氮肥運籌對雜交粳稻‘申優26’產量及品質的影響

吳雄興,楊芳鳳,吳 煒,沈嘉秋,沈 淳,朱吉明,李秋紅

(1 上海市青浦區農業技術推廣服務中心,上海 201700;2 上海市青浦區練塘鎮農業農村服務中心,上海 201715)

水稻是上海居民的主要糧食作物,對穩定上海糧食安全作出了重要貢獻。 近年來,隨著社會經濟快速發展,人們生活消費水平不斷提高,對高產、優質型稻米的需求量也日益增大,水稻的高產優質化栽培研究備受農業科研工作者與水稻產業化生產部門關注[ 1-5]。 氮肥是影響水稻產量和稻米品質的重要營養元素。 大量研究表明,氮肥不僅對水稻生育、產量有著重要影響,并且對稻米品質具有調控作用[ 2-4,6]。 近年來,關于氮肥對水稻的高產和稻米品質的影響研究前人已做過大量工作。 隨著水稻綠色生產技術發展,綠肥養地及有機氮肥的施用增加,對水稻綠色高產、優質的栽培技術有更高的需求。 前人研究表明,施氮能明顯增加水稻產量,在低、中、高氮水平上產量依次增加,但也并非越多越好[ 3-5]。 朱邦輝等[ 5]通過氮肥對‘武運粳27 號’機插栽培研究認為,稻米的加工品質隨施氮量的增加呈先增后減的趨勢,精米蛋白質含量呈增加趨勢。 朱大偉[ 6]同樣在機械栽種條件下,對軟米品種‘南粳9108’和‘南粳5055’兩個優質稻進行氮肥對稻米品質的影響研究認為,稻米加工品質隨著氮素增加而改善,適當施氮可改善稻米的外觀品質。 胡群等[ 7]在總氮量270 kg∕hm2條件下,稻米的加工品質指標均隨著穗肥氮后移而下降。 以往的研究因試驗品種、環境及栽培管理措施等差異,報道的結果并不一致。 為更好地發揮優質雜交粳稻優質潛力,本研究選用早熟優質、高產雜交粳稻新品種‘申優26’為材料,通過肥量和肥法試驗,分析氮肥運籌對該品種稻米品質效應及產量影響,以期為雜交粳稻優質化高產栽培的氮肥運籌提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區域概況

試驗于2020 年設在上海市青浦區農業技術推廣服務中心科技創新基地試驗田內進行(北緯N 30°57′56.34″,東經E 121°01′0.83″)。 田塊前茬作物為綠肥紫云英,生物量鮮質量16 725 kg∕hm2,耕層內土壤為青紫泥土,肥力均衡。 耕層土壤有機質20.30 g∕kg,全氮含量0.12%,堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別為179.00 mg∕kg、22.20 mg∕kg 和211.00 mg∕kg,土壤酸堿度pH 為7.05。 供試材料是上海市農業科學院作物育種栽培研究所選育的早熟優質高產雜交粳稻新品種‘申優26’。

1.2 試驗設計

1.2.1 試驗處理

試驗選用總純氮(N)施用量和基蘗肥與穗肥氮配比(T)兩個單因素隨機區組設計。 氮肥量處理(N0—N7)分別為0 kg∕hm2、105 kg∕hm2、150 kg∕hm2、195 kg∕hm2、240 kg∕hm2、285 kg∕hm2、330 kg∕hm2和375 kg∕hm2。 基蘗肥∶穗肥氮占比處理(T1—T5)分別為10∶0、9∶1、8∶2、7∶3和6∶4。 兩個單因素試驗處理的每個小區面積為3 m×7 m=21 m2(0.002 hm2),各隨機重復處理3 次,共39 個小區。 為了防止不同處理的小區間滲透串肥,每個小區用包膜塑料隔板隔離,單排單灌,小區四周設置保護行。

1.2.2 氮肥運籌

供試肥料選用45%三元復合肥(15%-15%-15%)、尿素(46%)。 在氮肥施用量試驗中,各處理氮、磷、鉀養分配比統一為N∶P∶K=1∶0.3∶0.3;基蘗肥∶穗肥=8∶2,基肥(45%三元復合肥)施氮量占總純氮量30%,于6 月3 日施用。 分蘗肥施氮量占總純氮50%(46%尿素),2 次施用分別于6 月11 日(15%)和7 月7 日(35%)施用;穗肥(46%尿素)施用量占總純氮量20%,于8 月6 日施用。 在基蘗肥與穗肥配比試驗中,各處理氮化肥總用量折純氮270 kg∕hm2;氮、磷、鉀養分配比均為N∶P∶K =1∶0.25∶0.25。 6 月3日各處理施基肥氮占總施氮量的25%(45%三元復合肥);分蘗肥均分2 次施用(46%尿素),第一次6 月19 日施用,占分蘗肥總量的30%,第二次7 月7 日施用,占總分蘗肥的70%。 穗肥8 月6 日全部一次性施入(46%尿素)。 兩個試驗補缺磷、鉀肥全部作基肥施用。 試驗各處理小區肥料施用方案與施用量詳見表1。

表1 施用量與施肥方案Table 1 Application rate and fertilization scheme

1.3 種植管理

稻谷浸種催芽后,于5 月12 日播種,6 月4 日人工拉線模擬機械小苗栽插,株行距為16 cm ×25 cm,每穴栽插3 株,25.05 萬穴∕hm2,基本苗數控制在60 萬—90 萬株∕hm2。 苗期水漿管理以濕潤為主,中后期干濕交替。 浸種催芽藥劑和病蟲草防治統一按照水稻綠色生產相應培管措施進行。

1.4 測定內容

1.4.1 苗情、葉齡和生育期

移栽秧苗返青后,每小區隨機定2 個點,每個點調查10 穴水稻莖蘗數,5—7 d 調查1 次,在臨近莖蘗苗數高峰期時2—3 d 調查1 次,直至齊穗。 定點前先計數50 穴,統計每穴平均苗數和頻數分布后定點調查苗情動態,考察株高、主莖綠葉數和主要生育期。

1.4.2 考種與測產

成熟期調查每個處理的有效穗數,取有代表性的10 穴,進行室內穗粒和結實率的考察,調查、取樣均重復3 次。 收獲前進行小區實收測產,單獨脫粒、曬干、風選干凈后,折合標準含水量(14.5%)計算產量。

1.4.3 稻米品質測定

每小區稻米主要品質指標數據來源于光明種業有限公司綜合檢測中心。

1.5 數據統計

采用SPSS 軟件中單因素ANOVA 檢驗的Duncan 法分別對試驗數據進行多組樣本間差異顯著性分析。 在Excel 2017 軟件中輸入數據,進行圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 氮肥對莖蘗動態

氮肥對水稻群體莖蘗消長動態具有調控效應。 不同氮肥量和氮肥基蘗肥與穗肥的配比試驗表明(圖1),隨著前期氮肥施用量增高,水稻高峰苗數也呈現遞增狀態。 這說明氮肥施用促進了水稻分蘗的發生,增強了水稻分蘗能力。 氮肥試驗中以高水平氮處理N7、N6 和N5 的分蘗高峰苗數較高,同樣前期氮肥施用量占比高的處理(10∶0、9∶1和8∶2)分蘗高峰苗數也較高。 分蘗成穗率隨著氮肥用量增加呈逐漸降低趨勢,最高為空白對照N0 處理(達到83.9%),最低為N7 處理(僅為56.1%)。 在基蘗肥與穗肥配比試驗中,雜交粳稻‘申優26’的分蘗成穗率則隨著后期氮肥比例的增加呈現遞增趨勢。 由此說明前期過高的施氮量雖然能提高水稻分蘗力,但是后期會產生更多的無效分蘗,導致成穗率降低。 穗肥氮配比的增加有利于成穗率的提高。

圖1 不同處理對水稻莖蘗消長動態的影響Fig.1 Effects of nitrogen application on dynamics of tiller growth and decline of rice

2.2 氮肥對穗粒結構及產量影響

2.2.1 對穗粒結構的影響

氮肥對雜交粳稻的產量結構具有較明顯影響(表2)。 氮肥量試驗結果表明,增加氮肥量對水稻有效穗數有明顯調控作用。 以有效穗數為目標變量Y,氮肥量為x,擬合方程呈現二次曲線,Y= -0.000 4x2+0.228 2x+ 243.400 0,方程決定系數(R2=0.787 4)達到顯著水平。 從方程解析可知,有效穗數隨著氮肥量的增加而遞增,至施氮量為285.25 kg∕hm2時,理論有效穗數最高值為308.17 萬株∕hm2,再增加施氮量則有效穗數出現緩慢下降。 各處理中有效穗數最高為N4 處理,極顯著高于N2、N1 和N0 處理,與N5、N6和N7 處理無差異。 在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中,有效穗數隨著穗肥氮占比提高呈先增后降的趨勢。試驗中以T3 處理有效穗數最高,達到304.95 萬株∕hm2,極顯著高于T1、T4 和T5 處理,顯著高于T2 處理。 從擬合方程估算,當穗肥氮占比為17.88%,理論有效穗數最高值為298.56 萬株∕hm2;施氮量對總粒數和實粒數的影響趨勢同于有效穗數。 本試驗中N4 處理,總粒數與實粒數均為最高,分別為175.35 粒和146.8 粒,其他處理值均低于N4 處理。 其中N4 處理總粒數極顯著高于其他處理,N4、N6、N7 處理間無顯著差異。 N4 處理實粒數極顯著高于N0、N1、N3、N6 和N7 處理,與N5 處理無顯著差異。 而在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中,總粒數和實粒數隨著穗肥氮占比提高呈現先增后降的特征。 處理中總粒數和實粒數以T5 處理最高,總粒數極顯著高于T1、T2 和T3 處理,與T4 處理沒有顯著差異;實粒數T5 處理比較結果與總粒數基本一致。 在氮肥處理中,結實率隨著氮肥量增加依次遞減,呈現極顯著負相關(r= -0.882 5)。 結實率N2、N3 和N5 處理間無顯著差異,剩余處理間氮肥由低到高結實率極顯著下降,主要是由于氮肥施用量的提高促進了每穗總粒數的增加,但實粒數下降所致。 在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中,各處理結實率變化較小。 結實率較高的處理為T3 和T4 處理,T2 處理的結實率顯著低于T1 處理,極顯著低于T3、T4 和T5 處理,T3、T4 和T5 處理間無顯著差異;千粒重在氮肥量試驗里各處理差異相對較小。 試驗以N3 處理粒重最高,極顯著高于N4 和N5 處理,顯著高于N6 處理,與N0、N1、N2、和N7 處理無顯著差異。 在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中,T3 處理的千粒重極顯著地高于其他處理,T2 處理極顯著高于T1 處理,T4 與T5 處理間無顯著差異。 這表明后期穗肥氮占比對粒重的增加有明顯影響。

表2 氮肥運籌對‘申優26’產量及穗粒結構的影響Table 2 Effects of nitrogen application on yield and grain structure of‘Shenyou 26’

2.2.2 對產量的影響

氮肥運籌對水稻的產量影響較大。 氮肥(x)與產量(Y)呈現二次曲線關系(圖2),擬合方程Y=-0.020 6x2+9.461x+9 390.9(R2=0.912)。 隨著氮肥增加,產量呈現先增后降態勢,理論最高產量的純氮施肥量為229.6 kg∕hm2,與實際施用量240 kg∕hm2產量最高較為接近,N4 處理(240 kg∕hm2)產量極顯著高于其他處理,N5 和N6 處理極顯著高于N7 處理,N5 產量顯著高于N6 處理。 在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中(圖3),穗肥氮占比(x)與產量(Y)同樣呈現二次曲線關系,擬合方程Y= -1.691x2+83.590 9x+9 821.862 9(R2=0.969 1),當穗肥氮占比為20%—30%時可獲取高產,T3 處理的產量顯著高于T2 處理,極顯著高于T1 處理,但與T4 和T5 處理無顯著差異。

圖2 氮肥與產量的關系Fig.2 The relationship between nitrogen and yield

圖3 穗肥氮占比對產量的影響Fig.3 Effects of the ratio of panicle fertilizer on yield

2.3 氮肥對稻米主要品質的影響

2.3.1 對稻米加工、外觀品質的影響

稻谷加工、外觀品質是衡量稻米品質綜合性狀優劣的重要指標,是商品價值的重要體現。 由表3 可知,隨著純氮總施用量的增加,‘申優26’稻米的糙米率和整精米率均呈增加的趨勢,相關系數分別為0.982 1 和0.899 7。 其中純氮量為N5、N6 和N7 處理的稻米糙米率和整精米率均較高,明顯高于對照(無肥區)。 堊白度則隨著施氮量的增加呈現極顯著降低(r= -0.948 5)。 同樣施氮量為N5、N6 和N7 處理,堊白度明顯低于其他處理。 由此表明,增施氮肥可提高稻谷的加工品質,同時可有效降低稻米的堊白度。在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中,穗肥氮占比對稻米的糙米率和整精米率影響較小。 隨著穗肥氮占比提高,堊白度表現為增加趨勢,但無明顯變化規律。 不同氮肥與氮肥處理方式對米粒長度和透明度無影響。

表3 氮肥運籌對稻米加工及外觀品質的影響Table 3 Effects of nitrogen application on rice processing and appearance quality

2.3.2 對稻米營養及蒸煮食味品質影響

蛋白質含量是稻米營養品質的重要指標。 由表4 可知,隨著純氮總施用量的增加,蛋白質含量呈現先增后降趨勢,方程擬合為二次曲線(R2=0.787 4)。 N4 和N5 處理蛋白質含量均較高,明顯高于N0、N1、N6 和N7 處理。 在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中,不同穗肥氮占比處理差異較小。 由此表明,在本試驗0—285 kg∕hm2氮肥施用量范圍,增施氮肥可促進籽粒營養品質提高。

表4 氮肥運籌對稻米營養及蒸煮食味品質的影響Table 4 Influence of nitrogen management on rice nutrition and cooking quality

稻米的蒸煮指標值對食味具有重要影響。 在氮肥量試驗中,隨著施氮量增加,堿消值呈現先增后降的趨勢,曲線擬合為二次曲線(R2=0.839 0)。 在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中,隨著中后期穗肥氮用量的增加,堿消值同樣呈現先增后降趨勢,方程擬合為二次曲線(R2=0.904 1);膠稠度反映了淀粉米膠冷卻后的延展性,是評價米飯質地的物理指標之一。 在氮肥量試驗中,‘申優26’膠稠度較為穩定(77.00—80.67 mm),米質較軟糯,處理間差異不明顯。 在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中,籽粒膠稠度與中后期穗肥氮占比呈現顯著的負相關(r= -0.905 2),即中后期增加氮肥施用量會降低稻米膠稠度;施用氮肥對稻米直鏈淀粉含量有一定影響,隨著施氮量增加直鏈淀粉含量有增加趨勢,但差異不明顯。 在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中,不同穗肥氮量處理間直鏈淀粉含量沒有規律性變化。

3 結論與討論

氮肥是提高水稻單產和調控籽粒品質性狀重要因素[ 3-10]。 本研究通過氮肥運籌試驗,明確了優質雜交粳稻新組合產量、品質性狀表現特性。 在本試驗范圍內,增加氮肥可促進水稻單產的提高,但氮肥增至一定水平時產量增速減緩,過量氮肥施用會降低水稻單產。 在等氮量條件下,適宜的基蘗肥與穗肥氮配比可提高水稻單產,過低或過高均會降低水稻單產;在適宜的氮素基蘗肥與穗肥比例條件下,增加氮肥施用可對雜交粳稻稻米的加工、外觀品質有一定改善作用,并有效促進稻米營養品質的提高。 在等氮條件下,穗肥氮占比對稻米品質影響較小;綜合產量、品質及雜交粳稻的生育特性,在氮肥基蘗肥與穗肥比例以8∶2條件下,雜交粳稻新組合‘申優26’最佳氮肥施用量為240 kg∕km2;在總純氮量270 kg∕hm2條件下,優質化栽培氮肥基蘗肥與穗肥比例以8∶2為宜。

有關氮肥對稻米外觀品質的影響,本試驗在氮素基蘗肥與穗肥8∶2條件下,增加氮肥施用可對雜交粳稻‘申優26’稻米的加工品質有一定改善作用,該結果與其他研究[ 2-3,8-10]結果基本一致。 其中外觀品質堊白度隨氮肥用量增加呈現下降趨勢,與其他研究[ 5,11-12]的結論截然相反;本試驗結果顯示,在等氮條件下,隨著后期穗肥氮增加,加工品質也有所改善,這一結果與慕永紅等[ 13]的研究結論基本一致。

前人研究表明,增加氮肥用量稻米籽粒的蛋白質呈現增加趨勢[ 3,5-7,9-15],但本試驗中,當氮素用量為240—285 kg∕hm2時,蛋白質含量為最高,之后呈現下降趨勢。 在等氮量條件下,氮肥后移對于蛋白質含量沒有明顯變化;在本試驗范圍內,增施氮肥和后期穗肥氮比重對籽粒的稻米的直鏈淀粉、膠稠度及堿消值的影響較小。

綜合本試驗結果,氮肥運籌對水稻的產量和品質的調控作用顯現,但品種基因型背景和種植區域環境差異對試驗結果影響較大[ 16]。 本研究初步探明了氮肥運籌對雜交粳稻‘申優26’的產量、產量構成因素及主要品質性狀的影響,但對籽粒食味、黏度等品質性狀及相互間的關系尚未作進一步分析,試驗結果尚作初探。 故后續將進一步探明氮肥運籌優化條件,系統研究雜交粳稻稻米品質性狀間的相互關系,為上海地區雜交粳稻的優質化栽培提供技術支撐。