不同栽培因素对杂交稻T两优明占产量和米质的影响

黄建鸿，林成豹，邓则勤，饶鸣钿,2，唐江霞，苏荣理，叶仰东，梁水金，黄显波

（1. 三明市农业科学研究院，福建 三明 365050；2. 福建六三种业有限公司，福建 三明 365050）

0 引言

【研究意义】水稻是我国的主要粮食作物之一，发展水稻生产，提高水稻产量是确保我国粮食安全的关键[1]。我国是世界水稻生产大国，同时也是稻米消费大国，生活水平的提高和国际贸易往来的加强使我国稻米生产从简单追求高产转向高产优质并重[2]，推广种植高产优质的水稻品种成为农民提高水稻种植效益的有效途径，而水稻产量及品质受遗传特性和环境条件的综合影响[3]，高产优质品种要确保高产、稳产、高效种植，就需要采取合理栽培管理措施[4]。【前人研究进展】稻米产量和品质是较复杂的综合性状，既受遗传基因控制，又受环境因素影响[5-7]。国内许多学者先后研究了不同施肥措施、播种期、栽插密度等对水稻产量、品质的影响[2,4,8-14]。文浩等[12]认为，产量随栽培密度的增加而升高，超过适宜密度后下降，但随着种植密度的增大，直链淀粉含量呈现出下降的趋势。徐娅[2]认为，不同氮、磷、钾施用水平显著影响水稻产量，在氮、磷、钾三要素中，氮肥为影响产量的首要因素，施肥效果为氮肥＞钾肥＞磷肥。王伟妮[4]认为，氮、磷、钾肥的施用可以改善部分米质性状，如提高整精米率，降低垩白度、稻谷长宽比和精米直链淀粉含量；氮、磷肥的施用还可提高糙米蛋白质含量，降低青米率。前人的研究结果因生态环境、品种特性、栽培措施等不同而略有不同。【本研究切入点】T两优明占系三明市农业科学研究院选育的籼型两系杂交稻组合，2017年通过福建省农作物品种审定（闽审稻20170018）。整体表现高产、中抗稻瘟病、米质较优，具有较好应用前景。目前，针对播种期、栽插密度、施肥措施等单一或多因素对水稻产量和品质的影响研究较多，研究结果略有差异，但有关高产优质栽培技术对T两优明占稻米产量和品质的影响有待深入探讨。【拟解决的关键问题】采用“311-A”方案[15-17]，以栽插密度、施钾量和施氮量为试验因素，产量和米质为目标函数，建立T两优明占产量和米质与3项栽培因素的回归模型，分析3项栽培因素对产量和米质的影响，以期确定适宜的栽插密度、施钾量和施氮量，为T两优明占高产优质栽培提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

以栽插密度、施钾量、施氮量为试验因素，以产量和稻米品质为目标函数，采用“311-A”方案，试验各因素水平及各处理组合的实际方案和试验设计见表1和表2。小区面积13.34 m2（2.00 m×6.67 m），2次重复，共22个小区。

表 1 因素水平编码Table 1 Levels and codes of factors

表 2 试验设计方案Table 2 Test design

1.2 实施概况

2019年在沙县凤岗街道灵元村开展试验，试验地经度117.707、纬度26.398、海拔376 m，各小区间筑小田埂，并覆盖地膜，防止小区间肥水串流。5月 21日播种，湿润育秧，6月25日移栽，10月16日收割。

各小区统一施过磷酸钙375 kg·hm-2，基肥和蘖肥各50%。氮肥、钾肥分别以尿素、硫酸钾施用，按试验设计方案，施N总量以45%尿素折算、K2O总量以54%硫酸钾折算。基肥施总氮量的40%、总钾量的50%；分蘖肥（7月9日）施总氮量的40%、K2O总钾量的50%；穗肥（ 8月17日）施总氮量的20%。及时防治二化螟、稻飞虱、稻纵卷叶螟、纹枯病、稻瘟病等病虫害。

1.3 样品采集与分析

成熟时各小区随机取5丛考种，调查30个有效穗。各小区割去四周边行后实割称湿谷重。之后各取湿谷1.5 kg晒干，计算晒干率，折算小区干谷重。各处理取干谷1 kg分析稻米品质。稻米品质由农业农村部稻米及制品质量监督检验测试中心（杭州）化验分析。

2 结果与分析

2.1 产量与插植密度、施钾量、施氮量的关系

2.1.1 产量回归模型的建立与检验 用实收产量（表3）经SPSS 26.0软件计算，得出每公顷产量的回归方程为：y=8 290.47+419.87x1+182.83x2+112.08x3-51.55x1x2-81.91x1x3-70.17x2x3-32.37x12-34.95x22-260.95x32。试验随机误差的无偏估计为：回归模型95%置信区域为y±550.88（kg）。对回归方程进行显著性F检验，其F值为14.13，大于F0.01（10,10）=4.85，表明回归方程与实际情况拟合度高，能反映3项措施与产量的综合关系。为了明确各因子的影响程度，对回归方程的偏回归系数进行t检验。结果表明，bx1、bx32达0.01显著水平，bx2达0.05显著水平。

表 3 不同处理实收产量Table 3 Actual yields of treatments

2.1.2 试验因子的主效应分析 用降维法分析各因素与产量的关系，当另2个因素的编码值取零水平时，可得一因素与产量的偏回归方程为：

由偏回归方程求出试验中的栽插密度(x1)、施钾量(x2)、施氮量(x3)的各个处理产量值列于表4。

表 4 各试验因子不同处理的产量Table 4 Yields of treatments based on test factor

从二次项系数可以判断偏回归方程开口的方向和大小，二次项系数取正、负值分别表示偏回归方程有极小、极大值，绝对值越大，则偏回归方程的开口越小，即不同水平上的产量差异越大。栽插密度(x1)、施钾量(x2)、施氮量(x3)与产量关系的偏回归方程二次项系数为负值，有极大值，表明3项措施取某一适宜值时产量最高，偏低或过高均不利于高产。图1表明，在编码值[-2, 2]区间内，随着密度和施钾量的增加，产量也随之增加，但增幅趋缓，说明密度和施钾量增加可以提高产量，但增加到一定程度后效果就不明显了。可见，种植过程可以通过采取适度密植和增施钾肥的措施来提高产量；随着施氮量的增加，产量总体呈现一个抛物线的增减，在中间位置出现一个峰值，说明施氮量过低或过高都不利于高产。

2.1.3 试验因子的互作效应分析 分析栽插密度（x1）和施氮量（x3）的互作效应对产量的影响，可以从回归方程中作进一步分析，y=8 290.47+419.87x1+112.08x3-81.91x1x3-32.37x12-260.95x32，以各编码处理值代入方程可得不同处理条件下的产量值。图2所示结果表明，当栽插密度的取值在[-2, 2]、施氮量在[-2, 0]时，T两优明占的产量随着二者的增加而增加；当栽插密度的取值在[-2, 2]、施氮量在[0, 2]时，T两优明占的产量随着二者的增加而逐渐递减，高密度和高施氮量对产量负效应更明显。可见只有合理的栽插密度和施氮量，才能获得较高的产量。

图 1 单因素对产量的效应Fig. 1 Effect of single factor on yield

分析施钾量（x2）和施氮量（x3）的互作对产量的影响可以从回归方程中作进一步的分析，y=8 290.47+182.83x2+112.08x3-70.17x2x3-34.95x22-260.95x32，以各编码处理值代入方程可得不同处理条件下的产量值（图3）。由图3看出，当施钾量在[-2, 2]、施氮量在[-2, 0]时，T两优明占的产量随着二者的增加而增加；当施钾量在[-2, 2]、施氮量在[0, 2]时，T两优明占的产量随着二者的增加而逐渐递减，高施钾量和高施氮量产量下降更为明显。可见合理的施钾量和施氮量，才能有效提高产量。

图 2 密度和施N量对产量影响的互作效应Fig. 2 Surface contour of effect on yield by interactions of planting density and N application

图 3 施钾量和施氮量对产量影响的互作效应曲面Fig. 3 Surface contour of effect on yield by interactions of K and N applications

鉴于密度(x1)和施钾量(x2)对产量的互作影响不显著，不作进一步分析。

2.2 稻米品质与插植密度、施钾量、施氮量的关系

2.2.1 稻米品质回归模型的建立与检验 根据糙米率、整精米率、垩白度、透明度、碱消值、胶稠度、直链淀粉含量等7个稻米品质指标的试验结果，经微机运算，各回归方程的偏回归系数见表5。

因稻米品质指标无重复，采用实际值与预测值（表6）进行差异显著性检验，经F检验，其差异都未达显著水平，说明各回归方程与实际情况吻合。

2.2.2 试验因子的效应分析 3个试验因子对稻米品质7个指标的单因素效应分析结果见图4～10。

图 4 单因素对糙米率的影响Fig. 4 Effect of individual factors on brown rice rate

图 5 单因素对整精米率的影响Fig. 5 Effect of individual factors on head rice rate

图 6 单因素对垩白度的影响Fig. 6 Effect of individual factors on rice chalkiness

图 7 单因素对透明度的影响Fig. 7 Effect of individual factors on grain transparency

图 8 单因素对碱消值的影响Fig. 8 Effect of individual factors on alkali digestion value

图 9 单因素对胶稠度的影响Fig. 9 Effect of individual factors on gel consistency of rice

图 10 单因素对直链淀粉含量的影响Fig. 10 Effect of individual factors on amylose content of rice

试验结果表明，各因子取值[-2, 2]范围内，提高栽插密度，有利于降低垩白度，提高糙米率、整精米率，而碱消值、胶稠度呈先降后升的趋势。适宜的栽插密度有利于改善透明度和提高直链淀粉含量，密度太低或太高都不利于二者优质。提高施钾量，有利于提高糙米率，但会降低碱消值和直链淀粉含量，胶稠度呈先降后升的趋势。适宜的施钾量有利于提高整精米率，降低垩白度，改善透明度，过低或过高均对这3个品质性状有不利影响。随着施氮量的增加，糙米率和整精米率呈先降后升的趋势。适宜的施氮量有利于提高碱消值、胶稠度和直链淀粉含量，并降低垩白度。

表 5 各稻米品质指标回归方程的偏回归系数Table 5 Partial regression coefficients on rice quality indices

表 6 稻米品质指标实测结果与预测值Table 6 Experimental and predicted rice quality indices

2.2.3 限制稻米品质的指标分析 根据各项米质指标的回归方程，在试验设计[-2, 2]的取值范围内，按步长为1，在不同水平上模拟，各项米质指标取值范围见表7。3个因子在[-2, 2]的取值范围内，糙米率的取值范围都在国标优质稻米二级以内，整精米率在国标优质稻米三级以内，胶稠度、直链淀粉含量都在国标优质稻米一级标准，因此限制T两优明占达优质等级的指标是垩白度、透明度和碱消值。

2.3 高产优质方案的确定

由于试验因子对产量和米质指标存在主效应和复杂的互作效应，很难直接得到适宜的高产优质方案。为了寻找生产上容易实现的高产优质栽培优化技术方案，采用统计选优法，以产量和稻米品质的限制指标为目标函数进行频数分析。xi在[-2, 2]的取值范围内，取步长为1，3个因素各有5个水平，组成125个全因子技术组合。分别以产量、垩白度、透明度和碱消值进行模拟选优，每公顷产量8 250～9 000 kg的技术组合有41个，占总组合数的32.8%；垩白度≤2%的技术组合有78个，占62.4%；透明度≤2级的技术组合有49个，占39.2%；碱消值≥5级的技术组合有27个，占21.6%。计算出产量指标和米质指标范围内xi平均取值水平及预测值（表8）。

表 7 各项米质指标模拟值范围Table 7 Ranges of simulated rice quality indices

表 8 产量8 250～9 000 kg·hm-2、垩白度≤2%、透明度≤2级、碱消值≥5的技术方案及各个指标的预测值Table 8 Designs and predictions on rice quality indices for yield at 8 250-9 000 kg·hm-2, chalkiness≤2%, transparency≤2, and alkali digestion value≥5

垩白度、透明度单项指标达到优质等级时，碱消值未达优质等级；碱消值单项指标达到优质等级时，垩白度、透明度才能同时达到优质等级。因此高产优质的方案宜取x1为-0.630～-0.079（栽插密度19.47万～23.43 万丛·hm-2），x2为-1.185～-0.732（K2O 71.0～95.5 kg·hm-2），x3为0.778～1.207（N177.0～200.2 kg·hm-2），预测：产量8 373.14～8 556.11 kg·hm-2，垩白度1.56%～1.69%，透明度1.14级～1.45级，碱消值5.00～5.17。

3 讨论与结论

水稻品种的产量和品质除了受遗传因子决定，同时还受栽培环境的影响。播种期、栽插密度、收获期、肥料施用量和施肥运筹等栽培措施对水稻产量和品质都有不同程度的影响。本试验结果表明，在设定的试验处理范围内，随着栽插密度和施钾量的增加，产量显著提高，但高栽插密度和高施钾量的增产效果不显著。文浩等[12]研究认为，产量随栽插密度的增加而升高，但超过适宜密度后下降；李虎等[18]研究认为，增加栽插密度可显著增加水稻产量，但当密度较高时，产量反而降低；王强盛[19]研究认为，施钾量过低或过高都会降低水稻产量。本试验结果与上述前人的研究结果略有不同，可能是试验设计中栽插密度和施钾量最高处理值偏小的缘故。随着施氮量的增加，产量出现一个峰值，在低施氮量时，适当提高施氮量，可以显著提高T两优明占产量，但高施氮量处理不仅不增产反而减产，与杨波等[10]研究结果相同。侯丹平[20]也认为合理的优化栽培管理措施可以改善水稻群体质量指标，有利于水稻的增产[20]。

稻米品质受多个指标综合影响，本试验对T两优明占7个稻米品质指标进行分析，结果表明，栽插密度、施钾量和施氮量对不同指标影响大小和趋势都不同。

栽插密度对稻米品质的影响，因试验品种和施肥水平的不同，结果不尽相同。滕志英等[21]研究认为，华粳6号稻米垩白粒率、垩白度随栽插密度的增加而提高，栽培过程中适当降低栽插密度，可提高稻米外观品质。徐春梅等[22]研究认为，中早22的栽插密度越小，垩白率和垩白度越小，对提高稻米外观品质有利；随栽插密度的增加，整精米率先增加后降低。乔中英等[23]研究认为，随着栽插密度的变大，甬优1538糙米率、精米率、整精米率有所增加，垩白粒率、垩白度、胶稠度降低。本研究表明，提高T两优明占栽插密度，有利于降低垩白度，提高糙米率、整精米率，改善稻米的外观品质，与乔中英的研究结果相同，但与滕志英和徐春梅研究结果相反，这可能与粳型常规稻与杂交稻的品种差异较大有关，也可能与试验所设置的栽插密度最大值偏小有关系，有待进一步研究。本研究结果还表明，适宜的密度有利于改善透明度和提高直链淀粉含量，密度太低或太高都不利于二者优质，可见合理密植不仅能提高T两优明占的产量，也有助于改善稻米品质。

钾是水稻植株含量最丰富的主要营养元素之一，对提高水稻养分吸收利用效率、增加水稻产量、改善稻米品质具有十分重要的作用。众多学者进行了钾肥对稻米品质影响的研究，结果略有不同。王强盛等[24]认为，在一定范围内增施钾肥可以提高产量，改善碾米、外观及蒸煮食味品质。董作珍等[8]研究认为，适量施钾可以提高胶稠度，从而提高蒸煮食味品质，同时施钾使碱消值呈先升高后降低趋势，且使蛋白质含量呈上升趋势。张桂莲等[25]研究认为，适量增施钾肥可提高稻米糙米率、精米率和整精米率，降低垩白粒率、垩白度和直链淀粉含量，增加胶稠度，有利于改善稻米品质。罗一鸣等[26]研究认为，施用钾肥可降低垩白粒率和垩白度，提高蛋白质含量和直链淀粉含量，对提高香稻的稻米品质具有一定的作用。各学者研究结果的差异，可能与设置的施钾量及试验地土壤中钾含量不同有关，有待进一步研究。本研究结果表明，适度提高施钾量，有利于提高糙米率，提高整精米率，降低垩白度，改善透明度，改善稻米的外观品质。总之，有利于改善稻米外观品质和加工品质。

氮素是水稻生长中必不可少的主要营养之一，过度施用氮肥不仅增加生产成本，还会导致污染环境和降低稻米品质等诸多负面影响[27-28]，为此众多学者致力于研究氮肥对水稻的产量和品质的影响，期望提高氮肥利用率。魏海燕[29]、朱大伟[30]等研究认为，适量增施氮肥，糙米率、精米率、整精米率呈上升趋势，有利于改善加工品质。从夕汉等[9]研究认为，适当增加氮肥施用量有利于改善稻米的外观品质，直链淀粉含量、胶稠度、蛋白质含量随之增加。在本研究设置的用量范围，随着施氮量的增加，糙米率和整精米率呈先降后升的趋势，对透明度影响不显著，适宜的施氮量有利于提高碱消值、胶稠度、直链淀粉含量，降低垩白度，与上述前人的研究结果相同，适宜的氮肥施用量，有助于改善T两优明占稻米加工品质和外观品质。

综上所述，栽插密度、施钾量和施氮量都是影响T两优明占产量和稻米品质的环境因子，必须在一定的范围内，才能达到产量和品质的协同，本试验建立了各因子与T两明占产量及稻米品质指标的多项式回归方程，提供最佳栽培技术措施组合方案，即栽插密度19.47万～23.43 万丛·hm-2，施钾量（K2O）71.0～95.5 kg·hm-2，施 氮 量 为（N）177.0～200.2kg·hm-2，预测值T两优明占产量8 373.14～8 556.11 kg·hm-2，稻米品质可达国标优质稻米三级。