施氮量对黄河三角洲盐碱地水稻产量及品质的影响

李梅桢，董欢欢，郭涛，韩伟，谷强远，万雪洁，刘义国，师长海

(1.青岛农业大学农学院/山东省旱作农业技术重点实验室，山东青岛 266109;2.山东省农业科学院湿地农业与生态研究所，山东济南 250100; 3.山东省农业技术推广中心，山东济南 250100)

随着我国经济快速发展和人民生活水平的提高，人们对稻米口感和营养价值的需求越来越高，提高水稻的高产优质栽培对国家粮食安全至关重要[1-3]。氮素对优质食味稻产量、品质方面都具有显著的调控作用，其中氮肥用量的影响尤为突出[4]。在水稻肥料施用量和肥料运筹等方面前人做了大量的研究，适当增加氮肥量有利于提高水稻产量、营养和碾磨品质，但是水稻的蒸食品质会降低[5]；Anzoua等[6]研究表明，提高氮肥量可以增加水稻的有效穗数，从而增加水稻产量；陈梦云等[7]研究表明，在整个水稻生育期总施肥量中，穗肥的增加会提高水稻整精米率、改善营养和碾磨品质，但降低水稻外观和蒸食品质；兰艳等[8]研究表明，随着施氮量的增加，水稻加工品质也随之提高，水稻‘ER22’适宜施氮量为180 kg/hm2。郭晓红等[9]研究表明施氮肥150 kg/hm2有利于提高盐碱地水稻产量和氮肥利用效率。虽前人做了大量的水稻肥料施用量和肥料运筹研究，但对盐碱地食味稻种植的施肥量与产量、品质之间关系的研究相对较少。我国黄河三角洲地区由于海水浸渍、泥沙沉积等地理因素以及人为因素使得盐分聚集，成为盐碱地[10]。又因为近年来黄河三角洲水稻面积迅速扩大，缺乏盐碱地种植食味稻种植技术，导致氮素得不到合理利用，从而不能充分发挥品种的产量和品质潜力。因此，黄河三角洲盐碱地食味稻施氮量与产量和品质之间的关系还需要进一步探究。本研究以‘圣稻2620’为材料，研究不同施氮量对水稻干物质量、叶绿素含量、产量及稻米品质的影响，旨在为黄河三角洲盐碱地水稻高产优质栽培的氮肥调控提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及材料

试验材料为‘圣稻2620’，是山东省农科院水稻所新培育的优良食味水稻新品种，具有早生快发、肥水利用率高和口感黏软、爽口等特点。东营地区在近海地带，地属温带季风气候区，大陆性季风影响明显，年平均气温11.0～14.8 ℃。稻田平均盐度3.0‰左右，属于中等偏低的盐碱地。试验耕作层含全氮1.58 g/kg，有效氮62.9 mg/kg，速效磷20.28 mg/kg，速效钾69.46 mg/kg，有机质8.6 mg/kg，pH为7.78。

1.2 试验设计

试验于2019年4月至2019年11月进行。其中4月10日播种，6月4日机插秧，穴行距为13 cm×30 cm，每穴3～4苗，基本苗为115万株/hm2。

当地农户传统氮肥施用量为276 kg/hm2，施用氮肥为尿素，按照该施用量的0%、20%、40%、60%、80%、100%来设计施氮量，试验设置为0、55.2、110.4、165.6、220.8和276.0 kg/hm2(分别记作N0、N1、N2、N3、N4和N5)，N0为对照。所用氮肥分别于水稻的分蘖期和抽穗期进行追肥，2次追肥用量如表1所示。基肥施用磷肥600 kg/hm2(P2O5)，整地前一次性施入；另外，钾肥施用300 kg/hm2(K2O)，分两次施入，分别在分蘖期和拔节期各施入150 kg/hm2。各小区单独筑埂，独立灌排，试验随机区组设计，共6个处理，3次重复。水稻生长期间正常进行防虫、防病、除草等常规栽培管理。

表1 各处理下的施氮量

1.3 测定指标与方法

1.3.1 叶绿素含量测定

在水稻开花期和灌浆期时，使用SPAD-502叶绿素快速测定仪(柯尼卡美能达，日本)测定剑叶的SPAD值，表示叶绿素相对含量，做3次样品重复，每个样品测定10次，取平均值。

1.3.2 株高、产量及构成因素测定

收获期按小区分别随机选取稻株测定水稻株高，做3次样品重复，每个样品测定5次，取平均数。每个小区收割100穴测定实际产量，每个小区随机取5穴有代表性的稻株,测定产量及构成因素，3次重复。

1.3.3 干物质量和收获指数测定

于水稻收获期时进行地上部分茎、叶、穗干物质量和收获指数的测定。首先剪取水稻，将其分为茎、叶、穗3部分，放入烘箱中105 ℃下杀青30 min，80 ℃下烘干至恒重，再称穗质量(m穗)和茎、叶、穗3部分总质量(m总)，做3次重复。

收获指数(%)=m穗/m总×100%

1.3.4 水稻品质相关指标测定

稻米品质的测定在水稻收后脱粒，摊晒后储藏3个月，待理化性质稳定后，按照文献[11]规定的优质稻谷标准测定糙米率、精米率、整精米率、粒长、粒宽、长宽比、垩白粒率；按照文献[12]对稻谷脂肪酸值进行检测。

称取100 g稻谷，采用SY88-TH型三立式砻谷机(安徽天下谷仓农业科技有限公司)碾磨为糙米，并称量糙米质量(m糙)；称取100 g稻谷，采用LTJM-2099精米机(上海银泽仪器设备有限公司)脱壳碾白，分拣出精米并称质量(m精)，将碾磨后的精米进行整精米挑选，称质量(m整精)，以上各9次重复；称取10 g整精米，拣出有垩白的米粒，称量质量(m垩白粒)，求出垩白粒率，做3次重复。

糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率公式如下：

糙米率(%)=m糙米/100×100%；

精米率(%)=m精米/100×100%；

整精米率(%)=m整精米/100×100%；

垩白粒率(%)=m垩白粒/10×100%；

用锋速LTJM160型精米机(上海青浦绿洲检测仪器有限公司)分别将水稻加工成精米，再采用RCTA-11A型食味仪(佐竹公司，日本)测定，其标准米样食味值82、蛋白质含量7.9%、直链淀粉含量18.4%、水分含量14.3%，重复3次。

1.3.5 氮肥偏生产力

PFPN=Y/F

式中，PFPN为氮肥偏生产力(kg/kg)，Y为施氮后所获得的籽粒产量(kg/hm2)，F代表氮肥的投入量(kg/hm2)。

1.4 数据统计与处理分析

采用Microsoft Excel 2013进行数据整理和图表制作，采用SAS进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量对水稻剑叶叶绿素相对含量的影响

SPAD值能衡量植物叶绿素的相对含量。由图1可知，在开花期和灌浆期，水稻的SPAD值均随着施氮量的增加而增加，而两时期N4与N5处理之间均无显著差异；灌浆期各处理的SPAD值较开花期分别降低43.23%、36.69%、29.20%、29.00%、23.99%、21.74%，且差异显著。开花期的N4、N5处理均显著高于N0、N1、N2；在灌浆期，N4、N5处理显著高于其他处理。说明施氮量的增加有利于维持灌浆期较高的叶绿素含量，当施氮量为220.8 kg/hm2(N4)和276.0 kg/hm2(N5)时，开花期和灌浆期的水稻剑叶叶绿素相对含量达到较高水平。

图1 不同施氮量对水稻剑叶SPAD值的影响

2.2 施氮量对水稻各器官干物质质量及收获指数的影响

由表3可知，试验通过对水稻成熟期单株株高测量和对各器官干物质质量进行测定，发现株高和叶干质量随着施氮量的增加而增加，N2、N3、N4、N5处理的株高分别比N0处理高10.9%、16.4%、16.0%、18.1%，且差异显著；N0处理的叶干质量较N4、N5处理差异显著，降低24.68%和23.68%，与其他各处理间差异不显著；各处理间的茎鞘干质量、穗干质量及收获指数无显著差异。这表明施氮量的增加对水稻成熟期茎、叶、穗干质量影响较小(表2)。

表2 不同施氮量对水稻各器官干物质质量及收获指数的影响

2.3 施氮量对水稻产量及构成因素的影响

由表4可知，各处理间的千粒重并无显著差异，但增加氮肥提高了水稻的穗数、结实率和产量。N1、N2、N3、N4、N5处理的穗数比N0显著提高，分别高14.29%、40.29%、45.47%、55.01%、69.74%；N5处理的每穗粒数较N2处理显著降低，与其他各处理间差异不显著；在结实率方面，N5处理显著高于N0、N1、N2处理，分别高3.11%、2.58%、2.16%，但N3、N4、N5处理间没有显著差异；水稻产量随着施氮量的增加而增加，各施氮处理的产量较N0处理高46.50%、98.11%、128.42%、162.11%、169.40%，且差异显著；N4、N5处理获得较高产量，并与其他各施氮处理间有着显著差异。分析产量各因素，由于对千粒重影响较小，造成产量差异主要原因是穗数，这表明了盐碱地增施氮肥可能通过影响穗数而影响产量(表3)。

表3 不同施氮量对水稻产量及构成因素的影响

2.4 施氮量对水稻氮肥偏生产力的影响

由图2可知，水稻的PFPN随施氮量的增加总体呈现下降趋势，并且N1处理的PFPN较其他施氮处理高49.83%、94.92%、126.49%、175.45%，且差异显著。说明了水稻PFPN是随着氮肥的增加而逐渐降低，氮肥投入的越少水稻的PFPN越高，氮肥过多或过少都会影响产量，过多施用氮肥还会造成氮素资源的浪费。

图2 不同施氮量对水稻的氮肥偏生产力的影响

2.5 施氮量对稻米品质的影响

2.5.1 施氮量对水稻加工和外观品质的影响

由表4所示，随着施氮量的增加，糙米率、精米率、整精米率在各处理间无显著差异；N3处理的垩白粒率较N0、N1、N2、N4和N5处理低24.07%、9.88%、11.11%、10.49%、6.17%，且差异显著；各施氮处理的粒长、粒宽、长宽比在6个处理之间无显著差异。说明本试验施氮量的增加对水稻加工品质影响较小，但对外观品质中的垩白粒率有显著的影响，施氮量过多或过少都会增加垩白粒率，当施氮量为165.6 kg/hm2时垩白粒率最低。

表4 不同施氮量对水稻加工和外观品质的影响

2.5.2 施氮量对水稻蒸煮食味品质的影响

如表5所示，N0、N1、N2处理间的蛋白质含量差异不显著，但显著低于其他各处理，N3、N4和N5处理蛋白质含量较N0处理高11.85%、13.64%和13.11%，且差异显著；各施氮处理间的水稻籽粒直链淀粉含量和脂肪酸值无显著差异；N0处理的稻米品尝评分值较N4、N5处理高3.19%和2.37%，且差异显著，其他各处理间差异不显著。试验结果表明，施氮量的增加对稻米直链淀粉含量和脂肪酸值没有显著的影响，可是对蒸煮食味品质的蛋白质含量和品尝评分值是有显著的影响，随着施氮量的提高，稻米蛋白质含量也提高，但施氮量并不是越多越好，稻米的品尝评分值随着施氮量增加呈降低趋势。

3 讨论

3.1 施氮量对盐碱地水稻产量形成及其构成因素的影响

氮素是作物生长发育必需的营养元素,它是合成叶绿素的重要成分，能促进水稻的生长发育，提高产量[13]。有研究表明[14-15]，水稻剑叶叶绿素含量随生育期的推进呈降低趋势，干旱、旱涝交替、盐胁迫等情况也会降低水稻的叶绿素含量。本试验中各处理开花期的水稻叶绿素相对含量均高于灌浆期，随着施氮量增加，灌浆期SPAD值与开花期相比降幅减小，说明充足的氮供应可以延缓剑叶衰老，在水稻生育后期维持较高的叶绿素水平，这与前人[14-15]研究结果一致。随着施氮量的增加各处理的叶绿素相对含量也随之增加，在施氮量为276.0 kg/hm2(N5)时，叶绿素相对含量达到较高水平，但N4和N5叶绿素相对含量之间没有显著差异，由此推断，在一定范围内增加氮肥能促进叶绿素的合成,达到一定量再增加氮肥对其无显著影响。

增施氮肥能够提高水稻产量，但是施氮量并不是越多越好，施氮量过多会降低水稻的干物质质量，并且施氮水平超过一定阈值后，水稻贪青晚熟，从而降低产量[16-18]。侯云鹏等[19]研究表明，随着施氮量的增加，水稻各器官干物质累积量也随之增加，但本试验中随着氮肥施用量的不断增加，水稻茎鞘干质量和穗干质量差异较小，只有叶干质量在处理间存在差异，这可能是由于盐碱地影响了水稻根系对养分的吸收或干物质分配。成臣等[20]发现随着施氮量的增加有效穗数增加，每穗粒数呈先增加后下降趋势，结实率呈下降趋势，南方晚粳稻适宜的施氮量为215 kg/hm2；但Zhu[5]研究表明，‘nj9108’和‘nj5055’两水稻品种的有效穗数和每穗粒数随着施氮量增加先增加后减少，结实率、千粒重均降低。本研究中随着施氮量的增加，水稻穗数呈逐渐增加的趋势，千粒重则没有显著差异，其中N4和N5处理与N0、N1、N2和N3处理的产量差异显著，结合产量构成因素分析，造成差异主要原因是穗数。增加氮肥使用量氮肥偏生产力显著降低，与徐新朋等[21]研究结果一致。由此可见，适量施用氮肥有助于水稻的氮素吸收，但施用过量则导致水稻的氮肥偏生产力下降，对水稻生产无更多帮助，甚至造成氮肥资源浪费。综合得出‘圣稻2620’品种在黄河三角洲盐碱地的适宜施氮量为220.8 kg/hm2，与成臣和郭俊杰[20,22]研究结果基本相同。

3.2 施氮量对盐碱地稻米品质的影响

水稻在我国广泛种植，关于施氮量对稻米加工品质和外观品质的影响研究很多，但由于品种类型、试验设计等原因，前人的研究结果也不尽相同。殷春渊等[23]研究认为,随着施氮量的增加,稻米加工品质无明显的差异,受氮肥影响相对较小，在低氮处理下，稻米有较高的出糙率、精米率和整精米率。本研究中加工品质在各处理之间无显著差异,说明稻米的加工品质受氮肥影响较小，这与殷春渊等[23]研究结果基本一致。王维金等[24]研究发现氮肥施用量多、施用时间晚时，能降低垩白粒率和垩白度，但本研究结果表明随着施氮量的增加，水稻的的垩白粒率也增加，这与严凯等[25]在盐碱地栽培中随着施氮量的增加水稻垩白粒率增加的结果相同。

稻米的蒸煮食味品质越来越得到人们的重视，其中蛋白质含量是评价水稻营养品质的重要指标之一，蛋白质和直链淀粉含量与蒸煮食味品质之间有密切联系[26]。蛋白质含量高，营养价值高，但大米的食味品质会下降[27-29]。本试验在不同施氮水平中，水稻蛋白质含量则随着施氮量增加而增加，而食味品质随着施氮量增加呈下降趋势，这与徐春梅等[30]研究结果相同。姜元华等[31]研究表明，施氮肥对粳型软米蒸煮食味品质有显著的影响,随着施氮量的增加，稻米蒸煮食味品质呈下降趋势；李鸿伟等[32]研究认为,施氮量对稻米直链淀粉含量无显著影响；而许仁良等[33]研究表明，施氮量对稻米直链淀粉含量有显著影响，Zhang等[34]的研究也得到类似结果。本研究中品尝评分值是随着施氮量的增加而呈下降趋势，直链淀粉含量和脂肪酸值在各施氮处理间差异不显著。

4 结论

在一定范围内，随着施氮量的增加水稻产量呈上升趋势，但对加工品质和外观品质没有显著的影响；增加施氮量虽提高了蛋白质含量，但也降低了品尝评分值；在施氮量为220.8 kg/hm2(N4)和276.0 kg/hm2(N5)时产量和叶绿素相对含量较高，但两者之间并无显著差异，而N4处理氮肥施用量较少。综合考虑不同施氮量对盐碱地水稻的产量和品质的影响，在黄河三角洲盐碱地种植水稻时推荐施氮量为220.8 kg/hm2。