施氮量与移栽密度互作对垦粳7号稻米品质的影响

兰宇辰, 郭晓红*, 李猛, 赵洋, 李晓蕾, 姜红芳,王鹤璎, 徐令旗, 张晓宁, 吕艳东

(1.黑龙江八一农垦大学农学院, 黑龙江省现代农业栽培技术与作物种质改良重点实验室, 黑龙江 大庆 163319; 2.牡丹江市农业技术推广总站, 黑龙江 牡丹江 157000; 3.北大荒垦丰种业股份有限公司, 哈尔滨 150090)

水稻是我国的重要粮食作物之一，产量居世界第一，也是我国种植面积最大、单产最高的主要农作物[1]，在我国粮食生产和消费上占主导地位。近年来，随着人民物质生活水平的提高，稻米品质逐渐受到人们的重视[2]。在保证产量的同时，提高稻米品质成为农业生产上的一大难题。氮素与移栽密度是调节水稻植株性状，影响产量及品质的重要限制因子。氮素是水稻生长发育必需的三大营养元素之一，在水稻栽培过程中氮素的施入是不可或缺的，氮素营养状况直接影响水稻的产量和品质[3-4]。传统水稻生产中增施氮肥是提高水稻产量的关键措施之一[5]。围绕着水稻氮代谢与产量的关系，前人展开了广泛的研究，总结出提高水稻产量的科学施氮方法[6-8]，但皆注重于产量的提高，对于稻米品质的研究较少。同时，我国水稻生产过程中，氮肥的使用存在着诸多不合理性[9]。生产上，氮肥以基施为主，大量施用，利用率低下[10]，导致水稻前期群体过大，后期倒伏减产、养分大量流失、温室气体大量排放、资源大量浪费等问题。我国水稻田间施氮量普遍偏高[11]，为保证水稻氮素营养合理分配，保证产量及品质，移栽密度的调控同样重要。移栽密度一直是农业工作者用于调节群体结构、提高产量、降低成本的一种手段[12-13]。但随着农业发展的机械化程度提高，以及青壮年劳动力向城镇转移和劳动力成本的上升，我国水稻趋于稀植化，且种植密度呈下降趋势。因多年实践与改进,稀少平栽培技术[14]、水稻旱育稀植栽培技术[15]等一些高产栽培技术体系已非常成熟，但基于特定品种和特定生态环境及气候，量化不足[16]。严光彬等[17]研究表明，在密植、稀植、超稀植栽插条件下，稻米的加工品质和外观品质会随着移栽密度的增加而提高。前人关于氮密互作的研究主要针对于产量及其群体结构。严凯等[18]认为施氮300 kg·hm-2、移栽密度为33.3万穴·hm-2时，可以获得相对优质的最高产量。邓中华等[19]认为移栽密度为22.1 万穴·hm-2同时施氮量为194.9 kg·hm-2是实现水稻高产高效、节氮、省工栽培的合理组合。合理的施用氮肥和合适的移栽密度对于水稻稳产具有至关重要的作用。但对于水稻移栽密度及施氮量的互作研究，主要集中在氮密互作对产量及产量构成因素的影响。氮密互作对于寒地水稻品质影响的研究很少，还需要进一步探究。为此，针对寒地特殊生态条件，本试验以耐盐碱垦粳7号为试验材料，设置了5种不同施氮水平和3种移栽密度水平，进行氮密互作试验，比较了不同氮密互作处理对垦粳7号品质的影响，旨在为探究寒地水稻合理的栽培措施、改善稻米品质提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种为垦粳7号(主茎12片叶)，由黑龙江八一农垦大学水稻中心选育。供试肥料为尿素(含N 46%)、重过磷酸钙(含P2O546%)、硫酸钾(含K2O 50%)。

1.2 试验区概况

试验于2018年在黑龙江省大庆市王家围子试验基地进行(东经125°07′39.56″，北纬46°40′49.03″)。试验田块为苏打盐碱土，0—20 cm 土壤养分含量有机质36.20 g·kg-1，全氮2.00 g·kg-1，全磷0.65 g·kg-1，全钾20.16 g·kg-1，碱解氮155.75 mg·kg-1，有效磷29.87 mg·kg-1，速效钾127.06 mg·kg-1，可溶性盐2.8 g·kg-1，pH 8.29。

1.3 试验设计

采用裂区试验设计，设施氮量和移栽密度两因素。以施氮量(N)为主区，设氮肥施用量为0、90、120、150、180 kg·hm-25个水平，分别记为N0、N1、N2、N3和N4处理；分基肥、分蘖肥、调节肥、穗肥4次施入，比例为4∶3∶1∶2；磷肥全部作基肥；钾肥作基肥和穗肥，比例为6∶4。移栽密度(M)为裂区，设20.2万、25.1万和33.3万穴·hm-23个水平，分别记为M1、M2和M3处理，行穴距分别为30 cm×16.5 cm、30 cm×13.3 cm和30 cm×10 cm。主区面积133.3 m2，裂区面积44.4 m2，共15个处理，3次重复。各小区作梗隔离，采用单排单灌。

1.4 测定项目及方法

水稻收获后风干3 个月，按《中国农业标准汇编 粮油作物卷》[20]的标准测定品质。用FC-2K型离心式实验砻谷机(YAMAMOTO，日本)加工成糙米，用VP-32型直立式实验碾米机(YAMAMOTO，日本)加工精米；垩白粒率、垩白度用ES-1000便携式品质分析仪(日本静冈机械株式会社)测定；直链淀粉含量、蛋白质含量用1241型近红外谷物分析仪(FOSS公司)测定；食味品质用STA1A型米饭食味计[日本佐竹(SATAKE)公司]进行测定。

1.5 数据处理

采用WPS 2019和DPS 7.05软件对数据进行处理及统计分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量和移栽密度互作对垦粳7号加工品质的影响

表1结果表明，施氮量对垦粳7号糙米率有显著影响(F=3.082*)，对精米率和整精米率的影响均不显著(F值分别为2.286和1.986)。从图1可以看出，施氮量N1水平下糙米率与N2、N3和N4差异显著，随施量增加，糙米率先下降后上升，表现为N2>N3=N4>N0>N1；N2施氮量下，糙米率最高，为80.05%，较N1提高了2.11%。移栽密度对垦粳7号糙米率(F=9.107**)、精米率(F=5.996**)和整精米率(F=7.037**)均有极显著影响。其中，糙米率和精米率趋势一致，均呈现M3>M1>M2；整精米率呈现M3>M2>M1；M3移栽密度下，糙米率、精米率和整精米率分别为80.12%、66.89%和61.00%，糙米率和精密率较M2分别提高了1.99%和5.55%，整精米率较M1提高了9.18%。由表1可知，施氮量与移栽密度的互作效应对糙米率存在显著影响(F=2.725*)，对精米率(F=2.154)和整精米率(F=1.382)的影响均不显著；N2M3处理下，垦粳7号糙米率最高。以上结果表明，施氮量对垦粳7号的糙米率影响显著，对其余加工品质影响较小；移栽密度是影响垦粳7号加工品质的主要因素，移栽密度为33.3万穴·hm-2时，有利于提升垦粳7号加工品质。

表1 氮密互作对垦粳7号加工品质的影响Table 1 Effects of the interaction between nitrogen application rate and transplanting density on processing quality of Kenjing 7

2.2 施氮量和移栽密度互作对垦粳7号外观品质的影响

表2结果显示，施氮量对垦粳7号长宽比的影响不显著(F=0.900)，对垩白粒率(F=8.385**)和垩白度(F=4.948**)均有极显著影响。随着施氮量增加，垩白粒率和垩白度先增加后下降，均在N3施氮水平下达到最低值，较N0施氮水平下，分别降低了31.2%和19.7%(图2)。移栽密度对垦粳7号长宽比的影响不显著(F=0.050)，对垩白度有极显著影响(F=5.259**)，对垩白粒率有显著影响(F=5.148*)。随移栽密度增加，垩白粒率和垩白度先增加后下降，两性状均表现为M2>M3>M1，M1垩白粒率和垩白度较M2分别降低了20.6%和21.4%。施氮量与移栽密度的互作效应对垩白粒率(F=2.467*)、垩白度(F=2.498*)和长宽比(F=2.564*)存在显著影响。各处理间，N4M1处理下，垦粳7号垩白粒率和垩白度达最低值。以上结果表明，增加施氮量的同时，降低移栽密度，施氮量为180 kg·hm-2、移栽密度为20.2 万穴·hm-2时，有利于提高垦粳7号的外观品质。

表2 氮密互作对垦粳7号外观品质的影响Table 2 Effects of the interaction between nitrogen fertilizer application rate and transplanting density on appearance quality of Kenjing 7

2.3 施氮量和移栽密度互作对垦粳7号营养品质和食味评分的影响

表3结果显示，施氮量对垦粳7号直链淀粉含量(F=6.126**)、蛋白质含量(F=70.985**)和食味评分(F=4.672**)均有极显著影响。其中，直链淀粉含量和蛋白质含量变化趋势一致，均随着施氮量的增加而提高，表现为N4>N3>N2>N1>N0；与营养品质相反，食味评分随施氮量的增加而降低，表现为N0>N1>N2>N3>N4；N4施氮量下，直链淀粉含量、蛋白质含量和食味评分分别为19.99%、9.22%和75.37，与N0相比，直链淀粉含量和蛋白质含量分别提高了9.77%和11.76%，食味评分降低了5.32%(图3)。移栽密度对垦粳7号直链淀粉含量(F=0.076)、蛋白质含量(F=0.812)和食味评分(F=0.237)的影响均不显著。其中，M1移栽密度下，直链淀粉含量、蛋白质含量和食味评分均达到最高值，分别为19.40%、8.82%和78.54。由表3可知，施氮量与移栽密度的互作效应对蛋白质含量(F=5.832**)和食味评分(F=6.016**)存在极显著影响，对直链淀粉含量(F=1.081)无显著影响。各处理间，N4M1处理下，直链淀粉含量和蛋白质含量均达最高值，分别为20.60%和9.33%；与营养品质相反，N0M1处理下，食味评分达最高值，为81.1。以上结果表明，移栽密度对垦粳7号营养品质和食味评分的影响较小，施氮量是决定垦粳7号营养品质和食味评分的主要因素。随着施氮量增加，营养品质逐渐增加，食味品质逐渐降低。施氮量为180 kg·hm-2、移栽密度为20.2万穴·hm-2时，有利于提高垦粳7号的营养品质，而食味品质降低。

表3 氮密互作对垦粳7号营养品质和食味评分的影响Table 3 Effects of the interaction between nitrogen fertilizer application rate and transplanting density on nutritional quality and taste score of Kenjing 7

3 讨论

粮食资源短缺、耕地资源稀少的现状是限制我国农业发展的主要问题，苏打盐碱地作为农业后备资源，其合理利用对农业和农村发展具有重要意义。水稻种植是改良和利用盐碱地的有效途径之一[21-23]。氮素和移栽密度互作对水稻品质的研究多有报道，但由于品种类型、环境条件、试验设计等原因，前人的研究结果不尽相同，且针对于寒地苏打盐碱土的研究相对较少。稻米品质的形成主要由遗传因素控制，但同时又受到栽培措施的影响[24]。有研究认为，增加氮肥量可以提高糙米率、精米率和整精米率[25-27]。周培南等[28]研究表明，施氮量对稻米加工品质影响较小；成臣等[29]研究表明，随施氮量增加，稻米糙米率、精米率和整精米率增加，但不同施氮量范围下加工品质变优幅度有所差异，其中高施氮量下变优程度较小。与前人研究结果基本一致，本研究结果表明，施氮量对垦粳7号除糙米率影响显著外，对其余加工品质影响较小，变优幅度不大。关于移栽密度对稻米加工品质的影响，王建[30]研究表明，宁粳3号和南粳9108的糙米率随密度增加呈增加趋势，与本研究结果一致，提高移栽密度有利于提升垦粳7号加工品质。

前人关于施氮量对稻米外观品质影响的研究有很多。金正勋等[31]认为，增施氮肥可明显降低稻米垩白率；马群等[32]则认为，氮肥用量在0～300 kg·hm-2范围内时，迟熟中粳水稻垩白粒率随施氮水平的增加而增加。与前人研究不尽一致，本研究结果表明，施氮用量在0～180 kg·hm-2范围内时，随施氮量增加，垩白粒率和垩白度先增加后下降，这可能与选用品种、地理和气候差异有关。研究表明，不同品种垩白度、垩白粒率对氮肥的响应不同[33]；随移栽密度增加，稻米垩白粒率和垩白度先上升后下降[34]；还有学者认为，在合理的范围内，降低一定的密度对水稻外观品质起到一定的改善作用[35]，这与本研究结果一致。

有关稻米蛋白质含量与施氮量的关系，众多报道均认为稻米氮白质含量随着施氮量的增加而增加[36]；程效义等[37]研究表明，不同施氮处理对稻米蛋白质含量和食味值有极显著差异；张洪程等[36]以两优培九为试材研究表明，增施氮肥直链淀粉含量增加；姜元华等[38]研究表明，增加施氮量将降低粳稻食味评分；高辉等[39]研究了4种氮肥水平下3种不同粳稻蒸煮食味品质的变化规律，结果表明，食味值随施氮量的增加而降低。本研究中，施氮量在0～180 kg·hm-2范围内，随着氮肥水平提高，垦粳7号的食味评分下降，即增施氮肥使得稻米的食味品质变劣，这与前人在常规粳稻上的研究结果一致[39-41]。季红娟等[34]研究表明，不同栽插密度对扬粳805直链淀粉和蛋白质含量无显著差异，这与本研究结果一致，3种移栽密度水平间直链淀粉含量和蛋白质含量差异不显著。盐碱地的土壤理化性质较为特殊，本试验只对水稻植株以及稻米进行了相关的研究分析，对于施入氮肥后氮代谢相关基因及酶的变化研究较为缺乏，后续试验中要对这方面进行更全面的研究。