濱海鹽堿地不同氮肥用量對水稻干物質轉運及稻米品質的影響

侯紅燕 董曉亮 周紅 張茂林 魏立興 朱德峰

（1 東營市一邦農業科技開發有限公司，山東 東營257000；2 東營市農業科學研究院，山東 東營257000；3中國水稻研究所，杭州310006；第一作者：monkeyaner@163.com；*通訊作者）

水稻是濱海鹽堿地的重要糧食作物，土壤鹽含量高時會對水稻的生長發育產生不良影響。另一個影響水稻生長發育與產量指標的主要因素是氮肥，過量施氮對全球氮循環產生的負面影響已經引起科研人員的廣泛關注[1]。N 素對于植物的生長有著至關重要的作用[2]，它是構成生物有機體的必須基本元素，參與生物有機體各類酶、葉綠素合成等代謝，并直接決定有機體細胞分類與生長[3]。水稻品質的形成是葉片與稻米碳氮代謝共作的結果[4]，碳氮代謝是稻米品質的形成過程，也是稻谷籽粒中蛋白質和淀粉等主要營養物質的合成與積累的過程[5]，而蛋白質是籽粒中胚乳的主要物質成分。有研究表明，胚乳中蛋白質、氨基酸配比在溶解性、生物價和易吸收方面具有很好的合理性[6]，稻米中蛋白質含量過高或過低都會影響稻米的營養品質和適口性[7-8]。因此，如何通過控施氮肥來控制稻米蛋白質含量并兼顧營養品質，受到研究者越來越多的重視。

合理的氮肥用量可以提高水稻的產量和品質，關于氮肥用量對稻米蛋白質含量影響的研究中，普遍認為提高氮肥用量可以提高籽粒中蛋白質的含量[9]，也有研究認為隨著氮肥用量的增加，米粒中直鏈淀粉含量和食味品質顯著降低[10]；氮肥的施用時期與分配比例也直接影響稻米品質，穗肥中氮肥比例增高時，可以顯著提高稻米的整精米率和蛋白質含量，但是顯著降低了稻米的外觀品質及蒸煮食味品質[11]。本研究在黃河三角洲濱海鹽堿地3‰～6‰含鹽量條件下，以優質品種圣稻2620 為試驗材料，通過不同氮肥施用時期、氮肥用量、氮肥施用比例，研究其在鹽堿脅迫下對水稻的干物質轉運特性、產量和品質的影響，以為濱海鹽堿地優質稻種植提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試水稻品種為圣稻2620。

1.2 試驗設計

試驗地點位于山東省東營市墾利區永安鎮28 村（N 37°15′，E 118°05′），為典型濱海鹽堿地。試驗田前茬水稻。2019 年4 月中旬播種、10 月上旬成熟，8 月中旬出現強降雨天氣，但沒有影響水稻的正常生長。土壤理化性質：pH 值8.1，有機質含量1.34 g/kg，全氮含量0.77 g/kg，速效磷0.1 mg/kg，速效鉀65.5 mg/kg，陽離子交換量81.9 mmol/kg。

表1 不同氮肥處理下鹽堿地水稻的生育期進程

試驗采用6 因素隨機區組設計，3 次重復。4 月中旬落谷，自動化播種機播種，播種量180 g/盤（芽谷），采用暗室疊盤恒溫催芽室催芽后，大棚育秧，秧齡50d，久保田插秧機機械插秧，規格30 cm×14 cm，小區面積15 m2（1.5 m×10 m）。氮素最高用量按40 kg/667 m2尿素含N 量折算，設0、20%、40%、60%、80%、100%6 個梯度。尿素作為追肥，插秧后筑好田埂，小區隔離好以后施入。具體施肥方案為：磷肥為過磷酸鈣40 kg/667 m2，整地前一次性施入；鉀肥為硫酸鉀20 kg/667 m2，分2 次施入，分別在分蘗后期、圓稈拔節期各施10 kg/667 m2。各小區尿素用量及分配如下：N0，不施氮肥；N1，20%氮肥，用量8 kg/667 m2，全作分蘗肥（2 次施入）；N2，40%氮肥，用量16 kg/667 m2，其中，分蘗肥12 kg/667 m2（2 次施入）+穗肥4 kg/667 m2；N3，60%氮肥，用量24 kg/667 m2，其中，分蘗肥20 kg/667 m2（2 次施入）+穗肥4 kg/667 m2；N4，80%氮肥，用量32 kg/667 m2，其中，分蘗肥24 kg/667 m2（2 次施入）+穗肥8 kg/667 m2；N5，100%氮肥，用量40 kg/667 m2，其中，分蘗肥32 kg/667 m2（2 次施入）+穗肥8 kg/667 m2。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 生育期

詳細記錄每個處理的始穗期、齊穗期、成熟期和全生育期。

1.3.2 干物質積累與轉運

分別于水稻的分蘗期、抽穗期、灌漿末期、成熟期，每個處理、每個重復取莖、葉、穗，于105℃烘箱中殺青1 h，再調至80℃烘干至恒質量，計算干物質積累及其輸出、轉化率，輸出、轉化率的計算公式如下：

莖鞘物質輸出率（%）=（抽穗期莖鞘干物質量-成熟期莖鞘干物質量）/抽穗期莖鞘干物質量×100；

莖鞘物質轉化率（%）=（抽穗期莖鞘干物質量-成熟期莖鞘干物質量）/成熟期籽粒干物質量×100；

葉片物質輸出率（%）=（抽穗期葉片干物質量-成熟期葉片干物質量）/抽穗期葉片干物質量×100；

葉片物質轉化率（%）=（抽穗期葉片干物質量-成熟期葉片干物質量）/成熟期籽粒干物質量×100。

1.3.3 籽粒蛋白質含量、直鏈淀粉含量和食味值

稻谷收獲后自然晾干，水分降至15.5%以下時采用佐竹THU35C 試驗用礱谷機加工成糙米，利用佐竹CBS300BS 試驗用鮮米機將糙米加工成精米，利用佐竹-米粒食味計-RLTA10B（2）-K 儀器，對各處理水稻籽粒中蛋白質含量、直鏈淀粉含量和食味值進行測定。

1.3.4 產量構成指標

每個小區定點考察10 叢，調查基本苗數、最高苗數、有效穗數、成穗率、每穗總粒數、每穗實粒數、千粒重；收割每個小區，自然晾曬后測定產量。

2 結果與分析

2.1 不同氮肥處理對鹽堿地水稻生育期的影響

由表1 可見，N5 處理的全生育期最長，達180 d，其次為N4 處理，N0 處理的全生育期最短為169 d。可見，減少氮肥用量能夠顯著的加快鹽堿地水稻的生育期進程。N5 處理的營養生長期（播種期-抽穗期）占全生育期的比重最小為75.00%，生殖生長期（抽穗期-成熟期）占全生育期的比重最大為25.00%；N0 處理的營養生長期占全生育期的比重最大為76.33%，生殖生長期占全生育期的比重最小為23.67%。N4、N3、N2、N1 介于N5 處理和N0 處理之間。表明隨著氮肥用量的減少，鹽堿地種植水稻的營養生長期變長，生殖生長期變短，全生育期變短。

2.2 不同氮肥處理對鹽堿地水稻干物質積累與轉運特性的影響

不同氮肥處理水稻各生長期干物質量的動態積累見圖1，各處理干物質快速積累期在移栽后25 d 至抽穗期后20 d 結束，最大的干物質積累期在抽穗和灌漿期，總體的干物質積累增長速度為N5>N4>N3>N2>N1>N0，這表明氮肥用量越大，返青期后干物質積累量越大，生殖生長期的干物質積累速度也越快。

表2 不同氮肥處理下鹽堿地水稻干物質轉運

圖1 不同氮肥用量鹽堿地水稻的干物質積累

從表2 可見，N0、N1、N2、N3 處理之間莖鞘、葉片的物質轉化率、物質輸出率的差異多數達顯著水平，N4、N5 處理之間的差異不顯著。表2 的結果表明，隨著氮肥用量的提高，抽穗期莖鞘、葉片的干物質積累量增高，莖鞘、葉片的物質輸出率、轉化率也越高，但N4、N5兩個處理之間的干物質輸出率、轉化率無顯著差異，表明減少20%的氮肥用量，不會顯著影響鹽堿地水稻干物質的積累和輸出轉化。

2.3 不同氮肥處理對鹽堿地水稻稻米品質的影響

從表3 可見，處理間堊白粒率差異顯著，N0 處理為3.3%，N1 處理為2.9%，最低的是N4、N5 處理，且N4、N5 處理之間無顯著差異，這表明隨著氮肥用量的提高，堊白粒率下降，減少20%的氮肥用量，不會影響籽粒的堊白粒率。不同處理的整精米率有顯著差異，整精米率最高的是N5 處理，為96.3%，其次為N4 處理，最低的是N0 處理，這表明隨著氮肥用量的提高，整精米率提高。說明提高氮肥用量可以顯著提高稻米的外觀品質。

從表3 可見，蛋白質含量最高的是N5、N4 處理，為8.2%；最低的是N0 處理，為7.5%；N0、N1 處理穗肥均不使用氮肥，這兩個處理的蛋白質含量無顯著差異；N2、N3 處理的穗肥用量相同、前期施肥量不同，這兩個處理的蛋白質含量無顯著差異；N4、N5 處理的穗肥用量也相同，前期施肥量不用，這兩個處理的蛋白質含量也無顯著差異。這表明，隨著氮肥總量的提高，各處理的蛋白質含量增高，但是前期施肥對水稻蛋白質含量的影響小于穗肥氮肥用量對蛋白質含量的影響。各處理的直鏈淀粉含量有顯著差異，含量最高的是N5 處理，為20.0%，最低的是N0 處理，為19.2%，這表明氮肥用量的提高可以顯著提高稻米的直鏈淀粉含量。

各處理的食味值有顯著差異，食味值最高的是N0處理和N1 處理，為72 分；食味值最低的是N5 處理，為67 分。這表明不施用穗肥、前期不用或少用氮肥可以提高稻米的食味，隨著氮肥用量的提高，食味下降。

2.4 不同氮肥處理對鹽堿地水稻產量指標的影響

由表4 可見，各處理的有效穗數差異顯著，N0 處理最低，隨著氮肥用量的提高，有效穗數增加，N5 處理、減氮20%的N4 處理之間無顯著差異。這表明，減少20%的氮肥用量不會降低有效穗數。各處理每穗總粒數、每穗實粒數以及結實率之間有顯著差異，隨著氮肥用量的增加，每穗總粒數、每穗實粒數及結實率呈先增加后減少的趨勢，表明過量施用氮肥不能進一步提高水稻的每穗總粒數、實粒數及結實率。各處理的千粒重無顯著差異。各處理產量有顯著差異，隨著氮肥用量的提高，產量呈先增加后降低的趨勢，以N4 處理產量最高。

3 討論與結論

3.1 不同氮肥處理下鹽堿地水稻干物質生產與轉運特性

植株光合產物的積累與再分配形成了植株干物質生產特性，不同的種植氣候條件、地力特點均會導致水稻多樣性的物質生產特性[12]。有研究通過Logistic 模型分析了水稻干物質積累特性，發現水稻在拔節至抽穗期積累速度最快[13]。也有研究發現在生殖生長前期，即返青至拔節期水稻的干物質積累速度最快，干物質積累最盛時期對水稻產量指標的貢獻也最大。本研究結果顯示，不同施肥處理水稻的生殖生長期、營養生長期占全生育期的比例具有顯著差異，隨著氮肥用量的提高，水稻的生殖生長期占全生育期的比例逐漸減小，營養生長期占全生育期的比例逐漸增加，水稻全生育期逐漸變長。6 種施肥處理下，干物質最大積累量均在抽穗至灌漿期，這表明水稻干物質的積累盛期與品種本身有關，與外界種植環境無關。6 種施肥處理干物質的快速增長期均在分蘗開始10 d 后至抽穗后20 d，且干物質的積累速度隨氮肥用量的增加而加快。本研究結果顯示，水稻干物質的快速積累與水稻的充實度呈正相關，稻米充實率受灌漿前期干物質積累量的影響最大，干物質積累也與水稻的產量指標呈正相關。

表3 不同氮肥處理對鹽堿地水稻稻米品質的影響

表4 不同氮肥處理對鹽堿地水稻產量指標的影響

水稻灌漿期稻穗的干物質積累來源于兩部分，一是抽穗期間的光合產物積累，二是抽穗期前的莖鞘和葉片的光合產物積累的分配[14]。有研究表明，抽穗期前莖鞘和葉片的干物質積累轉化為稻穗干物質的比例大于48%[15]。本研究結果表明，水稻莖鞘葉片的干物質輸出率、轉化率與水稻產量指標的構成因素具有顯著的相關性，隨著氮肥用量的提高，抽穗期與成熟期的莖鞘、葉片干物質積累量均顯著增高，干物質的輸出、轉化率也顯著增高，但是減氮20%并不會影響干物質的輸出、轉化率，即減氮20%不影響鹽堿地水稻種植的產量。

3.2 不同氮肥處理下鹽堿地水稻的食味品質特性

提高蒸煮食味品質已經成為當今水稻育種的新目標[16]。有研究認為，改良水稻籽粒中的蛋白質含量與直鏈淀粉含量的平衡關系可以顯著的提高稻米的食味品質[17]。對日本優質食味米的大量研究也表明，降低水稻中蛋白質和直鏈淀粉的含量可以顯著提升稻米的食味值[18]，日本佐竹公司根據對優質食味米有主要影響的蛋白質含量、直鏈淀粉含量、脂肪酸值、水分含量等研發了食味速測儀器。本研究結果表明，氮肥用量的提高可以提高稻米加工品質和外觀品質，但顯著降低了稻米的食味品質，食味值由N0 處理的72 分降低到N5處理的67 分。氮肥用量提高可以顯著提高水稻的產量，由N0 處理的388.34 kg/667 m2提高到N4 處理的525.89 kg/667 m2，減少20%氮肥的N4 處理比全氮量的N5 處理產量提高4.39%。