施氮量與移栽密度互作對墾粳7號稻米品質(zhì)的影響

蘭宇辰, 郭曉紅*, 李猛, 趙洋, 李曉蕾, 姜紅芳,王鶴瓔, 徐令旗, 張曉寧, 呂艷東

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 黑龍江省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)與作物種質(zhì)改良重點(diǎn)實(shí)驗室, 黑龍江 大慶 163319; 2.牡丹江市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站, 黑龍江 牡丹江 157000; 3.北大荒墾豐種業(yè)股份有限公司, 哈爾濱 150090)

水稻是我國的重要糧食作物之一，產(chǎn)量居世界第一，也是我國種植面積最大、單產(chǎn)最高的主要農(nóng)作物[1]，在我國糧食生產(chǎn)和消費(fèi)上占主導(dǎo)地位。近年來，隨著人民物質(zhì)生活水平的提高，稻米品質(zhì)逐漸受到人們的重視[2]。在保證產(chǎn)量的同時，提高稻米品質(zhì)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的一大難題。氮素與移栽密度是調(diào)節(jié)水稻植株性狀，影響產(chǎn)量及品質(zhì)的重要限制因子。氮素是水稻生長發(fā)育必需的三大營養(yǎng)元素之一，在水稻栽培過程中氮素的施入是不可或缺的，氮素營養(yǎng)狀況直接影響水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)[3-4]。傳統(tǒng)水稻生產(chǎn)中增施氮肥是提高水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵措施之一[5]。圍繞著水稻氮代謝與產(chǎn)量的關(guān)系，前人展開了廣泛的研究，總結(jié)出提高水稻產(chǎn)量的科學(xué)施氮方法[6-8]，但皆注重于產(chǎn)量的提高，對于稻米品質(zhì)的研究較少。同時，我國水稻生產(chǎn)過程中，氮肥的使用存在著諸多不合理性[9]。生產(chǎn)上，氮肥以基施為主，大量施用，利用率低下[10]，導(dǎo)致水稻前期群體過大，后期倒伏減產(chǎn)、養(yǎng)分大量流失、溫室氣體大量排放、資源大量浪費(fèi)等問題。我國水稻田間施氮量普遍偏高[11]，為保證水稻氮素營養(yǎng)合理分配，保證產(chǎn)量及品質(zhì)，移栽密度的調(diào)控同樣重要。移栽密度一直是農(nóng)業(yè)工作者用于調(diào)節(jié)群體結(jié)構(gòu)、提高產(chǎn)量、降低成本的一種手段[12-13]。但隨著農(nóng)業(yè)發(fā)展的機(jī)械化程度提高，以及青壯年勞動力向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移和勞動力成本的上升，我國水稻趨于稀植化，且種植密度呈下降趨勢。因多年實(shí)踐與改進(jìn),稀少平栽培技術(shù)[14]、水稻旱育稀植栽培技術(shù)[15]等一些高產(chǎn)栽培技術(shù)體系已非常成熟，但基于特定品種和特定生態(tài)環(huán)境及氣候，量化不足[16]。嚴(yán)光彬等[17]研究表明，在密植、稀植、超稀植栽插條件下，稻米的加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)會隨著移栽密度的增加而提高。前人關(guān)于氮密互作的研究主要針對于產(chǎn)量及其群體結(jié)構(gòu)。嚴(yán)凱等[18]認(rèn)為施氮300 kg·hm-2、移栽密度為33.3萬穴·hm-2時，可以獲得相對優(yōu)質(zhì)的最高產(chǎn)量。鄧中華等[19]認(rèn)為移栽密度為22.1 萬穴·hm-2同時施氮量為194.9 kg·hm-2是實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)高效、節(jié)氮、省工栽培的合理組合。合理的施用氮肥和合適的移栽密度對于水稻穩(wěn)產(chǎn)具有至關(guān)重要的作用。但對于水稻移栽密度及施氮量的互作研究，主要集中在氮密互作對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響。氮密互作對于寒地水稻品質(zhì)影響的研究很少，還需要進(jìn)一步探究。為此，針對寒地特殊生態(tài)條件，本試驗以耐鹽堿墾粳7號為試驗材料，設(shè)置了5種不同施氮水平和3種移栽密度水平，進(jìn)行氮密互作試驗，比較了不同氮密互作處理對墾粳7號品質(zhì)的影響，旨在為探究寒地水稻合理的栽培措施、改善稻米品質(zhì)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種為墾粳7號(主莖12片葉)，由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)水稻中心選育。供試肥料為尿素(含N 46%)、重過磷酸鈣(含P2O546%)、硫酸鉀(含K2O 50%)。

1.2 試驗區(qū)概況

試驗于2018年在黑龍江省大慶市王家圍子試驗基地進(jìn)行(東經(jīng)125°07′39.56″，北緯46°40′49.03″)。試驗田塊為蘇打鹽堿土，0—20 cm 土壤養(yǎng)分含量有機(jī)質(zhì)36.20 g·kg-1，全氮2.00 g·kg-1，全磷0.65 g·kg-1，全鉀20.16 g·kg-1，堿解氮155.75 mg·kg-1，有效磷29.87 mg·kg-1，速效鉀127.06 mg·kg-1，可溶性鹽2.8 g·kg-1，pH 8.29。

1.3 試驗設(shè)計

采用裂區(qū)試驗設(shè)計，設(shè)施氮量和移栽密度兩因素。以施氮量(N)為主區(qū)，設(shè)氮肥施用量為0、90、120、150、180 kg·hm-25個水平，分別記為N0、N1、N2、N3和N4處理；分基肥、分蘗肥、調(diào)節(jié)肥、穗肥4次施入，比例為4∶3∶1∶2；磷肥全部作基肥；鉀肥作基肥和穗肥，比例為6∶4。移栽密度(M)為裂區(qū)，設(shè)20.2萬、25.1萬和33.3萬穴·hm-23個水平，分別記為M1、M2和M3處理，行穴距分別為30 cm×16.5 cm、30 cm×13.3 cm和30 cm×10 cm。主區(qū)面積133.3 m2，裂區(qū)面積44.4 m2，共15個處理，3次重復(fù)。各小區(qū)作梗隔離，采用單排單灌。

1.4 測定項目及方法

水稻收獲后風(fēng)干3 個月，按《中國農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編 糧油作物卷》[20]的標(biāo)準(zhǔn)測定品質(zhì)。用FC-2K型離心式實(shí)驗礱谷機(jī)(YAMAMOTO，日本)加工成糙米，用VP-32型直立式實(shí)驗?zāi)朊讬C(jī)(YAMAMOTO，日本)加工精米；堊白粒率、堊白度用ES-1000便攜式品質(zhì)分析儀(日本靜岡機(jī)械株式會社)測定；直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量用1241型近紅外谷物分析儀(FOSS公司)測定；食味品質(zhì)用STA1A型米飯食味計[日本佐竹(SATAKE)公司]進(jìn)行測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用WPS 2019和DPS 7.05軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量和移栽密度互作對墾粳7號加工品質(zhì)的影響

表1結(jié)果表明，施氮量對墾粳7號糙米率有顯著影響(F=3.082*)，對精米率和整精米率的影響均不顯著(F值分別為2.286和1.986)。從圖1可以看出，施氮量N1水平下糙米率與N2、N3和N4差異顯著，隨施量增加，糙米率先下降后上升，表現(xiàn)為N2>N3=N4>N0>N1；N2施氮量下，糙米率最高，為80.05%，較N1提高了2.11%。移栽密度對墾粳7號糙米率(F=9.107**)、精米率(F=5.996**)和整精米率(F=7.037**)均有極顯著影響。其中，糙米率和精米率趨勢一致，均呈現(xiàn)M3>M1>M2；整精米率呈現(xiàn)M3>M2>M1；M3移栽密度下，糙米率、精米率和整精米率分別為80.12%、66.89%和61.00%，糙米率和精密率較M2分別提高了1.99%和5.55%，整精米率較M1提高了9.18%。由表1可知，施氮量與移栽密度的互作效應(yīng)對糙米率存在顯著影響(F=2.725*)，對精米率(F=2.154)和整精米率(F=1.382)的影響均不顯著；N2M3處理下，墾粳7號糙米率最高。以上結(jié)果表明，施氮量對墾粳7號的糙米率影響顯著，對其余加工品質(zhì)影響較?。灰圃悦芏仁怯绊憠ň?號加工品質(zhì)的主要因素，移栽密度為33.3萬穴·hm-2時，有利于提升墾粳7號加工品質(zhì)。

表1 氮密互作對墾粳7號加工品質(zhì)的影響Table 1 Effects of the interaction between nitrogen application rate and transplanting density on processing quality of Kenjing 7

2.2 施氮量和移栽密度互作對墾粳7號外觀品質(zhì)的影響

表2結(jié)果顯示，施氮量對墾粳7號長寬比的影響不顯著(F=0.900)，對堊白粒率(F=8.385**)和堊白度(F=4.948**)均有極顯著影響。隨著施氮量增加，堊白粒率和堊白度先增加后下降，均在N3施氮水平下達(dá)到最低值，較N0施氮水平下，分別降低了31.2%和19.7%(圖2)。移栽密度對墾粳7號長寬比的影響不顯著(F=0.050)，對堊白度有極顯著影響(F=5.259**)，對堊白粒率有顯著影響(F=5.148*)。隨移栽密度增加，堊白粒率和堊白度先增加后下降，兩性狀均表現(xiàn)為M2>M3>M1，M1堊白粒率和堊白度較M2分別降低了20.6%和21.4%。施氮量與移栽密度的互作效應(yīng)對堊白粒率(F=2.467*)、堊白度(F=2.498*)和長寬比(F=2.564*)存在顯著影響。各處理間，N4M1處理下，墾粳7號堊白粒率和堊白度達(dá)最低值。以上結(jié)果表明，增加施氮量的同時，降低移栽密度，施氮量為180 kg·hm-2、移栽密度為20.2 萬穴·hm-2時，有利于提高墾粳7號的外觀品質(zhì)。

表2 氮密互作對墾粳7號外觀品質(zhì)的影響Table 2 Effects of the interaction between nitrogen fertilizer application rate and transplanting density on appearance quality of Kenjing 7

2.3 施氮量和移栽密度互作對墾粳7號營養(yǎng)品質(zhì)和食味評分的影響

表3結(jié)果顯示，施氮量對墾粳7號直鏈淀粉含量(F=6.126**)、蛋白質(zhì)含量(F=70.985**)和食味評分(F=4.672**)均有極顯著影響。其中，直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量變化趨勢一致，均隨著施氮量的增加而提高，表現(xiàn)為N4>N3>N2>N1>N0；與營養(yǎng)品質(zhì)相反，食味評分隨施氮量的增加而降低，表現(xiàn)為N0>N1>N2>N3>N4；N4施氮量下，直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量和食味評分分別為19.99%、9.22%和75.37，與N0相比，直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量分別提高了9.77%和11.76%，食味評分降低了5.32%(圖3)。移栽密度對墾粳7號直鏈淀粉含量(F=0.076)、蛋白質(zhì)含量(F=0.812)和食味評分(F=0.237)的影響均不顯著。其中，M1移栽密度下，直鏈淀粉含量、蛋白質(zhì)含量和食味評分均達(dá)到最高值，分別為19.40%、8.82%和78.54。由表3可知，施氮量與移栽密度的互作效應(yīng)對蛋白質(zhì)含量(F=5.832**)和食味評分(F=6.016**)存在極顯著影響，對直鏈淀粉含量(F=1.081)無顯著影響。各處理間，N4M1處理下，直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量均達(dá)最高值，分別為20.60%和9.33%；與營養(yǎng)品質(zhì)相反，N0M1處理下，食味評分達(dá)最高值，為81.1。以上結(jié)果表明，移栽密度對墾粳7號營養(yǎng)品質(zhì)和食味評分的影響較小，施氮量是決定墾粳7號營養(yǎng)品質(zhì)和食味評分的主要因素。隨著施氮量增加，營養(yǎng)品質(zhì)逐漸增加，食味品質(zhì)逐漸降低。施氮量為180 kg·hm-2、移栽密度為20.2萬穴·hm-2時，有利于提高墾粳7號的營養(yǎng)品質(zhì)，而食味品質(zhì)降低。

表3 氮密互作對墾粳7號營養(yǎng)品質(zhì)和食味評分的影響Table 3 Effects of the interaction between nitrogen fertilizer application rate and transplanting density on nutritional quality and taste score of Kenjing 7

3 討論

糧食資源短缺、耕地資源稀少的現(xiàn)狀是限制我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要問題，蘇打鹽堿地作為農(nóng)業(yè)后備資源，其合理利用對農(nóng)業(yè)和農(nóng)村發(fā)展具有重要意義。水稻種植是改良和利用鹽堿地的有效途徑之一[21-23]。氮素和移栽密度互作對水稻品質(zhì)的研究多有報道，但由于品種類型、環(huán)境條件、試驗設(shè)計等原因，前人的研究結(jié)果不盡相同，且針對于寒地蘇打鹽堿土的研究相對較少。稻米品質(zhì)的形成主要由遺傳因素控制，但同時又受到栽培措施的影響[24]。有研究認(rèn)為，增加氮肥量可以提高糙米率、精米率和整精米率[25-27]。周培南等[28]研究表明，施氮量對稻米加工品質(zhì)影響較??；成臣等[29]研究表明，隨施氮量增加，稻米糙米率、精米率和整精米率增加，但不同施氮量范圍下加工品質(zhì)變優(yōu)幅度有所差異，其中高施氮量下變優(yōu)程度較小。與前人研究結(jié)果基本一致，本研究結(jié)果表明，施氮量對墾粳7號除糙米率影響顯著外，對其余加工品質(zhì)影響較小，變優(yōu)幅度不大。關(guān)于移栽密度對稻米加工品質(zhì)的影響，王建[30]研究表明，寧粳3號和南粳9108的糙米率隨密度增加呈增加趨勢，與本研究結(jié)果一致，提高移栽密度有利于提升墾粳7號加工品質(zhì)。

前人關(guān)于施氮量對稻米外觀品質(zhì)影響的研究有很多。金正勛等[31]認(rèn)為，增施氮肥可明顯降低稻米堊白率；馬群等[32]則認(rèn)為，氮肥用量在0～300 kg·hm-2范圍內(nèi)時，遲熟中粳水稻堊白粒率隨施氮水平的增加而增加。與前人研究不盡一致，本研究結(jié)果表明，施氮用量在0～180 kg·hm-2范圍內(nèi)時，隨施氮量增加，堊白粒率和堊白度先增加后下降，這可能與選用品種、地理和氣候差異有關(guān)。研究表明，不同品種堊白度、堊白粒率對氮肥的響應(yīng)不同[33]；隨移栽密度增加，稻米堊白粒率和堊白度先上升后下降[34]；還有學(xué)者認(rèn)為，在合理的范圍內(nèi)，降低一定的密度對水稻外觀品質(zhì)起到一定的改善作用[35]，這與本研究結(jié)果一致。

有關(guān)稻米蛋白質(zhì)含量與施氮量的關(guān)系，眾多報道均認(rèn)為稻米氮白質(zhì)含量隨著施氮量的增加而增加[36]；程效義等[37]研究表明，不同施氮處理對稻米蛋白質(zhì)含量和食味值有極顯著差異；張洪程等[36]以兩優(yōu)培九為試材研究表明，增施氮肥直鏈淀粉含量增加；姜元華等[38]研究表明，增加施氮量將降低粳稻食味評分；高輝等[39]研究了4種氮肥水平下3種不同粳稻蒸煮食味品質(zhì)的變化規(guī)律，結(jié)果表明，食味值隨施氮量的增加而降低。本研究中，施氮量在0～180 kg·hm-2范圍內(nèi)，隨著氮肥水平提高，墾粳7號的食味評分下降，即增施氮肥使得稻米的食味品質(zhì)變劣，這與前人在常規(guī)粳稻上的研究結(jié)果一致[39-41]。季紅娟等[34]研究表明，不同栽插密度對揚(yáng)粳805直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量無顯著差異，這與本研究結(jié)果一致，3種移栽密度水平間直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量差異不顯著。鹽堿地的土壤理化性質(zhì)較為特殊，本試驗只對水稻植株以及稻米進(jìn)行了相關(guān)的研究分析，對于施入氮肥后氮代謝相關(guān)基因及酶的變化研究較為缺乏，后續(xù)試驗中要對這方面進(jìn)行更全面的研究。