水氮互作對水稻產量及品質的影響

郭群善， 賀 瑋

(1.新鄉市水利勘測設計院，河南 新鄉 453000；2. 新鄉職業技術學院，河南 新鄉 453006)

水稻是我國第一大高產糧食作物，其播種面積雖然僅占全國糧食種植總面積的30%左右，但稻谷產量卻占全國糧食總產的40%左右，全國有60%以上的人口以稻米為主食，84%的稻米是直接消費的口糧[1-3]。河南省常年水稻種植面積67萬hm2左右，其中秈稻種植面積50萬hm2左右[4]。

河南省是農業大省，人均水量和畝均水量只相當全國的1/5和1/6，且時空分布很不均勻，其中農業用水占全省年平均用水量的70%以上[5]。近年來，隨著社會經濟的不斷發展，工業用水、居民生活用水和農業用水之間的矛盾日益突出，加上氣候異常，旱、澇災害時有發生，水資源短缺已嚴重影響了我省的經濟發展和工農業生產。水稻作為農業用水大戶，在其生產過程中，傳統的灌溉方式造成水分生產效率低下、水資源浪費的現象仍較普遍，嚴重制約著水稻生產的發展，對區域農業高產穩產造成嚴重威脅[6,7]。因此,開展水稻高效用水研究迫在眉睫。以肥、水高投入為主要特征的現代稻作方式在實現水稻增產的同時，對稻米品質也產生了嚴重的負面影響[8]。開展高產、優質協調的稻作理論與技術研究對于提升我國稻作水平，增加優質米供應具有重要意義。

有關水肥的耦合特別是土壤水分與氮肥的協同作用對水稻生理特性、產量形成、物質運轉以及籽粒灌漿特性的影響方面的研究較多，涉及到稻米品質也多集中于外觀品質和碾磨品質方面[9-11]，而從水分利用的角度解析稻米品質形成機理方面的研究內容卻少有報道。基于此，本項目通過田間小區試驗，設置不同灌溉方式和施氮水平處理，從水分利用的角度研究水、氮互作對水稻水分利用及產量和品質形成的影響，為發展水稻優質高產栽培技術提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

供試材料為鄭稻18和信粳18，5月16日播種，旱育秧，6月17日單苗移栽，株行距為20 cm×20 cm，移栽葉齡為四葉一心，10月13日收獲，全生育期152 d。

試驗設置常規灌溉(CI)、濕潤灌溉(SI)和控制灌溉(KI)3種灌溉方式，控制灌溉除返青期保持0～25 mm的水層和黃熟期自然落干以外，其他各生育期均無灌溉水層，土壤含水率上限為飽和含水率，分蘗期、拔節孕穗期、抽穗開花期及乳熟期的根層土壤含水率下限取飽和含水率的60%和70%進行組合；濕潤灌溉抽穗后干濕交替，即當土壤含水率降至飽和含水率的90%時灌溉至薄水層，黃熟期自然落干，抽穗前按常規灌溉管理；常規灌溉返青期保持0～25 mm的水層，分蘗后期曬田，黃熟期自然落干，其他各生育期建立0～40 mm水層。氮肥施用尿素，設中等施肥量(MN，225 kg/hm2)和高施肥量(HN，300 kg/hm2)，以不施肥(CK)為對照。小區筑埂并用塑料薄膜包裹以防串水串肥，面積28 m2，3次重復。

1.2 觀測項目與方法

(1)土壤含水率。利用烘干法分層(每20 cm一層)觀測稻田0～100 cm土層土壤含水率；

(2)株高。在水稻生育期內利用0.1 cm的直尺掛牌定點測量各處理的植株高度，每處理的3個小區分別選5穴測量；

(3)莖蘗動態。在生育期內每小區選5穴每隔10 d測定單穴分蘗數；

(4)葉面積。分別于分蘗、拔節孕穗、齊穗、乳熟和黃熟期，按每小區莖蘗平均數取50 cm×50 cm面積的植株，采用比重法測定葉面積指數；

(5)植株地上部干物質。分別于分蘗、拔節孕穗、齊穗、乳熟和黃熟期取3穴長勢一致的植株，分莖、鞘和葉片分別測定地上部干物質質量；

(6)籽粒品質指標。按照中華人民共和國國家標準《GB/T17891-1999 優質稻谷》測定。

1.3 數據處理

使用Microsoft Excel 2007和SPASS軟件進行數據處理及統計分析。

2 結果與分析

2.1 水氮互作對水稻產量及灌溉水利用效率的影響

3種灌溉方式對信粳18產量的影響未達顯著水平(見表1)，控制灌溉、濕潤灌溉和常規灌溉下產量分別為5 415.0、5 479.5和5 374.5 kg/hm2。與CK相比，施氮顯著增加了產量。3種灌溉方式下均表現為中等施氮量產量最高，高施氮量產量有所下降，濕潤灌溉達顯著水平。進一步分析產量構成因素發現，3種灌溉方式對千粒重無顯著影響。與常規灌溉相比，控制灌溉和濕潤灌溉下產量較高，主要是由于穗粒數和結實率顯著增加。

水氮互作對鄭稻18產量的影響見表2。控制灌溉、濕潤灌溉和常規灌溉下產量分別為6 918.0、6 595.5和6 048.0 kg/hm2，差異不顯著。與CK相比，施氮顯著增加了產量。控制灌溉下，中等施氮量產量最高，各產量構成因素與高施氮量相比無顯著差異；濕潤灌溉和常規灌溉下，產量及穗粒數隨施氮量增加而增加。

表1 水氮互作對信粳18產量及其構成因素的影響

注：對同一參數標以不同字母的值表示在0.05水平上差異顯著，下同。

3種灌溉方式對信粳18的產量無顯著影響，而控制灌溉和濕潤灌溉顯著提高了鄭稻18的產量。控制灌溉和濕潤灌溉下2個品種的畝穗數下降，但穗粒數和結實率不同程度的增加，產量較常規灌溉有所提高，表明適宜的灌溉方式可以優化群體結構，進而提高產量。與CK相比，施氮顯著增加了產量，但隨著施氮量的增加，不同灌溉方式下2品種對氮肥的響應有所差異，中等施氮量225 kg/hm2時，信粳18在3種灌溉方式下產量均最高，而鄭稻18在高施氮量300 kg/hm2時濕潤灌溉和常規灌溉下產量最高，控制灌溉下仍為中等施氮量高于高施氮量。此外，3種灌溉方式整個生育期的灌溉水量分別為285.5 m3(KI)、381.4 m3(SI)和437.6 m3(CI)，鄭稻18灌溉水利用效率平均分別為1.62、1.15和0.92，信粳18平均分別為1.26、0.96和0.82，進一步表明采用控制灌既方式在減少氮肥用量同時，一定程度上提高了產量和灌溉水利用效率，達到節水省肥的目的。

2.2 水氮互作對水稻生長的影響

2.2.1水氮互作對水稻株高的影響

水氮互作對信粳18和鄭稻18株高的影響見圖1和圖2。

表2 水氮互作對鄭稻18產量及其構成因素的影響

圖1 水氮互作下信粳18株高變化

圖2 水氮互作下鄭稻18株高變化

圖1中可以看出，分蘗至拔節孕穗期和齊穗至乳熟期株高增長較快，拔節孕穗至齊穗期和乳熟至黃熟期株高增長較為緩慢。成熟時，控制灌溉下平均株高為101.0 cm，濕潤灌溉為100.8 cm，常規灌溉則為94.8 cm。KI-MN和SI-MN下株高較CK和HN低，在常規灌溉下株高隨施氮量增加而增加。

水氮互作對鄭稻18株高的影響與信粳18有所差異，整個生育期株高的增長均較快。成熟時，濕潤灌溉下平均株高最大為99.0 cm，常規灌溉最小為86.5 cm，控制灌溉為90.3 cm。3種灌溉方式均表現為隨施氮量增加株高增大。

2.2.2水氮互作對水稻莖蘗動態的影響

水氮互作下2品種莖蘗動態變化趨勢基本一致(見圖3和圖4)，移栽后30 d時(分蘗盛期)達最大，其后開始下降，分蘗末期曬田后趨于穩定。不同灌溉方式對2品種莖蘗數無顯著影響。與CK相比，施氮顯著提高了分蘗數，3種灌溉方式均表現為MN條件下分蘗數略高于HN條件下。

圖3 水氮互作下信粳18莖蘗動態

圖4 水氮互作下鄭稻18莖蘗動態

2.2.3水氮互作對水稻葉面積指數的影響

分蘗至黃熟期2品種的葉面積指數變化規律不同(見圖5和圖6)，信粳18葉面積指數隨生育期變化較為平緩，齊穗期時達最大，之后逐漸減小。鄭稻18葉面積指數分蘗至齊穗期快速增加，齊穗至黃熟期快速下降。不同灌溉方式間葉面積指數無顯著差異。與CK相比，施氮顯著提高了葉面積指數。信粳18葉面積指數在KI-MN下較高，而在SI-HN和CI-HN下較低。鄭稻18葉面積指數在3種灌溉方式下均表現為MN下較高。

圖5 水氮互作下信粳18葉面積變化

圖6 水氮互作下鄭稻18葉面積變化

2.2.4水氮互作對水稻地上部干物重的影響

2品種地上部干物重的變化見圖7和圖8。可以看出，齊穗至乳熟期地上部干物重積累最快，其次為分蘗至齊穗期，到了灌漿末期趨于平緩，2品種變化規律基本一致。2品種各生育期地上部干物重表現為控制灌溉>濕潤灌溉>常規灌溉。與CK相比，施氮顯著增加了地上部干物重。信粳18和鄭稻18地上部干物重在3種灌溉方式下均表現為MN下較高。

圖7 水氮互作下信粳18地上部干物重

圖8 水氮互作下鄭稻18地上部干物重

2.3 水氮互作對稻米品質的影響

水氮互作對稻米品質各指標影響的方差分析見表3。從表3中可以看出，稻米品質各指標的氮肥效應大于灌溉方式，施氮對2品種出糙率、精米率、堊白粒率、堊白度、膠稠度、直鏈淀粉、蛋白質和氨基酸等指標有顯著或極顯著的影響，灌溉方式對信粳18精米率、堊白粒率、膠稠度和氨基酸有顯著影響，對鄭稻18精米率、堊白度影響顯著。水氮互作對信粳18各品質指標無顯著影響，而對鄭稻18膠稠度、直鏈淀粉含量、蛋白質和氨基酸含量有極顯著影響。

不同灌溉方式對信粳18精米率有極顯著影響(見表4)，濕潤灌溉下平均達67.6%，控制灌溉為66%，常規灌溉為65.6%。控制灌溉下堊白粒率較高，稻米外觀品質一定程度上變差，膠稠度和氨基酸含量在控制灌溉和濕潤灌溉下顯著高于常規灌溉，而蛋白質含量顯著低于常規灌溉。施氮能夠顯著提高籽粒中蛋白質和氨基酸含量，3種灌溉方式下MN和HN處理間差異顯著。與CK相比，MN處理增加了稻米的堊白粒率和堊白度，但隨著施肥量的增加，HN處理下堊白粒率和堊白度反而有所下降，3種灌溉方式下MN和HN處理間差異顯著。

與濕潤灌溉和常規灌溉相比，控制灌溉顯著降低了鄭稻18的精米率和整精米率(見表5)。與控制灌溉和常規灌溉相比，濕潤灌溉顯著提高了稻米堊白度，降低了蛋白質和氨基酸含量。3種灌溉方式下，增施氮肥顯著提高了蛋白質和氨基酸含量。與CK相比，KI-MN處理和SI-MN顯著增加了稻米的堊白粒率和堊白度，但隨著施肥量的增加，HN處理下堊白粒率和堊白度反而有所下降，MN和HN處理間差異顯著。與CK相比，KI-MN處理稻米膠稠度顯著增加，KI-HN處理稻米直鏈淀粉含量顯著增加。

表3 稻米品質的水氮互作效應方差分析

注：A因素為灌溉方式，B因素為氮肥處理，A×B表示水氮互作效應；表中數值為均方值；“*”和“**”表示0.05和0.01顯著水平。

表4 水氮互作對信粳18稻米品質的影響

表5 水氮互作對鄭稻18稻米品質的影響

3 結 論

本試驗條件下，控制灌溉和中等施肥量225 kg/hm2(KI-MN)條件下2品種單株莖蘗數、葉面積指數和地上部干物重等指標均高于其余處理；KI-MN條件下顯著提高了灌溉水生產效率，2品種產量較高，水氮互作對產量構成因素的影響主要是增加了穗粒數和結實率。

稻米品質各指標的氮肥效應大于灌溉方式，水氮互作對2品種加工、外觀及營養品質的影響存在基因型差異，即對鄭稻18米質的影響大于信粳18。隨施氮量的增加，籽粒中蛋白質和氨基酸含量增加，營養品質一定程度上得到改善，但外觀品質隨之變差，主要表現為整精米率下降、堊白粒率和堊白度增加，中等施氮量225 kg/hm2較CK和高施氮量更有利于提高稻米品質。不同灌溉方式對稻米品質的影響較小，但綜合而言，在控制灌溉和濕潤灌溉方式下，稻米加工、外觀和營養品質仍略優于常規灌溉。

稻米品質的形成是一個復雜的過程，受自身遺傳及外界環境因素(溫度、水分、肥料等)的影響[12,13]，本研究利用一個生長季的試驗資料，僅從栽培措施的角度考慮土壤水分和氮肥對稻米品質(表觀現象)的影響，其生理機理還需通過多年的精細試驗進行補充完善。

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