氮肥處理對水稻產量及品質的影響

汪 楠，湯云龍，趙 飛，張 曉，張 欣，崔 晶，孫 玥,4，蘇京平,4，王勝軍,4，劉學軍,4，崔中秋,4*

（1 天津農學院 農學與資源環境學院，天津 300384；2 天津市利達物流服務有限公司，天津 300384；3 天津市食味水稻科技創新與成果轉化國際聯合研究中心，天津 300384；4 天津市農作物研究所，天津 300384）

我國糧食生產中具有重要的地位。一直以來，我國作物生產均以高產、優質和高效作為目標，水稻生產也不例外［1］。 如今，隨著中國經濟水平日益提高，水稻育種的側重點從高產逐漸趨向優質，消費者們對于優質稻米的要求越來越高， 食味稻米這一概念應運而生。 為了滿足消費者對優質食味稻米的需求， 水稻育種人員育成了一大批優質食味型水稻， 但是與此相應的栽培技術還沒有形成完整的體系。為了保證優質食味水稻品種的質量，制定完整的栽培技術體系成為優質食味稻米生產的重中之重。

在水稻生產過程中品種遺傳特性、 生態環境以及栽培措施都是重要的影響因素， 肥料更是其中一個重要的影響因子［2］。 氮、磷、鉀皆是水稻生育過程中所需的重要大量元素。 有研究利用數學建模分析氮、 磷、 鉀在水稻生產過程中的影響程度，得出結論，對水稻生產貢獻率氮＞磷＞鉀［3］。 而且氮素作為植物體內氨基酸的組成部分， 是構成蛋白質的成分，也是葉綠素的組成成分，它與水稻植株光合特性、 生理代謝過程以及營養元素的吸收都有著密切的關系。由此可見，氮素在水稻生長發育過程中起著十分重要的作用， 氮肥的合理施用尤為重要。已有學者在此方面進行了大量研究，結果表明施用氮肥對提高水稻產量， 改善稻米的加工品質、外觀品質、營養品質有一定的作用， 但其影響結果卻因氮肥的施用方法、 施用時期以及施用量的不同而不同， 同時在不同的供試品種上也有差異［4］。 因此對于最適宜的施肥量和施肥時期，仍然存有很大的爭議。本試驗通過不同氮水平肥料肥效篩選比較， 進一步明確氮肥處理對稻米品質·食味的影響，通過優化和調控施氮量及施氮方式， 旨在達到穩產的基礎上大幅度提升稻米品質·食味，進而完善優質水稻配套栽培方法，為食味育種提供理論依據和數據支持。

1 材料與方法

1.1 田間設計

試驗于2018 年在天津市寧河區林場進行，供試品種為天津市小站稻推介品種“津川1 號”。 共設5 個處理，以不施氮肥為對照，處理1 不施任何肥料。 處理2、 處理3 和處理4 施氮量分別為：150 kg／hm2、225 kg／hm2、300 kg／hm2， 對照和處理2、3、4 均施P2O590 kg／hm2，K2O60 kg／hm2。 肥料種類為尿素、過磷酸鈣和硫酸鉀。 氮肥分基肥、蘗肥、穗肥施用，比例為5∶3∶2，蘗肥在移栽后10 d施用，穗肥施用時期在 7 月20 日；磷、鉀肥全部基施。小區長8 m，寬5 m。隔離行寬1 m、保護行寬為2 m。 小區面積5 m×8 m=40 m2，采取隨機區組設計，重復3 次。

1.2 試驗方法

1.2.1 產量測定 在收獲期，每個小區調查1 m2有效穗數和總稻谷數，經鹽選后（鹽水密度為1.06 g／L）， 測定實粒數和千粒重， 結實率=（下沉稻谷數／總稻谷數）×100%， 去除邊行后收獲其余稻谷脫粒測產，并折算成單位面積產量。

1.2.2 碾磨品質 稱量稻谷重量， 將稻谷放進礱谷機里碾磨，重復兩次，碾磨成糙米稱重記錄，計算糙米率（糙米重／稻谷重）。 糙米放入碾米機碾磨，重復兩次，碾磨成精米稱重記錄，計算精米率（精米重／稻谷重）。

1.2.3 外觀品質 采用日本佐竹公司的RGQI20型顆粒評定儀測定。

1.2.4 營養成分測定 蛋白質含有率， 采用日本佐竹公司生產的RLTA10B2-K 型米粒食味計測定；直鏈淀粉含有率，采用德國Bran Luebbe 公司生產的AA3 型連續流動分析儀測定。

1.2.5 物理特性測定 米飯硬度、 黏度和彈力采用日本佐竹公司生產的RHS1A 型米飯硬度黏度計測定。

1.2.6 食味評鑒 在天津市食味水稻國際聯合研究中心采用10 份法（新）進行食味品嘗試驗，評價項目包括米飯的外觀、飯香、味道、黏度、硬度及綜合評價共6 項。以同年正常種植收獲的津原45 為對照品種。 參與食味品嘗試驗的評鑒員為天津農學院具有一定辨別能力的教師和學生， 共計20人，男女比例約為1∶1。

1.3 數據處理與方差分析

所有數值均為三次重復的平均值， 數據處理應用Microsoft office 2013 辦公軟件分析，方差分析應用SPSS 22.0 軟件分析。

2 結果與分析

2.1 產量及產量構成要素

由表1 可以看出， 津川1 號在不同的氮肥處理下有效穗數變化具有極顯著差異，與對照相比，處理1 的有效穗數減少，但差異不顯著，處理2、處理3 及處理4 的有效穗數均顯著多于對照和處理1，隨著施氮量的增加，有效穗數呈現出先增大后減少的趨勢。 各處理下的每穗粒數和千粒重有一定變化，但與對照比差異不顯著，彼此之間差異也不顯著。 處理3 結實率最高，對照最低，不同處理下的結實率變化在5%水平上呈現出顯著性差異， 隨著施氮量的增加， 總體趨勢為先增大后減小。 不同處理的津川1 號實際產量變化呈極顯著差異，處理4 產量最高，對照則最少，施氮肥的處理2、處理3、處理4 產量顯著高于不施氮肥的對照和處理1， 且隨著施氮量的增加產量也隨之增高，但處理3 和處理4 之間沒有顯著性差異。

表1 產量和產量構成要素

由圖1 可以看出處理3 的株高最高， 對照和處理1 最低，且幾乎相同，株高變化的總體呈現出隨著施氮量的增加先增高后降低的趨勢，即對照=處理1＜處理2＜處理3＞處理4。

2.2 碾磨品質

由圖2 可以看出， 不同的處理的糙米率和精米率存在差異， 除處理1 糙米率和精米率均低于對照，其余處理糙米率和精米率均高于對照。隨著施氮量的增加，津川1 號糙米率也隨之增加，精米率則呈先增加后降低的趨勢，處理3 精米率最高。

圖1 不同處理的株高

2.3 外觀品質

由表2 的數據可以看出， 不同施氮量會影響津川1 號的外觀品質。 除處理1 的糙米整粒率小于對照外，其余處理整粒率均大于對照，且隨著施氮量的增加而增大。 糙米整粒率在不同的處理下呈顯著性差異。 糙米未熟粒隨著施氮量增加的變化趨勢與糙米整粒率相反， 即糙米未熟粒隨著施氮量的增加而減少。處理1 糙米未熟粒最多，各處理下的糙米未熟粒變化具有顯著性差異。 糙米損害粒和死米率在不同處理下無顯著性差異。 糙米其它粒率和精米白度在不同處理下呈現出極顯著的差異；對照的精米白度最高，顯著高于處理2、處理3 和處理4，但與處理1 僅有0.1 的差值。

表3 陳列了各肥料處理下糙米的粒型變化，可以看出， 僅處理1 的糙米粒長顯著小于處理2和處理3，除此之外各處理下的糙米粒長、糙米粒寬、糙米粒厚、糙米表面積雖然隨著施氮量變化有一定的浮動，但均無顯著性差異。

2.4 營養成分

圖2 不同處理的糙米率和精米率

表2 外觀品質

表3 糙米粒型

由表4 可以看出， 氮肥的施用量對津川1 號的營養成分具有一定影響， 尤其是精米蛋白質含有率和精米直鏈淀粉含有率變化在不同的氮肥處理下具有顯著性差異， 均隨著施氮量的增加表現出先增大后減少的趨勢， 處理1 的精米蛋白質含有率和精米直鏈淀粉含有率均最小， 分別為8.15%和20.5%，顯著小于處理2、處理3 和處理4；處理2、 處理3 和處理4 的精米蛋白質含有率和精米直鏈淀粉含有率彼此之間均沒有顯著性差異。不同氮肥處理下的糙米脂肪酸值有一定的浮動，但無顯著性差異。

2.5 物化特性

由表5 可以看出不同施氮量對米飯物化特性的總體影響不大， 米飯各項物理特性的變化均無顯著差異。 其中各處理下的米飯硬度、黏度、彈力性和硬度彈力比與對照相比均無顯著差異， 各處理間的差異也不顯著； 硬度黏度比僅處理1 顯著大于處理2，其余各處理間無顯著性差異。

2.6 食味評鑒

表4 營養成分

負值。 且處理3 的外觀、 黏度和味道的評分均最高，對照的外觀最差，處理4 的黏度、味道以及飯香的數值均最小。 各處理間外觀、黏度、味道和飯香評分雖有浮動，但無顯著差異。對照的綜合評價分數最高，且顯著高于處理3 和處理4，處理4 最低，綜合評價分數隨著施肥量的增加依次減小。

2.7 小結

（1） 產量和產量構成要素的關系。 將實際產量和四項產量構成要素（穗數、每穗粒數、千粒重和結實率）作偏回歸分析，得到表7 的結果。穗數、每穗粒數、 千粒重和結實率與實際產量的單相關系數分別為0.905*、－0.589、－0.575 和0.892*，其中穗數和結實率的單相關系數均達到顯著性差異，說明這四項產量構成要素中，穗數和結實率對產量的影響較大。復相關系數為0.834***，呈極顯著差異， 說明這四項產量構成要素可以用來衡量產量的多少， 它們對產量的貢獻率由大到小依次為穗數 （54.9%）、 結實率 （21.2%）、 每穗粒數（18.0%）、千粒重（5.9%）。

（2） 各因素對于食味的貢獻率。 將本試驗各項因素與食味綜合評價作標準偏回歸分析， 得出表8 的結果，可以看出，綜合評價與結實率、糙米整粒率、糙米粒厚、蛋白質含有率、直鏈淀粉含有率這五項因素的復相關系數為0.715**，即表明在本試驗中這五項因素對于食味的影響較大， 且貢獻率由大到小依次為直鏈淀粉含有率 （26.7%），蛋白質含有率（26.4%），糙米整粒率（24.9%），結實率（17.3%），糙米粒厚（4.7%）。

表5 米飯物化特性

表6 食味評鑒

表7 產量和產量構成要素的關系

表8 各因素對于食味的貢獻率

3 結論與討論

3.1 不同施氮量對產量的影響

本試驗中， 津川1 號實際產量隨著施氮量的增加而增加，對比不施任何肥料和僅施磷、鉀肥的處理，施氮肥后產量顯著提升，而不施加任何肥料與僅施磷、鉀肥的實際產量相差不多，說明氮素是肥料三要素中影響產量最活躍的因素。 關于氮肥對水稻產量的影響，已有大量學者進行了研究，在孫楠［5］的研究中，得出結論，隨著施氮量的增加，參試水稻品種的產量總體呈上升的趨勢， 這與本試驗的試驗結果相符。 但津川1 號的有效穗數和結實率均隨著施氮量的增加呈現出先增加后減小的趨勢，每穗粒數和千粒重的變化并不明顯，本研究通過分析發現， 有效穗數和結實率對產量的影響最大， 這兩項對產量的總貢獻率超過了70%，這一結果證明了產量并不是隨著增施氮肥而不斷提升，當超過一定的范圍后，隨著施氮量的增加，產量反而會下降。 這一結論在楊益花等人［6］的研究中也得到了印證。

3.2 不同施氮量對碾磨品質的影響

碾磨品質主要取決于灌漿特性， 籽粒越是充實，碾磨品質就越好。已有研究表明隨著施氮量的不斷增加，水稻的糙米率、精米率、整精米率均有提高［7，8］。 本試驗中，津川1 號的糙米率隨著施氮量的增加而提高， 精米率的變化趨勢則為先增大后減小， 且不施加任何肥料的糙米率和精米率均低于施加磷、鉀肥的。

3.3 不同施氮量對外觀品質的影響

本試驗中所測得糙米的外觀品質和精米白度均屬于稻米的加工品質， 在加工條件一致的情況下，可以發現，不同的施氮量對津川1 號的糙米整粒率、糙米未熟粒和精米白度具有顯著影響，在前文中已經表明， 這些加工品質對水稻食味具有較大的影響，尤其是糙米整粒率，對食味的貢獻率達到了24.9%。因此，隨著稻米的食味研究越來越被重視，注重水稻的加工品質也就變得愈加重要。在趙梅等［9］的研究中，認為適量增施氮肥有利于提高津川1 號的加工品質。還有學者認為，增施氮肥有利于提高稻米的糙米率、精米率和整精米率，從而使稻米外觀品質得到提升［10］，這與本試驗結果基本相符。 不同的施氮量對津川1 號糙米粒型影響不大， 說明氮肥施用量不能明顯改變水稻的糙米粒型。

3.4 不同施氮量對營養成分的影響

稻米的營養成分由蛋白質、 碳水化合物、脂類、水分和其它無機質或維生素等組成，其中主要成分為碳水化合物、蛋白質和水分，其它物質含有率很少。 氮素通過影響水稻植株的碳氮代謝從而控制稻米中直鏈淀粉與蛋白質的合成和積累［11］，因此蛋白質含有率和直鏈淀粉含有率受氮肥施用量影響較大，蛋白質是氮素化合物，所以隨著施氮量的增加，蛋白質含有率就越高，直鏈淀粉含有率的變化趨勢同蛋白質。有學者研究發現，增施氮肥會顯著提高稻米中的蛋白質含有率和直鏈淀粉含有率［12］。 蛋白質含有率和直鏈淀粉含有率的高低均是衡量水稻食味品質的重要指標， 它們的含量對米飯的硬度和黏性造成了直接的影響， 進而影響稻米的食味品質，一般來說，在一定的標準下，蛋白質和直鏈淀粉含有率越低，米飯食味越好。

脂肪酸值是衡量游離脂肪酸含量的指標，游離脂肪酸是稻米儲藏過程中脂類發生分解后的產物［13］，脂肪酸值是用來衡量食味劣化以及耐儲性的指標，一般來說，脂肪酸值越大，食味越差，耐儲性也越差。本試驗中的試驗材料均為津川1 號，收獲后儲存時間是相同的， 而且稻谷中脂類的含量本身就很低， 一般不會隨著施肥量的不同而產生明顯的變化， 因此不同的施氮量對于糙米脂肪酸值影響不大。

3.5 不同施氮量對米飯物化特性的影響

在米飯食味品質研究中， 廣泛使用模擬人類咀嚼行為的米飯物理特性測定儀來測試米飯的硬度、黏度以及彈力性，已有學者發現，氮素施用量越多，硬度黏度比、硬度彈力比數值越大，米飯食味越差［2］。 這與本試驗的結果有一定的出入，猜想是因為試驗操作過程中的誤差所致。 而且米飯物理特性測定儀只能模擬人類感官對米飯硬度黏度的感受，并不完全準確，因此測試結果與前人的研究結果有一定的差異。

3.6 不同施氮量對食味評鑒的影響

在一定范圍內來說，米飯硬度越小黏度越大，則食味越好。 米飯中蛋白質和直鏈淀粉含量對米飯的硬度和黏性造成了直接的影響，在劉夢紅等［14］的研究中，隨著施氮量的增加，蛋白質和直鏈淀粉含有率越高，米飯硬度越高，黏度越低，綜合評價越低。 本試驗中硬度和黏度的變化趨勢與劉夢紅的研究結果相反， 但綜合評價分數符合施氮量越高，分數越低的變化趨勢。這說明硬度和黏度在一定的程度上可以反應米飯的食味， 但并不代表僅憑硬度和黏度就可以定義米飯的食味好壞， 在本研究中， 不同施氮量對米飯食味評鑒項目中的外觀、黏度、味道和飯香的影響并不大，但是對硬度和綜合評價的分值影響較大。施氮量越大，米飯的綜合評價分數就越低，食味越差，不施任何肥料的處理綜合評價分數最高， 施氮量最大的處理綜合評價分數最低。

3.7 結語

施肥是水稻生產中重要的栽培措施， 尤其是氮肥施用量，對水稻產量和品質具有顯著的影響。增施氮肥可以促進水稻高產， 但施用氮肥過多會產生許多負面影響。本研究的結果表明，在一定的限度下，增施氮肥能顯著提高津川1 號產量，但氮肥施用過量，對津川1 號的碾磨品質、加工品質以及食味品質均造成了不利的影響。 其中對食味品質的影響主要來源于施氮量造成蛋白質和直鏈淀粉含有率的變化，在一定范圍內，食味與蛋白質、直鏈淀粉含有率呈顯著負相關。 施氮量的增加使得蛋白質和直鏈淀粉含有率明顯增加， 造成津川1 號食味下降。 食味品嘗評價結果也表明，施肥越少，津川1 號的食味越好，但不施肥或施肥過少就難以顧及產量。因此，在水稻栽培過程中應當科學合理施用氮肥， 避免因過量施用氮肥造成水稻產量下降、品質降低等現象。 一般來說，應在保證產量的前提下適當減少施氮量以提高水稻的外觀和食味品質。