秸稈還田條件下氮素運籌模式對粳稻產量構建及稻米品質的影響

摘要：為探明秸稈還田并調整氮素運籌模式對雜交粳稻粳優7699在干物質積累、SPAD值、產量構建及品質方面的影響，以常規施氮肥為對照，通過研究秸稈還田和調控不同氮素比例對其影響，旨在為豫南地區優質粳稻產業發展提供技術支撐。結果表明，干物質積累方面，2年不同處理中，拔節期和齊穗期干物質積累量隨著追肥（氮肥用量）比例的上升出現下降的趨勢，成熟期總體呈現先上升后降低的趨勢且最大值為N4（基追比為4∶6）處理；SPAD值方面，齊穗期和成熟期隨著追施氮肥比例的增加呈現增加的趨勢；產量構建方面，隨著追施氮肥比例的增加，有效穗數、結實率及產量呈現先增加后降低的趨勢，且在N4處理達到最大值；品質方面，隨著追施氮肥比例的增加，出糙率和整精米率呈現先增加后降低的趨勢，最高值為N4處理且2年數據均大于對照，堊白度和堊白率均隨著追施氮肥比例的增加呈現先降低后增加的趨勢，且均低于CK，直鏈淀粉含量總體呈現先增加后降低的趨勢，且蛋白質含量均顯著高于CK；食味值方面，隨著追施氮肥比例的增加呈現先增加后降低的趨勢，且2年的最大值均為N4處理，均顯著高于CK。綜上，利用秸稈還田且氮素在N4處理（基追比為4∶6）時，各項指標較好，且產量高于對照，能兼顧品質和產量雙提升。

關鍵詞：秸稈還田；氮素運籌；粳優7699；產量；SPAD；干物質積累；品質

中圖分類號：S511.2⁺20.6 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）21-0104-05

收稿日期：2023-11-23

項目基金：河南省重點研發專項（編號：231111110500）；國家現代農業產業技術體系建設專項（編號：CARS-01-101）；河南省農業產業技術體系建設專項（編號：HARS-22-03-G2、HARS-22-03-Z2）。

作者簡介：胡 楊（1990—），男，河南新縣人，碩士，助理研究員，主要從事水稻高產優質栽培研究。E-mail：huyang0373@126.com。

通信作者：申關望，副研究員，主要從事水稻育種及高產栽培研究。E-mail：xynkgws@126.com。

水稻是重要的糧食作物，對于保障我國糧食安全起著重要作用^［1］。隨著人們生活水平的提高，對稻米品質的要求越來越高，然而種植方式的轉變、不合理的施用氮肥等原因，限制了稻米品質的提升，阻礙了水稻產業的快速發展^［2］。氮素是影響水稻高產和稻米品質的關鍵主要因素之一^［3］。大田生產中，種植戶往往通過過量施用氮肥來提高單產，與之俱來的是環境的不斷惡化，如水體富營養化、溫室氣體氧化亞氮（N₂O）排放量增加等，正逐步成為限制水稻產業可持續健康發展的重要障礙^［4-5］。減少過量施肥造成的污染，最主要的途徑是提高肥料利用率，合理施肥，通過轉變施肥方式減少化肥的揮發和流失，同時，在不降低農作物產量的前提下減少氮肥的用量。如何實現兼顧稻田土壤肥力和水稻產量，同時改善稻米品質，減少因氮肥不合理施用而造成的系列問題，實現水稻產業可持續發展，日益引起人們的關注。

農作物秸稈屬于生物質能源物質，在保持和提高土壤肥力方面具有重要作用^［6］。目前，國內外學者對秸稈還田與土壤酶活性^［7］、微生物種類數量^［8］、養分積累^［9-10］和氣體釋放^［11］等方面進行了相關研究，由于秸稈還田量、土壤肥力、水稻品種、氣候等因素的不同，導致關于秸稈還田與氮素運籌對水稻產量及品質影響的研究結果有所差異，且豫南地區對水稻秸稈還田協同氮素運籌對產量構建及稻米品質的影響報道甚少。因此，本研究以雜交粳稻品種粳優7699為供試材料，以秸稈還田配合減施氮肥和調整氮素基追比，研究秸稈還田條件下氮肥運籌對粳稻產量構建和稻米品質變化規律的影響，旨在為豫南地區優質粳稻產業發展提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 供試品種

供試品種為信陽市農業科學院選育的雜交粳稻品種粳優7699。

1.2 試驗設計

本試驗于2020—2021年在河南省信陽市農業科學院試驗田（114°05′E，32°07′N，海拔高度為75.9 m）分2年連續進行。試驗設置：（1）秸稈不還田和常規施氮肥尿素（300 kg/hm²）且基追肥比 5∶5 為對照（CK）；（2）秸稈還田和減氮20%處理下設置5種不同的氮肥基追比模式，分別為7∶3（N1）、6∶4（N2）、5∶5（N3）、4∶6（N4）和3∶7（N5）。

試驗參照當地常規施肥量，按照尿素（46.7% N）300 kg/hm²、過磷酸鈣（12% P₂O₅）6 00 kg/hm²、氯化鉀（60% K₂O）240 kg/hm²施入。施肥方法：氮肥按照比例施用，其中分蘗肥、穗肥比為5∶5，磷鉀肥作為基肥一次性施入。秸稈處理方法：秋季采用收割機收獲水稻，將秸稈統一粉碎，秸稈按照 7 500 kg/hm² 還田，均勻拋撒后進行機械旋耕作業。試驗設3次重復，小區面積26.68 m²，每個小區用擋板隔開，保證單排單灌，2年均于5月20日播種，采用泥質法育秧。6月15日進行移栽，栽插行株距為20 cm×16.7 cm，每穴栽2個苗。其他田間管理均按豫南水稻高產優質栽培技術進行。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 生長期干物質測定

在拔節期、齊穗期、成熟期以平均莖蘗數為主要標準，每個小區取5穴帶回室內，清洗干凈去根，裝入牛皮袋，105 ℃殺青 30 min，75 ℃烘干至恒重，稱重。

1.3.2 SPAD值測定

在始穗期、齊穗期和成熟期，每個小區選取10株，用日本產葉綠素測定儀（SPAD-502）測定劍葉葉綠素含量。

1.3.3 考種與測產

各小區成熟收割前調查有效穗數，每個小區取樣5穴進行室內考種，每個小區單獨收獲測產，考種為穗粒數、結實率、千粒重。

1.3.4 稻米品質測定

各處理收獲后留樣1 000 g，自然晾干保存3個月以上，待理化性狀穩定后進行稻米品質測定。參照《米質測定方法》（NY/T 83—2017）^［12］測定糙米率和整精米率等加工品質指標；參照《稻米整精米率、粒型、堊白利率、堊白度及透明度的測定 圖像法》（NY/T 2334—2013）^［13］測定堊白粒率和堊白度等指標；利用近紅外谷物分析儀檢測其蛋白質含量、直鏈淀粉含量和食味值^［14］。

1.4 數據分析

試驗數據用Excel和SPSS 19.0進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 秸稈還田及不同氮素基追比對干物質積累的影響

由表1可知，2年5個秸稈還田結合減氮處理中，拔節期和齊穗期干物質積累量隨著追肥（氮肥用量）比例的上升出現下降的趨勢，且N1處理的干物質積累量最大；成熟期隨著追肥比例的上升總體呈現先上升后降低的趨勢且最大值為N4處理，說明干物質積累量在一定范圍內隨著追肥比例的上升呈現上升的趨勢，但超過一定范圍反而降低。

2.2 秸稈還田及不同氮素基追比對SPAD值的影響

從表2可以看出，隨著追肥比例的增加，劍葉SPAD值在始穗期2020年呈先增加后降低的趨勢且N2為最大值，2021年呈降低趨勢且N1、N2大于對照處理；齊穗期2年均隨著追肥比例的增加呈現增加的趨勢，且N4和N5處理大于對照；成熟期隨著追肥比例的增加也呈現增加的趨勢。從葉綠素含量衰減率來看，隨著追肥比例的增加，始穗—齊穗、齊穗—成熟均總體呈現降低趨勢，始穗—成熟2年數據均呈現降低趨勢。由此說明，提高氮肥追肥比例，可以延緩SPAD值下降，有利于光合作用的形成。

2.3 秸稈還田及不同氮素基追比對產量形成的影響

從表3可知，隨著追施氮肥比例的增加，有效穗數2年數據均呈現先增加后降低的趨勢； 穗粒數呈現先降低后增加的趨勢；結實率呈現先增加后降低的趨勢，且N4處理結實率最高；千粒重呈現增加的趨勢，最大值為N5處理；產量2020年呈現先增加后降低的趨勢，2021年N2～N5處理呈現先增加后降低的趨勢，2年中N4處理產量均為最高且大于對照產量。由此說明，在一定范圍內增加追施氮肥比例，可以提高有效穗數量、結實率、千粒重和產量，但穗粒數出現減少的情況；追施氮肥高比例下，雖然穗粒數較高，但結實率下降明顯，有效穗數反而降低。因此，秸稈還田且提高追施氮肥比例有利于提高水稻產量，但如何提高有效穗數是進一步提高產量的關鍵。

2.4 秸稈還田及不同氮素基追比對稻米加工和外觀品質的影響

從表4可以看出，隨著追施氮肥比例的增加，出糙率和整精米率呈現先增加后降低的趨勢，最高值為N4處理且2年數據均大于對照，N4處理與其他4個處理均差異極顯著，說明秸稈還田情況下，可以通過調整基追比來提高出糙率和整精米率。

在5個秸稈還田結合減氮處理中，堊白度和堊白率均隨著追施氮肥比例增加呈現先降低后增加的趨勢，且均低于CK。5個秸稈還田并且調整基追比的處理與CK均呈現極顯著差異，說明秸稈還田情況下減少氮肥用量可以降低本品種的堊白度和堊白率。

2.5 秸稈還田及不同氮素基追比對稻米營養品質的影響

從表5可知，在5個秸稈還田結合減氮處理中，隨著追施氮肥比例的增加，直鏈淀粉含量總體呈現先增加后降低的趨勢，而蛋白質含量除2021年N5處理外呈現降低的趨勢，且蛋白質含量均顯著高于CK；食味值方面，隨著追施氮肥比例的增加，呈現先增加后降低的趨勢，且2年的最大值均為N4處理，均顯著高于CK。說明秸稈還田情況下減氮配合調整氮肥比例，在一定范圍內隨著追施氮肥比例的增加，對直鏈淀粉含量和食味值呈正相關關系，和蛋白質含量呈負相關關系。

3 討論

秸稈還田作為秸稈最直接最有效的利用方式之一，可在減少氮素投入的情況下實現水稻產量和品質雙提升。大量研究表明，秸稈還田能增加水稻產量，多數研究認為秸稈還田配施氮肥能夠增加作物產量和促進作物根系生長，施入土壤的秸稈在微生物分解作用下部分轉化為可吸收態氮；另一部分被緩慢分解或轉化成結構穩定的土壤有機質組成部分，對改善土壤理化性質、提高土壤肥力、減少肥料的使用以及保護生態環境起到重要作用，最終實現減氮不減產^［15-16］。

3.1 秸稈還田及不同氮素基追比對干物質積累的影響

水稻干物質的積累是產量形成的基礎。凌啟鴻指出水稻產量與成熟期干物質積累量及抽穗至成熟期干物質積累量呈線性關系^［17］。前人的研究多是施氮肥量與干物質積累的關系^［18-19］。本研究中，通過秸稈還田減氮并配合調整基追比例，2年中拔節期和齊穗期干物質積累量隨著追肥（氮肥用量）比例的上升出現下降的趨勢；成熟期隨著追施氮肥比例的上升呈現先上升后降低的趨勢且最大值為N4處理，說明干物質積累量在一定范圍內隨著基追比比例的上升呈現上升的趨勢，但超過一定范圍反而降低。收獲指數呈現先增加后降低的趨勢，且均大于對照。

3.2 秸稈還田及不同氮素基追比對SPAD值的影響

只有充足的源，才能建立更大的庫，提高葉綠素含量才能為產量形成提供充足的營養。前人研究多是單純通過施用適量的氮肥來調節葉綠素含量^［19-20］。本研究中，秸稈還田減氮并配合調整基追比例，隨著追肥比例的增加，劍葉SPAD值在2020年始穗期呈先增加后降低的趨勢且N2為最大值；齊穗期隨著追施氮肥比例的增加呈現增加的趨勢；成熟期隨著追施氮肥比例的增加也呈現增加的趨勢。從葉綠素含量衰減率來看，隨著追施氮肥比例的增加，始穗—齊穗、齊穗—成熟均總體呈現降低趨勢，始穗—成熟2年數據均呈現降低趨勢。由此說明，通過提高氮肥追肥比例來增加后期氮素供應量，可以提高葉片葉綠素含量，延緩葉片衰老，促進光合作用，為高產提供更多的“源”。

3.3 秸稈還田及不同氮素基追比對產量形成的影響

前人關于秸稈還田與氮肥運籌對水稻產量構建的影響進行了大量研究。左文剛等研究認為，秸稈還田條件下，氮肥前移可增加穗粒數和結實率，但降低千粒重^［21］。而在秸稈還田、施氮量不變的條件下，可通過氮肥的后肥前移，即適當增加基蘗肥比例來提高水稻產量^［22-23］。本研究表明，隨著追施氮肥比例的增加，有效穗數2年數據均呈現先增加后降低的趨勢，穗粒數呈現先降低后增加的趨勢，結實率呈現先增加后降低的趨勢，千粒重呈現增加的趨勢，產量總體呈現先增加后降低的趨勢且N4處理均為最高產量且大于對照產量。說明秸稈還田條件下，適當增加追施氮肥比例為后期水稻光合代謝提供充足營養，提供葉綠素含量，延緩了水稻生育后期葉片光合速率的下降，促進物質向籽粒轉移，提高結實率、千粒重，進而提高了產量。

3.4 秸稈還田及不同氮素基追比對稻米品質的影響

稻米品質是一個綜合概念，需要綜合考量各項指標^［24］。隨著生活水平的提高，人們對米質的要求越來越高^［25］。前人研究結果表明，適當增加氮肥穗肥用量，可以改善稻米加工品質，提高整精米率^［26］。本研究中，通過秸稈還田減氮并配合調整基追肥比例，出糙率和整精米率呈現先增加后降低的趨勢，說明秸稈還田情況下，可以通過調整氮肥基追比來達到提高出糙率和整精米率，適當增加追施氮肥比例，可以有效改善稻米加工品質；堊白度和堊白率均隨著追施氮肥比例增加呈現先降低后增加的趨勢，說明通過調整氮肥基追比可以降低堊白度和堊白率。

營養品質是評價稻米品質的重要方面。前人大量研究表明，適當降低直鏈淀粉和蛋白質含量有利于提升稻米食味品質^［27］。適當增加施氮量，有利于蛋白質含量的增加，但抑制直鏈淀粉含量的提升^［28］。本研究中，通過秸稈還田減氮并配合調整氮肥基追比時，隨著追施氮肥比例的增加，直鏈淀粉含量總體呈現先增加后降低的趨勢，而蛋白質含量呈現降低的趨勢，且蛋白質含量均顯著高于CK；食味值方面，呈現先增加后降低的趨勢。說明秸稈還田減氮配合調整氮肥比例，在一定范圍內隨著追施氮肥比例的增加，直鏈淀粉含量增加，蛋白質含量降低，這可能與增加追施氮肥比例提高了SPAD值、延緩了葉片衰老、后期阻礙了氮素向籽粒轉運有關。

4 結論

秸稈還田情況下，結合減氮和調整氮素基追比對粳優7699干物質積累、SPAD值、產量構建和稻米品質均存在顯著影響。秸稈還田情況下減施氮肥可通過增加適宜追施氮肥比例來提高干物質積累量、SPAD值、有效穗、結實率、千粒重及產量。與常規施氮處理相比，在一定范圍內，秸稈還田配合減氮條件下增加追施氮肥比例，可以改善稻米加工品質，降低稻米堊白度和堊白粒率，提高食味值。綜上，以秸稈還田配合施用240 kg/hm²尿素且基追比為4∶6時（基肥∶蘗肥∶穗肥比=4∶3∶3），能夠兼顧稻米品質和產量，生產上應以此作為粳稻7699秸稈還田條件下氮肥用量標準。

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