施氮量和栽插密度對桂育11號產量和稻米品質的影響

吳子帥, 李虎, 黃秋要, 陳傳華, 羅群昌,周新明, 吳佳桔, 劉廣林*

(1.廣西農業科學院水稻研究所, 廣西水稻遺傳育種重點實驗室, 南寧 530007; 2.百色市農業科學研究所, 廣西 百色 533000; 3.崇左市農業生態與資源保護站, 廣西 崇左 532200;4.南丹縣農業農村局, 廣西 南丹 547200)

水稻是我國重要的糧食作物之一，保障其高產、穩產對我國糧食安全至關重要[1]。氮素作為影響水稻生長發育和產量最敏感的因素，對全球水稻產量的增長發揮了重要作用[2]；同時氮素也影響稻米品質[3]。然而過量施用氮肥，不僅增加了農業生產成本，還會導致環境污染、病蟲害加劇等一系列問題[4]。栽插密度是調節水稻群體結構、提高產量、降低成本的一種有效方式。合理的栽插密度能有效調控水稻各器官間的營養分配，從而提高水稻產量和品質[5]。馮洋等[6]研究表明，適當增施氮肥有利于提高產量，但過量施氮不利于營養器官中碳水化合物的形成和氮素向籽粒的轉運導致產量降低。張自常等[7]研究發現，稻米的整精米率和蛋白質含量隨施氮量提高而增加，而堊白和直鏈淀粉含量對施氮量的響應無明顯規律[7]。徐春梅等[8]研究認為，一定范圍內提高栽插密度能增加田間基本苗數；但高密度群體下，水稻的分蘗力受抑制，成穗率較低，有效穗數也不與栽插密度呈顯著正相關。蘭艷等[9]研究指出，施氮量和栽插密度對產量及其構成因素有顯著影響，在施氮量<225 kg·hm-2時，隨著施氮量的增加，稻米的加工品質、堊白率和蛋白質含量增加，堊白度和食味品質降低；而提高栽插密度則不利于稻米品質。嚴凱等[10]認為,增施氮肥在提高稻米加工品質的同時，降低了外觀品質和蒸煮食味品質；低氮條件下，產量和栽插密度呈正相關，高氮條件下，產量和栽插密度呈負相關。

桂育11號是由本研究室選育、于2018年通過廣西農作物品種審定委員會審定的秈型優質常規水稻品種，產量較高，米質達部標優質一等[11]。目前已在廣西大面積推廣種植，2019年該品種在農業農村部舉辦的第二屆全國優質稻品種食味品質鑒評中榮獲秈稻組金獎[12]。研究施氮量和栽插密度對桂育11號產量及品質的影響，對建立桂育11號科學的氮肥運籌和合理的群體結構具有重要指導意義。因此，本研究以桂育11號為試驗材料，設置4種施氮量和3種栽插密度，分析施氮量和栽插密度對桂育11號產量和稻米品質的影響，為科學制定桂育11號高產、高效、優質栽培技術提供理論依據，為該品種的大面積推廣提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以桂育11號為供試材料。桂育11號為廣西農業科學院水稻研究所以黃華占和力源占2號為親本選育的秈型優質常規稻品種。供試氮、磷、鉀肥分別為尿素(總N含量以46.2 %計，四川天華股份有限公司生產)、過磷酸鈣(有效P含量以16.0% 計，云南金星化工有限公司生產)和氯化鉀(K2O含量以60.0%計，中化化肥有限公司生產)。

1.2 試驗區概況

試驗于2019年在廣西百色市農業科學研究所試驗基地(E 106.99°，N 23.69°)進行，海拔105 m，屬低緯度亞熱帶季風氣候，光量充沛、雨熱同季、冬短夏長，年均氣溫22.5 ℃，降雨量1 095 mm，日照時數1 823 h，無霜期357 d。試驗地土壤為砂質黏土，多年來一直種植水稻，基本理化性質為：pH 6.6，水解性氮89.3 mg·kg-1，速效磷88.5 mg·kg-1，速效鉀209.0 mg·kg-1，有機質27.6 g·kg-1。

1.3 試驗設計

采用裂區設計，以施氮量為主區，設純氮施用量分別為0(N1)、75(N2)、150(N3)、225(N4) kg·hm-2，按基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶3∶2的比例分3次施入；栽插密度為裂區，設栽插密度分別為27(D1)、30(D2)和33(D3)萬蔸·hm-2三個栽插密度，每蔸栽插2苗。試驗共12個處理，每處理3次重復，共36個小區，每小區長5.3 m，寬3.8 m。采用隨機區組排列，小區間設保護行6行。各處理磷肥施用量均為P2O567.5 kg·hm-2，全部作基肥；鉀肥施用量為K2O 157.5 kg·hm-2，按基肥∶穗肥=6∶4的比例分2次施入。小區四周以塑鋼瓦隔擋并覆蓋塑料薄膜以防肥水滲漏，小區間留30 cm溝，單排單灌。采用秧畦育秧，移栽時按設置的密度人工插秧。水分、病蟲防治等田間管理按常規方法進行。

1.4 測定項目及方法

產量及其構成因素測定：于成熟期每處理選取10株植株，調查有效穗數，并根據栽插密度折算成每公頃有效穗數；取3株進行考種，調查穗粒數、結實率和千粒重；以實際收割計小區產量，并折算成每公頃產量。

稻米品質測定：糙米率和整精米率分別用TP-JLG-2018礱谷機(浙江托普云農科技股份有限公司)和Kett檢驗用小型精米機(日本株式會社科學研究所)測定；粒長、粒寬、長寬比、堊白度和堊白粒率采用 SC-E型大米外觀品質檢測分析儀系統(杭州萬深檢測科技有限公司)測定；蛋白質含量采用凱氏定氮法測定(委托廣西華測檢測認證有限公司完成)。

1.5 統計分析

采用Excel 2010進行試驗數據的整理、作圖，以DPS v9.01進行統計分析，采用LSD 法進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 施氮量和栽插密度對桂育11號產量及其構成因素的影響

施氮量和栽插密度對桂育11號產量及其構成因素具有顯著影響(表1)。其中，施氮量對有效穗數、千粒重、產量有極顯著影響，對每穗粒數和結實率影響不顯著；栽插密度對有效穗數和產量有極顯著的影響，對每穗粒數、結實率和千粒重的影響不顯著；施氮量和栽插密度存在互作，氮密互作對結實率有顯著影響，對其他產量性狀影響不顯著。

對不同施氮量處理的產量及構成因素進行比較，結果表明(圖1)，施用氮肥后，桂育11號的有效穗數和千粒重顯著高于無氮處理；施氮處理間(N2、N3和N4)，桂育11號的有效穗數、穗粒數、結實率和千粒重均無顯著差異。桂育11號不同處理下的產量排名為：N3>N4>N2>N1，即隨著施氮量的增加，桂育11號的產量呈現先升后降的趨勢，N3和N4處理的產量無顯著差異，但均顯著高于N1和 N2處理。以上結果表明，相較于無氮處理，施氮主要影響桂育11號的有效穗數和千粒重，進而影響產量，桂育11號在N3處理的穗粒數、結實率和產量最高。

對不同栽插密度處理的產量及構成因素進行比較，結果表明(圖2)，桂育11號在不同栽插密度下的穗粒數、結實率和千粒重差異均不顯著；D2和D3處理的有效穗數和產量較高，且兩者間差異不顯著，但均顯著高于D1處理。以上結果表明，桂育11號在D2處理的有效穗數和產量最高，適當的增加栽插密度能提高桂育11號的有效穗數和產量，但繼續增加密度并沒有使得有效穗數和產量顯著提高，反而有降低趨勢。

結合施氮量和栽插密度(表1)， N3D2處理的產量最高，其次為N3D3、N4D2和N4D3處理，彼此間差異不顯著； N4D2處理的有效穗數最高，其次為N3D2、N2D2、N3D3和N2D3處理，且處理間差異不顯著；N4D3處理的結實率最高，其次為N3D2、N3D1、N2D1和N2D2處理，且處理間差異不顯著；N2D2處理的千粒重最高，顯著高于N1D2和N1D1處理；穗粒數在不同處理間均無顯著差異。由此表明，產量構成因素在各氮密互作下的高低排序各不相同，單一指標較高并不能保證產量，而N3D2處理各產量構成因素的表現與最高值均無顯著差異，即桂育11號在N3D2處理下綜合表現較好，因此產量最高。

表1 氮密互作效應下桂育11號產量及構成因素Table 1 Yield and yield components in Guiyu 11 under nitrogen-density interaction

2.2 施氮量和栽插密度對桂育11號稻米品質的影響

施氮量和栽插密度對桂育11號品質具有顯著影響(表2)。其中，施氮量對整精米率、堊白粒率、堊白度和蛋白質含量影響極顯著，對糙米率影響顯著；栽插密度對糙米率和堊白度影響極顯著，對整精米率影響顯著；氮密互作對堊白粒率和堊白度影響顯著。

表2 氮密互作效應下桂育11號的稻米品質Table 2 Rice quality in Guiyu 11 under nitrogen-density interaction

對不同施氮量處理的稻米品質進行比較，結果表明(表3)，隨著施氮量的增加，桂育11號的糙米率呈先升后降的趨勢；相較于無氮處理，三個施氮處理的整精米率均顯著提高；粒長、粒寬和長寬比在不同施氮量處理間差異均不顯著；N3和N4處理的堊白粒率和堊白度均顯著低于N1和N2處理；蛋白質含量隨著施氮量的增加而顯著上升。以上結果表明，桂育11號在N3或N4施氮量下的蛋白質含量、糙米率和整精米率較高，堊白粒率和堊白度較低，即施氮量為150～225 kg·hm-2時，桂育11號的加工品質、外觀品質和營養品質均較優。

表3 不同施氮量下桂育11號的稻米品質Table 3 Rice quality in Guiyu 11 under different nitrogen application rate and planting density

對不同栽插密度處理的品質進行比較，結果表明(表4)，D1和D2處理的糙米率顯著高于D3處理，而堊白度顯著低于D3處理；不同密度處理的粒長、粒寬、長寬比、堊白粒率和蛋白質含量均無顯著差異。以上結果表明，桂育11號在D1或 D2栽插密度的糙米率和整精米率較高，而堊白度較低。即在這兩個栽插密度下，桂育11號的加工品質和外觀品質較優。

表4 不同栽插密度下桂育11號的稻米品質Table 4 Rice quality in Guiyu 11 under different planting density

結合施氮量和栽插密度(表2)，各處理的粒長、粒寬和長寬比均無顯著差異；N3D1處理的糙米率最高，其次為N2D2、N3D2、N4D2和N2D1處理，且處理間差異均不顯著；N4D1整精米率最高，顯著高于N1D2和N1D3處理；N4D2處理的堊白粒率最低，其次為N1D1、N4D1、N3D3、N3D1、N3D2和N4D3處理，且處理間差異均不顯著；N4D1處理的堊白度最低，N4D2、N3D2、N3D1和N3D3處理與其差異不顯著；N4D2處理的蛋白質含量最高，N4D1、N3D1、N4D3和N3D2與之差異不顯著。綜上所述，N3D1、N3D2和N4D2處理的稻米品質各指標表現較好。即在這三個互作下，桂育11號的外觀品質、加工品質和營養品質均較優。

3 討論

3.1 施氮量、栽插密度影響桂育11號產量構成

科學的氮肥運籌和適宜的栽插密度是保證水稻高產的兩個重要栽培措施。適宜的氮肥施用量和栽插密度有利于水稻干物質的生成、積累和轉運，從而提高水稻產量[13]。在一定范圍內增施氮肥可以有效促進枝梗與穎花分化，增加粒重，提高產量[3]；但過多的施用氮肥，易造成水稻植株貪青徒長，無效分蘗和低效分蘗增多，導致田間有效穗數下降，影響產量[9]。施氮量對水稻有效穗數的影響較大，對穗粒數、結實率和千粒重的影響因品種而略有差異[14]。劉廣林等[15]研究表明，桂育11號是氮高效型品種，在施氮112.5、150和187.5 kg·hm-2時，其產量和構成因素無顯著差異。本研究表明，隨著施氮量的增加，桂育11號產量先顯著增加后略有下降，即施氮量為150 kg·hm-2時產量最高；75、150、225 kg·hm-2三個施氮量處理對產量各構成因素影響不顯著；與無氮處理相比，施氮顯著增加了桂育11號的有效穗數和千粒重，與前人研究結果基本一致。

增加栽插密度能有效增加田間基本苗數，但過高的栽插密度會導致植株生長空間減小，葉片重疊增多，成穗率降低。本研究結果表明，桂育11號的有效穗數隨著栽插密度的增加呈先升后降的拋物線趨勢，即有效穗數不會隨著栽插密度的增加而持續上升；栽插密度對穗粒數、結實率和千粒重的影響較小，在中等栽插密度下(30萬蔸·hm-2)，桂育11號的有效穗數和產量最高，與徐春梅等[8]研究結果相一致。

施氮量和栽插密度的交互作用也會對產量及其構成因素產生影響，因此，僅靠單一指標不能保證高產，只有協調好各產量構成因素之間的平衡，才能實現高產優質[16]。鄧中華等[17]研究表明，施氮量和栽插密度對有效穗數的影響較大。氮肥通過影響分蘗而影響有效穗數；栽插密度通過影響基本苗數而影響有效穗數。有效穗數的增加又制約著實粒數和結實率。密度較低時，由于基本苗較少，增施氮肥對有效穗數的提升空間有限，因此產量增加有限；高密度下，由于群體空間有限，增施氮肥雖可提高有效穗數，但會加劇植株個體間的競爭，影響光合效率。本研究結果與前人研究結果相一致，產量是其構成因素共同作用的結果，單一指標較高并不能保證高產，桂育11號在N3D2處理下各產量構成因素均表現較好，因此，在該互作下其產量最高。

3.2 施氮量、栽插密度改善桂育11號稻米品質

稻米品質主要受遺傳因素控制，但同時又受栽培措施的影響[18]。徐春梅等[8]研究表明，在一定范圍內增加施氮量可提高稻米的糙米率和整精米率，但施氮量超150 kg·hm-2時反而降低糙米率和整精米率。成臣等[19]研究表明，過高的施氮量不利于加工品質。本研究結果表明，施氮量對桂育11號的糙米率和整精米率有顯著影響；施氮量過高，糙米率出現下降趨勢，與前人研究結果基本一致。關于施氮量對堊白性狀的影響，前人研究結果不盡相同，有研究認為施氮量與堊白呈負相關[20]，也有研究指出施氮量與堊白呈正相關[9,21]。本研究結果表明，桂育11號的堊白粒率和堊白度隨著施氮量的增加呈下降趨勢，這可能是由于不同品種的堊白度、堊白粒率對氮肥的響應存在差異。目前大量研究表明，隨著施氮量的增加稻米蛋白質含量增加，食味品質降低[22-23]。即高施氮量雖有利于稻米的營養品質，卻對稻米的食味品質造成影響。本研究結果表明，桂育11號稻米的蛋白質含量隨施氮量的增加而顯著上升，與前人研究結果一致。因此，綜合稻米的營養品質和食味品質，本研究推測施氮150 kg·hm-2時桂育11號的稻米品質優于施氮225 kg·hm-2時。

栽插密度對稻米品質的影響因品種類型、氣候條件、試驗設計等原因，前人研究結果不盡相同。蘭辰宇等[23]研究表明，提高栽插密度能明顯改善稻米的加工品質，但不利于外觀品質。徐春梅等[8]研究表明，糙米率隨著栽插密度增加先升后降，整精米率和堊白度隨著栽插密度增加而上升。本研究結果表明，栽插密度對桂育11號的糙米率、整精米率和堊白度有顯著影響，隨著栽插密度的增加，糙米率呈先升后降的趨勢，整精米率呈下降趨勢，而堊白度呈上升趨勢。

前人關于施氮量和栽插密度交互作用對稻米品質影響的研究較少。本研究認為，稻米品質各指標在不同的氮密互作下高低排序各不相同，某一氮密互作下單一指標較高并不能保證該互作下其他品質性狀也較好。因此，評價某一互作下的稻米品質應對加工品質、外觀品質、營養品質和食味品質進行綜合分析。本研究結果表明，N3D1、N3D2和N4D2三個互作下，桂育11號的外觀品質、加工品質和營養品質均較優，但本研究未對各互作下的食味品質進行分析，有待后續研究中進一步驗證。此外，本研究缺乏對氮肥施入后水稻體內的氮代謝及酶變化研究，因此，后續會開展全面的研究對其進行深入分析。