减氮增密对籼粳杂交稻产量和稻米品质的影响

张 凯，陈明睿，刘秋员

（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）

氮素是水稻生长所必需的重要营养成分，合理的施用氮肥可以创建高产水稻群体，显著提高水稻单产[1-8]。我国稻田单季氮肥用量显著高出世界平均用量，高氮投入不仅会增加水稻生产成本，而且在增加后期倒伏和减产风险的同时，还会导致环境污染的加剧以及食味品质的降低[9-10]。目前，农业氮污染源头控制的主要方式之一是减氮，但由于长期大水大肥的管理模式导致了水稻对大水大肥的依赖性，简单地推行减少化学氮肥的措施往往会导致水稻穗数降低而减产。在减氮条件下适度增加种植密度是促进水稻生长、确保水稻单产稳定甚至进一步提高的重要措施[11-14]。

籼粳杂交稻不同于传统的籼稻和粳稻，是一种新型的水稻品种，其产量高、品质好、适应性强，越来越受到人们的关注[15]。研究发现，籼粳杂交稻获得最高生产力对应的施氮量在262.5～300.0 kg/hm2，比籼稻高出近17%[16]。与此同时，也有研究进一步证实，籼粳杂交稻产量达到最高时，其施氮量大多在300 kg/hm2左右，明显高于一般水稻的氮肥施用量[17-18]。因此，在全面推进农业绿色可持续发展的大背景下，亟需解决籼粳杂交稻减氮不减产的问题。随着人们生活水平提高，对稻米品质的要求越来越高。但纵观前人研究，有关籼粳杂交稻的减氮研究以及减氮对稻米品质的影响研究鲜有报道。为此，以籼粳杂交稻甬优2640 和甬优15 为材料，研究减氮增密对籼粳杂交稻产量和稻米品质的影响，以期为籼粳杂交稻的绿色高产栽培提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地点和试验材料

试验于2022 年在河南省信阳市浉河区吴家店镇聂家塆进行，土壤质地为黏土，土壤有机质含量20.19 g/kg、全氮含量2.52 g/kg、碱解氮含量83.14 mg/kg、速效磷含量20.12 mg/kg、速效钾含量79.25 mg/kg。

供试水稻品种为籼粳杂交稻甬优2640和甬优15。

1.2 试验设计

试验共设5 个处理，分别为常规氮肥水平（纯N 300 kg/hm2）下每穴2 苗（T1），减氮水平（纯N 225 kg/hm2）下每穴2 苗（T2）、3 苗（T3）、4 苗（T4）、5 苗（T5），具体试验处理见表1。5个处理的氮肥均按基肥∶分蘖肥∶穗肥＝3.5∶3.5∶3 施用，其中，分蘖肥于移栽后7 d施用，穗肥于倒四叶期和倒二叶期分2次等量施用。各处理氮肥均为尿素（含N 46.0%），均施过磷酸钙（含P2O514.0%）1 200 kg/hm2、氯化钾（含K2O 60.0%）600 kg/hm2。其中，过磷酸钙一次性基施，氯化钾分别于耕翻前、拔节期等量施入。4月30 日播种，采用毯苗湿润育秧，5 月25 日移栽，栽插穴行距均为12 cm×30 cm，小区面积15 m2，每个处理重复3 次。处理之间做埂隔开，用塑料薄膜覆盖埂体，保证各小区单独排灌，其他管理措施均按照高产栽培要求实施。

表1 不同处理水稻施氮量及种植密度Tab.1 Nitrogen application rate and planting density of rice of different treatments

1.3 测定项目及方法

1.3.1 产量及其构成因素 成熟期，每小区选取60穴测定有效穗数，并取5穴测定穗粒数、结实率和千粒质量，实收测产。

1.3.2 稻米品质 将收获的稻谷晒干后选取1 kg，室内贮藏3个月，用于稻米品质测定。参照《米质测定方法》（NY/T 83—2017）测定糙米率、精米率、整精米率；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）采用万深SC-E 大米外观品质检测仪测定垩白粒率、垩白度。蛋白质含量参照《食品中蛋白质的测定方法》（GB 5009.5—2016）测定。清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量参照ZHU 等[19]方法测定。采用澳大利亚Newport Scientific 仪器公司生产的Super3型RVA快速黏度分析仪测定RVA谱特征值[峰值黏度、热浆黏度、最终黏度、崩解值（峰值黏度-热浆黏度）、消减值（最终黏度-峰值黏度）]。直链淀粉含量参照《稻米直链淀粉含量的测定分光光度法》（NY/T 2639—2014）测定。使用总淀粉含量测定试剂盒（Megazyme，Bray，爱尔兰）测定米粉中的总淀粉含量。计算支链淀粉含量:支链淀粉含量=总淀粉含量-直链淀粉含量。采用米饭食味计（STA1A，日本佐竹公司）测定米饭的食味值，剩余米饭用SMS Texture Analyzer 物性分析仪P/36R 探头测定冷饭的硬度、弹性、黏度、平衡度。

1.4 数据处理

运用Excel 2016 软件进行数据处理，利用SPSS 23.0软件采用LSD法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 减氮增密对籼粳杂交稻产量及其构成因素的影响

由表2 可知，2 个水稻品种的产量及其构成因素在不同处理之间存在显著差异。2个水稻品种各减氮处理的产量均随着密度的增加呈先增加后降低的趋势，以T3 处理最高。与T1 处理相比，2 个水稻品种各减氮处理中只有T3 处理产量显著高于T1处理，甬优2640 和甬优15 分别提高7.03% 和6.59%；T2、T4、T5 处理均显著下降，尤其是T5 处理下降幅度最大，甬优2640 和甬优15 分别降低20.15%和19.77%。从产量构成因素来看，2 个水稻品种各减氮处理有效穗数、穗粒数和结实率均随着密度的增加呈先增加后降低的趋势，以T3 处理最高。与T1 处理相比，2 个水稻品种T3 处理有效穗数、穗粒数均显著提高，结实率和千粒质量均无显著差异；T2 处理有效穗数和结实率均显著降低，穗粒数和千粒质量均无显著差异；T4 处理穗粒数、结实率和千粒质量均显著降低，有效穗数无显著差异；T5处理有效穗数、穗粒数、结实率和千粒质量均显著降低。综上，2个水稻品种产量均以T3处理最高。

表2 减氮增密对籼粳杂交稻产量及其构成因素的影响Tab.2 Effects of reduced nitrogen application rate with increased density on yield and its components of indica-japonica hybrid rice

2.2 减氮增密对籼粳杂交稻稻米品质的影响

2.2.1 加工和外观品质 由表3 可得，加工品质方面，2个水稻品种各减氮处理的糙米率、精米率和整精米率均随着种植密度的增加总体呈下降趋势。与T1 处理相比，2 个水稻品种各减氮处理的糙米率、精米率和整精米率均显著降低，其中整精米率的下降幅度分别为3.92%～7.07%（甬优2640）和2.65%～5.11%（甬优15）。外观品质方面，2 个水稻品种各减氮处理的垩白粒率和垩白度均随着密度的增加呈增加趋势。与T1 处理相比，2 个水稻品种各减氮处理的垩白粒率和垩白度总体上均增加，其中垩白度增加幅度分别为3.99%～12.29%（甬优2640）和3.85%～16.08%（甬优15）。综上，2 个水稻品种稻米品质以T1处理最佳，T2、T3处理次之。

表3 减氮增密对籼粳杂交稻加工和外观品质的影响Tab.3 Effects of reduced nitrogen application rate with increased density on processing quality and appearance quality of indica-japonica hybrid rice%

2.2.2 营养品质 由表4 可知，2 个水稻品种各减氮处理的蛋白质及其组分含量均随着密度的增加呈下降趋势。与T1 处理相比，除甬优15 T2—T4 处理清蛋白含量、T2—T3 处理球蛋白含量及甬优2640 T2—T4 处理醇溶蛋白含量外，2 个水稻品种各减氮处理的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白以及总蛋白质含量均显著降低，其中总蛋白质含量的下降幅度分别为2.84%～11.26%（甬优2640）和3.85%～9.15%（甬优15）。

表4 减氮增密对籼粳杂交稻蛋白质及其组分含量的影响Tab.4 Effects of reduced nitrogen application rate with increased density on contents of protein and its components of indica-japonica hybrid rice%

2.2.3 蒸煮食味品质 由表5 可知，2 个水稻品种各减氮处理的直链淀粉含量、支链淀粉含量、总淀粉含量均随着密度的增加呈现降低趋势，总体上均低于T1处理。与T1处理相比，2个水稻品种直链淀粉含量的下降幅度分别为3.65%～13.66%（甬优2640）和0.50%～13.42%（甬优15）。

表5 减氮增密对籼粳杂交稻淀粉含量的影响Tab.5 Effects of reduced nitrogen application rate with increased density on starch content of indica-japonica hybrid rice%

由表6 可知，随着密度的增加，2 个水稻品种各减氮处理米饭的硬度均呈显著降低趋势，黏度呈显著增加趋势，弹性和平衡值总体上在各减氮处理间均无显著差异。与T1 处理相比，2 个水稻品种各减氮处理米饭的硬度均显著降低，黏度总体上均显著增加。食味值方面，2 个水稻品种各减氮处理的食味值均随着密度的增加呈显著增加的趋势，且总体上均显著高于T1处理。

表6 减氮增密对籼粳杂交稻食味品质的影响Tab.6 Effects of reduced nitrogen application rate with increased density on eating quality of indica-japonica hybrid rice

2.2.4 RVA 谱特征值 由表7 可以看出，2 个水稻品种各减氮处理的热浆黏度、消减值均随着密度的增加表现出逐渐升高的趋势，而最终黏度表现出逐渐降低的趋势。峰值黏度、崩解值均随密度的增加无明显的变化规律。与T1 处理相比，2 个水稻品种各减氮处理的峰值黏度均显著降低，而消减值均显著增加，最终黏度除T2 处理外均显著降低，热浆黏度T2 和T3 处理均显著降低，崩解值除T4 处理外均显著降低。

表7 减氮增密对籼粳杂交稻RVA谱特征值的影响Tab.7 Effects of reduced nitrogen application rate with increased density on RVA profiles of indica-japonica hybrid ricecP

3 结论与讨论

3.1 减氮增密对籼粳杂交稻产量的影响

研究发现，适量的增施氮肥可增加水稻穗数、穗粒数、结实率，从而增加水稻产量；但施氮量超过一定值后，产量下降[20-22]。水稻产量随密度增加先增加后降低，不同类型水稻有其适宜的密度范围[23-25]。秦俭等[26]研究发现，提高移栽密度、减少施氮量可兼顾水稻高产和氮肥高效利用。徐春梅等[27]进一步研究发现，最佳的施氮量和密度组合可提高抽穗期的茎鞘质量和总干质量，有利于减缓叶片的衰老，提高抽穗后的干物质生产量。在本研究中，T1 和T2 两个处理的密度是相同的，但施氮量分别为300 kg/hm2和225 kg/hm2，T2 处理的水稻产量、有效穗数和结实率均显著低于T1 处理，这与前人[20-22]研究结果相似。研究发现，在减氮的前提下适当增加种植密度能有效提高水稻群体分蘖数，使成熟期单位面积穗数提升[28]。本研究结果表明，各减氮处理的产量、有效穗数、穗粒数和结实率均随着密度的增加呈先增加后降低的趋势，以T3 处理最高，说明减氮条件下适当增加种植密度能更有效地提升水稻有效穗数，从而提高产量，这与前人[28]研究结果相同。此外，虽然减氮增密对结实率和千粒质量有负作用，但由于增加种植密度显著增加了水稻有效穗数，提升水稻总颖花数，增加了库容，达到了增产的效果。

3.2 减氮增密对籼粳杂交稻稻米品质的影响

本研究中，2 个水稻品种各减氮处理的糙米率、精米率和整精米率总体上均随着密度的增加而下降，垩白粒率和垩白度均随着密度的增加而增加，表明对于籼粳杂交稻而言，过高的种植密度会使稻米的加工和外观品质变差，分析其原因，可能是密度变大导致植株之间的空隙减少，从而影响植株间的透光通气性，使加工品质和外观品质受影响[29]。

不同水稻品种之所以具有不同的蒸煮食味品质，主要是因为其淀粉（直链淀粉、支链淀粉）、蛋白质等组成成分的含量及其配比不同。在本研究中，减少施氮量后，淀粉含量、蛋白质及其组分含量均降低。且在减氮处理中，2 个籼粳杂交稻品种的淀粉含量、蛋白质及其组分含量均随着密度的增加而下降，这与前人[30-32]研究结果相似。但有些研究与本研究结论并不一致，指出成熟期稻米直链淀粉含量随机插密度增加呈先下降后上升的趋势，支链淀粉含量则不断下降[33]，稻米籽粒中的蛋白质含量随着种植密度的增加而增加[34]。一般认为，直链淀粉含量低、胶稠度大的稻米，其在蒸煮过程中米饭的胀性小、黏性大，口感相对较软。增加稻米中的蛋白质含量，则会增加米饭的硬度，降低食味品质[35]。这与本研究结果一致，本研究在减氮条件下增加密度，米饭的蛋白质及其组分含量降低，淀粉含量也随之降低，最终导致米饭硬度降低，食味值增加，提高稻米的食味品质。

综合本研究结果来看，对于籼粳杂交稻而言，在施氮量为225 kg/hm2条件下，采用穴行距为12 cm×30 cm，每穴3苗，可以达到高产优质的效果。