施氮量对不同优质籼稻品种（系）产量、氮肥利用效率和品质的影响

聂新星，张敏敏，段小丽，吴茂前，冯敬云，刘 波，周 雷，杨 利

（1. 农业农村部废弃物肥料化利用重点实验室/湖北省农业科学院 植保土肥研究所，湖北 武汉430064；2. 农业农村部潜江农业环境与耕地保育科学观测实验站，湖北 潜江 433116；3. 湖北省农业科学院 粮食作物研究所，湖北 武汉430064）

我国是水稻种植和消费大国。随着人们生活水平提高，优质大米市场需求不断扩大，稻米品质已经成为我国水稻产业可持续发展面临的核心问题之一。研究表明，稻米品质既受遗传因子控制，又受环境因子（气候和土壤条件等）和栽培措施（养分管理、水分管理和栽种密度等）影响[1-2]。其中，合理施用氮肥是当前提升稻米品质的主要栽培措施之一[3]。氮素在促进水稻生长发育、提高产量方面作用显著，但过量施用氮素不仅造成生产成本增加，还造成氮肥利用率降低，导致面源污染增加、温室气体排放、稻米品质下降等[1，3-4]。研究表明，不同水稻品种间氮素利用率存在显著差异，氮高效水稻品种能够对氮素进行高效吸收和利用，最终获得较高的产量和氮素利用率[5]。因此，在当前农业高质量发展的背景下，推广集优质、高产、氮高效等优良性状于一身的水稻品种，实现氮肥利用效率、水稻产量和稻米品质三者的协同提升，是我国水稻生产的迫切需求。

目前，同时研究施氮量对水稻氮肥利用率、产量、品质三方面影响的报道相对较少[6-10]，且主要集中于粳稻。另外，不同水稻品种具有不同的氮素吸收特性，稻米品质对氮肥的响应程度也不尽相同[2-3，11]，且还受光热条件、土壤地力等因素影响[4，12]。湖北省是我国粮食主产区，水稻是湖北省第一大粮食作物。优质稻品种缺乏、稻米市场竞争力不强、资源环境压力大是湖北省水稻生产面临的瓶颈问题[13]。因此，开展湖北省特定生态条件下不同优质稻品种栽培技术研究，特别是氮肥的合理施用，达到良种良法精准配套、水稻产量和品质协同提升，是实现湖北省水稻产业高质量发展的有效途径。为此，以丰两优4 号、巨2 优60、E 两优263 三个湖北省主栽或新育成优质籼稻品种（系）为材料，研究不同氮肥水平下3个籼稻品种（系）产量、氮肥利用效率和品质的变化，以期为推广集优质、高产、氮高效等优良性状于一身的水稻品种（系）及其生产中氮肥的合理施用提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2020 年6—10 月在农业农村部潜江农业环境与耕地保育科学观测实验站（湖北省潜江市浩口镇柳洲村，112°37′E、30°22′N）进行。该站处于江汉平原低湖区，属北亚热带季风湿润气候，土壤类型为湖积物发育而成的潮土性水稻土。耕层土壤pH 值为7.15，有机质含量为32.41 g/kg，全氮含量为2.16 g/kg，全磷含量为0.74 g/kg，碱解氮含量为123.23 mg/kg，速效磷含量为26.38 mg/kg，速效钾含量为98.14 mg/kg。

供试籼稻品种（系）为丰两优4 号、巨2 优60 和E两优263（表1）。丰两优4号和巨2优60为湖北省的主栽品种，E 两优263 为湖北省农业科学院粮食作物研究所选育的优质稻新品系（暂未审定）。前期试验[14-15]表明，3 个籼稻品种（系）均具有丰产性好、品质较优等优点。

表1 供试水稻品种（系）信息Tab.1 Information of the rice varieties（lines）

1.2 试验设计

采用裂区设计，施氮量为主区，设4 个水平，即0（N0）、100（N100）、140（N140）、180（N180）kg/hm2；以3 个品种（系）为裂区，即丰两优4 号、巨2 优60 和E 两优263。3 次重复，小区面积为25 m2，主区间筑埂并用塑料薄膜包裹。氮、磷、钾肥分别为尿素、过磷酸钙、氯化钾。氮肥按照基肥∶分蘖肥∶穗肥=4∶3∶3 施用，磷肥（折合P2O560 kg/hm2）全部作为基肥施用，钾肥（折合K2O 100 kg/hm2）分基肥和穗肥各50%施用。所有品种（系）于5 月26 日播种，6 月23 日人工移栽，株行距为16.7 cm×26.7 cm，每穴2苗。水分管理和病虫草害的防治按照当地常规方式进行。E两优263于9月28日收获，丰两优4号和巨2优60均于10月10日收获。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 产量及其构成因素 成熟期，每小区调查15穴水稻的有效穗数，计算平均有效穗数。然后以平均有效穗数为标准选取5 穴水稻用于考种，测定穗粒数和千粒质量等。各小区单打单收计产，将秸秆称质量。

1.3.2 植株氮含量及氮肥利用效率 考种后的实粒和秸秆烘干并粉碎，采用H2SO4-H2O2消煮—连续流动分析仪（SEAL Auto Analyzer 3）测定植株氮含量。计算氮肥利用率、氮肥农学效率、氮肥偏生产力和氮肥生理利用率。

氮肥利用率（%）=（施氮区地上部植株吸氮量-无氮区地上部植株吸氮量）/氮肥施用量×100%；

氮肥偏生产力（kg/kg）=施氮区籽粒产量/氮肥施用量；

氮肥农学效率（kg/kg）=（施氮区籽粒产量-无氮区籽粒产量）/氮肥施用量；

氮肥生理利用率（kg/kg）=（施氮区籽粒产量-无氮区籽粒产量）/（施氮区植株吸氮量-无氮区植株吸氮量）。

1.3.3 稻米品质 成熟期，每个水稻品种（系）取稻谷1 kg，在室温下保存3 个月，参照农业行业标准《米质测定方法》（NY/T 83—2017）进行糙米率、精米率、整精米率、长宽比、垩白粒率、垩白度、胶稠度和直链淀粉含量等相关品质指标的测定；蛋白质含量采用连续流动分析仪（SEAL Auto Analyzer 3）测定，以换算系数K=5.95折算。

1.4 数据处理

采用Excel 2007 进行数据处理，采用SPSS 17.0进行多重比较（LSD法）。

2 结果与分析

2.1 施氮量对不同优质籼稻品种（系）产量的影响

由表2 可知，丰两优4 号、巨2 优60 和E 两 优263 的产量均以N0 处理最低；施用氮肥后3 个籼稻品种（系）产量均增加，增幅分别为12.3%～18.8%、33.5%～50.3%和24.1%～39.4%；3 个籼稻品种（系）中，以巨2 优60 产量最高，E 两优263 次之。3 个籼稻品种（系）产量达到最高时的施氮量不同，丰两优4 号以N140 处理最高，但与N0 处理相比未达到显著水平；巨2优60和E两优263分别以N180和N140处理最高，且与N0 处理相比达到显著水平。从产量构成因素来看，施用氮肥后3 个籼稻品种（系）的穗粒数和千粒质量均无显著变化，有效穗数增加。其中，丰两优4 号和巨2 优60 有效穗数达到显著水平。由此可知，施用氮肥后籼稻产量增加的主要原因是有效穗数的提高。

表2 施氮量对不同优质籼稻品种（系）产量及其构成因素的影响Tab.2 Effect of nitrogen application rate on yield and its components of different indica rice varieties（lines）with high quality

2.2 施氮量对不同优质籼稻品种（系）氮肥利用效率的影响

由表3 可知，随着施氮量增加，3 个籼稻品种（系）的氮肥偏生产力总体上均显著降低。随着施氮量增加，丰两优4 号的氮肥利用率先降低后稍微升高；巨2 优60 的氮肥利用率降低，以N180 处理最低，为34.7%，也是3 个品种（系）所有处理中的最低值；丰两优4 号的氮肥农学效率降低；E 两优263 的氮肥利用率、丰两优4 号和巨2 优60 的氮肥生理利用率、巨2 优60 和E 两优263 的氮肥农学效率均先升高后降低。但是3 个籼稻品种（系）氮肥利用率、氮肥农学效率和氮肥生理利用率的变化均不显著。整体来看，巨2 优60 的氮肥农学效率和氮肥生理利用率高于丰两优4 号和E 两优263，E 两优263 的氮肥利用率高于丰两优4号和巨2优60，巨2优60和E两优263的氮肥偏生产力相近，均高于丰两优4号。

表3 施氮量对不同优质籼稻品种（系）氮肥利用效率的影响Tab.3 Effect of nitrogen application rate on nitrogen utilization efficiency of different indica rice varieties（lines）with high quality

2.3 施氮量对不同优质籼稻品种（系）稻米品质的影响

由表4 可知，对丰两优4 号来说，施用氮肥对精米率、胶稠度和蛋白质含量的影响较大，N180 处理精米率显著高于N0 处理，施用氮肥处理胶稠度均较N0 处理显著降低，施用氮肥处理蛋白质含量均较N0 处理显著提高；施用氮肥对糙米率、整精米率、长宽比、垩白粒率、垩白度和直链淀粉含量的影响较小。对巨2 优60 来说，糙米率、精米率和蛋白质含量均在施氮后显著提高，以N180 处理最高；整精米率随施氮量增加而增加，仅N180 处理与N0 处理差异显著；垩白度和胶稠度均在施氮后降低，垩白度在N100和N140处理时与N0处理差异显著，胶稠度在N180处理时与N0处理差异显著；长宽比、垩白粒率随施氮量增加均无显著变化。对E 两优263来说，整精米率、垩白粒率和垩白度均随施氮量增加先增加后降低。其中，垩白粒率在N100 处理时最高，与N0 处理差异显著；整精米率和垩白度在N140 处理时最高，与N0 处理差异显著。E 两优263所有施氮处理稻米蛋白质含量均较N0 处理显著提高，且高于同等施氮量下丰两优2 号和巨2 优60 的稻米蛋白质含量，特别是在N140和N180处理时；糙米率、精米率、长宽比、直链淀粉和胶稠度在不同施氮量下变化不显著。整体来看，E 两优263 的垩白粒率、垩白度、胶稠度和蛋白质含量最高，丰两优4号次之；丰两优4 号和巨2 优60 的直链淀粉含量相近，均高于E 两优263；3个籼稻品种（系）在糙米率、精米率、整精米率和长宽比等方面相近。

表4 施氮量对不同优质籼稻品种（系）稻米品质的影响Tab.4 Effect of nitrogen application rate on rice quality of different indica rice varieties（lines）with high quality

3 结论与讨论

合理施用氮肥可以减少无效分蘖，优化群体结构，提高水稻产量[16]。徐新朋等[9]研究认为，在一定范围内施用氮肥能显著增加水稻有效穗数，进而提高水稻产量；当施氮量为180 kg/hm2时，早晚稻产量达到最高。张耀鸿等[10]研究发现，有效穗数对最终籽粒产量起着决定性作用。这与本研究的结果较为一致，丰两优4 号、巨2 优60 和E 两优263 产量在施用氮肥后均增加，丰两优4号和E两优263的产量在施氮量为140 kg/hm2时最高，巨2 优60 的产量在施氮量为180 kg/hm2时最高，产量增加的主要原因是有效穗数的提高。

提高氮肥利用率是实现水稻优质、高产、高效的重要内容，除优化田间管理提高氮素利用率外，选用氮高效利用水稻品种是提高氮肥利用率的重要方式[5，10]。虽然目前尚未形成统一的氮高效水稻品种评价指标体系，但氮高效水稻品种一般具备氮肥施用后籽粒产量、生物产量、氮肥利用率、氮肥生理利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力高的特点[17]。本研究综合分析了3 个籼稻品种（系）的4 个氮肥利用效率指标，整体来看，巨2 优60 的氮肥农学效率和氮肥生理利用率高于丰两优4 号和E 两优263，E 两优263 的氮肥利用率高于丰两优4 号和巨2优60，巨2 优60 和E 两优263 的氮肥偏生产力相近，均高于丰两优4 号；在中、高施氮量（140、180 kg/hm2）下，水稻产量整体表现为巨2 优60≈E 两优263＞丰两优4号。这表明与丰两优4 号相比，巨2优60 和E 两优263 为氮高效水稻品种（系）。巨2优60 在施氮量180 kg/hm2时获得的最低氮肥利用率（34.7%），丰两优4号在施氮量180 kg/hm2时获得的最低氮肥农学效率（11.6 kg/kg），均高于前人[18-19]的研究结果。

稻米品质主要包括碾磨品质、外观品质、营养品质和食味品质等4 个方面。本研究发现，与不施氮处理相比，丰两优4号精米率在施氮量180 kg/hm2时显著提高；巨2 优60 的糙米率和精米率在所有施氮处理中均显著提高，整精米率在施氮量180 kg/hm2时显著提高，垩白度在施氮量100、140 kg/hm2时显著降低；E 两优263 的整精米率和垩白度均在施氮量140 kg/hm2时显著提高，垩白粒率在施氮量100 kg/hm2时显著提高。整体来看，施氮提高了3个籼稻品种（系）稻米的碾磨品质，但对稻米外观品质的影响不一致，前人[8，20-21]也得到了类似的研究结果。稻米直链淀粉含量和胶稠度是评价稻米蒸煮食味品质的重要指标，同时稻米蛋白质含量也与食味品质具有非常密切的关系[22]。降低稻米蛋白质和直链淀粉含量、提高胶稠度，有利于食味品质的提升[11]。通常精米蛋白质含量为4.5%～14.3%，当超过9.0%时食味往往较差[1]。本研究结果表明，3 个籼稻品种（系）稻米的蛋白质含量均随施氮量的增加而显著增加。其中，E 两优263 在施氮量180 kg/hm2时稻米蛋白质含量最高，达到9.7%。因此，E 两优263 施氮量不宜超过180 kg/hm2。此外，丰两优4 号和巨2 优60 的胶稠度在施氮后均降低，但E 两优263 的胶稠度随施氮量增加而增加，这表明稻米胶稠度对氮肥的响应也存在品种差异。此外，随着施氮量增加，3 个籼稻品种（系）的稻米直链淀粉含量均未见显著变化，HUANG等[23]也得到了类似的研究结果，这可能是因为直链淀粉含量主要由品种遗传特性决定，环境因素影响相对较小[1]。

综上所述，与丰两优4 号相比，巨2 优60 和E 两优263更能兼顾产量和氮肥利用效率协同提升。施氮量在0～180 kg/hm2时，随着施氮量增加，3 个籼稻品种（系）的碾磨品质和蛋白质含量提高，外观品质和食味品质的变化存在品种间差异。