栽培因素對(duì)寒地超級(jí)稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

劉傳增

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院齊齊哈爾分院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

超級(jí)稻是指在抗性和米質(zhì)與對(duì)照品種（組合）相仿的基礎(chǔ)上，產(chǎn)量有大幅度提高的新品種（組合）。科學(xué)合理的肥料運(yùn)籌和適宜的種植密度是獲取水稻高產(chǎn)的重要栽培措施，在生產(chǎn)中必須根據(jù)水稻生理特性，協(xié)調(diào)各元素施用量以及與密度關(guān)系，才會(huì)使水稻產(chǎn)量潛力得到充分發(fā)揮；同時(shí)稻米品質(zhì)特性除受遺傳因素控制外，受營(yíng)養(yǎng)元素影響較大，但不同品種對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的敏感程度存在差異[1]。因此如何通過(guò)栽培因子將超級(jí)稻的高產(chǎn)、廣抗、優(yōu)質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮出來(lái)尤為重要。多年來(lái)，對(duì)于提高水稻產(chǎn)量、品質(zhì)問(wèn)題前人做了大量研究，并提出許多有價(jià)值的結(jié)論。崔玉亭等研究認(rèn)為，水稻產(chǎn)量和品質(zhì)性狀都與參試品種特性有關(guān)[2]；王伯倫等認(rèn)為適當(dāng)稀播，少本插或擴(kuò)大穴距，容易獲得高產(chǎn)[3]；還有研究認(rèn)為水稻品質(zhì)好壞主要體現(xiàn)在蛋白質(zhì)、淀粉、直鏈淀粉、粘稠度等的含量狀況[4-6]。但這些研究大多是針對(duì)品種類(lèi)型、施肥量、水分等單一因子，或營(yíng)養(yǎng)元素、播種量以及栽培密度等多因子對(duì)產(chǎn)量的影響進(jìn)行，而對(duì)于多因子處理?xiàng)l件下品質(zhì)的變化規(guī)律研究較少，且對(duì)寒地超級(jí)稻的綜合研究更少。對(duì)此，本試驗(yàn)選用有較大推廣面積和廣泛代表性的寒地超級(jí)稻品種龍粳21為試材，采用三因素的回歸設(shè)計(jì)和相關(guān)分析對(duì)水稻的產(chǎn)量、品質(zhì)進(jìn)行研究，旨在為寒地超級(jí)稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種為龍粳21。試驗(yàn)于2010年在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院齊齊哈爾分院試驗(yàn)田進(jìn)行，供試土壤理化性狀：有機(jī)質(zhì)27.8 g·kg-1，全氮1.22 g·kg-1，堿解氮 113.5 mg·kg-1，速效氮 26.3 mg·kg-1，速效鉀117.4 mg·kg-1， pH 7.2。 該 地 區(qū) 年 積 溫 2 500～2 700℃，年降雨量在400～550 mm之間，生長(zhǎng)期降水量一般在350～480 mm之間，占年降水量的85%以上。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)進(jìn)行田間小區(qū)試驗(yàn)，進(jìn)行不同氮肥、鉀肥施用量及不同密度三因素對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究，共20個(gè)小區(qū)，因子編碼水平見(jiàn)表1。氮肥施用時(shí)期及比例為底肥∶返青分蘗肥∶穗肥∶粒肥＝3∶3∶3∶1，鉀肥施用時(shí)期及比例為底肥一半，齊穗后一半，磷肥為底肥一次性施入純磷（P2O5）46.0 kg·hm-2，各處理相同。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

成熟期每處理選6 m2實(shí)割進(jìn)行產(chǎn)量實(shí)測(cè)。稻米品質(zhì)主要考察蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量、膠稠度、整精米率、堊白米率、堊白度和食味評(píng)分，各指標(biāo)均參考《中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)（NY 147-88）米質(zhì)測(cè)定方法》進(jìn)行測(cè)定。所得數(shù)據(jù)采用Excel 2003處理，并采用DPS 8.01進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

表1 因子編碼與實(shí)際水平Table1 Factor code and the actual level

2 結(jié)果與分析

2.1 栽培因子對(duì)超級(jí)稻產(chǎn)量的影響

2.1.1 產(chǎn)量與各因子數(shù)學(xué)模型的建立和檢驗(yàn)

將表2中龍粳21的試驗(yàn)結(jié)果錄入DPS軟件，得到數(shù)學(xué)模型回歸方程：

從表3中可以看出，對(duì)建立的方程進(jìn)行失擬性檢驗(yàn)（P＞0.05），失擬不顯著，表明其他試驗(yàn)因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響不大；對(duì)方程顯著性檢驗(yàn)（P＜0.01），回歸方程極顯著，說(shuō)明回歸方程與實(shí)際情況擬合的較好，且選擇的因素（水平）是恰當(dāng)?shù)模瑹o(wú)失控因子，可以進(jìn)行預(yù)報(bào)。得出剔除a＝0.10顯著水平不顯著的項(xiàng)，簡(jiǎn)化后的回歸方程：

2.1.2 單因子效應(yīng)分析

由于回歸設(shè)計(jì)中各因子處理均已經(jīng)過(guò)無(wú)量線性編碼，偏回歸系數(shù)已標(biāo)準(zhǔn)化，其絕對(duì)值的大小可直接反映謀劃變量（Xi）對(duì)產(chǎn)量（Y）效應(yīng)的作用程度。根據(jù)所建數(shù)學(xué)模型，本試驗(yàn)中各因素對(duì)產(chǎn)量影響的大小順序?yàn)椋旱适┯昧浚╔2）＞密度（X1）＞鉀肥施用量（X3），說(shuō)明決定龍粳21產(chǎn)量的主要因子是氮肥施用量和種植密度，其次為鉀肥施用量。

對(duì)各因子與產(chǎn)量的效應(yīng)做進(jìn)一步分析，采用降維法將其余各因子假定在0水平，導(dǎo)出某一變量與產(chǎn)量的關(guān)系式：

在-1.6818～1.6818水平編碼范圍內(nèi)，對(duì)各因子與產(chǎn)量的關(guān)系作函數(shù)圖形。從圖1可以看出，氮肥對(duì)于水稻增產(chǎn)作用明顯，但是一味增加氮肥施用量產(chǎn)量不增反降，氮肥施用量過(guò)少則前期營(yíng)養(yǎng)不足、分蘗較差達(dá)不到有效穗數(shù)，產(chǎn)量大幅下降；氮肥施用量過(guò)多則前期生長(zhǎng)過(guò)旺、無(wú)效分蘗多、生育期延遲易貪青晚熟，產(chǎn)量同樣不會(huì)高。由于龍粳21穗粒數(shù)多、結(jié)實(shí)率較高但分蘗力不是很強(qiáng)，所以插秧密度對(duì)產(chǎn)量影響較大。

表2 二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)的試驗(yàn)結(jié)果Table2 Results of quadratic general rotatory combination design (kg·hm-2)

表3 試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table3 Variance analysis of test results

2.1.3 互作效應(yīng)分析

利用已建立的3因素?cái)?shù)學(xué)模型，把X3固定在0水平，便可獲得X1和X2對(duì)產(chǎn)量的效應(yīng)子模型：Y＝608.95+41.69X1+46.2X2-0.53X12-25.1X22+9.13X1X2；把X2固定在0水平，便可獲得X1和X3對(duì)產(chǎn)量的效應(yīng)子模型Y＝608.95+41.69X1+28.11X3-0.53X12-3.36X32+5.38X1X3；把X1固定在0水平，便可獲得X2和X3對(duì)產(chǎn)量子模型：Y＝608.95+46.2X2+28.11X3-25.1X22-3.36X32+1.88X2X3，將各因子的不同取值代入方程計(jì)算產(chǎn)量并繪成圖。

從圖2插秧密度與氮肥互作對(duì)水稻產(chǎn)量的影響可以看出，密度和氮肥互作與產(chǎn)量呈正相關(guān)，無(wú)論氮肥在什么水平，產(chǎn)量都會(huì)隨著密度的增加而增加，在低密度時(shí)產(chǎn)量會(huì)隨著氮肥增加而不斷增加，而在高密度時(shí)氮肥超過(guò)1.000水平產(chǎn)量又會(huì)下降，最高值出現(xiàn)在密度1.6818水平和氮肥1.000水平時(shí)，為700.056。因此可以得出高密度和中高水平的氮肥相互配合更容易獲得較高的產(chǎn)量。

從圖3插秧密度與鉀肥互作對(duì)水稻產(chǎn)量的影響可知，密度和鉀肥互作與產(chǎn)量呈正相關(guān)，當(dāng)鉀肥在低水平時(shí)產(chǎn)量隨著密度的增加變化不明顯，當(dāng)鉀肥在高水平時(shí)產(chǎn)量會(huì)隨著密度的增加而顯著提高，最高值出現(xiàn)在密度1.6818水平和鉀肥1.6818水平時(shí)，最大值為726.109。因此可以得出高密度和高水平的鉀肥相互配合更容易獲得較高的產(chǎn)量。

圖1 單因子產(chǎn)量的函數(shù)關(guān)系Fig.1 Function of factors and yield

圖2 插秧密度與氮肥量對(duì)產(chǎn)量的影響Fig.2 Effects of planting density and nitrogen fertilizer on yield

圖3 插秧密度與鉀肥量對(duì)產(chǎn)量的影響Fig.3 Effects of planting density and potassium fertilizer on yield

從圖4氮肥與鉀肥互作對(duì)水稻產(chǎn)量的影響可以看出，氮肥和鉀肥互作與產(chǎn)量呈正相關(guān)，當(dāng)鉀肥在低水平時(shí)產(chǎn)量都會(huì)隨著氮肥的增加而先增加后明顯下降，當(dāng)鉀肥在高水平時(shí)產(chǎn)量會(huì)隨著氮肥增加而增加，并且在氮肥超過(guò)1.000水平產(chǎn)量下降不明顯，可見(jiàn)高鉀肥可以緩解高氮肥對(duì)產(chǎn)量造成的不利影響，最高值出現(xiàn)在氮肥1.000水平和鉀肥1.6818水平時(shí)，最大值為677.281。因此可以得出中高氮肥和高水平的鉀肥相互配合更容易獲得較高的產(chǎn)量。

圖4 氮肥量與鉀肥量對(duì)產(chǎn)量的影響Fig.4 Effects of nitrogen and potassium fertilizer on yield

2.1.4 栽培方案的模擬尋優(yōu)

利用簡(jiǎn)化產(chǎn)量為目標(biāo)的回歸方程在-1.6818≤Xi≤1.6818區(qū)間中用計(jì)算機(jī)尋求最高產(chǎn)量的栽培方案，得到最高指標(biāo)時(shí)各個(gè)因素組合：X11.6820、X21.0000、X31.6820、Ymax747.4200。但在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，優(yōu)化的因素組合若固定在某一個(gè)具體取值時(shí)，操作較難，可行性不強(qiáng)，只有在一定變化范圍內(nèi)獲得某一目標(biāo)產(chǎn)量的栽培技術(shù)措施組合，才具有應(yīng)用價(jià)值。利用頻數(shù)分析法，對(duì)其產(chǎn)量大于685.0 kg·hm-2的13個(gè)方案進(jìn)行頻數(shù)分析，從表4可以看出：龍粳21號(hào)產(chǎn)量大于685.0 kg·hm-2的栽培方案為:密度26.1～27.7穴·m-2、施氮量8.4～10.9 kg·hm-2、施鉀量5.1～6.3 kg·hm-2。按此栽培方案有95%的可能高于685.0 kg·hm-2。

表4 大于685.0 kg·hm-2的13個(gè)方案中各個(gè)因子取值及頻率分布Table4 Frequency distribution for different variable levels above 685.0 kg·hm-2Longjing21 yield

2.2 栽培因素對(duì)超級(jí)稻品質(zhì)的影響

2.2.1 各因子與水稻主要品質(zhì)性狀的關(guān)系

此試驗(yàn)采用二次多項(xiàng)式逐步回歸法來(lái)分析不同肥料密度對(duì)水稻品質(zhì)性狀的影響，從多元回歸模型可以看出（見(jiàn)表5），各回歸方程的決定系數(shù)（R2）都在0.6以上，表明所得的回歸方程具有較高的決定程度。蛋白質(zhì)含量會(huì)隨著施氮量的增加而提高，二者呈顯著正相關(guān)關(guān)系，密度的增加會(huì)降低蛋白質(zhì)含量。直鏈淀粉含量隨施鉀量和施氮量增加而先降低后上升，隨密度增加而下降，但不明顯。膠稠度有隨著密度、施氮量、施鉀量的增加而下降的趨勢(shì)，尤其是與施氮量呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此施肥過(guò)多或者插秧過(guò)密都會(huì)降低膠稠度，使得米飯變硬。

表5 處理因子與主要品質(zhì)性狀間的多元回歸模型Table5 Multiple regression model of processing factor on the main quality traits

整精米率隨施鉀量的增加而顯著提高，但與施氮量和密度均呈先上升后下降的二次曲線關(guān)系。堊白米率、堊白度隨氮肥增加而先下降后上升，增加密度會(huì)提高堊白米率；兩個(gè)品種密度與施氮量的交互項(xiàng)都為負(fù)值，表明在施氮量過(guò)多情況下降低密度可以降低堊白米率、堊白度。分析其原因發(fā)現(xiàn)，氮肥施用量過(guò)少則群體生長(zhǎng)不足，造成整精米率下降，堊白米率、堊白度上升；相反氮肥施用量過(guò)多，則群體生長(zhǎng)過(guò)旺，田間通風(fēng)透光條件差，病害及倒伏加重，群體惡化，生育期延遲，易貪青晚熟水稻灌漿不充分，同樣會(huì)降低整精米率和增加堊白米率、堊白度。

2.2.2 主要品質(zhì)性狀間及與食味評(píng)分的相關(guān)分析

從主要品質(zhì)性狀與食味評(píng)分的相關(guān)性分析可以看出（見(jiàn)表6），蛋白質(zhì)含量和直鏈淀粉含量對(duì)食味評(píng)分有顯著的負(fù)相關(guān)作用，相關(guān)系數(shù)分別為-0.5328和-0.0598；膠稠度與食味評(píng)分呈極顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.8762；整精米率、堊白米率及堊白度對(duì)食味評(píng)分無(wú)顯著關(guān)系，影響相對(duì)較小。品質(zhì)性狀與食味評(píng)分的影響程度順序?yàn)椋耗z稠度＞蛋白質(zhì)含量＞堊白米率＞直鏈淀粉含量＞整精米率＞堊白度，可以看出影響食味評(píng)分的主要性狀是膠稠度，其次為蛋白質(zhì)含量等。但是蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量都與膠稠度呈顯著的負(fù)相關(guān)，增加施氮量可以提高稻米的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，但卻降低了膠稠度，從而降低稻米食味品質(zhì)，所以要平衡蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量和膠稠度，就要選擇適量的氮肥，鉀肥也不宜過(guò)高。

表6 主要品質(zhì)性狀間及與食味評(píng)分的相關(guān)系數(shù)Table6 Correlation coefficients between the main quality traits and taste scores

整精米率與堊白米率和堊白度之間都存在極顯著的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.6750和-0.7119，由于較高或較低氮肥情況下都會(huì)降低整精米率及增加堊白米率、堊白度，因此只要合理的施用氮肥，可以同時(shí)獲得較高的整精米率和較低的堊白米率、堊白度。

2.2.3 主要品質(zhì)性狀與食味評(píng)分的通徑分析

通過(guò)各主要品質(zhì)性狀間及與食味評(píng)分的相關(guān)分析明確了總的作用程度，但這是一種平行關(guān)系，為進(jìn)一步分析品質(zhì)性狀對(duì)食味評(píng)分的具體作用途徑及方式，筆者采用了通徑分析，其結(jié)果列于表7。

表7 主要品質(zhì)性狀與食味評(píng)分的通徑系數(shù)Table7 Path coefficients between the main quality traits and taste scores

由表7可知，膠稠度對(duì)食味評(píng)分直接作用最大，間接作用較小，說(shuō)明主要以直接作用影響食味評(píng)分；蛋白質(zhì)含量直接作用和間接作用都有一定影響，間接作用主要通過(guò)堊白米率和膠稠度的負(fù)相關(guān)作用來(lái)影響食味評(píng)分；直鏈淀粉含量則間接作用明顯大于直接作用，并且主要是通過(guò)膠稠度來(lái)影響食味評(píng)分的。整精米率、堊白米率及堊白度對(duì)食味評(píng)分影響較小并且主要是通過(guò)膠稠度的間接作用。由此可以看出膠稠度是直接和間接影響食味評(píng)分的最主要因子，要提高稻米的食味評(píng)分必須先提高膠稠度，協(xié)調(diào)好蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量和膠稠度之間矛盾。在最優(yōu)的栽培方案內(nèi)，應(yīng)盡量降低肥料和密度來(lái)提高稻米的食味評(píng)分。

3 討論與結(jié)論

王慧新等研究結(jié)果表明，產(chǎn)量與氮肥施用量呈二次曲線趨勢(shì)，氮肥施用量過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致水稻產(chǎn)量下降[7]。戴平安等研究認(rèn)為在一定范圍內(nèi)施氮量與產(chǎn)量呈單峰曲線[1]。這些與本試驗(yàn)的研究結(jié)果一致，此研究中產(chǎn)量最高時(shí)氮肥出現(xiàn)在1水平。單因素試驗(yàn)結(jié)果也表明，氮肥對(duì)于水稻增產(chǎn)作用明顯，但過(guò)高或過(guò)低施用氮肥均很難獲得高產(chǎn)。

此研究結(jié)果表明各因素對(duì)龍粳21產(chǎn)量影響順序?yàn)椋旱适┯昧浚╔2）＞密度（X1）＞鉀肥施用量（X3），可見(jiàn)影響產(chǎn)量的最重要因子是氮肥施用量，這正與薛應(yīng)征等研究一致[8-10]；但是在本試驗(yàn)中，密度對(duì)產(chǎn)量影響作用大于鉀肥，這是由于龍粳21相對(duì)分蘗力不強(qiáng)，密度的變化會(huì)造成其產(chǎn)量的大幅波動(dòng)，這與吳春贊等研究結(jié)果相似[11]，但與薛應(yīng)征等研究不同[8]。由此可見(jiàn)不同類(lèi)型品種對(duì)密度的反應(yīng)不同，不能一概而論。

金正勛等研究認(rèn)為增加氮肥會(huì)降低稻米的直鏈淀粉含量[12]；張國(guó)發(fā)等研究認(rèn)為鉀肥與直鏈淀粉含量呈顯著的負(fù)相關(guān)[13]，這與此試驗(yàn)研究結(jié)果不同。本試驗(yàn)認(rèn)為氮肥和鉀肥與直鏈淀粉含量呈二次曲線關(guān)系，這有可能是因?yàn)樗x擇的品種類(lèi)型不一樣，得出的結(jié)論有所不同。大部分研究認(rèn)為氮肥可以顯著增加蛋白質(zhì)含量，這與本試驗(yàn)結(jié)果一致，但施氮、鉀肥過(guò)多或者插秧過(guò)密都會(huì)降低膠稠度，從而降低食味品質(zhì)。此研究還發(fā)現(xiàn)整精米率、堊白米率、堊白度與氮肥呈二次曲線關(guān)系，鉀肥可以提高整精米率，在高密度情況下整精米率往往較低。通過(guò)相關(guān)分析和通徑分析，筆者發(fā)現(xiàn)，膠稠度是直接和間接影響食味評(píng)分的最主要因子，因此要提高稻米的食味評(píng)分必須先提高膠稠度，這就要求在最優(yōu)的栽培方案內(nèi)，盡量降低肥料和密度來(lái)提高稻米的食味評(píng)分。此研究覺(jué)得堊白米率、堊白度對(duì)食味評(píng)分作用不明顯，直鏈淀粉含量與食味評(píng)分直接相關(guān)不明顯，并且施肥時(shí)期的變化，排灌水方式的不同都可能引起稻米品質(zhì)的變化，有待進(jìn)一步研究。

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