氮肥运筹对豫南地区优质食味粳稻产量和品质的影响

雷振山，李 猛，卫云飞，刘秋员，刘 娟，王付娟，季 新

（信阳市水稻遗传改良与生理生态重点实验室/信阳市优质稻米工程技术研究中心/信阳农林学院，河南 信阳 464000）

豫南地区地跨淮河，处亚热带向暖温带过渡区，包括信阳市（含固始县）、南阳市东南部和驻马店市南部地区。豫南地区具有优越的水稻生产条件，常年水稻种植面积近50万hm2，约占河南省水稻生产面积的80%[1]。由于粳稻具有产量高、品质优等特点[2]，目前豫南地区正在大力推广粳稻种植。氮肥是影响水稻最终产量形成和稻米品质的重要因素，合理的氮肥运筹模式能够有效促进水稻的生长发育，从而实现优质高产[3-9]。研究发现，豫南地区兼顾粳稻产量和稻米品质的氮肥用量是240 kg/hm2[10]，但关于氮肥运筹对豫南地区粳稻产量和品质的影响研究鲜有报道。为此，以近年来豫南地区大力推广种植的优质食味粳稻品种南粳9108 为材料，在施氮量240 kg/hm2条件下，设置不同的氮肥运筹，对比不同氮肥运筹下水稻产量和稻米品质的差异，确定优质食味粳稻在豫南地区实现优质高产的适宜氮肥运筹方法，以期为豫南地区优质食味粳稻优质高产栽培提供技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2021 年在河南省信阳市平桥区甘岸镇二郎村进行。试验地土壤为砂壤土，前茬为冬闲田，土壤有机质含量为16.2 g/kg，全氮含量为0.31 g/kg，速效磷含量为16.5 mg/kg，速效钾含量为73.1 mg/kg。

供试粳稻品种为优质食味粳稻品种南粳9108。

1.2 试验设计

试验氮肥用量为240 kg/hm2，其中30%于移栽前作基肥施用，其余70%在不同生育时期作追肥施用，分别为分蘖肥70%、倒3 叶穗肥70%、倒2 叶穗肥70%、倒1 叶穗肥70%、分蘖肥30%+倒3 叶穗肥40%、分蘖肥30%+倒2 叶穗肥40%、分蘖肥30%+倒1 叶穗肥40%，详见表1。其中，分蘖肥统一于移栽后7 d 施用，倒3 叶穗肥于8 月5 日施用，倒2 叶穗肥于8 月12 日施用，倒1 叶穗肥于8 月20 日施用。各处理氮肥均为尿素（含N 46.0%），并统一施用过磷酸钙（含P2O514.0%）900 kg/hm2和氯化钾（含K2O 60.0%）450 kg/hm2。其中，磷肥一次性基施，钾肥分别于耕翻前、拔节期等量施入。试验于5 月20 日播种，采用毯苗湿润育秧，6 月15 日移栽，每穴栽插4苗，栽插株行距为15 cm×25 cm，每个处理重复3次，小区面积12 m2，随机区组设计。田埂用塑料薄膜包埂，以防氮肥互串。其他田间管理措施均按豫南地区粳稻高产栽培技术要求进行操作。

表1 各处理氮肥基施比例、追施时期及比例Tab.1 Basal fertilizer ratio，period and ratio of topdressing nitrogen in each treatment

1.3 测定项目及方法

1.3.1 茎蘖数和成穗率 每处理小区确定3个观测点，每个观察点连续选定10 穴作为调查群体，在分蘖中期、拔节期、抽穗期和成熟期调查茎蘖数，其中成熟期的茎蘖数为有效穗数。成穗率=成熟期有效穗数/拔节期茎蘖数×100%。

1.3.2 叶面积指数（Leaf area index，LAI）和干物质积累量 分别于拔节期、抽穗期、成熟期以各处理的平均茎蘖数为标准，取代表性植株3穴，植株连根拔出，清洗，去根。采用叶面积仪（Li-3050C 型，美国Li-Cor 公司）测定绿色叶片的叶面积，计算LAI。其中，抽穗期，将叶面积分为有效叶面积（有效茎蘖的叶面积）和高效叶面积（有效茎蘖上三叶的叶面积）进行测定。并计算叶面积衰减率，叶面积衰减率=（抽穗期LAI-成熟期LAI）/抽穗期至成熟期天数。然后，将植株样品按照茎、叶、穗分开装在牛皮纸袋中，于105 ℃下杀青30 min，80 ℃下烘干至恒质量，称干质量，计算茎（叶）表观转运量和转运率。茎（叶）表观转运量=抽穗期茎（叶）干质量-成熟期茎（叶）干质量，表观转运率=茎（叶）表观转运量/抽穗期茎（叶）干质量×100%。

1.3.3 高效叶SPAD 值 齐穗期，每个处理挂牌标记15 个单茎，并利用SPAD-502 叶绿素仪测定各处理挂牌标记的高效叶（有效茎蘖的上三叶）的SPAD值，每片叶测定叶片基部、中部、尖部3个点，取平均值。于成熟期重复测定一次，并计算SPAD 值衰减率。SPAD值衰减率=（齐穗期叶片SPAD值-成熟期叶片SPAD值）/齐穗期叶片SPAD值×100%。

1.3.4 产量及其构成因素 成熟期，各小区定点50穴调查有效穗数，并按平均有效穗数取5 穴带回室内，调查穗粒数、结实率、千粒质量等，实收测产。

1.3.5 品质指标 各处理收获后保留1 kg 稻谷，用于测定稻米品质。其中，加工品质（糙米率、精米率、整精米率）参照《米质测定方法》（NY/T 83—2017）测定；外观品质（垩白粒率、垩白度）参照《稻米整精米率、粒型、垩白粒率、垩白度及透明度的测定图像法》（NY/T 2334—2013）测定；直链淀粉和蛋白质含量分别参照《稻米直链淀粉含量的测定分光光度法》（NY/T 2639—2014）和《食品中蛋白质的测定方法》（GB 5009.5—2016）测定；稻米食味品质采用日本佐竹公司研发的STA1B 型米饭食味计测定，主要包括米饭的外观、硬度、黏度、平衡度和综合食味值。

1.4 数据统计分析

试验数据采用Excel 2016 整理，利用SPSS 22.0软件采用LSD法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 氮肥运筹对豫南地区优质食味粳稻生长发育的影响

2.1.1 茎蘖数和成穗率 从表2 可以看出，不同生育时期的粳稻茎蘖数均以T1处理最高，显著高于其他处理，而不施分蘖氮肥的3 个处理（T2、T3、T4）在各生育时期的茎蘖数均显著低于其他处理，说明增施分蘖氮肥有利于促进茎蘖的发生。从茎蘖成穗率来看，不同处理的茎蘖成穗率表现为T3＞T2＞T5＞T4＞T6＞T7＞T1，其中T2、T3处理显著高于其他处理，而T1处理显著低于其他处理，说明后期追施一定量的穗氮肥有利于提高茎蘖成穗率。

表2 氮肥运筹对豫南地区优质食味粳稻茎蘖数和成穗率的影响Tab.2 Effects of nitrogen fertilizer management on stem and tiller number and productive tiller rate of japonica rice with good taste in southern Henan

2.1.2 LAI 由表3 可以看出，拔节期，各处理粳稻LAI 表现为T1＞T5＞T7＞T6＞T3＞T2＞T4，其中T1 处理显著高于其他处理，T5、T6、T7 三个处理之间以及T2、T3、T4 三个处理之间的差异均不显著，但T5、T6、T7处理均显著高于T2、T3、T4处理。抽穗期，有效叶LAI 表现为T1＞T5＞T2＞T3＞T6＞T4＞T7，而高效叶LAI 表现为T2＞T5＞T1＞T3＞T6＞T7＞T4，高效叶面积占比表现为T2＞T5＞T3＞T6＞T7＞T4＞T1。成熟期，LAI 表现为T3＞T2＞T4＞T5＞T6＞T7＞T1。叶面积衰减率以T1 处理最高，且随着穗氮肥施用时间的推迟，叶面积衰减率呈逐渐降低的趋势。

表3 氮肥运筹对豫南地区优质食味粳稻LAI的影响Tab.3 Effects of nitrogen fertilizer management on LAI of japonica rice with good taste in southern Henan

2.1.3 高效叶SPAD 值 由表4 可以看出，无论在齐穗期还是在成熟期，施用穗氮肥处理的高效叶SPAD 值均高于不施穗氮肥处理，特别是在成熟期，T1 处理高效叶SPAD 值显著低于其他处理。对于SPAD 值衰减率，均表现为T1 处理最高，T4 处理最低，且随着穗氮肥施用时间的推迟表现出逐渐降低的趋势。

表4 氮肥运筹对豫南地区优质食味粳稻高效叶SPAD值的影响Tab.4 Effects of nitrogen fertilizer management on SPAD value of high effective leaf of japonica rice with good taste in southern Henan

2.1.4 地上部干物质积累与转运 不同氮肥运筹方法对粳稻地上部干物质积累量的影响如表5 所示。从表5 可以看出，在拔节期和抽穗期，均以T1处理地上部干物质积累量最高，分别达到了6.08 t/hm2和11.72 t/hm2；而成熟期以T6 处理最高，其次为T5 处理，T4 处理最低。在拔节期，施用分蘖氮肥处理（T1、T5、T6、T7）地上部干物质积累量均显著高于未施分蘖氮肥处理（T2、T3、T4）；而在抽穗期和成熟期，随着穗氮肥施用时间的推迟，地上部干物质积累量总体上均呈降低的趋势。从干物质积累量占比来看，播种—拔节期表现为T1＞T5＞T6＞T7＞T4＞T2＞T3，拔节期—抽穗期表现为T2＞T3＞T4＞T5＞T6＞T7＞T1，抽穗期—成熟期表现为T6＞T7＞T3＞T5＞T4＞T2＞T1。

表5 氮肥运筹对豫南地区优质食味粳稻地上部干物质积累量的影响Tab.5 Effects of nitrogen fertilizer management on dry matter accumulation of japonica rice with good taste in southern Henan

从表6 可知，粳稻茎表观转运量表现为T1＞T5＞T6＞T2＞T7＞T3＞T4，叶表观转运量表现为T1＞T5＞T2＞T6＞T7＞T3＞T4，表观转运率表现出与表观转运量基本类似的规律，也以T1 处理最高，T4 处理最低。表明生育后期充足的氮肥不利于营养器官前期积累的物质再次转运。

表6 氮肥运筹对豫南地区优质食味粳稻地上部干物质转运的影响Tab.6 Effects of nitrogen fertilizer management on dry matter transport of japonica rice with good taste in southern Henan

2.2 氮肥运筹对豫南地区优质食味粳稻产量及其构成因素的影响

从表7 可以看出，粳稻产量以T5 处理最高，达到10.28 t/hm2，其次为T6处理，T4处理最低。其中，追肥分2 次施用处理（T5、T6、T7）的产量均高于追肥1 次施用处理（T1、T2、T3、T4）。对于产量构成因素，有效穗数表现为T1＞T5＞T6＞T7＞T3＞T2＞T4。其中，T1 处理与其他处理差异显著，不施分蘖氮肥的3个处理（T2、T3、T4）均显著低于施分蘖氮肥处理（T1、T5、T6、T7）。穗粒数表现为T2＞T3＞T5＞T6＞T7＞T4＞T1，结 实 率 表 现 为T3＞T2＞T4＞T7＞T5＞T6＞T1，千粒质量表现为T2＞T6＞T3＞T5＞T7＞T4＞T1。其中，T1 处理穗粒数、结实率和千粒质量均显著低于其他处理，说明施穗氮肥有利于提高穗粒数、结实率和千粒质量。

表7 氮肥运筹对豫南地区优质食味粳稻产量及其构成因素的影响Tab.7 Effects of nitrogen fertilizer management on grain yield and its component factors of japonica rice with good taste in southern Henan

2.3 氮肥运筹对豫南地区优质食味粳稻稻米品质的影响

2.3.1 加工品质和外观品质 从表8 可以看出，稻米加工品质指标糙米率、精米率、整精米率均以T1处理最低，其中精米率、整精米率均显著低于其他处理，说明后期施用氮肥有利于改善稻米加工品质；从穗氮肥施用时间来看，随着施用时间的推迟，糙米率、精米率、整精米率均呈升高的趋势。对于外观品质，垩白粒率和垩白度均以T1 处理最低，T5处理次之，T4处理最高，且与其他处理差异显著；随着穗氮肥施用时间的推迟，垩白粒率和垩白度总体上均显著升高。

2.3.2 蒸煮食味品质 从表9 可以看出，稻米直链淀粉含量表现为T1＞T5＞T6＞T2＞T7＞T3＞T4，蛋白质含量表现为T4＞T3＞T2＞T7＞T6＞T5＞T1，各处理间差异显著，说明推迟穗氮肥施入时间、增加穗氮肥用量均可以增加蛋白质含量、降低直链淀粉含量。对于食味品质，随着穗氮肥施用时间的推迟，米饭的外观、黏度、平衡度以及食味值均呈现出降低的趋势，外观以T5处理最高，黏度、平衡度以及食味值总体均以T1 处理最高、T5 处理次之；米饭的硬度则表现出升高的趋势，以T5处理硬度最低。

表9 氮肥运筹对豫南地区优质食味粳稻稻米蒸煮食味品质的影响Tab.9 Effects of nitrogen fertilizer management on cooking and eating quality of japonica rice with good taste in southern Henan

3 结论与讨论

3.1 氮肥运筹对豫南地区优质食味粳稻产量形成的影响

合理的氮肥运筹方式是水稻获得高产的重要途径。根据氮肥施入的时期，可以把氮肥基本划分为基肥（底肥）、返青肥（活棵肥）、分蘖肥（促蘖肥或壮蘖肥）、长粗肥（拔节肥）、促花肥、保花肥等。前人研究发现，增加穗氮肥，能够促进水稻颖花分化，形成较高的穗粒数，进而提高水稻产量[11-13]。但也有研究认为，增施穗氮肥对穗型较小水稻品种的增产潜力较大，而穗型较大水稻品种则应相应减少穗肥施氮量[14]。关于穗氮肥的施用时期，前人研究发现，在抽穗前40 d 施穗氮肥能够促进颖花分化，在抽穗前20 d 施穗氮肥能够减少颖花退化，随着施入时间的推迟，穗粒数和结实率都会受到影响。陈刚等[15]研究发现，水稻穗粒数和产量在倒3 叶追施氮肥时最高，有效穗数在倒5叶追施氮肥时最多，而结实率则在倒1叶追施氮肥时最高。从本研究结果来看，穗粒数在倒3叶施用穗肥时最高，且随着穗氮肥施用时间的推迟呈降低的趋势，产量也表现出与穗粒数相同的规律，说明产量降低的原因主要是穗粒数的降低。水稻高产的关键是形成足够多的颖花量，而适宜的群体有效穗数则是获取高颖花量的关键。获取适宜群体有效穗数的主要途径是通过施用适宜的分蘖肥来促进水稻分蘖早生快发，抑制无效分蘖，提高茎蘖成穗率[16-17]。本研究中，不施分蘖氮肥的3 个处理（T2、T3、T4）的有效穗数均显著低于施分蘖氮肥的4 个处理（T1、T5、T6、T7），而且T1处理有效穗数最多，这可能与其分蘖氮肥施用最多有关。但值得注意的是，本研究7 个处理的产量并不是以T1 处理最高，而是以T5 处理最高，且显著高于其他6 个处理，说明前期适宜的分蘖氮肥能够促进分蘖发生，争取足够多的有效穗数，为后期水稻高产奠定基础，后期配合适宜的穗氮肥能够保证足够的穗粒数和结实率，为水稻高产提供保障[18]。

光合产物是水稻籽粒灌浆物质的重要来源，对水稻产量形成具有重要影响。研究发现，水稻籽粒灌浆所需的营养物质80%以上来自抽穗后的光合产物[19]。曾勇军等[20]研究发现，一次性追施氮肥容易造成后期叶绿素下降较快，成穗率降低，导致抽穗后光合物质生产量不高，进而影响产量。本研究结果也表明，追施氮肥全部做分蘖肥处理的高效叶SPAD 值最低，且SPAD 值衰减率和叶面积衰减率均最高，这也可能是T1处理未能取得较高产量的主要原因。张洪程等[8]研究发现，在倒4 叶或倒3 叶时一次性追施穗氮肥最佳，其干物质积累量和产量最高。陈刚等[15]也认为，随着氮肥追施时间的推迟，群体叶面积逐渐减小，在倒3 叶追施氮肥处理有效叶面积和高效叶面积最高，同时抽穗后干物质生产量比例最高。本研究也发现，追施穗氮肥处理的高效叶面积占比高于未追施穗氮肥处理，但随着追施穗氮肥时间的推迟，高效叶面积占比呈降低趋势。此外，促进营养器官中的干物质向穗部转移，也有利于水稻产量的提升[21]。从本研究结果来看，茎、叶表观转运量和表观转运率均以未追施穗氮肥处理最高，这可能与其灌浆期氮肥不足加剧了籽粒从营养器官调运物质的强度有关[22]。另外，本研究结果还表明，茎、叶表观转运量和表观转运率均随着追施穗氮肥时间的推迟呈现出降低的趋势，说明灌浆期追施氮肥过多也不利于营养器官物质的转运。由此可见，合理的氮肥运筹方式能够促进分蘖早生快发，维持较高的成穗率的同时延缓叶片衰老，保持较高的光合面积，增加穗后干物质积累量，进而提高产量[23-24]。

3.2 氮肥运筹对豫南地区优质食味粳稻稻米品质的影响

稻米品质是一个综合性状，其评价内容主要包括加工品质、外观品质、蒸煮食味品质等方面。稻米品质不仅受品种自身遗传特性的调控，而且与栽培方法特别是氮肥用量及其施用方法关系密切。关于氮肥施用方法与稻米品质的关系，周乾聪等[25]研究认为，施用穗氮肥能够提高晚粳稻的糙米率和精米率，但降低了整精米率；张庆等[26]研究认为，随着氮素穗肥施用时期的延后，软米粳稻的糙米率、精米率和整精米率呈先增加后减少的趋势，以倒3叶施用穗肥最高。本研究结果表明，施用穗氮肥处理稻米加工品质优于不施穗氮肥处理，而且随着穗氮肥施用时间的推迟，糙米率、精米率、整精米率均存在升高的趋势，这与胡群[27]的研究结果一致。这可能与后期穗氮肥的施用能够增加籽粒灌浆物质，促进籽粒灌浆，提高籽粒充实度，进而改善加工品质有关[28]。垩白性状是影响稻米外观品质的重要指标。徐红等[29]研究认为，随着穗氮肥施用叶龄期的推迟，稻米垩白粒率和垩白度均呈降低的趋势。但胡群[27]研究认为，稻米垩白粒率、垩白大小、垩白度均随着穗氮肥施用时期的推迟呈增加趋势。本研究结果显示，施用穗氮肥处理稻米垩白粒率和垩白度均显著高于不施穗氮肥处理，且随着穗氮肥施用时间的推迟和穗氮肥用量的增加，垩白粒率、垩白度均呈升高的趋势。这可能与后期充足的氮肥供应加快了籽粒灌浆速率，导致灌浆物质在籽粒中分布不合理有关[30]。

随着社会经济不断发展和人们生活水平的不断提高，稻米蒸煮食味品质也越来越受到人们的关注。前人研究发现，直链淀粉和蛋白质含量与稻米蒸煮食味品质关系密切，一般来说，直链淀粉和蛋白质含量越高，米饭硬度越大，黏性越小，适口性越差[31-32]。蒋岩等[33]研究认为，增加穗肥施氮量，能够显著提高稻米蛋白质含量和米饭硬度，降低直链淀粉含量和稻米食味值。张庆等[26]研究认为，推迟施用穗肥，米饭食味值呈降低趋势，如果侧重兼顾产量和品质，穗肥适宜施用时期为倒3叶；如果侧重品质，穗肥适宜施用时期宜提前到倒4 叶。本研究结果表明，施用穗氮肥处理稻米直链淀粉含量均低于不施穗氮肥处理，蛋白质含量则表现出相反规律，且随着穗氮肥施用时期的推迟，蛋白质含量呈增加趋势，直链淀粉含量呈降低趋势。这可能与后期充足的氮素供应有利于促进氮代谢而抑制碳代谢有关[34]。研究发现，当稻米直链淀粉含量存在的差异较小时，影响食味品质的主要因素可能是蛋白质含量[35]。本研究中，随着穗氮肥施用时间的推迟和穗氮肥用量的增加，尽管直链淀粉含量表现出降低的趋势，但稻米食味值仍表现出降低的趋势，这可能与其蛋白质含量升高有关。

综合本研究结果来看，优质食味粳稻南粳9108在豫南地区种植宜采用30%基肥+30%分蘖肥+40%倒3 叶穗肥的氮肥运筹方法，可以兼顾产量和稻米品质。