不同氮肥水平下优质高产软米粳稻的产量与品质差异

张庆 郭保卫 胡雅杰 张洪程, * 徐玉峰 徐晓杰 朱邦辉 徐洁芬 钮中一 凃荣文

不同氮肥水平下优质高产软米粳稻的产量与品质差异

张庆1, 2郭保卫1胡雅杰1张洪程1, *徐玉峰2徐晓杰2朱邦辉2徐洁芬2钮中一2凃荣文2

[1扬州大学 农学院/江苏省作物遗传生理重点实验室/农业农村部长江流域稻作技术创新中心/粮食作物现代产业技术协同创新中心，江苏 扬州 225009；2江苏(武进)水稻研究所，江苏 常州 213175;*通信联系人，E-mail: hczhang@yzu.edu.cn]

【】明确优质高产软米粳稻的产量和品质对氮肥的响应特征。在前期品种筛选的基础上，选择2个优质食味高产型软米品种为研究对象，设置60 kg/hm2(N1)、120 kg/hm2(N2)、180 kg/hm2(N3)、240 kg/hm2(N4)、300 kg/hm2(N5)与360 kg/hm2(N6) 6个氮肥(以纯氮计)水平，对其产量性状和品质指标进行了测定与分析。依赖于单位面积穗数、每穗粒数和群体颖花量的协同增加，软米产量在N5下最高，但与N4间无显著差异。随施氮量增加，米粒的外观、黏度、平衡度和食味值呈先增后减，而硬度则先减后增，并在N4或N5下出现峰值；出糙率、出精率和整精米率均随施氮量增加而提高，但垩白米率和垩白度呈先降后增，并在N5水平下最低。随施氮量的增加，直链淀粉含量和胶稠度下降，蛋白质含量升高。米粉峰值黏度、热浆黏度、崩解值和最终黏度随施氮量的增加呈先增后减，在N4或N5下最高。因此，优质食味软米在240 kg/hm2和300 kg/hm2条件下取得产量和品质的协调，240 kg/hm2是品质、产量和效益兼顾的最佳施氮量。

软米；产量；品质；氮肥

我国是世界上最大的水稻生产与稻米消费国，水稻优质高产对保障国家粮食安全和满足人民日益增长的美好生活需要具有十分重要的意义。近年来，育种家们通过降低稻米直链淀粉含量而培育出了一系列优质食味水稻品种[1-3]，如江苏的南粳46、南粳9108、丰粳1606、武香粳113等，上海的沪软1212、松香粳1018等，浙江的嘉58等，这些优质食味粳稻具有质地柔软、口感弹牙和冷饭不易回生，亦被称为软米粳稻[4]。软米作为一种新的粳稻品种类型，在大面积推广过程中，一些品种出现了产量不高不稳、品质差异大等问题。

氮素是水稻生产最终的大量元素之一，关于氮肥对水稻品种产量及品质的影响，前人做了很多的研究。刘立军等[5]以不同水稻品种为材料，发现随施氮量增加产量呈先增后降。殷春渊等[6]研究发现，籼稻品种的产量构成因素在各氮肥水平下除穗数外的其他指标差异不显著，而中熟粳稻的每穗粒数和穗数随施氮量增加显著增加，但结实率和千粒重差异未达显著。马群等[7]以5种生育类型的品种为材料发现糙米率、精米率、整精米率随施氮量增加而上升，但增幅逐渐降低。魏海燕等[8]研究表明，超级稻的垩白度随施氮量增加表现为下降趋势，垩白粒率受氮肥影响在品种间存在差异。之前诸多研究，多以高产品种为材料，而对既高产又优质的软米粳稻的研究较少，有关软米粳稻氮肥施用量与产量、品质的关系尚不清楚，特别是软米粳稻产量与品质协同提高下的氮肥用量不太明确。为此，我们在2015－2016年收集和筛选适宜太湖稻区种植的不同类型软米粳稻品种(系)基础上，选择既优质又高产的软米粳稻品种南粳46和南粳5055研究不同氮肥水平下产量与品质的差异，旨在为构建优质高产软米粳稻品种配套氮肥栽培技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2015－2017年在江苏(武进)水稻研究所试验基地进行。该基地位于江苏省常州市武进区前黄镇农场村，属太湖一级保护区，砂壤土，地力中等，前茬为小麦。土壤有机质含量33.5 g/kg，全氮2.2 g/kg，速效磷26.1 mg/kg，速效钾152 mg/kg。

1.2 供试材料

2015－2016年种植软米粳稻品种(系)共50个(其中，中粳类型30个，晚粳类型20个)，秋收后根据米粒暗胚乳(或云雾状)表型、直链淀粉含量(8%～15%)等指标进行筛选，最终选用36个品种(系)，并根据产量和米饭食味值将它们分为味中中产、味中高产、味优中产和味优高产4种类型。

2016－2017年选择其中优质高产类型中的南粳46和南粳5055为研究对象，以常规优质水稻品种武运粳30为对照。

1.3 试验设计

2016、2017年分别于5月22日和5月21日播种，采用机插秧硬盘硬地喷滴灌育秧，每盘播干种子100 g。两年均于6月11日移栽，移栽行株距为11.7 cm×30 cm，密度为28.5×104穴/hm2，每穴3～4苗。小区面积20 m2，重复3次，小区间筑埂隔离，并用塑料薄膜覆盖埂体，保证单独排灌。

试验采用裂区设计，主区为氮肥水平，裂区为品种。氮肥有6个水平，分别为60 kg/hm2(N1)、120 kg/hm2(N2)、180 kg/hm2(N3)、240 kg/hm2(N4)、300 kg/hm2(N5)与360 kg/hm2(N6)。氮肥选用尿素，含氮量46%。基蘖肥∶穗肥为6∶4。P(以P2O5计)、K(以K2O计)肥按150 kg/hm2施用，其中磷肥一次性基施，钾肥分别于耕翻前和拔节期等量施入。水分管理和病虫害防治按照高产栽培要求实施。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 稻米品质

成熟期适时收割，脱粒自然晒干后储藏3个月，待理化性状稳定后，按照中华人民共和国国家标准(GB/T17891－2017)测定糙米率、精米率、整精米率、垩白米率、垩白面积、垩白度、胶稠度等。用 FOSS TECATOR公司的近红外快速品质分析仪(Infratec 1241 Grain Analyzer)测定精米蛋白质含量和直链淀粉含量。

1.4.2 淀粉RVA谱特征值测定

采用澳大利亚Newport Scientific仪器公司的Super 3型RVA 快速测定淀粉RVA谱特征值，按照美国谷物化学家协会规程和RACI标准方法操作，用TWC配套软件分析数据。稻米RVA谱特征包括峰值黏度、热浆黏度、最终黏度和崩解值(最高黏度与热浆黏度之差)、消减值(最终黏度与峰值黏度之差)，同时记录峰值黏度时间及起始糊化温度。

1.4.3 食味值

采用米饭食味计(STA 1A，日本佐竹公司)测定米饭的外观、硬度、黏度、平衡值，计算综合评分。

1.4.4 产量及其构成因素

于成熟期每小区取100穴调查有效穗数，取10穴调查每穗粒数、结实率和千粒重，成熟后测产。

1.5 数据计算和统计分析

采用Microsoft Excel 2013进行数据处理，采用SPSS 17.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 软米品种产量和食味值变幅

2015年和2016年中粳(生育期140～155 d)的平均产量分别为8.96 t/hm2和8.87 t/hm2，晚粳(生育期155－170 d)平均产量分别为9.68 t/hm2和9.86 t/hm2，较中粳品种分别高8.10%和11.13%(表1)。中粳品种2015、2016两年食味值的平均值分别为55.95和55.74，晚粳品种两年食味值的平均值分别为60.06和60.18，较中粳高7.35%和7.97%。

中粳品种两年的产量变幅分别为7.52～9.96 t/hm2和7.32～9.72 t/hm2，食味值变幅为47～65和46～68。晚粳品种两年的产量变幅分别为8.67～10.86 t/hm2和9.02～11 t/hm2，食味值变幅为50～72和51～74。进一步分析发现，晚粳品种产量变幅小于中粳，晚粳和中粳品种食味值的变幅差异不大。

参考中粳品种和晚粳品种的产量和食味值平均值，并根据生产实际，依据食味值分为优质食味和中等食味两大类(表2)，其中中粳品种食味分值大于55为优质食味；晚粳品种大于60为优质食味。再将优质食味和中等食味不同类型品种按照产量分为高产和中产，其中中粳品种产量大于9 t/hm2为高产类型；晚粳品种产量大于9.75 t/hm2为高产类型。依据食味和产量将软米粳稻划分为味优高产、味中高产、味优中产和味中中产4种类型。本研究在味优高产类型中选择两个代表性品种进行研究。

表1 不同类型软米粳稻食味值与产量的差异

表2 2015年和2016年不同类型软米粳稻分类情况

MYMEQ, Medium yield and medium eating quality; MYGEQ, Medium yield and good eating quality; HYMEQ, High yield and medium eating quality; HYGEQ, High yield and good eating quality.

2.2 不同氮肥处理下软米粳稻的产量及其构成因素

两个优质高产软米粳稻品种和常规品种的产量均随氮肥水平提高先增后减，并在N5水平下最高，同时，除2017年南粳5055、南粳46外，N5与N4处理间无显著差异(表3)。增加施氮量后，单位面积穗数、每穗粒数和群体颖花量也呈现先增后减的趋势，均在N5时最高，但结实率、千粒重随氮肥水平提高而降低。

表3 不同氮肥水平下软米粳稻产量及构成因素的差异

同一品种同列数据后不同小、大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平。下同。

Values for a cultivar within a column followed by different lowercase and capital letters are significantly different at the 5% and 1% levels, respectively. N1, 60 kg/hm2(Nitrogen); N2, 120 kg/hm2; N3, 180 kg/hm2;N4, 240 kg/hm2; N5, 300 kg/hm2; N6, 360 kg/hm2. The same below.

2.3 不同氮肥水平下软米粳稻米饭食味值差异

随着氮肥水平的提高，三个品种的米饭食味值均表现出先增加后减少的趋势（表4），其中软米品种在N4下食味值最高，常规品种则在N5处理下食味值最高。

表4 不同氮肥水平下软米粳稻米饭食味值、加工及外观品质差异

随着施氮量增加，米饭外观、黏度、平衡度表现为先上升后下降的趋势，硬度值表现为先下降后上升的趋势（表4）。米饭食味值的4个指标均在N4或N5氮肥水平下出现峰值，且显著高于其他处理。方差分析表明，N4与N5处理间外观、硬度和黏度基本无显著差异。

2.4 不同氮肥水平下软米粳稻加工和外观品质的差异分析

由表4可知，稻谷糙米率、精米率和整精米率均随氮肥用量增加而提高，增施氮肥改善了稻米的加工品质。从外观品质看，增加施氮量，垩白米率和垩白度呈现先降低后升高的趋势，3品种均表现为N5显著低于其他处理。这与适宜的氮肥施用量能确保籽粒灌浆顺畅，使淀粉颗粒排列紧密而减少垩白的产生有关。

2.5 不同氮肥水平下软米粳稻营养及蒸煮食味品质的差异

随施氮量的增加，直链淀粉含量逐渐降低，胶稠度逐渐变短，蛋白质含量逐渐增加(表5)。增加氮肥用量增加了米饭营养，但降低了蒸煮食味品质。方差分析表明，随着氮肥用量的增加，各处理间软米粳稻和常规粳稻的直链淀粉、蛋白质含量和胶稠度大多表现出显著差异，说明氮肥对营养和蒸煮食味品质影响较大。

2.6 不同氮肥水平下软米粳稻RVA谱特征值的差异分析

三个品种的峰值黏度、热浆黏度、崩解值、最终黏度均随着施氮量的增加呈不断降低的趋势，其中，2016年南粳5055崩解值在N3、N4和N5处理间差异不显著。消减值表现为随着氮肥水平的提高而增加（表6）。

表5 不同氮肥水平下软米粳稻营养及蒸煮食味品质的差异

同一品种同列数据后不同小、大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平。

Values for a cultivar within a column followed by different lowercase and capital letters are significantly different at the 5% and 1% probability levels, respectively.

表6 不同氮肥水平下软米粳稻RVA谱特征值差异

同一品种同列数据后不同小、大写字母分别表示处理间差异达5%和1%显著水平。

Values for a cultivar within a column followed by different lowercase and capital letters are significantly different at the 5% and 1% levels, respectively.

3 讨论

3.1 氮肥施用与优质软米产量的关系

氮是影响水稻生长发育的最重要的营养元素。氮素通过对穗数、每穗颖花量、结实率和千粒重四个因素的影响而最终影响产量。前人研究认为在稳定千粒重和结实率的基础上，提高群体颖花量是水稻高产的关键[9]。随施氮量的增加，研究者普遍认为产量先升高后降低。过量施氮会延缓植株的成熟，造成非结构性碳水化合物贮存在茎秆中转运不出去，导致水稻产量下降[10]，过度施氮造成群体量过大，增加后期倒伏风险。同时，小分蘖或无效分蘖量过多，削弱壮秆大穗优势，最后产量降低。前人研究发现，随施氮量提高，有的是穗数和穗型同步提高[11]，有的只是穗数提高，而穗型先增后减[12-13]，不管哪种情况，二者乘积，即群体颖花量提高是产量提高的关键。本研究中软米粳稻品种的穗数和每穗粒数随施氮量增加而提高，实现穗数和每穗粒数协同提高，虽然穗数增幅并不很大，但是颖花分化量和最终颖花量仍随氮肥量提高而增加，也说明试验软米品种穗型的调控空间较大。每穗粒数随氮肥用量增加，是增加、减少或者先增后减，可能与品种的分蘖性、耐肥性和实际施氮量有关。本研究中，软米水稻的结实率和千粒重均随施氮量增加而降低，但降幅度较小，二者相对穗数和群体颖花量来说是比较稳定的。因此，不管是高产、超高产水稻，还是优质高产软米水稻，在稳定结实率和千粒重的基础上，群体颖花量的稳步提高是高产的关键。试验材料是高产软米粳稻品种，两软米品种产量及构成因素对氮肥的响应与常规高产品种并无大的差异，如果存在差异，那也多是跟品种本身特性有关。不论软米品种还是非软米品种，同一产量水平水稻的产量及其构成因素随氮肥水平变化的趋势基本一致。软米粳稻一样有产量高的品种，这使生产上获得优质与产量协同提高成为可能。

3.2 氮肥施用量与优质高产软米粳稻品质的关系

前人研究认为，适当增加施氮量，提高稻米出糙率、出精率和整精米率，改善了加工品质，同时也造成稻米品种垩白显著增加，劣化外观品质[14-15]。陈莹莹等[16]认为增加施氮量降低平衡度和黏度，提高了硬度，降低食味值，不利于口感的改善。本研究中，随氮肥用量提高，稻米加工品质三指标提高，垩白粒率和垩白度先增后减。也就是说增氮可改善优质软米加工和外观品质。从稻米食味指标看，硬度随氮肥用量增加先降后增，黏度和平衡度与食味值先增后降，也验证了适当增施氮肥可以改善软米品种食味品质，但过度施氮使食味变差。

稻米口感越来越受研究者和消费者关注。本研究材料的直链淀粉含量高于糯稻(2%)，低于15%，被称为低直链淀粉水稻，综合了糯米的柔软和粳米的弹性，适口性好，食味品质佳，也常被称为优良食味粳稻[17-18]。影响稻米食味值的因素较多，如直链淀粉含量、蛋白质含量、糊化温度、胶稠度等。氮肥用量对优良食味水稻的直链淀粉含量有显著影响，但具体如何影响，前人研究结果不一。研究较多认为随着氮肥用量的增加，直链淀粉含量降低[19-21]。Shinde[22]的研究发现，胚乳有a型和b型淀粉颗粒，a型淀粉颗粒相对于b型有较高的直链淀粉含量；Kaufman等[23]对高粱籽粒进行了研究，发现高氮水平降低了a型淀粉颗粒含量，因此降低了直链淀粉含量。但也有研究认为增加施氮量提高了直链淀粉含量[24-25]。蛋白质含量是另一个影响食味值的重要指标，一般认为蛋白质含量高，影响了早期蒸煮过程中水分的吸收，阻碍了米粒的水合作用，导致米饭质地变差[15, 26]。本研究中，不管是低直链淀粉含量的软米品种还是常规直链淀粉含量的粳稻，提高施氮量均造成蛋白质含量提高，直链淀粉含量降低，这可能因为植株体内过多氮素积累，激发蛋白合成相关酶，加快蛋白质合成，形成对淀粉代谢相关酶活动抑制，阻碍淀粉的合成与积累[27]。软米粳稻品种食味值随氮肥用量增加呈现先上升后下降的趋势，而石吕等[28]研究结果则表明随后期氮素水平的提高，稻米食味品质显著下降，两研究结论不同可能与品种自身特性或者试验条件等有关，但一致认为施氮过高使食味变差。一般认为直链淀粉含量和蛋白质含量相对低的品种食味值好，本研究中增加施氮量降低直链淀粉含量，提高蛋白质含量，但食味值先升后降，因此不能简单用直链淀粉含量低或蛋白质含量高来衡量食味好差，这可能与淀粉结构、蛋白质组分及比例等相关，甚至与脂肪含量也有关，后续将从这些方面深入研究分析食味值随氮素响应差异的原因。

从数据上看，240 kg/hm2和300 kg/hm2施氮水平下，软米粳稻都能获得较高的产量。但过量施氮，一是增加投资成本，浪费资源；二是造成土壤板结，对土壤、水体等造成一定污染，不利于农业生态的改善，不符合“生态、安全”的要求。从品质看，整体上施氮240 kg/hm2水平下稻米品质并不低于300 kg/hm2，部分指标还更优。从高产优质协调方面看，240 kg/hm2是适宜的施氮量。

4 结论

随氮肥水平上升，优良食味高产软米粳稻产量呈先增加后减少趋势，在240 kg/hm2和300 kg/hm2施氮量下均能获得较高的产量和较优的加工、外观和食味品质。综合来看，240 kg/hm2施氮量则能进一步兼顾品质、产量和生态效益。

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Differences in Yield and Rice Quality of SoftRice with High Quality and High Yield Under Different Nitrogen Levels

ZHANG Qing1, 2, GUO Baowei1, HU Yajie1, ZHANG Hongcheng1, *, XU Yufeng2, XU Xiaojie2, ZHU Banghui2, XU Jiefen2, NIU Zhongyi2, TU Rongwen2

(College of Agriculture, Yangzhou University/Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province /Innovation Center of Rice Cultivation Technology in the Yangtze ValleyMinistry of Agriculture/ Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops, Yangzhou 225009, China; Jiangsu Wujin Rice Research Institute, Changzhou 213175, China;Corresponding author)

【】It is very crucial to clarify the response of high quality and high-yield soft rice to nitrogen fertilizer application.【】Two softvarieties with high quality and high-yield based on the early selection of varieties were used as experimental materials to study the effects of nitrogen application on the yield and quality under six nitrogen levels including 60 kg/hm2(N1), 120 kg/hm2(N2), 180 kg/hm2(N3), 240 kg/hm2(N4), 300 kg/hm2(N5) and 360 kg/hm2(N6). 【】The yield of soft rice was the highest under 300 kg/hm2depending on the synergistic increase of panicle number per unit area, grain number per panicle and spikelet number, and there was no significant difference between N5 and N6. With the increase of nitrogen application, appearance, viscosity, balance and taste value of rice increased firstly and then decreased, hardness decreased and then increased with peak at N4 or N5. The brown rice rate, milled rice rate and head rice rate increased with the increase of nitrogen fertilizer, but the chalky rice rate and chalkiness degree both increased first and then decreased, and both were the lowest at N5. With the increase of nitrogen application, the amylose content and gel consistency both decreased but the protein content increased. The peak viscosity, hot paste viscosity, breakdown and final viscosity of rice flour increased firstly and then decreased, with the highest values at N4 or N5. 【】In summary, softrice with high quality and high yield achieved the coordination of yield and quality under N4 and N5, and N4 was the best nitrogen application taking account of quality, yield and benefit.

softrice; yield; quality; nitrogen

2021-03-17；

2021-09-07。

国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-01-27)；国家重点研发计划资助项目(2017YFD0301205)；江苏省现代农业(水稻)产业技术体系良种繁育创新团队资助项目(JATS[2019]085)；江苏(武进)现代农业(稻麦)科技综合示范基地资助项目(JATS[2019]088)；常州市科技支撑计划资助项目(CE20202018)。