滨海盐碱地不同氮肥用量对水稻干物质转运及稻米品质的影响

侯红燕 董晓亮 周红 张茂林 魏立兴 朱德峰

（1 东营市一邦农业科技开发有限公司，山东 东营257000；2 东营市农业科学研究院，山东 东营257000；3中国水稻研究所，杭州310006；第一作者：monkeyaner@163.com；*通讯作者）

水稻是滨海盐碱地的重要粮食作物，土壤盐含量高时会对水稻的生长发育产生不良影响。另一个影响水稻生长发育与产量指标的主要因素是氮肥，过量施氮对全球氮循环产生的负面影响已经引起科研人员的广泛关注[1]。N 素对于植物的生长有着至关重要的作用[2]，它是构成生物有机体的必须基本元素，参与生物有机体各类酶、叶绿素合成等代谢，并直接决定有机体细胞分类与生长[3]。水稻品质的形成是叶片与稻米碳氮代谢共作的结果[4]，碳氮代谢是稻米品质的形成过程，也是稻谷籽粒中蛋白质和淀粉等主要营养物质的合成与积累的过程[5]，而蛋白质是籽粒中胚乳的主要物质成分。有研究表明，胚乳中蛋白质、氨基酸配比在溶解性、生物价和易吸收方面具有很好的合理性[6]，稻米中蛋白质含量过高或过低都会影响稻米的营养品质和适口性[7-8]。因此，如何通过控施氮肥来控制稻米蛋白质含量并兼顾营养品质，受到研究者越来越多的重视。

合理的氮肥用量可以提高水稻的产量和品质，关于氮肥用量对稻米蛋白质含量影响的研究中，普遍认为提高氮肥用量可以提高籽粒中蛋白质的含量[9]，也有研究认为随着氮肥用量的增加，米粒中直链淀粉含量和食味品质显著降低[10]；氮肥的施用时期与分配比例也直接影响稻米品质，穗肥中氮肥比例增高时，可以显著提高稻米的整精米率和蛋白质含量，但是显著降低了稻米的外观品质及蒸煮食味品质[11]。本研究在黄河三角洲滨海盐碱地3‰～6‰含盐量条件下，以优质品种圣稻2620 为试验材料，通过不同氮肥施用时期、氮肥用量、氮肥施用比例，研究其在盐碱胁迫下对水稻的干物质转运特性、产量和品质的影响，以为滨海盐碱地优质稻种植提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试水稻品种为圣稻2620。

1.2 试验设计

试验地点位于山东省东营市垦利区永安镇28 村（N 37°15′，E 118°05′），为典型滨海盐碱地。试验田前茬水稻。2019 年4 月中旬播种、10 月上旬成熟，8 月中旬出现强降雨天气，但没有影响水稻的正常生长。土壤理化性质：pH 值8.1，有机质含量1.34 g/kg，全氮含量0.77 g/kg，速效磷0.1 mg/kg，速效钾65.5 mg/kg，阳离子交换量81.9 mmol/kg。

表1 不同氮肥处理下盐碱地水稻的生育期进程

试验采用6 因素随机区组设计，3 次重复。4 月中旬落谷，自动化播种机播种，播种量180 g/盘（芽谷），采用暗室叠盘恒温催芽室催芽后，大棚育秧，秧龄50d，久保田插秧机机械插秧，规格30 cm×14 cm，小区面积15 m2（1.5 m×10 m）。氮素最高用量按40 kg/667 m2尿素含N 量折算，设0、20%、40%、60%、80%、100%6 个梯度。尿素作为追肥，插秧后筑好田埂，小区隔离好以后施入。具体施肥方案为：磷肥为过磷酸钙40 kg/667 m2，整地前一次性施入；钾肥为硫酸钾20 kg/667 m2，分2 次施入，分别在分蘖后期、圆秆拔节期各施10 kg/667 m2。各小区尿素用量及分配如下：N0，不施氮肥；N1，20%氮肥，用量8 kg/667 m2，全作分蘖肥（2 次施入）；N2，40%氮肥，用量16 kg/667 m2，其中，分蘖肥12 kg/667 m2（2 次施入）+穗肥4 kg/667 m2；N3，60%氮肥，用量24 kg/667 m2，其中，分蘖肥20 kg/667 m2（2 次施入）+穗肥4 kg/667 m2；N4，80%氮肥，用量32 kg/667 m2，其中，分蘖肥24 kg/667 m2（2 次施入）+穗肥8 kg/667 m2；N5，100%氮肥，用量40 kg/667 m2，其中，分蘖肥32 kg/667 m2（2 次施入）+穗肥8 kg/667 m2。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 生育期

详细记录每个处理的始穗期、齐穗期、成熟期和全生育期。

1.3.2 干物质积累与转运

分别于水稻的分蘖期、抽穗期、灌浆末期、成熟期，每个处理、每个重复取茎、叶、穗，于105℃烘箱中杀青1 h，再调至80℃烘干至恒质量，计算干物质积累及其输出、转化率，输出、转化率的计算公式如下：

茎鞘物质输出率（%）=（抽穗期茎鞘干物质量-成熟期茎鞘干物质量）/抽穗期茎鞘干物质量×100；

茎鞘物质转化率（%）=（抽穗期茎鞘干物质量-成熟期茎鞘干物质量）/成熟期籽粒干物质量×100；

叶片物质输出率（%）=（抽穗期叶片干物质量-成熟期叶片干物质量）/抽穗期叶片干物质量×100；

叶片物质转化率（%）=（抽穗期叶片干物质量-成熟期叶片干物质量）/成熟期籽粒干物质量×100。

1.3.3 籽粒蛋白质含量、直链淀粉含量和食味值

稻谷收获后自然晾干，水分降至15.5%以下时采用佐竹THU35C 试验用砻谷机加工成糙米，利用佐竹CBS300BS 试验用鲜米机将糙米加工成精米，利用佐竹-米粒食味计-RLTA10B（2）-K 仪器，对各处理水稻籽粒中蛋白质含量、直链淀粉含量和食味值进行测定。

1.3.4 产量构成指标

每个小区定点考察10 丛，调查基本苗数、最高苗数、有效穗数、成穗率、每穗总粒数、每穗实粒数、千粒重；收割每个小区，自然晾晒后测定产量。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥处理对盐碱地水稻生育期的影响

由表1 可见，N5 处理的全生育期最长，达180 d，其次为N4 处理，N0 处理的全生育期最短为169 d。可见，减少氮肥用量能够显著的加快盐碱地水稻的生育期进程。N5 处理的营养生长期（播种期-抽穗期）占全生育期的比重最小为75.00%，生殖生长期（抽穗期-成熟期）占全生育期的比重最大为25.00%；N0 处理的营养生长期占全生育期的比重最大为76.33%，生殖生长期占全生育期的比重最小为23.67%。N4、N3、N2、N1 介于N5 处理和N0 处理之间。表明随着氮肥用量的减少，盐碱地种植水稻的营养生长期变长，生殖生长期变短，全生育期变短。

2.2 不同氮肥处理对盐碱地水稻干物质积累与转运特性的影响

不同氮肥处理水稻各生长期干物质量的动态积累见图1，各处理干物质快速积累期在移栽后25 d 至抽穗期后20 d 结束，最大的干物质积累期在抽穗和灌浆期，总体的干物质积累增长速度为N5>N4>N3>N2>N1>N0，这表明氮肥用量越大，返青期后干物质积累量越大，生殖生长期的干物质积累速度也越快。

表2 不同氮肥处理下盐碱地水稻干物质转运

图1 不同氮肥用量盐碱地水稻的干物质积累

从表2 可见，N0、N1、N2、N3 处理之间茎鞘、叶片的物质转化率、物质输出率的差异多数达显著水平，N4、N5 处理之间的差异不显著。表2 的结果表明，随着氮肥用量的提高，抽穗期茎鞘、叶片的干物质积累量增高，茎鞘、叶片的物质输出率、转化率也越高，但N4、N5两个处理之间的干物质输出率、转化率无显著差异，表明减少20%的氮肥用量，不会显著影响盐碱地水稻干物质的积累和输出转化。

2.3 不同氮肥处理对盐碱地水稻稻米品质的影响

从表3 可见，处理间垩白粒率差异显著，N0 处理为3.3%，N1 处理为2.9%，最低的是N4、N5 处理，且N4、N5 处理之间无显著差异，这表明随着氮肥用量的提高，垩白粒率下降，减少20%的氮肥用量，不会影响籽粒的垩白粒率。不同处理的整精米率有显著差异，整精米率最高的是N5 处理，为96.3%，其次为N4 处理，最低的是N0 处理，这表明随着氮肥用量的提高，整精米率提高。说明提高氮肥用量可以显著提高稻米的外观品质。

从表3 可见，蛋白质含量最高的是N5、N4 处理，为8.2%；最低的是N0 处理，为7.5%；N0、N1 处理穗肥均不使用氮肥，这两个处理的蛋白质含量无显著差异；N2、N3 处理的穗肥用量相同、前期施肥量不同，这两个处理的蛋白质含量无显著差异；N4、N5 处理的穗肥用量也相同，前期施肥量不用，这两个处理的蛋白质含量也无显著差异。这表明，随着氮肥总量的提高，各处理的蛋白质含量增高，但是前期施肥对水稻蛋白质含量的影响小于穗肥氮肥用量对蛋白质含量的影响。各处理的直链淀粉含量有显著差异，含量最高的是N5 处理，为20.0%，最低的是N0 处理，为19.2%，这表明氮肥用量的提高可以显著提高稻米的直链淀粉含量。

各处理的食味值有显著差异，食味值最高的是N0处理和N1 处理，为72 分；食味值最低的是N5 处理，为67 分。这表明不施用穗肥、前期不用或少用氮肥可以提高稻米的食味，随着氮肥用量的提高，食味下降。

2.4 不同氮肥处理对盐碱地水稻产量指标的影响

由表4 可见，各处理的有效穗数差异显著，N0 处理最低，随着氮肥用量的提高，有效穗数增加，N5 处理、减氮20%的N4 处理之间无显著差异。这表明，减少20%的氮肥用量不会降低有效穗数。各处理每穗总粒数、每穗实粒数以及结实率之间有显著差异，随着氮肥用量的增加，每穗总粒数、每穗实粒数及结实率呈先增加后减少的趋势，表明过量施用氮肥不能进一步提高水稻的每穗总粒数、实粒数及结实率。各处理的千粒重无显著差异。各处理产量有显著差异，随着氮肥用量的提高，产量呈先增加后降低的趋势，以N4 处理产量最高。

3 讨论与结论

3.1 不同氮肥处理下盐碱地水稻干物质生产与转运特性

植株光合产物的积累与再分配形成了植株干物质生产特性，不同的种植气候条件、地力特点均会导致水稻多样性的物质生产特性[12]。有研究通过Logistic 模型分析了水稻干物质积累特性，发现水稻在拔节至抽穗期积累速度最快[13]。也有研究发现在生殖生长前期，即返青至拔节期水稻的干物质积累速度最快，干物质积累最盛时期对水稻产量指标的贡献也最大。本研究结果显示，不同施肥处理水稻的生殖生长期、营养生长期占全生育期的比例具有显著差异，随着氮肥用量的提高，水稻的生殖生长期占全生育期的比例逐渐减小，营养生长期占全生育期的比例逐渐增加，水稻全生育期逐渐变长。6 种施肥处理下，干物质最大积累量均在抽穗至灌浆期，这表明水稻干物质的积累盛期与品种本身有关，与外界种植环境无关。6 种施肥处理干物质的快速增长期均在分蘖开始10 d 后至抽穗后20 d，且干物质的积累速度随氮肥用量的增加而加快。本研究结果显示，水稻干物质的快速积累与水稻的充实度呈正相关，稻米充实率受灌浆前期干物质积累量的影响最大，干物质积累也与水稻的产量指标呈正相关。

表3 不同氮肥处理对盐碱地水稻稻米品质的影响

表4 不同氮肥处理对盐碱地水稻产量指标的影响

水稻灌浆期稻穗的干物质积累来源于两部分，一是抽穗期间的光合产物积累，二是抽穗期前的茎鞘和叶片的光合产物积累的分配[14]。有研究表明，抽穗期前茎鞘和叶片的干物质积累转化为稻穗干物质的比例大于48%[15]。本研究结果表明，水稻茎鞘叶片的干物质输出率、转化率与水稻产量指标的构成因素具有显著的相关性，随着氮肥用量的提高，抽穗期与成熟期的茎鞘、叶片干物质积累量均显著增高，干物质的输出、转化率也显著增高，但是减氮20%并不会影响干物质的输出、转化率，即减氮20%不影响盐碱地水稻种植的产量。

3.2 不同氮肥处理下盐碱地水稻的食味品质特性

提高蒸煮食味品质已经成为当今水稻育种的新目标[16]。有研究认为，改良水稻籽粒中的蛋白质含量与直链淀粉含量的平衡关系可以显著的提高稻米的食味品质[17]。对日本优质食味米的大量研究也表明，降低水稻中蛋白质和直链淀粉的含量可以显著提升稻米的食味值[18]，日本佐竹公司根据对优质食味米有主要影响的蛋白质含量、直链淀粉含量、脂肪酸值、水分含量等研发了食味速测仪器。本研究结果表明，氮肥用量的提高可以提高稻米加工品质和外观品质，但显著降低了稻米的食味品质，食味值由N0 处理的72 分降低到N5处理的67 分。氮肥用量提高可以显著提高水稻的产量，由N0 处理的388.34 kg/667 m2提高到N4 处理的525.89 kg/667 m2，减少20%氮肥的N4 处理比全氮量的N5 处理产量提高4.39%。