氮肥運籌對蘇打鹽堿地水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

王志君，李紅宇，2，夏玉瑩，趙海成，王士強，錢永德，鄭桂萍

（1. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 黑龍江省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)與作物種質(zhì)改良重點實驗室，黑龍江 大慶 163319）

我國鹽堿土主要為內(nèi)陸蘇打鹽堿土和濱海鹽堿土，總面積約9.9×107萬hm2［1］。水稻是我國主要的糧食作物，其產(chǎn)量對我國糧食安全具有重要意義。水稻對鹽中度敏感，土壤鹽堿化是限制水稻生長的重要因子之一，極容易造成水稻減產(chǎn)、品質(zhì)降低［2?8］。研究發(fā)現(xiàn)，鹽堿脅迫會延長水稻的生育期，降低單株分蘗力，進而降低水稻單株的有效分蘗數(shù)和產(chǎn)量［2?3］。研究還發(fā)現(xiàn)，鹽堿地水稻產(chǎn)量下降的主要原因是鹽堿脅迫對穗質(zhì)量有明顯抑制作用[4?5]。關(guān)于鹽堿脅迫對稻米品質(zhì)的影響方面，有研究認(rèn)為，土壤的鹽堿度越高，稻米堊白粒越多，稻米的外觀品質(zhì)越低[6]；余為仆[7]和朱明霞等[8]研究認(rèn)為，鹽堿脅迫能夠降低稻米的直鏈淀粉含量，提高蛋白質(zhì)含量，導(dǎo)致稻米的食味品質(zhì)變劣。蘇打鹽堿地貧瘠，雖然選育的耐鹽堿品種和篩選的較好的耕作栽培技術(shù)已經(jīng)使鹽堿地利用率、鹽堿地水稻產(chǎn)量均明顯提高，但施用氮肥依舊是鹽堿地增產(chǎn)的主要途徑[9?11]。研究發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)水稻產(chǎn)量隨氮肥施用量的增加而增加[9]；適當(dāng)增施氮肥能夠提高稻米的營養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)［10?11］，且氮肥施用比例和施用時期也會直接影響稻米的品質(zhì)，例如提高穗肥中氮肥施用比例能夠顯著提高稻米的糙米率、精米率、整精米率和蛋白質(zhì)含量，大幅降低外觀品質(zhì)及蒸煮食味品質(zhì)[12]。因此，探索一種合理有效的施氮方法對提高蘇打鹽堿地水稻產(chǎn)量、改善稻米品質(zhì)有著重要意義，但目前尚未見相關(guān)研究報道。為此，在水稻不同生育時期增施一定量的氮肥，改變傳統(tǒng)施肥比例，探究其對蘇打鹽堿地水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期為蘇打鹽堿地水稻合理施肥提供理論依據(jù)，實現(xiàn)鹽堿地水稻可持續(xù)發(fā)展。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

2020 年在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)校內(nèi)試驗基地（東經(jīng)124°26′～125°16′、北緯45°30′～47°11′），使用80 cm×60 cm×28 cm 的塑料盒進行栽培試驗。參試土壤為蘇打鹽堿土（A1）和黑鈣土（A2），鹽堿土取自黑龍江省安達市友誼村，黑鈣土取自黑龍江省方正縣會發(fā)鎮(zhèn)試驗基地。土壤混拌均勻后，每盒裝土78 kg，供試土壤理化性質(zhì)見表1。

表1 土壤養(yǎng)分狀況Tab.1 Soil nutrient status

供試水稻品種為墾粳8 號。供試肥料為尿素（含N 46.4%）、磷酸二銨（含N 18%、P2O546%）、硫酸鉀（含K2O 50%）。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用二因素完全隨機設(shè)計，一個因素是土壤類型（A），分別為蘇打鹽堿土（A1）和黑鈣土（A2）；另一個因素是施氮量（B），設(shè)4 個水平。常規(guī)施氮（B1）：總施氮（N）量為260.73 kg/hm2，按照基肥∶分蘗肥∶調(diào)節(jié)肥∶穗肥=4∶3∶1∶2 進行施用；在B1處理基礎(chǔ)上增施分蘗肥15%（B2），即分蘗肥的施用量為B1 處理分蘗肥施用量的115%，總施氮量為272.46 kg/hm2；在B1 處理基礎(chǔ)上增施調(diào)節(jié)肥15%（B3），即調(diào)節(jié)肥的施用量為B1 處理調(diào)節(jié)肥施用量的115%，總施氮量為264.65 kg/hm2；在B1 處理基礎(chǔ)上增施穗肥15%（B4），即穗肥的施用量為B1 處理穗肥施用量的115%，總施氮量為268.56 kg/hm2；B2、B3、B4處理其他時期施氮量同B1。磷酸二銨作為基肥一次性施用，施入量為131.94 kg/hm2；硫酸鉀按照基肥∶穗肥=6∶4 分2 次施用，總施入量為182.00 kg/hm2。

2020 年4 月12 日浸種，4 月18 日播種，5 月18日（秧苗葉齡為3.1）移栽。每個處理重復(fù)4次，每盒種植2 行，行距為30 cm，每行8 穴，穴距為10 cm，每穴4 苗，其他管理措施按照當(dāng)?shù)厮靖弋a(chǎn)栽培技術(shù)進行。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 成熟期（9 月20 日），每處理連續(xù)調(diào)查16 穴的穗數(shù)，按平均穗數(shù)取4 穴，調(diào)查有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒質(zhì)量，并計算產(chǎn)量。

1.3.2 穗部性狀 成熟期，取4穴水稻，每穴于穗部節(jié)間剪下，放在一起。待通風(fēng)陰干后，調(diào)查其穗質(zhì)量、穗長、著粒密度和一次枝梗、二次枝梗的數(shù)量及粒數(shù)、結(jié)實率、千粒質(zhì)量。

1.3.3 品質(zhì)指標(biāo) 水稻收獲后脫粒，晾曬2個月，待理化性質(zhì)穩(wěn)定后，每處理取200 g稻谷，重復(fù)3次，按照GB/T 17891—2017 測定稻米加工品質(zhì)（糙米率、精米率、整精米率）、外觀品質(zhì)（堊白粒率、堊白度）、營養(yǎng)品質(zhì)（蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量）及食味值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，采用DPS 9.05軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析及多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥運籌對蘇打鹽堿地水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2可以看出，土壤類型對水稻穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量的影響均達到了極顯著水平。與A2 處理相比，A1 處理穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量分別降低39.22%、9.49%、24.67%，表明蘇打鹽堿土水稻產(chǎn)量較黑鈣土降低，且降低的主要原因是穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量的降低。施氮量對穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量的影響均達到顯著水平，對產(chǎn)量的影響達到極顯著水平。與B1 處理相比，B4 處理穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量分別極顯著增加8.90%、7.77%，B2、B3、B4處理產(chǎn)量分別極顯著提高27.38%、30.97%、31.55%，表明在常規(guī)施氮基礎(chǔ)上增施一定量的穗肥能夠提高水稻穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，進而提高產(chǎn)量，且增施一定量分蘗肥和調(diào)節(jié)肥也能提高產(chǎn)量。

土壤類型與施氮量互作對水稻穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量的影響均達到顯著水平，對產(chǎn)量的影響達到極顯著水平（表2）。由圖1 可知，在A1 條件下，B4 處理水稻穗粒數(shù)最高，極顯著高于B1處理，較B1處理提高19.39%，顯著高于B2、B3 處理，B2、B3 處理與B1處理差異不顯著，說明增施穗肥能提高蘇打鹽堿土水稻的穗粒數(shù)。在A2條件下，B2處理穗粒數(shù)最高，顯著高于B1 處理，較B1 處理提高8.12%，B3、B4 處理與B1處理差異不顯著，說明增施分蘗肥能夠提高黑鈣土水稻的穗粒數(shù)。

圖1 土壤類型與施氮量互作對水稻穗粒數(shù)的影響Fig.1 Effect of interaction of soil type and nitrogen application rate on rice grain number per panicle

表2 氮肥運籌對蘇打鹽堿地水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Tab.2 Effect of nitrogen fertilizer management on rice yield and its components in soda saline-alkali soil

由圖2 可知，在A1 條件下，B2、B3、B4 處理水稻千粒質(zhì)量均極顯著高于B1 處理，分別較B1 處理提高20.06%、19.06%、28.72%；B4處理極顯著高于B2、B3處理，說明增施分蘗肥、調(diào)節(jié)肥、穗肥均能提高蘇打鹽堿土水稻千粒質(zhì)量，且增施穗肥處理對提高水稻千粒質(zhì)量更有優(yōu)勢。在A2條件下，B1、B2、B3、B4處理間千粒質(zhì)量無顯著差異。

圖2 土壤類型與施氮量互作對水稻千粒質(zhì)量的影響Fig.2 Effect of interaction of soil type and nitrogen application rate on rice 1 000-grain weight

由圖3 可知，在A1 條件下，B2、B3、B4 處理水稻產(chǎn)量極顯著高于B1 處理，分別較B1 處理提高54.85%、32.28%、91.89%；B4處理極顯著高于B2、B3處理，說明增施分蘗肥、調(diào)節(jié)肥、穗肥均能提高蘇打鹽堿土水稻產(chǎn)量，且增施穗肥處理對提高水稻產(chǎn)量更有優(yōu)勢。在A2條件下，B4處理產(chǎn)量最高，其次是B2 處理，兩者均極顯著高于B3 處理，B3 處理低于B1處理，但差異不顯著，說明增施分蘗肥、穗肥均能提高黑鈣土水稻產(chǎn)量。

圖3 土壤類型與施氮量互作對水稻產(chǎn)量的影響Fig.3 Effect of interaction of soil type and nitrogen application rate on rice yield

2.2 氮肥運籌對蘇打鹽堿地水稻穗部性狀的影響

由表3可以看出，土壤類型對水稻穗質(zhì)量、一次枝梗數(shù)、一次枝梗粒數(shù)、一次枝梗千粒質(zhì)量、二次枝梗數(shù)、二次枝梗千粒質(zhì)量的影響均達到極顯著水平；對水稻穗長、著粒密度的影響均達到顯著水平。與A2 處理相比，A1 處理穗質(zhì)量、一次枝梗數(shù)、一次枝梗粒數(shù)、一次枝梗千粒質(zhì)量、二次枝梗數(shù)、二次枝梗千粒質(zhì)量分別降低46.39%、20.04%、6.67%、8.58%、49.57%、13.19%；A1 處理穗長、著粒密度分別降低17.96%、25.85%。綜上可見，蘇打鹽堿土對水稻穗部性狀的影響較大。

表3 氮肥運籌對蘇打鹽堿地水稻穗部性狀的影響Tab.3 Effect of nitrogen fertilizer management on rice panicle characters in soda saline-alkali soil

施氮量對穗長、一次枝梗千粒質(zhì)量、二次枝梗數(shù)的影響均達到極顯著水平，對一次枝梗數(shù)、一次枝梗粒數(shù)的影響均達到顯著水平。B2、B3、B4 處理一次枝梗千粒質(zhì)量分別較B1 處理增加0.69%、0.78%、6.03%；二次枝梗千粒質(zhì)量較B1 處理分別增加-1.32%、-6.35%、0.98%，但差異不顯著。由此可見，在常規(guī)施氮的基礎(chǔ)上增施穗肥能夠提高一、二次枝梗千粒質(zhì)量，尤其是一次枝梗千粒質(zhì)量，進而提高產(chǎn)量。與B1 處理相比，B2、B3、B4 處理一次枝梗數(shù)分別增加10.75%、14.14%、13.43%，一次枝梗粒數(shù)分別增加19.23%、24.36%、23.50%。由此可見，增施分蘗肥、調(diào)節(jié)肥、穗肥能夠增加水稻一次枝梗數(shù)以及一次枝梗粒數(shù)。

由表3 可以看出，土壤類型與施氮量互作對水稻穗部性狀一次枝梗千粒質(zhì)量和二次枝梗數(shù)的影響均達到顯著水平。由圖4 可以看出，在A1 條件下，B4 處理一次枝梗千粒質(zhì)量極顯著高于B1 處理，B2、B3 處理顯著高于B1 處理，B2、B3、B4 處理分別較B1 處理提高9.25%、8.31%、20.83%；在A2 條件下，B1、B2、B3、B4 處理一次枝梗千粒質(zhì)量間無顯著差異。由此可見，在常規(guī)施氮的基礎(chǔ)上增施分蘗肥、調(diào)節(jié)肥、穗肥均能夠提高蘇打鹽堿地水稻一次枝梗的千粒質(zhì)量，增施穗肥效果最好。

圖4 土壤類型與施氮量互作對水稻一次枝梗千粒質(zhì)量的影響Fig.4 Effect of interaction of soil type and nitrogen application rate on 1 000-grain weight of primary branch of rice

如圖5所示，在A1條件下，B4處理二次枝梗數(shù)極顯著高于B1 處理，提高幅度為38.58%，其余處理間無顯著差異；在A2條件下，B1、B2、B3、B4處理二次枝梗數(shù)間無顯著差異。由此可見，在常規(guī)施氮的基礎(chǔ)上增施穗肥能夠提高蘇打鹽堿地水稻二次枝梗數(shù)。

圖5 土壤類型與施氮量互作對水稻二次枝梗數(shù)的影響Fig.5 Effect of interaction of soil type and nitrogen application rate on secondary branch number of rice

2.3 氮肥運籌對蘇打鹽堿地稻米品質(zhì)的影響

由表4可以看出，土壤類型對稻米加工品質(zhì)（糙米率、精米率、整精米率）、外觀品質(zhì)（堊白粒率、堊白度）、蛋白質(zhì)含量、食味值的影響均達到極顯著水平，對直鏈淀粉含量的影響達到顯著水平。與A2處理相比，A1處理糙米率、精米率、整精米率分別降低5.53%、6.23%、21.52%，說明蘇打鹽堿土?xí)档偷久椎募庸て焚|(zhì)；A1 處理堊白粒率、堊白度分別降低91.47%、91.09%，說明蘇打鹽堿土能夠改善稻米的外觀品質(zhì)；A1 處理蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量分別降低5.84%、3.25%，說明蘇打鹽堿土?xí)档偷久椎臓I養(yǎng)品質(zhì)；A1 處理食味值提高5.92%，說明蘇打鹽堿地能夠提高稻米的食味值。

由表4 可知，施氮量對稻米堊白粒率、堊白度、蛋白質(zhì)含量、食味值的影響均達到顯著水平。與B1處理相比，B2、B3、B4 處理堊白粒率和堊白度分別增加134.59%、63.53%、25.94%和136.55%、55.17%、26.21%，表明在常規(guī)施氮的基礎(chǔ)上增施分蘗肥、調(diào)節(jié)肥、穗肥不利于稻米外觀品質(zhì)的形成，且增施分蘗肥稻米外觀品質(zhì)最差；B2、B3、B4 處理稻米蛋白質(zhì)含量分別增加14.75%、8.39%、7.98%，表明在常規(guī)施氮的基礎(chǔ)上增施分蘗肥、調(diào)節(jié)肥、穗肥會增加稻米的蛋白質(zhì)含量；B2、B3、B4 處理食味值分別降低10.93%、9.85%、3.00%，表明在常規(guī)施氮的基礎(chǔ)上增施分蘗肥、調(diào)節(jié)肥、穗肥會降低稻米的食味值，以增施穗肥降低幅度最小，差異不顯著。

表4 氮肥運籌對蘇打鹽堿地水稻主要品質(zhì)指標(biāo)的影響Tab.4 Effects of nitrogen fertilizer management on main quality indexes of rice in soda saline-alkali soil

由表4 可知，土壤類型與施氮量互作對稻米食味值的影響達到顯著水平。由圖6 可以看出,在A1條件下，B1 、B4 處理稻米食味值極顯著高于B2、B3處理，B1 處理高于B4 處理，但差異未達到顯著水平，B2、B3、B4 處理分別較B1 處理降低10.53%、10.50%、4.56%，表明在常規(guī)施氮基礎(chǔ)上增施分蘗肥、調(diào)節(jié)肥、穗肥會降低蘇打鹽堿地稻米的食味值,增施穗肥處理食味值高于增施分蘗肥和調(diào)節(jié)肥處理。在A2條件下，B2、B3處理稻米食味值極顯著低于B1 處理，B4 處理顯著低于B1 處理，B2、B3、B4 處理分別較B1處理降低11.14%、10.96%、8.47%，表明在常規(guī)施氮基礎(chǔ)上增施分蘗肥、調(diào)節(jié)肥、穗肥會降低黑鈣土稻米的食味值。

圖6 土壤類型與施氮量互作對稻米食味值的影響Fig.6 Effect of interaction of soil type and nitrogen application rate on rice taste value

3 結(jié)論與討論

鹽堿脅迫對水稻產(chǎn)量具有較大影響，鹽堿脅迫下水稻產(chǎn)量降低的原因主要有2 種觀點：一種觀點認(rèn)為鹽堿脅迫下水稻產(chǎn)量降低主要是因為穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量的降低［13］；另一觀點認(rèn)為鹽堿脅迫下水稻產(chǎn)量降低主要是因為穴穗數(shù)和千粒質(zhì)量的降低［7?8］。本研究結(jié)果表明，與A2 處理相比，A1 處理水稻穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量分別降低了39.22%、9.49%、24.67%，穗數(shù)和結(jié)實率無顯著差異，這與觀點一[13]相同。本研究對穗部性狀進一步分析，發(fā)現(xiàn)蘇打鹽堿土處理極顯著降低了一、二次枝梗數(shù)及其千粒質(zhì)量和一次枝梗粒數(shù)，對二次枝梗粒數(shù)無顯著影響。因此，鹽堿脅迫造成水稻產(chǎn)量降低的原因是與穗粒數(shù)有關(guān)的一、二次枝梗數(shù)及其千粒質(zhì)量和一次枝梗粒數(shù)的降低。本研究發(fā)現(xiàn)，在水稻不同生育時期增施一定量的氮肥能夠有效緩解鹽堿脅迫對水稻的抑制作用，使產(chǎn)量提高，且增施穗肥產(chǎn)量提升幅度最大。

南方雙季秈稻生育期短、株型小，應(yīng)當(dāng)采用多施基、蘗肥，少施或不施穗肥的方式提高有效穗數(shù)來獲得高產(chǎn)［14］；而北方單季粳稻生育期長，與秈稻需肥特性有較大差異，應(yīng)當(dāng)提高水稻生育后期施肥比例，這樣能滿足粳稻的肥料需求，以便促進干物質(zhì)的積累，提高粒數(shù)和千粒質(zhì)量，最終提高產(chǎn)量［15?16］。在本試驗中，水稻產(chǎn)量表現(xiàn)為B4>B3>B2>B1。因此，在寒地常規(guī)施氮的基礎(chǔ)上增施一定量的穗肥更容易獲得高產(chǎn)。

近年來，人們不再局限于追求高產(chǎn)水稻，對優(yōu)質(zhì)稻米提出更高的需求，其中，食味值的優(yōu)劣在稻米品質(zhì)評價中的占比不斷提高[17]。稻米品質(zhì)是一個復(fù)雜的性狀，除受品種基因型控制外，還受環(huán)境和栽培措施等外界因素影響。鹽堿脅迫是主要的環(huán)境因素之一。在本試驗中，鹽堿脅迫降低了稻米加工品質(zhì)（糙米率、精米率、整精米率）和營養(yǎng)品質(zhì)（蛋白質(zhì)含量、直連淀粉含量），提高了外觀品質(zhì)和食味值。關(guān)于加工品質(zhì)，步金寶［6］研究認(rèn)為，稻米的整精米率受鹽堿脅迫的抑制程度最大，精米率次之，糙米率最小。在本試驗中，鹽堿脅迫下稻米的糙米率、精米率、整精米率均極顯著降低，其主要原因可能是鹽堿脅迫抑制水稻灌漿，致使灌漿速度降低、灌漿時間延長，造成籽粒密度及硬度降低，導(dǎo)致稻米加工品質(zhì)較差。關(guān)于外觀品質(zhì)，有研究表明，鹽堿脅迫會造成淀粉體充實不良，水稻籽粒的堊白粒率和堊白度會顯著增加，使稻米外觀品質(zhì)下降［7］。然而在本試驗中，蘇打鹽堿土處理稻米的堊白粒率和堊白度均極顯著低于黑鈣土處理，鹽堿脅迫提高了稻米的外觀品質(zhì)，這可能是因為水稻在鹽堿土中灌漿時期源庫關(guān)系較好，較好的源庫關(guān)系能夠提高稻米的外觀品質(zhì)［18?19］。有研究指出，鹽堿脅迫會降低稻米的直鏈淀粉含量，提高蛋白質(zhì)含量，造成稻米食味品質(zhì)變差，評價等級下降[8]。在本試驗中，鹽堿脅迫降低了稻米直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量，使稻米的營養(yǎng)品質(zhì)下降，而稻米的食味品質(zhì)顯著提高，評價等級上升。這可能是由于蘇打鹽堿土含有較多的鉀離子，能提高稻米的食味品質(zhì)[20]。

施用氮肥是影響稻米品質(zhì)的主要栽培措施之一。金軍等［21］研究認(rèn)為，稻米整精米率和蛋白質(zhì)含量會隨施氮量的增加而提高，而直鏈淀粉含量無顯著變化。劉立軍等［22］研究則認(rèn)為，增加施氮量能夠使稻米堊白度提高，透明度下降，從而降低稻米的外觀品質(zhì)；而從夕漢等［23］研究認(rèn)為，增加施氮量能夠降低稻米的堊白度和堊白粒率，提高稻米的外觀品質(zhì)。在本試驗中，氮肥的增施對稻米加工品質(zhì)無明顯影響。B2、B3、B4 處理稻米外觀品質(zhì)顯著降低，這與劉代銀等［24］的研究結(jié)果相似。其中，B2 處理稻米的堊白粒率和堊白度最高，外觀品質(zhì)最差。因此，增施分蘗肥極不利于稻米外觀品質(zhì)的形成。稻米的直鏈淀粉含量和蛋白質(zhì)含量與食味值密切相關(guān)，其中，稻米蛋白質(zhì)含量與食味值呈顯著負(fù)相關(guān)［25?26］。張世璽等［27］研究發(fā)現(xiàn)，提高氮肥在穗肥中的比例能提高稻米的蛋白質(zhì)含量，降低直鏈淀粉含量，使食味值明顯降低。在本試驗中,在常規(guī)施氮的基礎(chǔ)上增施穗肥提高提高了稻米的蛋白質(zhì)含量,降低了食味值和直鏈淀粉含量，但差異均不顯著。綜上，在常規(guī)施氮的基礎(chǔ)上增施分蘗肥、調(diào)節(jié)肥、穗肥均能提高蘇打鹽堿地水稻產(chǎn)量，以增施穗肥效果最好，且不會顯著降低稻米的食味值。