施氮量與移栽密度互作對墾粳7號稻米品質的影響

蘭宇辰, 郭曉紅*, 李猛, 趙洋, 李曉蕾, 姜紅芳,王鶴瓔, 徐令旗, 張曉寧, 呂艷東

(1.黑龍江八一農墾大學農學院, 黑龍江省現代農業栽培技術與作物種質改良重點實驗室, 黑龍江 大慶 163319; 2.牡丹江市農業技術推廣總站, 黑龍江 牡丹江 157000; 3.北大荒墾豐種業股份有限公司, 哈爾濱 150090)

水稻是我國的重要糧食作物之一，產量居世界第一，也是我國種植面積最大、單產最高的主要農作物[1]，在我國糧食生產和消費上占主導地位。近年來，隨著人民物質生活水平的提高，稻米品質逐漸受到人們的重視[2]。在保證產量的同時，提高稻米品質成為農業生產上的一大難題。氮素與移栽密度是調節水稻植株性狀，影響產量及品質的重要限制因子。氮素是水稻生長發育必需的三大營養元素之一，在水稻栽培過程中氮素的施入是不可或缺的，氮素營養狀況直接影響水稻的產量和品質[3-4]。傳統水稻生產中增施氮肥是提高水稻產量的關鍵措施之一[5]。圍繞著水稻氮代謝與產量的關系，前人展開了廣泛的研究，總結出提高水稻產量的科學施氮方法[6-8]，但皆注重于產量的提高，對于稻米品質的研究較少。同時，我國水稻生產過程中，氮肥的使用存在著諸多不合理性[9]。生產上，氮肥以基施為主，大量施用，利用率低下[10]，導致水稻前期群體過大，后期倒伏減產、養分大量流失、溫室氣體大量排放、資源大量浪費等問題。我國水稻田間施氮量普遍偏高[11]，為保證水稻氮素營養合理分配，保證產量及品質，移栽密度的調控同樣重要。移栽密度一直是農業工作者用于調節群體結構、提高產量、降低成本的一種手段[12-13]。但隨著農業發展的機械化程度提高，以及青壯年勞動力向城鎮轉移和勞動力成本的上升，我國水稻趨于稀植化，且種植密度呈下降趨勢。因多年實踐與改進,稀少平栽培技術[14]、水稻旱育稀植栽培技術[15]等一些高產栽培技術體系已非常成熟，但基于特定品種和特定生態環境及氣候，量化不足[16]。嚴光彬等[17]研究表明，在密植、稀植、超稀植栽插條件下，稻米的加工品質和外觀品質會隨著移栽密度的增加而提高。前人關于氮密互作的研究主要針對于產量及其群體結構。嚴凱等[18]認為施氮300 kg·hm-2、移栽密度為33.3萬穴·hm-2時，可以獲得相對優質的最高產量。鄧中華等[19]認為移栽密度為22.1 萬穴·hm-2同時施氮量為194.9 kg·hm-2是實現水稻高產高效、節氮、省工栽培的合理組合。合理的施用氮肥和合適的移栽密度對于水稻穩產具有至關重要的作用。但對于水稻移栽密度及施氮量的互作研究，主要集中在氮密互作對產量及產量構成因素的影響。氮密互作對于寒地水稻品質影響的研究很少，還需要進一步探究。為此，針對寒地特殊生態條件，本試驗以耐鹽堿墾粳7號為試驗材料，設置了5種不同施氮水平和3種移栽密度水平，進行氮密互作試驗，比較了不同氮密互作處理對墾粳7號品質的影響，旨在為探究寒地水稻合理的栽培措施、改善稻米品質提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種為墾粳7號(主莖12片葉)，由黑龍江八一農墾大學水稻中心選育。供試肥料為尿素(含N 46%)、重過磷酸鈣(含P2O546%)、硫酸鉀(含K2O 50%)。

1.2 試驗區概況

試驗于2018年在黑龍江省大慶市王家圍子試驗基地進行(東經125°07′39.56″，北緯46°40′49.03″)。試驗田塊為蘇打鹽堿土，0—20 cm 土壤養分含量有機質36.20 g·kg-1，全氮2.00 g·kg-1，全磷0.65 g·kg-1，全鉀20.16 g·kg-1，堿解氮155.75 mg·kg-1，有效磷29.87 mg·kg-1，速效鉀127.06 mg·kg-1，可溶性鹽2.8 g·kg-1，pH 8.29。

1.3 試驗設計

采用裂區試驗設計，設施氮量和移栽密度兩因素。以施氮量(N)為主區，設氮肥施用量為0、90、120、150、180 kg·hm-25個水平，分別記為N0、N1、N2、N3和N4處理；分基肥、分蘗肥、調節肥、穗肥4次施入，比例為4∶3∶1∶2；磷肥全部作基肥；鉀肥作基肥和穗肥，比例為6∶4。移栽密度(M)為裂區，設20.2萬、25.1萬和33.3萬穴·hm-23個水平，分別記為M1、M2和M3處理，行穴距分別為30 cm×16.5 cm、30 cm×13.3 cm和30 cm×10 cm。主區面積133.3 m2，裂區面積44.4 m2，共15個處理，3次重復。各小區作梗隔離，采用單排單灌。

1.4 測定項目及方法

水稻收獲后風干3 個月，按《中國農業標準匯編 糧油作物卷》[20]的標準測定品質。用FC-2K型離心式實驗礱谷機(YAMAMOTO，日本)加工成糙米，用VP-32型直立式實驗碾米機(YAMAMOTO，日本)加工精米；堊白粒率、堊白度用ES-1000便攜式品質分析儀(日本靜岡機械株式會社)測定；直鏈淀粉含量、蛋白質含量用1241型近紅外谷物分析儀(FOSS公司)測定；食味品質用STA1A型米飯食味計[日本佐竹(SATAKE)公司]進行測定。

1.5 數據處理

采用WPS 2019和DPS 7.05軟件對數據進行處理及統計分析。

2 結果與分析

2.1 施氮量和移栽密度互作對墾粳7號加工品質的影響

表1結果表明，施氮量對墾粳7號糙米率有顯著影響(F=3.082*)，對精米率和整精米率的影響均不顯著(F值分別為2.286和1.986)。從圖1可以看出，施氮量N1水平下糙米率與N2、N3和N4差異顯著，隨施量增加，糙米率先下降后上升，表現為N2>N3=N4>N0>N1；N2施氮量下，糙米率最高，為80.05%，較N1提高了2.11%。移栽密度對墾粳7號糙米率(F=9.107**)、精米率(F=5.996**)和整精米率(F=7.037**)均有極顯著影響。其中，糙米率和精米率趨勢一致，均呈現M3>M1>M2；整精米率呈現M3>M2>M1；M3移栽密度下，糙米率、精米率和整精米率分別為80.12%、66.89%和61.00%，糙米率和精密率較M2分別提高了1.99%和5.55%，整精米率較M1提高了9.18%。由表1可知，施氮量與移栽密度的互作效應對糙米率存在顯著影響(F=2.725*)，對精米率(F=2.154)和整精米率(F=1.382)的影響均不顯著；N2M3處理下，墾粳7號糙米率最高。以上結果表明，施氮量對墾粳7號的糙米率影響顯著，對其余加工品質影響較小；移栽密度是影響墾粳7號加工品質的主要因素，移栽密度為33.3萬穴·hm-2時，有利于提升墾粳7號加工品質。

表1 氮密互作對墾粳7號加工品質的影響Table 1 Effects of the interaction between nitrogen application rate and transplanting density on processing quality of Kenjing 7

2.2 施氮量和移栽密度互作對墾粳7號外觀品質的影響

表2結果顯示，施氮量對墾粳7號長寬比的影響不顯著(F=0.900)，對堊白粒率(F=8.385**)和堊白度(F=4.948**)均有極顯著影響。隨著施氮量增加，堊白粒率和堊白度先增加后下降，均在N3施氮水平下達到最低值，較N0施氮水平下，分別降低了31.2%和19.7%(圖2)。移栽密度對墾粳7號長寬比的影響不顯著(F=0.050)，對堊白度有極顯著影響(F=5.259**)，對堊白粒率有顯著影響(F=5.148*)。隨移栽密度增加，堊白粒率和堊白度先增加后下降，兩性狀均表現為M2>M3>M1，M1堊白粒率和堊白度較M2分別降低了20.6%和21.4%。施氮量與移栽密度的互作效應對堊白粒率(F=2.467*)、堊白度(F=2.498*)和長寬比(F=2.564*)存在顯著影響。各處理間，N4M1處理下，墾粳7號堊白粒率和堊白度達最低值。以上結果表明，增加施氮量的同時，降低移栽密度，施氮量為180 kg·hm-2、移栽密度為20.2 萬穴·hm-2時，有利于提高墾粳7號的外觀品質。

表2 氮密互作對墾粳7號外觀品質的影響Table 2 Effects of the interaction between nitrogen fertilizer application rate and transplanting density on appearance quality of Kenjing 7

2.3 施氮量和移栽密度互作對墾粳7號營養品質和食味評分的影響

表3結果顯示，施氮量對墾粳7號直鏈淀粉含量(F=6.126**)、蛋白質含量(F=70.985**)和食味評分(F=4.672**)均有極顯著影響。其中，直鏈淀粉含量和蛋白質含量變化趨勢一致，均隨著施氮量的增加而提高，表現為N4>N3>N2>N1>N0；與營養品質相反，食味評分隨施氮量的增加而降低，表現為N0>N1>N2>N3>N4；N4施氮量下，直鏈淀粉含量、蛋白質含量和食味評分分別為19.99%、9.22%和75.37，與N0相比，直鏈淀粉含量和蛋白質含量分別提高了9.77%和11.76%，食味評分降低了5.32%(圖3)。移栽密度對墾粳7號直鏈淀粉含量(F=0.076)、蛋白質含量(F=0.812)和食味評分(F=0.237)的影響均不顯著。其中，M1移栽密度下，直鏈淀粉含量、蛋白質含量和食味評分均達到最高值，分別為19.40%、8.82%和78.54。由表3可知，施氮量與移栽密度的互作效應對蛋白質含量(F=5.832**)和食味評分(F=6.016**)存在極顯著影響，對直鏈淀粉含量(F=1.081)無顯著影響。各處理間，N4M1處理下，直鏈淀粉含量和蛋白質含量均達最高值，分別為20.60%和9.33%；與營養品質相反，N0M1處理下，食味評分達最高值，為81.1。以上結果表明，移栽密度對墾粳7號營養品質和食味評分的影響較小，施氮量是決定墾粳7號營養品質和食味評分的主要因素。隨著施氮量增加，營養品質逐漸增加，食味品質逐漸降低。施氮量為180 kg·hm-2、移栽密度為20.2萬穴·hm-2時，有利于提高墾粳7號的營養品質，而食味品質降低。

表3 氮密互作對墾粳7號營養品質和食味評分的影響Table 3 Effects of the interaction between nitrogen fertilizer application rate and transplanting density on nutritional quality and taste score of Kenjing 7

3 討論

糧食資源短缺、耕地資源稀少的現狀是限制我國農業發展的主要問題，蘇打鹽堿地作為農業后備資源，其合理利用對農業和農村發展具有重要意義。水稻種植是改良和利用鹽堿地的有效途徑之一[21-23]。氮素和移栽密度互作對水稻品質的研究多有報道，但由于品種類型、環境條件、試驗設計等原因，前人的研究結果不盡相同，且針對于寒地蘇打鹽堿土的研究相對較少。稻米品質的形成主要由遺傳因素控制，但同時又受到栽培措施的影響[24]。有研究認為，增加氮肥量可以提高糙米率、精米率和整精米率[25-27]。周培南等[28]研究表明，施氮量對稻米加工品質影響較?。怀沙嫉萚29]研究表明，隨施氮量增加，稻米糙米率、精米率和整精米率增加，但不同施氮量范圍下加工品質變優幅度有所差異，其中高施氮量下變優程度較小。與前人研究結果基本一致，本研究結果表明，施氮量對墾粳7號除糙米率影響顯著外，對其余加工品質影響較小，變優幅度不大。關于移栽密度對稻米加工品質的影響，王建[30]研究表明，寧粳3號和南粳9108的糙米率隨密度增加呈增加趨勢，與本研究結果一致，提高移栽密度有利于提升墾粳7號加工品質。

前人關于施氮量對稻米外觀品質影響的研究有很多。金正勛等[31]認為，增施氮肥可明顯降低稻米堊白率；馬群等[32]則認為，氮肥用量在0～300 kg·hm-2范圍內時，遲熟中粳水稻堊白粒率隨施氮水平的增加而增加。與前人研究不盡一致，本研究結果表明，施氮用量在0～180 kg·hm-2范圍內時，隨施氮量增加，堊白粒率和堊白度先增加后下降，這可能與選用品種、地理和氣候差異有關。研究表明，不同品種堊白度、堊白粒率對氮肥的響應不同[33]；隨移栽密度增加，稻米堊白粒率和堊白度先上升后下降[34]；還有學者認為，在合理的范圍內，降低一定的密度對水稻外觀品質起到一定的改善作用[35]，這與本研究結果一致。

有關稻米蛋白質含量與施氮量的關系，眾多報道均認為稻米氮白質含量隨著施氮量的增加而增加[36]；程效義等[37]研究表明，不同施氮處理對稻米蛋白質含量和食味值有極顯著差異；張洪程等[36]以兩優培九為試材研究表明，增施氮肥直鏈淀粉含量增加；姜元華等[38]研究表明，增加施氮量將降低粳稻食味評分；高輝等[39]研究了4種氮肥水平下3種不同粳稻蒸煮食味品質的變化規律，結果表明，食味值隨施氮量的增加而降低。本研究中，施氮量在0～180 kg·hm-2范圍內，隨著氮肥水平提高，墾粳7號的食味評分下降，即增施氮肥使得稻米的食味品質變劣，這與前人在常規粳稻上的研究結果一致[39-41]。季紅娟等[34]研究表明，不同栽插密度對揚粳805直鏈淀粉和蛋白質含量無顯著差異，這與本研究結果一致，3種移栽密度水平間直鏈淀粉含量和蛋白質含量差異不顯著。鹽堿地的土壤理化性質較為特殊，本試驗只對水稻植株以及稻米進行了相關的研究分析，對于施入氮肥后氮代謝相關基因及酶的變化研究較為缺乏，后續試驗中要對這方面進行更全面的研究。