施氮量对江汉平原优质稻产量和品质的影响

周 梦，王雪艳，王 松，郝蓉蓉，党程成，胡玉婷，刘 越，穆麒麟，田小海

（1. 长江大学 农学院，湖北 荆州 434025；2. 长江大学/主要粮食作物产业化湖北省协同创新中心，湖北 荆州 434025）

湖北省是我国水稻种植和消费的主要地区之一。随着生活水平普遍提高，人们对水稻的需求逐渐从产量型转变为质量型，市场对于优质稻的需求逐渐增加。数据显示，在长江中游水稻种植区，2018 年优质水稻品种种植占总面积的63.6%，其中湖北省的优质水稻种植率达到77%，位居第二[1]。2021 年，湖北省政府将优质稻米定为湖北省农业十大产业链的首链，优质稻将成为未来水稻产业发展的主要趋势。

前期研究结果表明，优质稻与普通水稻相比，栽培目标在原有“产量”的基础上，变成了“产量＋品质”双目标，提高产量的同时，保证品质的提高是优质稻栽培的基本要求，而氮素营养过多往往会对水稻产量和品质的形成产生强烈的影响[2]。一方面，水稻是需氮作物，在水稻生长发育阶段，增施氮肥可显著改善水稻生长，提高产量[3⁃4]。在一定施氮量范围内，水稻产量会随着施氮量的增加而增加，但是当施氮量超过一定范围时，水稻产量会随着施氮量的增加而降低[5⁃6]。另一方面，氮肥对水稻籽粒发育和品质也有重要影响[7⁃8]。足够的氮肥施用量可以改善稻米的加工和外观等品质，但是过量施氮不仅会导致产量降低，还会使稻米食味变差[9]。此外，优质稻的许多农艺性状表现如倒伏和稻瘟病、稻曲病等重要病害也受施氮量的强烈影响。由此可见，合理的施氮量是优质稻生产上一个带有普遍性和基础性的核心技术问题。目前，关于施氮量对水稻产量、品质的影响研究已有较多[2，4⁃6，10⁃11]，这些研究所用水稻材料一般较少，而关于不同施氮量对多个优质稻尤其是典型长粒形优质籼稻品种产量和品质的影响研究尚未见报道。为此，选用6个优质稻品种，设置5 个施氮量，研究不同施氮量下6 个典型长粒形优质籼稻品种产量和品质的变化，探讨优质稻高产保优的合理施氮量，为优质稻的高产栽培推广提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2021 年在位于湖北省荆州市的长江大学农学院试验田进行。该区属于亚热带季风气候，年平均气温为16.0～16.4 ℃，年平均降水量为900～1 100 mm。土壤基础地力：有效磷含量30.4 mg/kg、速效钾含量115.7 mg/kg、有机质含量31.18 g/kg、硝态氮含量2.2 mg/kg、铵态氮含量49.7 mg/kg、全氮含量1.94 g/kg、全磷含量2.23 g/kg、全钾含量12.15 g/kg，pH值为7.26。

供试材料为前期试验筛选出的目前江汉平原地区推广面积较大的典型长粒形优质籼稻品种，共6个。其中，3个为杂交稻，分别为野香优莉丝、桃优香占、泰优鄂香丝苗；3 个为常规稻，分别为象牙香占、鄂中5号、鉴真2号（表1）。

表1 供试水稻品种信息Tab.1 Information of the rice varieties

1.2 试验设计

采用双因子裂区随机区组试验设计，主处理为施氮（纯氮）量，5 个水平分别为105 kg/hm2（N1）、135 kg/hm2（N2）、165 kg/hm2（N3）、195 kg/hm2（N4）和225 kg/hm2（N5）；副处理为品种。小区长5 m、宽2 m，每个处理3 次重复，共90 个小区。小区间隔0.3 m，保护行1 m，株、行距分别为20、20 cm。鉴真2号、鄂中5号于5月20日播种，其余4个品种于5月29 日播种，所有品种均于6 月25 日人工移栽，常规稻每穴3 株、杂交稻每穴2 株。氮肥为丰乐一亩田（22∶8∶12），作基肥一次性施入；各处理磷、钾肥用量一致，均分别为P2O582 kg/hm2、K2O 123 kg/hm2，用量不足部分用过磷酸钙（含P2O516%）、氯化钾（含K2O 60%）基施补齐，各处理间采用PVC隔离板进行隔离，隔离板埋入深度约为25 cm，单独排灌，以防肥水渗漏。田间按照当地大田常规栽培管理，及时防治病虫草害。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 产量及其构成因素 成熟后，排除边际效应，从每行第3 穴开始连续取5 穴代表性植株进行晾干考种，调查有效穗数、穗粒数、结实率、千粒质量；产量以实际小区收割后折算。

1.3.2 加工、外观、蒸煮、营养品质

1.3.2.1 加工品质 按照NY/T 593—2013 标准，用稻谷出米率检测仪（JDMZ100，北京东孚久恒仪器技术有限公司）和碎米分离器（JFQS-13×20，台州市粮仪厂）测定稻米糙米率、精米率、整精米率。

1.3.2.2 外观品质 使用大米外观品质检测仪（JDMZ12，北京东孚久恒仪器技术有限公司）测定稻米垩白度、垩白粒率。

1.3.2.3 蒸煮品质 按照NY/T 2639—2014 标准测定稻米直链淀粉含量和RVA 谱特征值（峰值黏度、热浆黏度、崩解值、最终黏度、消减值、糊化温度）。

1.3.2.4 营养品质 采用考马斯亮蓝法对粗蛋白及其组分（清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白）含量进行测定。

1.4 数据处理

采用Excel 2019 和DPS 7.5 软件对试验数据进行处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量对江汉平原优质稻产量及其构成因素的影响

由表2 可知，品种和施氮量对水稻产量、结实率、穗粒数、有效穗数、千粒质量的影响均达到极显著水平，品种与施氮量的交互作用对水稻产量、结实率、穗粒数、有效穗数、千粒质量的影响均达到显著或极显著水平。

由表2可知，随着施氮量增加，水稻产量呈先升高后降低的趋势，其中，鉴真2号、泰优鄂香丝苗、桃优香占、象牙香占均以N1 处理产量最低，分别以N2、N3、N3、N2 处理产量最高（N2 与N3 处理间差异均不显著），较N1处理显著提高11.1%、9.6%、5.3%、9.2%；鄂中5号、野香优莉丝均以N5处理产量最低，分别以N3、N2 处理产量最高（鄂中5 号N2 与N3 处理间差异不显著），较N5 处理显著提高8.8%、14.4%。不同优质稻品种产量表现为桃优香占>泰优鄂香丝苗>野香优莉丝>鉴真2 号>象牙香占>鄂中5号，除桃优香占与泰优鄂香丝苗、泰优鄂香丝苗与野香优莉丝差异不显著外，其他均达显著水平。

对于产量构成因素（表2），随着施氮量增加，各优质稻品种结实率、穗粒数、有效穗数和千粒质量整体上均呈先升高后降低的趋势。其中，鄂中5号、泰优鄂香丝苗、桃优香占总体上以N3 处理最高，象牙香占、鉴真2号和野香优莉丝总体上以N2处理最高。从不同氮处理间的变化程度来看，各优质稻品种产量的提高主要得益于有效穗数和结实率的提高。不同品种间比较，结实率以象牙香占最高，穗粒数和有效穗数均以野香优莉丝最高，千粒质量以桃优香占最高。

表2 不同施氮量处理各优质稻品种的产量及其构成因素Tab.2 Yield and its components of each high-quality rice variety under different nitrogen application rates

综合所有品种，优质稻高产的合理施氮量介于N2和N3之间，即135～165 kg/hm2。

续表2 不同施氮量处理各优质稻品种的产量及其构成因素Tab.2（Continued） Yield and its components of each high-quality rice variety under different nitrogen application rates

2.2 施氮量对江汉平原优质稻稻米品质的影响

2.2.1 加工品质和外观品质 由表3 可知，品种和施氮量对稻米糙米率、精米率、整精米率、垩白度和垩白粒率的影响均达到极显著水平，品种与氮肥的交互作用对稻米精米率、整精米率、垩白度和垩白粒率的影响均达到极显著水平。

由表3 可知，各优质稻品种的糙米率、精米率、整精米率均随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，总体上以N5处理最低（表3）。其中，鄂中5号对施氮量反应相对较迟钝，不同施氮量处理之间糙米率、精米率均无显著差异，整精米率仅N3 处理显著高于N2 和N5 处理，其他处理间差异不显著；鉴真2号糙米率和整精米率均以N2 处理最高，精米率以N1 处理最高；泰优鄂香丝苗糙米率和精米率均以N3处理最高，整精米率在不同施氮量处理间差异不显著；桃优香占糙米率、精米率、整精米率均以N3处理最高；象牙香占糙米率、精米率、整精米率均以N2 处理最高；野香优莉丝精米率和整精米率均以N1处理最高，糙米率在不同施氮量处理间差异不显著。总体来看，以N2 和N3 处理加工品质较优。不同优质稻品种糙米率表现为桃优香占>泰优鄂香丝苗>野香优莉丝>鉴真2 号>象牙香占>鄂中5 号；精米率表现为野香优莉丝>桃优香占>鉴真2 号>泰优鄂香丝苗>鄂中5 号>象牙香占；整精米率表现为鉴真2 号、鄂中5 号>野香优莉丝>桃优香占>象牙香占>泰优鄂香丝苗。

从外观品质来看，不同优质稻品种在不同施氮量条件下的反应不同（表3）。鄂中5 号垩白粒率和垩白度在不同施氮量处理间差异均不显著；鉴真2号、泰优鄂香丝苗垩白粒率和垩白度均以N3 处理最低、N1 处理最高；桃优香占和野香优莉丝垩白粒率和垩白度均以N2处理最低、N5处理最高；象牙香占垩白粒率和垩白度均以N3 处理最低、N5 处理最高。由此可见，适当的施氮量可以改善稻米的外观品质，以N2 和N3 处理较优。不同优质稻品种间垩白粒率和垩白度均表现为泰优鄂香丝苗>鉴真2号>桃优香占>象牙香占、野香优莉丝>鄂中5号，除象牙香占与野香优莉丝差异不显著外，其他品种间差异均达到显著水平。

表3 不同施氮量处理各优质稻品种稻米品质Tab.3 Rice quality of each high-quality rice variety under different nitrogen application rates %

2.2.2 蒸煮食味品质 方差分析结果表明（表4），品种和施氮量对稻米直链淀粉含量、峰值黏度、热浆黏度、崩解值、最终黏度、消减值、糊化温度的影响均达到极显著水平，品种和施氮量的交互作用对直链淀粉含量、峰值黏度、热浆黏度、崩解值、最终黏度、消减值的影响均达到极显著水平。

表4 不同施氮量处理各优质稻品种直链淀粉含量和RVA谱特征值Tab.4 Amylose content and RVA profile characteristics of each high-quality rice variety under different nitrogen application rates

由表4 可知，各优质稻品种直链淀粉含量均表现为随着施氮量的增加先下降后增加。其中，鄂中5 号、鉴真2 号、泰优鄂香丝苗、桃优香占以N3 处理最低、N5处理最高；象牙香占以N4处理直链淀粉含量最低、N1处理最高；野香优莉丝以N2处理直链淀粉含量最低，为13.5%，N5 处理最高。表明适宜的施氮量可以降低稻米直链淀粉含量。不同优质稻品种间直链淀粉含量表现为泰优鄂香丝苗>象牙香占>鉴真2 号、桃优香占>野香优莉丝>鄂中5 号，除鉴真2 号、桃优香占、野香优莉丝间差异不显著外，其他品种间差异均达到显著水平。

由表4 可知，野香优莉丝的峰值黏度、热浆黏度、最终黏度均表现为随着施氮量增加逐渐降低，其余5个优质稻品种的峰值黏度、热浆黏度、最终黏度均随着施氮量的增加呈先升高后降低的趋势；崩解值表现为鉴真2 号、野香优莉丝不同施氮量处理间差异不显著，鄂中5号和泰优鄂香丝苗均以N3处理最高，桃优香占和象牙香占均以N1 处理最高；消减值表现为鄂中5 号和泰优鄂香丝苗均以N3 处理最低，野香优莉丝以N2处理最低，其他品种均以N1处理最低；糊化温度总体表现为所有品种均以N1处理最低，鄂中5 号以N5 处理最高，桃优香占以N3处理最高，鉴真2 号N2—N5 处理相同，其他品种均以N4 处理最高。不同品种间比较，峰值黏度、热浆黏度、崩解值、最终黏度分别以桃优香、象牙香占、桃优香占、象牙香占最高，均以鄂中5 号最低；消减值以桃优香占最低、象牙香占最高；糊化温度以泰优鄂香丝苗最高、鄂中5号最低。

2.2.3 营养品质 方差分析结果表明（表5），品种和施氮量对稻米粗蛋白、清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白含量的影响均达到极显著水平，品种与施氮量的交互作用对稻米粗蛋白、清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白含量的影响达均到显著或极显著水平。

表5 不同施氮量处理各优质稻品种粗蛋白及其组分含量Tab.5 Crude protein and its component contents of each high-quality rice variety under different nitrogen application rates %

续表5 不同施氮量处理各优质稻品种粗蛋白及其组分含量Tab.5（Continued） Crude protein and its component contents of each high-quality rice variety under different nitrogen application rates %

由表5 可知，增施氮肥可以在一定程度上提高稻米粗蛋白含量及其组分含量，但不同品种之间存在明显差异。从粗蛋白含量来看，鄂中5 号、鉴真2号、桃优香占、象牙香占各施氮量处理间粗蛋白含量无显著差异，泰优鄂香丝苗和野香优莉丝均以N3处理粗蛋白含量最高。不同优质稻品种间粗蛋白含量表现为野香优莉丝>鉴真2 号>象牙香占>泰优鄂香丝苗>鄂中5 号>桃优香占，鄂中5 号和桃优香占粗蛋白含量较低，为4.5%～5.9%；其余4 个品种含量较高，介于10.4%～15.4%。从蛋白质组分含量来看，6 个优质稻品种稻米清蛋白含量为0.25%～0.48%，球蛋白含量为0.43%～0.72%，醇溶蛋白含量为0.13%～0.36%，谷蛋白含量为0.59%～3.38%，蛋白质组分含量表现为谷蛋白>球蛋白>清蛋白>醇溶蛋白，其中谷蛋白含量最高且变化范围较大。大部分品种清蛋白含量以N5 处理最高；大部分品种醇溶蛋白含量以N4 处理最高；球蛋白和谷蛋白含量均随施氮量的增加先上升后下降，大部分品种以N3处理最高。

3 结论与讨论

优质稻生产的一个基本点是栽培目标的变化，由“产量”单一目标变成了“产量+品质”双目标。显然，如何在栽培中同时达成这个双目标，是衡量栽培技术成功与否的一个硬标准。

施氮量是水稻高产、优质栽培中一个基本技术问题，过多或过少的施氮量都对水稻产量不利，且也会影响品质[2，4，12⁃14]。因此，明确适应地域特点和品种特点的优质稻最适施氮量是发展优质稻生产的首要基本工作。大量研究结果表明，对于特定地区、特定品种，水稻产量存在一个适宜施氮量，但具体落实到优质稻上这个定量标准应该是多少，还不明确[15⁃17]。对于水稻品质而言，由于其所涉指标繁多，各品质指标与施氮量之间的关系，也尚没有一个明确、一致的结论。另外，如果品质存在一个适宜施氮量，它是否与产量的适宜施氮量重合，也是一个涉及生产实施可行性的重要议题。本研究选用6个江汉平原地区现行主推的典型长粒形优质籼稻品种进行施氮量试验，研究期间特意避开了该地区常有的灌浆期高温环境。本研究结果表明，随着施氮量增加，各优质稻品种的产量均表现为先增加后降低的趋势，以施氮量135～165 kg/hm2时产量较高，且不同施氮量处理产量的差异主要归因于有效穗数和结实率的差异。在各品质指标中，主要指标如整精米率、代表食味的淀粉RVA 谱特征值，虽在个别品种中有一些偏差，但大多数品种的表现均表明其存在优化施氮量，且与产量的优化施氮量基本重合。但同时值得指出的是，重要品质指标垩白度在多数品种中未发现优化施氮量，可能说明施氮量总体上对优质稻垩白度的影响有限。

综上所述，优质稻在施氮量为135～165 kg/hm2时，产量和品质达到最佳，为江汉平原优质稻的高产栽培技术推广提供了理论依据。