氮肥运筹对杂交粳稻‘申优26’产量及品质的影响

吴雄兴,杨芳凤,吴 炜,沈嘉秋,沈 淳,朱吉明,李秋红

(1 上海市青浦区农业技术推广服务中心,上海 201700;2 上海市青浦区练塘镇农业农村服务中心,上海 201715)

水稻是上海居民的主要粮食作物,对稳定上海粮食安全作出了重要贡献。 近年来,随着社会经济快速发展,人们生活消费水平不断提高,对高产、优质型稻米的需求量也日益增大,水稻的高产优质化栽培研究备受农业科研工作者与水稻产业化生产部门关注[ 1-5]。 氮肥是影响水稻产量和稻米品质的重要营养元素。 大量研究表明,氮肥不仅对水稻生育、产量有着重要影响,并且对稻米品质具有调控作用[ 2-4,6]。 近年来,关于氮肥对水稻的高产和稻米品质的影响研究前人已做过大量工作。 随着水稻绿色生产技术发展,绿肥养地及有机氮肥的施用增加,对水稻绿色高产、优质的栽培技术有更高的需求。 前人研究表明,施氮能明显增加水稻产量,在低、中、高氮水平上产量依次增加,但也并非越多越好[ 3-5]。 朱邦辉等[ 5]通过氮肥对‘武运粳27 号’机插栽培研究认为,稻米的加工品质随施氮量的增加呈先增后减的趋势,精米蛋白质含量呈增加趋势。 朱大伟[ 6]同样在机械栽种条件下,对软米品种‘南粳9108’和‘南粳5055’两个优质稻进行氮肥对稻米品质的影响研究认为,稻米加工品质随着氮素增加而改善,适当施氮可改善稻米的外观品质。 胡群等[ 7]在总氮量270 kg∕hm2条件下,稻米的加工品质指标均随着穗肥氮后移而下降。 以往的研究因试验品种、环境及栽培管理措施等差异,报道的结果并不一致。 为更好地发挥优质杂交粳稻优质潜力,本研究选用早熟优质、高产杂交粳稻新品种‘申优26’为材料,通过肥量和肥法试验,分析氮肥运筹对该品种稻米品质效应及产量影响,以期为杂交粳稻优质化高产栽培的氮肥运筹提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验区域概况

试验于2020 年设在上海市青浦区农业技术推广服务中心科技创新基地试验田内进行(北纬N 30°57′56.34″,东经E 121°01′0.83″)。 田块前茬作物为绿肥紫云英,生物量鲜质量16 725 kg∕hm2,耕层内土壤为青紫泥土,肥力均衡。 耕层土壤有机质20.30 g∕kg,全氮含量0.12%,碱解氮、有效磷和速效钾含量分别为179.00 mg∕kg、22.20 mg∕kg 和211.00 mg∕kg,土壤酸碱度pH 为7.05。 供试材料是上海市农业科学院作物育种栽培研究所选育的早熟优质高产杂交粳稻新品种‘申优26’。

1.2 试验设计

1.2.1 试验处理

试验选用总纯氮(N)施用量和基蘖肥与穗肥氮配比(T)两个单因素随机区组设计。 氮肥量处理(N0—N7)分别为0 kg∕hm2、105 kg∕hm2、150 kg∕hm2、195 kg∕hm2、240 kg∕hm2、285 kg∕hm2、330 kg∕hm2和375 kg∕hm2。 基蘖肥∶穗肥氮占比处理(T1—T5)分别为10∶0、9∶1、8∶2、7∶3和6∶4。 两个单因素试验处理的每个小区面积为3 m×7 m=21 m2(0.002 hm2),各随机重复处理3 次,共39 个小区。 为了防止不同处理的小区间渗透串肥,每个小区用包膜塑料隔板隔离,单排单灌,小区四周设置保护行。

1.2.2 氮肥运筹

供试肥料选用45%三元复合肥(15%-15%-15%)、尿素(46%)。 在氮肥施用量试验中,各处理氮、磷、钾养分配比统一为N∶P∶K=1∶0.3∶0.3;基蘖肥∶穗肥=8∶2,基肥(45%三元复合肥)施氮量占总纯氮量30%,于6 月3 日施用。 分蘖肥施氮量占总纯氮50%(46%尿素),2 次施用分别于6 月11 日(15%)和7 月7 日(35%)施用;穗肥(46%尿素)施用量占总纯氮量20%,于8 月6 日施用。 在基蘖肥与穗肥配比试验中,各处理氮化肥总用量折纯氮270 kg∕hm2;氮、磷、钾养分配比均为N∶P∶K =1∶0.25∶0.25。 6 月3日各处理施基肥氮占总施氮量的25%(45%三元复合肥);分蘖肥均分2 次施用(46%尿素),第一次6 月19 日施用,占分蘖肥总量的30%,第二次7 月7 日施用,占总分蘖肥的70%。 穗肥8 月6 日全部一次性施入(46%尿素)。 两个试验补缺磷、钾肥全部作基肥施用。 试验各处理小区肥料施用方案与施用量详见表1。

表1 施用量与施肥方案Table 1 Application rate and fertilization scheme

1.3 种植管理

稻谷浸种催芽后,于5 月12 日播种,6 月4 日人工拉线模拟机械小苗栽插,株行距为16 cm ×25 cm,每穴栽插3 株,25.05 万穴∕hm2,基本苗数控制在60 万—90 万株∕hm2。 苗期水浆管理以湿润为主,中后期干湿交替。 浸种催芽药剂和病虫草防治统一按照水稻绿色生产相应培管措施进行。

1.4 测定内容

1.4.1 苗情、叶龄和生育期

移栽秧苗返青后,每小区随机定2 个点,每个点调查10 穴水稻茎蘖数,5—7 d 调查1 次,在临近茎蘖苗数高峰期时2—3 d 调查1 次,直至齐穗。 定点前先计数50 穴,统计每穴平均苗数和频数分布后定点调查苗情动态,考察株高、主茎绿叶数和主要生育期。

1.4.2 考种与测产

成熟期调查每个处理的有效穗数,取有代表性的10 穴,进行室内穗粒和结实率的考察,调查、取样均重复3 次。 收获前进行小区实收测产,单独脱粒、晒干、风选干净后,折合标准含水量(14.5%)计算产量。

1.4.3 稻米品质测定

每小区稻米主要品质指标数据来源于光明种业有限公司综合检测中心。

1.5 数据统计

采用SPSS 软件中单因素ANOVA 检验的Duncan 法分别对试验数据进行多组样本间差异显著性分析。 在Excel 2017 软件中输入数据,进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 氮肥对茎蘖动态

氮肥对水稻群体茎蘖消长动态具有调控效应。 不同氮肥量和氮肥基蘖肥与穗肥的配比试验表明(图1),随着前期氮肥施用量增高,水稻高峰苗数也呈现递增状态。 这说明氮肥施用促进了水稻分蘖的发生,增强了水稻分蘖能力。 氮肥试验中以高水平氮处理N7、N6 和N5 的分蘖高峰苗数较高,同样前期氮肥施用量占比高的处理(10∶0、9∶1和8∶2)分蘖高峰苗数也较高。 分蘖成穗率随着氮肥用量增加呈逐渐降低趋势,最高为空白对照N0 处理(达到83.9%),最低为N7 处理(仅为56.1%)。 在基蘖肥与穗肥配比试验中,杂交粳稻‘申优26’的分蘖成穗率则随着后期氮肥比例的增加呈现递增趋势。 由此说明前期过高的施氮量虽然能提高水稻分蘖力,但是后期会产生更多的无效分蘖,导致成穗率降低。 穗肥氮配比的增加有利于成穗率的提高。

图1 不同处理对水稻茎蘖消长动态的影响Fig.1 Effects of nitrogen application on dynamics of tiller growth and decline of rice

2.2 氮肥对穗粒结构及产量影响

2.2.1 对穗粒结构的影响

氮肥对杂交粳稻的产量结构具有较明显影响(表2)。 氮肥量试验结果表明,增加氮肥量对水稻有效穗数有明显调控作用。 以有效穗数为目标变量Y,氮肥量为x,拟合方程呈现二次曲线,Y= -0.000 4x2+0.228 2x+ 243.400 0,方程决定系数(R2=0.787 4)达到显著水平。 从方程解析可知,有效穗数随着氮肥量的增加而递增,至施氮量为285.25 kg∕hm2时,理论有效穗数最高值为308.17 万株∕hm2,再增加施氮量则有效穗数出现缓慢下降。 各处理中有效穗数最高为N4 处理,极显著高于N2、N1 和N0 处理,与N5、N6和N7 处理无差异。 在基蘖肥与穗肥氮配比试验中,有效穗数随着穗肥氮占比提高呈先增后降的趋势。试验中以T3 处理有效穗数最高,达到304.95 万株∕hm2,极显著高于T1、T4 和T5 处理,显著高于T2 处理。 从拟合方程估算,当穗肥氮占比为17.88%,理论有效穗数最高值为298.56 万株∕hm2;施氮量对总粒数和实粒数的影响趋势同于有效穗数。 本试验中N4 处理,总粒数与实粒数均为最高,分别为175.35 粒和146.8 粒,其他处理值均低于N4 处理。 其中N4 处理总粒数极显著高于其他处理,N4、N6、N7 处理间无显著差异。 N4 处理实粒数极显著高于N0、N1、N3、N6 和N7 处理,与N5 处理无显著差异。 而在基蘖肥与穗肥氮配比试验中,总粒数和实粒数随着穗肥氮占比提高呈现先增后降的特征。 处理中总粒数和实粒数以T5 处理最高,总粒数极显著高于T1、T2 和T3 处理,与T4 处理没有显著差异;实粒数T5 处理比较结果与总粒数基本一致。 在氮肥处理中,结实率随着氮肥量增加依次递减,呈现极显著负相关(r= -0.882 5)。 结实率N2、N3 和N5 处理间无显著差异,剩余处理间氮肥由低到高结实率极显著下降,主要是由于氮肥施用量的提高促进了每穗总粒数的增加,但实粒数下降所致。 在基蘖肥与穗肥氮配比试验中,各处理结实率变化较小。 结实率较高的处理为T3 和T4 处理,T2 处理的结实率显著低于T1 处理,极显著低于T3、T4 和T5 处理,T3、T4 和T5 处理间无显著差异;千粒重在氮肥量试验里各处理差异相对较小。 试验以N3 处理粒重最高,极显著高于N4 和N5 处理,显著高于N6 处理,与N0、N1、N2、和N7 处理无显著差异。 在基蘖肥与穗肥氮配比试验中,T3 处理的千粒重极显著地高于其他处理,T2 处理极显著高于T1 处理,T4 与T5 处理间无显著差异。 这表明后期穗肥氮占比对粒重的增加有明显影响。

表2 氮肥运筹对‘申优26’产量及穗粒结构的影响Table 2 Effects of nitrogen application on yield and grain structure of‘Shenyou 26’

2.2.2 对产量的影响

氮肥运筹对水稻的产量影响较大。 氮肥(x)与产量(Y)呈现二次曲线关系(图2),拟合方程Y=-0.020 6x2+9.461x+9 390.9(R2=0.912)。 随着氮肥增加,产量呈现先增后降态势,理论最高产量的纯氮施肥量为229.6 kg∕hm2,与实际施用量240 kg∕hm2产量最高较为接近,N4 处理(240 kg∕hm2)产量极显著高于其他处理,N5 和N6 处理极显著高于N7 处理,N5 产量显著高于N6 处理。 在基蘖肥与穗肥氮配比试验中(图3),穗肥氮占比(x)与产量(Y)同样呈现二次曲线关系,拟合方程Y= -1.691x2+83.590 9x+9 821.862 9(R2=0.969 1),当穗肥氮占比为20%—30%时可获取高产,T3 处理的产量显著高于T2 处理,极显著高于T1 处理,但与T4 和T5 处理无显著差异。

图2 氮肥与产量的关系Fig.2 The relationship between nitrogen and yield

图3 穗肥氮占比对产量的影响Fig.3 Effects of the ratio of panicle fertilizer on yield

2.3 氮肥对稻米主要品质的影响

2.3.1 对稻米加工、外观品质的影响

稻谷加工、外观品质是衡量稻米品质综合性状优劣的重要指标,是商品价值的重要体现。 由表3 可知,随着纯氮总施用量的增加,‘申优26’稻米的糙米率和整精米率均呈增加的趋势,相关系数分别为0.982 1 和0.899 7。 其中纯氮量为N5、N6 和N7 处理的稻米糙米率和整精米率均较高,明显高于对照(无肥区)。 垩白度则随着施氮量的增加呈现极显著降低(r= -0.948 5)。 同样施氮量为N5、N6 和N7 处理,垩白度明显低于其他处理。 由此表明,增施氮肥可提高稻谷的加工品质,同时可有效降低稻米的垩白度。在基蘖肥与穗肥氮配比试验中,穗肥氮占比对稻米的糙米率和整精米率影响较小。 随着穗肥氮占比提高,垩白度表现为增加趋势,但无明显变化规律。 不同氮肥与氮肥处理方式对米粒长度和透明度无影响。

表3 氮肥运筹对稻米加工及外观品质的影响Table 3 Effects of nitrogen application on rice processing and appearance quality

2.3.2 对稻米营养及蒸煮食味品质影响

蛋白质含量是稻米营养品质的重要指标。 由表4 可知,随着纯氮总施用量的增加,蛋白质含量呈现先增后降趋势,方程拟合为二次曲线(R2=0.787 4)。 N4 和N5 处理蛋白质含量均较高,明显高于N0、N1、N6 和N7 处理。 在基蘖肥与穗肥氮配比试验中,不同穗肥氮占比处理差异较小。 由此表明,在本试验0—285 kg∕hm2氮肥施用量范围,增施氮肥可促进籽粒营养品质提高。

表4 氮肥运筹对稻米营养及蒸煮食味品质的影响Table 4 Influence of nitrogen management on rice nutrition and cooking quality

稻米的蒸煮指标值对食味具有重要影响。 在氮肥量试验中,随着施氮量增加,碱消值呈现先增后降的趋势,曲线拟合为二次曲线(R2=0.839 0)。 在基蘖肥与穗肥氮配比试验中,随着中后期穗肥氮用量的增加,碱消值同样呈现先增后降趋势,方程拟合为二次曲线(R2=0.904 1);胶稠度反映了淀粉米胶冷却后的延展性,是评价米饭质地的物理指标之一。 在氮肥量试验中,‘申优26’胶稠度较为稳定(77.00—80.67 mm),米质较软糯,处理间差异不明显。 在基蘖肥与穗肥氮配比试验中,籽粒胶稠度与中后期穗肥氮占比呈现显著的负相关(r= -0.905 2),即中后期增加氮肥施用量会降低稻米胶稠度;施用氮肥对稻米直链淀粉含量有一定影响,随着施氮量增加直链淀粉含量有增加趋势,但差异不明显。 在基蘖肥与穗肥氮配比试验中,不同穗肥氮量处理间直链淀粉含量没有规律性变化。

3 结论与讨论

氮肥是提高水稻单产和调控籽粒品质性状重要因素[ 3-10]。 本研究通过氮肥运筹试验,明确了优质杂交粳稻新组合产量、品质性状表现特性。 在本试验范围内,增加氮肥可促进水稻单产的提高,但氮肥增至一定水平时产量增速减缓,过量氮肥施用会降低水稻单产。 在等氮量条件下,适宜的基蘖肥与穗肥氮配比可提高水稻单产,过低或过高均会降低水稻单产;在适宜的氮素基蘖肥与穗肥比例条件下,增加氮肥施用可对杂交粳稻稻米的加工、外观品质有一定改善作用,并有效促进稻米营养品质的提高。 在等氮条件下,穗肥氮占比对稻米品质影响较小;综合产量、品质及杂交粳稻的生育特性,在氮肥基蘖肥与穗肥比例以8∶2条件下,杂交粳稻新组合‘申优26’最佳氮肥施用量为240 kg∕km2;在总纯氮量270 kg∕hm2条件下,优质化栽培氮肥基蘖肥与穗肥比例以8∶2为宜。

有关氮肥对稻米外观品质的影响,本试验在氮素基蘖肥与穗肥8∶2条件下,增加氮肥施用可对杂交粳稻‘申优26’稻米的加工品质有一定改善作用,该结果与其他研究[ 2-3,8-10]结果基本一致。 其中外观品质垩白度随氮肥用量增加呈现下降趋势,与其他研究[ 5,11-12]的结论截然相反;本试验结果显示,在等氮条件下,随着后期穗肥氮增加,加工品质也有所改善,这一结果与慕永红等[ 13]的研究结论基本一致。

前人研究表明,增加氮肥用量稻米籽粒的蛋白质呈现增加趋势[ 3,5-7,9-15],但本试验中,当氮素用量为240—285 kg∕hm2时,蛋白质含量为最高,之后呈现下降趋势。 在等氮量条件下,氮肥后移对于蛋白质含量没有明显变化;在本试验范围内,增施氮肥和后期穗肥氮比重对籽粒的稻米的直链淀粉、胶稠度及碱消值的影响较小。

综合本试验结果,氮肥运筹对水稻的产量和品质的调控作用显现,但品种基因型背景和种植区域环境差异对试验结果影响较大[ 16]。 本研究初步探明了氮肥运筹对杂交粳稻‘申优26’的产量、产量构成因素及主要品质性状的影响,但对籽粒食味、黏度等品质性状及相互间的关系尚未作进一步分析,试验结果尚作初探。 故后续将进一步探明氮肥运筹优化条件,系统研究杂交粳稻稻米品质性状间的相互关系,为上海地区杂交粳稻的优质化栽培提供技术支撑。