分蘗期弱光脅迫對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及其氮肥調(diào)控效應(yīng)

余恩唯，蔡沁，徐益，叢舒敏，陳京都，胡雅杰*

(1 揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院/江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 揚(yáng)州 225009； 2 揚(yáng)州市農(nóng)業(yè)技術(shù)綜合服務(wù)中心，江蘇 揚(yáng)州 225101)

近年來(lái)，長(zhǎng)江中下游地區(qū)水稻生長(zhǎng)生育階段常遭遇持續(xù)多日的陰雨天氣，特別是分蘗期易受梅雨天氣影響，造成水稻分蘗期低溫寡照，影響水稻分蘗生長(zhǎng)，制約水稻生產(chǎn)。 分蘗期是水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素中單位面積穗數(shù)形成的關(guān)鍵時(shí)期，生育前期的分蘗數(shù)量與質(zhì)量決定了水稻穗數(shù)[1]。 充足的光照是水稻高產(chǎn)的必要條件，光照時(shí)間減少和光強(qiáng)減弱往往會(huì)導(dǎo)致水稻光合效率降低，同化物合成減少，進(jìn)而影響水稻生長(zhǎng)發(fā)育[2]。 分蘗期弱光脅迫會(huì)抑制水稻分蘗的發(fā)生[3-4]，使生育期延遲[3，5]，減少最高分蘗數(shù)，降低分蘗成穗率，造成單位面積穗數(shù)下降[4]、產(chǎn)量降低[4，6-7]，且影響稻米品質(zhì)[8-10]。 劉奇華等[11]以低直鏈淀粉含量和中直鏈淀粉含量的品種為材料進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)分蘗期弱光脅迫會(huì)導(dǎo)致稻米糙米率和精米率下降，但整精米率升高，堊白粒率降低，外觀(guān)品質(zhì)提高。 水稻分蘗期弱光導(dǎo)致不同耐受型水稻品種稻米的直鏈淀粉含量降低，蛋白質(zhì)含量升高，食味值降低，食味品質(zhì)下降[10]。 但也有研究[11-12]認(rèn)為，水稻分蘗期弱光使得稻米直鏈淀粉含量顯著增加，稻米R(shí)VA 譜崩解值增大，消減值降低，食味變優(yōu)。

氮素對(duì)水稻分蘗及產(chǎn)量的形成具有重要作用。正常光照條件下，分蘗期合理施用氮肥能顯著增加有效分蘗數(shù)，提高分蘗成穗率，從而增加產(chǎn)量[13-15]，而過(guò)量施氮會(huì)導(dǎo)致稻米中蛋白質(zhì)含量增加，進(jìn)而降低稻米食味品質(zhì)[16]。 目前，關(guān)于分蘗期弱光脅迫條件下水稻產(chǎn)量和品質(zhì)對(duì)氮素響應(yīng)的研究較少。 因此，本研究以常規(guī)粳稻品種為試驗(yàn)材料，在分蘗期設(shè)置不同光照和不同氮肥水平處理，以探究分蘗期弱光脅迫對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及其對(duì)氮肥的響應(yīng)，為長(zhǎng)江中下游地區(qū)陰雨天氣下水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與地點(diǎn)

選用江蘇地區(qū)種植面積較大的常規(guī)粳稻南粳9108 為試驗(yàn)材料，于2021 年在江蘇省揚(yáng)州市廣陵區(qū)沙頭鎮(zhèn)(119°34′E，32°27′N(xiāo))開(kāi)展試驗(yàn)。 試驗(yàn)地土壤為沙壤土，含有機(jī)質(zhì)21.01 g/kg、堿解氮157.29 mg/kg、全氮1.45 g/kg、有效磷18.77 mg/kg、速效鉀138.65 mg/kg。 2021 年水稻生育期間的降水量、溫度、光照情況見(jiàn)圖1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與栽培管理

采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，光照處理為主區(qū)，氮素水平為裂區(qū)。 主區(qū)設(shè)置弱光、正常光照(CK)2 種處理，弱光處理采用50%透光率黑色遮陽(yáng)網(wǎng)于栽后5 d 開(kāi)始遮光，持續(xù)25 d。 在不同光照條件下設(shè)置3 個(gè)分蘗期氮素施用水平，分別為72 kg/hm2(N1)、90 kg/hm2(N2)、108 kg/hm2(N3)。 其他氮肥運(yùn)籌方式一致，P、K 肥作基肥一次施用，具體施肥方式見(jiàn)表1。

表1 各處理氮肥運(yùn)籌及磷鉀肥用量Table 1 Nitrogen operation and phosphorus and potassium fertilizer of each treatments kg·hm-2

采用塑料軟盤(pán)育秧，于5 月22 日播種，6 月13日移栽，株行距為30 cm×12 cm，每穴4 苗。 各處理重復(fù)2 次，每小區(qū)面積9 m2。 處理期間干濕交替灌溉，小區(qū)間作埂用塑料薄膜覆蓋防止串肥，保證獨(dú)立排灌，其余按照常規(guī)高產(chǎn)栽培措施實(shí)施。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 莖蘗動(dòng)態(tài)和產(chǎn)量測(cè)定

栽后5 d 開(kāi)始調(diào)查水稻莖蘗動(dòng)態(tài)，各處理調(diào)查10 穴，5 次重復(fù)。 成熟期取樣測(cè)定理論產(chǎn)量，調(diào)查單位面積穗數(shù)，各處理調(diào)查10 穴，5 次重復(fù)。 各處理隨機(jī)取3 穴植株，調(diào)查每穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和結(jié)實(shí)率。 收獲時(shí)測(cè)定實(shí)際產(chǎn)量，采取兩點(diǎn)取樣法，每點(diǎn)取50 穴，機(jī)械脫粒，去除雜質(zhì)，曬干，測(cè)定水分，折算實(shí)產(chǎn)(14.5%含水量)。

1.3.2 稻米品質(zhì)

收獲并測(cè)定稻谷實(shí)際產(chǎn)量后，參照《GB/T17891-2017 優(yōu)質(zhì)稻谷》的要求，測(cè)定糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白度、直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量。 采用日本佐竹公司的STA1A 米飯食味計(jì)測(cè)定米飯的外觀(guān)、硬度、黏度和食味值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Office 2016 進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理；采用SPSS 16.0 軟件進(jìn)行方差分析和多重比較，多重比較采用LSD 法。

2 結(jié)果分析

2.1 分蘗期莖蘗動(dòng)態(tài)

由圖2 可知，相同氮素水平下，弱光脅迫處理顯著減少了水稻莖蘗數(shù)。 相同光照條件下，莖蘗數(shù)隨著氮素施用量增大而增多。 因此，分蘗期弱光可抑制水稻分蘗的發(fā)生，增施氮素則能促進(jìn)水稻分蘗的發(fā)生。

圖2 水稻分蘗期各處理莖蘗動(dòng)態(tài)Fig.2 Tillering dynamics under different treatmentsat tillering stage of rice

2.2 產(chǎn)量及構(gòu)成因素

由表2 可知，分蘗期不同光照和不同氮素水平處理下水稻產(chǎn)量存在顯著差異。 相同氮素水平下，弱光處理水稻產(chǎn)量顯著低于CK，其在N1、N2 和N3處理下的產(chǎn)量分別降低18.8%、15.6%和12.5%。弱光處理下，N2 和N3 的產(chǎn)量則分別較N1 處理提高12.7%和19.7%。 對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行進(jìn)一步分析，弱光處理每公頃有效穗數(shù)顯著減少，N1、N2和N3 氮素水平下分別降低16.3%、10.5% 和10.2%。 弱光脅迫下，每公頃有效穗數(shù)隨著氮素用量增加而增加，N2 和N3 的穗數(shù)分別較N1 處理提高了10.2%和13.9%。 水稻分蘗期弱光脅迫和氮素用量對(duì)每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量的影響則較小。 因此，分蘗期弱光脅迫主要導(dǎo)致穗數(shù)減少而造成減產(chǎn)，而增施氮素能緩解弱光脅迫對(duì)產(chǎn)量的影響。

表2 不同處理水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Table 2 Rice yield and its components of different treatments

2.3 稻米加工和外觀(guān)品質(zhì)

由表3 可知，相同氮素水平下，弱光處理降低了糙米率，但提高了整精米率；且隨著氮素水平的提高，稻米的精米率和整精米率增大。 分蘗期的光照和氮素水平對(duì)稻米外觀(guān)品質(zhì)也具有影響。 相同氮素水平下，弱光處理稻米的堊白粒率和堊白度顯著降低。 弱光脅迫下，堊白粒率和堊白度隨氮素施用量的增加而降低。

表3 不同處理下稻米加工和外觀(guān)品質(zhì)Table 3 Milling and appearance quality of rice under different treatments %

2.4 稻米食味品質(zhì)

由表4 可知，稻米直鏈淀粉含量隨分蘗期施氮量的增加而降低，蛋白質(zhì)含量則隨之升高。 分蘗期弱光處理降低了稻米直鏈淀粉含量，提高了蛋白質(zhì)含量，顯著降低了稻米食味值。 弱光條件下，N1 處理食味值顯著高于N2 和N3 處理，但N2 和N3 無(wú)顯著差異。 進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，分蘗期的弱光脅迫和增施氮素處理均顯著降低了米飯外觀(guān)、黏度和平衡度，增加了米飯硬度。

3 討論

分蘗期弱光脅迫主要抑制水稻分蘗的發(fā)生，減少分蘗數(shù)，降低最終穗數(shù)[4，10]，使得產(chǎn)量下降。 合理的氮素運(yùn)籌能促進(jìn)分蘗的發(fā)生，提高植株光合效率[17-19]。 黃麗芬等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在分蘗期弱光脅迫處理下，水稻分蘗數(shù)與氮素用量呈正相關(guān)。 本研究中，水稻分蘗期的弱光處理抑制了水稻分蘗的發(fā)生，相同氮素水平下，弱光顯著減少了水稻穗數(shù)，從而導(dǎo)致產(chǎn)量降低。 弱光脅迫下，穗數(shù)隨氮素施用量的增大而增多。 因此，分蘗期弱光脅迫會(huì)抑制分蘗的發(fā)生，從而減少穗數(shù)，降低產(chǎn)量，而增施氮素可減弱弱光脅迫對(duì)分蘗的抑制進(jìn)而緩解其對(duì)產(chǎn)量的影響。

分蘗期弱光脅迫可導(dǎo)致水稻生育期推遲[5]，影響稻米品質(zhì)形成。 劉奇華等[11]以中、低直鏈淀粉含量水稻品種為試驗(yàn)材料開(kāi)展研究，發(fā)現(xiàn)水稻分蘗期遮陰會(huì)降低稻米精米率和整精米率，減少稻米堊白度，增加稻米直鏈淀粉含量。 趙祥[10]發(fā)現(xiàn)生育前期遮陰會(huì)降低稻米直鏈淀粉含量。 張麗微[15]研究發(fā)現(xiàn)，分蘗期施氮量為51.75 kg/hm2的處理糙米率、精米率最高，食味值較好。 李艷紅等[21]研究發(fā)現(xiàn)，分蘗期施氮60 kg/hm2協(xié)同濕潤(rùn)灌溉處理能顯著提高稻米加工和外觀(guān)品質(zhì)。 本試驗(yàn)結(jié)果表明，分蘗期弱光脅迫處理下，稻米直鏈淀粉含量降低，蛋白質(zhì)含量提高，稻米食味品質(zhì)降低。 但在弱光脅迫下，增加分蘗期氮肥用量可改善稻米加工和外觀(guān)品質(zhì)，但稻米食味品質(zhì)進(jìn)一步變劣。

4 結(jié)論

分蘗期弱光脅迫可抑制水稻分蘗的發(fā)生，降低穗數(shù)而導(dǎo)致減產(chǎn)。 弱光脅迫下，增加分蘗期氮素用量有利于提高水稻分蘗數(shù)和最終穗數(shù)，從而緩解弱光脅迫對(duì)水稻產(chǎn)量的影響。 分蘗期弱光脅迫對(duì)不同稻米品質(zhì)指標(biāo)影響不一，可降低稻米堊白粒率和堊白度，但也會(huì)降低食味品質(zhì)。