及蒸煮食味品质，但对其RVA 谱特征值的各项指标有不利影响。

针对以上问题，未来应重点加强以下几个方面的研究:(1)针对不同类型水稻品种，由于氮肥施用对稻米品质的作用表现不同，其栽培措施也应相应调整；根据不同氮响应的品种提出相对合理的氮肥用量和运筹方式，值得深入研究与推广。(2)有关氮对稻米品质的影响研究应因地制宜，应针对稻田土壤培肥和农作制度发展存在的问题，合理利用并结合土地本身肥力资源构建适宜的氮肥管理模式。(3)氮肥对稻米品质影响会导致各指标间存在负效应，如何合理运用氮肥协调各指标之间的关系，需进一步探讨。