吴子帅, 李虎, 黄秋要, 陈传华, 罗群昌,周新明, 吴佳桔, 刘广林*

(1.广西农业科学院水稻研究所, 广西水稻遗传育种重点实验室, 南宁 530007; 2.百色市农业科学研究所, 广西 百色 533000; 3.崇左市农业生态与资源保护站, 广西 崇左 532200;4.南丹县农业农村局, 广西 南丹 547200)

水稻是我国重要的粮食作物之一，保障其高产、稳产对我国粮食安全至关重要[1]。氮素作为影响水稻生长发育和产量最敏感的因素，对全球水稻产量的增长发挥了重要作用[2]；同时氮素也影响稻米品质[3]。然而过量施用氮肥，不仅增加了农业生产成本，还会导致环境污染、病虫害加剧等一系列问题[4]。栽插密度是调节水稻群体结构、提高产量、降低成本的一种有效方式。合理的栽插密度能有效调控水稻各器官间的营养分配，从而提高水稻产量和品质[5]。冯洋等[6]研究表明，适当增施氮肥有利于提高产量，但过量施氮不利于营养器官中碳水化合物的形成和氮素向籽粒的转运导致产量降低。张自常等[7]研究发现，稻米的整精米率和蛋白质含量随施氮量提高而增加，而垩白和直链淀粉含量对施氮量的响应无明显规律[7]。徐春梅等[8]研究认为，一定范围内提高栽插密度能增加田间基本苗数；但高密度群体下，水稻的分蘖力受抑制，成穗率较低，有效穗数也不与栽插密度呈显著正相关。兰艳等[9]研究指出，施氮量和栽插密度对产量及其构成因素有显著影响，在施氮量<225 kg·hm-2时，随着施氮量的增加，稻米的加工品质、垩白率和蛋白质含量增加，垩白度和食味品质降低；而提高栽插密度则不利于稻米品质。严凯等[10]认为,增施氮肥在提高稻米加工品质的同时，降低了外观品质和蒸煮食味品质；低氮条件下，产量和栽插密度呈正相关，高氮条件下，产量和栽插密度呈负相关。

桂育11号是由本研究室选育、于2018年通过广西农作物品种审定委员会审定的籼型优质常规水稻品种，产量较高，米质达部标优质一等[11]。目前已在广西大面积推广种植，2019年该品种在农业农村部举办的第二届全国优质稻品种食味品质鉴评中荣获籼稻组金奖[12]。研究施氮量和栽插密度对桂育11号产量及品质的影响，对建立桂育11号科学的氮肥运筹和合理的群体结构具有重要指导意义。因此，本研究以桂育11号为试验材料，设置4种施氮量和3种栽插密度，分析施氮量和栽插密度对桂育11号产量和稻米品质的影响，为科学制定桂育11号高产、高效、优质栽培技术提供理论依据，为该品种的大面积推广提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以桂育11号为供试材料。桂育11号为广西农业科学院水稻研究所以黄华占和力源占2号为亲本选育的籼型优质常规稻品种。供试氮、磷、钾肥分别为尿素(总N含量以46.2 %计，四川天华股份有限公司生产)、过磷酸钙(有效P含量以16.0% 计，云南金星化工有限公司生产)和氯化钾(K2O含量以60.0%计，中化化肥有限公司生产)。

1.2 试验区概况

试验于2019年在广西百色市农业科学研究所试验基地(E 106.99°，N 23.69°)进行，海拔105 m，属低纬度亚热带季风气候，光量充沛、雨热同季、冬短夏长，年均气温22.5 ℃，降雨量1 095 mm，日照时数1 823 h，无霜期357 d。试验地土壤为砂质黏土，多年来一直种植水稻，基本理化性质为：pH 6.6，水解性氮89.3 mg·kg-1，速效磷88.5 mg·kg-1，速效钾209.0 mg·kg-1，有机质27.6 g·kg-1。

1.3 试验设计

采用裂区设计，以施氮量为主区，设纯氮施用量分别为0(N1)、75(N2)、150(N3)、225(N4) kg·hm-2，按基肥∶分蘖肥∶穗肥=5∶3∶2的比例分3次施入；栽插密度为裂区，设栽插密度分别为27(D1)、30(D2)和33(D3)万蔸·hm-2三个栽插密度，每蔸栽插2苗。试验共12个处理，每处理3次重复，共36个小区，每小区长5.3 m，宽3.8 m。采用随机区组排列，小区间设保护行6行。各处理磷肥施用量均为P2O567.5 kg·hm-2，全部作基肥；钾肥施用量为K2O 157.5 kg·hm-2，按基肥∶穗肥=6∶4的比例分2次施入。小区四周以塑钢瓦隔挡并覆盖塑料薄膜以防肥水渗漏，小区间留30 cm沟，单排单灌。采用秧畦育秧，移栽时按设置的密度人工插秧。水分、病虫防治等田间管理按常规方法进行。

1.4 测定项目及方法

产量及其构成因素测定：于成熟期每处理选取10株植株，调查有效穗数，并根据栽插密度折算成每公顷有效穗数；取3株进行考种，调查穗粒数、结实率和千粒重；以实际收割计小区产量，并折算成每公顷产量。

稻米品质测定：糙米率和整精米率分别用TP-JLG-2018砻谷机(浙江托普云农科技股份有限公司)和Kett检验用小型精米机(日本株式会社科学研究所)测定；粒长、粒宽、长宽比、垩白度和垩白粒率采用 SC-E型大米外观品质检测分析仪系统(杭州万深检测科技有限公司)测定；蛋白质含量采用凯氏定氮法测定(委托广西华测检测认证有限公司完成)。

1.5 统计分析

采用Excel 2010进行试验数据的整理、作图，以DPS v9.01进行统计分析，采用LSD 法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量和栽插密度对桂育11号产量及其构成因素的影响

施氮量和栽插密度对桂育11号产量及其构成因素具有显著影响(表1)。其中，施氮量对有效穗数、千粒重、产量有极显著影响，对每穗粒数和结实率影响不显著；栽插密度对有效穗数和产量有极显著的影响，对每穗粒数、结实率和千粒重的影响不显著；施氮量和栽插密度存在互作，氮密互作对结实率有显著影响，对其他产量性状影响不显著。

对不同施氮量处理的产量及构成因素进行比较，结果表明(图1)，施用氮肥后，桂育11号的有效穗数和千粒重显著高于无氮处理；施氮处理间(N2、N3和N4)，桂育11号的有效穗数、穗粒数、结实率和千粒重均无显著差异。桂育11号不同处理下的产量排名为：N3>N4>N2>N1，即随着施氮量的增加，桂育11号的产量呈现先升后降的趋势，N3和N4处理的产量无显著差异，但均显著高于N1和 N2处理。以上结果表明，相较于无氮处理，施氮主要影响桂育11号的有效穗数和千粒重，进而影响产量，桂育11号在N3处理的穗粒数、结实率和产量最高。

对不同栽插密度处理的产量及构成因素进行比较，结果表明(图2)，桂育11号在不同栽插密度下的穗粒数、结实率和千粒重差异均不显著；D2和D3处理的有效穗数和产量较高，且两者间差异不显著，但均显著高于D1处理。以上结果表明，桂育11号在D2处理的有效穗数和产量最高，适当的增加栽插密度能提高桂育11号的有效穗数和产量，但继续增加密度并没有使得有效穗数和产量显著提高，反而有降低趋势。

结合施氮量和栽插密度(表1)， N3D2处理的产量最高，其次为N3D3、N4D2和N4D3处理，彼此间差异不显著； N4D2处理的有效穗数最高，其次为N3D2、N2D2、N3D3和N2D3处理，且处理间差异不显著；N4D3处理的结实率最高，其次为N3D2、N3D1、N2D1和N2D2处理，且处理间差异不显著；N2D2处理的千粒重最高，显著高于N1D2和N1D1处理；穗粒数在不同处理间均无显著差异。由此表明，产量构成因素在各氮密互作下的高低排序各不相同，单一指标较高并不能保证产量，而N3D2处理各产量构成因素的表现与最高值均无显著差异，即桂育11号在N3D2处理下综合表现较好，因此产量最高。

表1 氮密互作效应下桂育11号产量及构成因素Table 1 Yield and yield components in Guiyu 11 under nitrogen-density interaction

2.2 施氮量和栽插密度对桂育11号稻米品质的影响

施氮量和栽插密度对桂育11号品质具有显著影响(表2)。其中，施氮量对整精米率、垩白粒率、垩白度和蛋白质含量影响极显著，对糙米率影响显著；栽插密度对糙米率和垩白度影响极显著，对整精米率影响显著；氮密互作对垩白粒率和垩白度影响显著。

表2 氮密互作效应下桂育11号的稻米品质Table 2 Rice quality in Guiyu 11 under nitrogen-density interaction

对不同施氮量处理的稻米品质进行比较，结果表明(表3)，随着施氮量的增加，桂育11号的糙米率呈先升后降的趋势；相较于无氮处理，三个施氮处理的整精米率均显著提高；粒长、粒宽和长宽比在不同施氮量处理间差异均不显著；N3和N4处理的垩白粒率和垩白度均显著低于N1和N2处理；蛋白质含量随着施氮量的增加而显著上升。以上结果表明，桂育11号在N3或N4施氮量下的蛋白质含量、糙米率和整精米率较高，垩白粒率和垩白度较低，即施氮量为150～225 kg·hm-2时，桂育11号的加工品质、外观品质和营养品质均较优。

表3 不同施氮量下桂育11号的稻米品质Table 3 Rice quality in Guiyu 11 under different nitrogen application rate and planting density

对不同栽插密度处理的品质进行比较，结果表明(表4)，D1和D2处理的糙米率显著高于D3处理，而垩白度显著低于D3处理；不同密度处理的粒长、粒宽、长宽比、垩白粒率和蛋白质含量均无显著差异。以上结果表明，桂育11号在D1或 D2栽插密度的糙米率和整精米率较高，而垩白度较低。即在这两个栽插密度下，桂育11号的加工品质和外观品质较优。

表4 不同栽插密度下桂育11号的稻米品质Table 4 Rice quality in Guiyu 11 under different planting density

结合施氮量和栽插密度(表2)，各处理的粒长、粒宽和长宽比均无显著差异；N3D1处理的糙米率最高，其次为N2D2、N3D2、N4D2和N2D1处理，且处理间差异均不显著；N4D1整精米率最高，显著高于N1D2和N1D3处理；N4D2处理的垩白粒率最低，其次为N1D1、N4D1、N3D3、N3D1、N3D2和N4D3处理，且处理间差异均不显著；N4D1处理的垩白度最低，N4D2、N3D2、N3D1和N3D3处理与其差异不显著；N4D2处理的蛋白质含量最高，N4D1、N3D1、N4D3和N3D2与之差异不显著。综上所述，N3D1、N3D2和N4D2处理的稻米品质各指标表现较好。即在这三个互作下，桂育11号的外观品质、加工品质和营养品质均较优。

3 讨论

3.1 施氮量、栽插密度影响桂育11号产量构成

科学的氮肥运筹和适宜的栽插密度是保证水稻高产的两个重要栽培措施。适宜的氮肥施用量和栽插密度有利于水稻干物质的生成、积累和转运，从而提高水稻产量[13]。在一定范围内增施氮肥可以有效促进枝梗与颖花分化，增加粒重，提高产量[3]；但过多的施用氮肥，易造成水稻植株贪青徒长，无效分蘖和低效分蘖增多，导致田间有效穗数下降，影响产量[9]。施氮量对水稻有效穗数的影响较大，对穗粒数、结实率和千粒重的影响因品种而略有差异[14]。刘广林等[15]研究表明，桂育11号是氮高效型品种，在施氮112.5、150和187.5 kg·hm-2时，其产量和构成因素无显著差异。本研究表明，随着施氮量的增加，桂育11号产量先显著增加后略有下降，即施氮量为150 kg·hm-2时产量最高；75、150、225 kg·hm-2三个施氮量处理对产量各构成因素影响不显著；与无氮处理相比，施氮显著增加了桂育11号的有效穗数和千粒重，与前人研究结果基本一致。

增加栽插密度能有效增加田间基本苗数，但过高的栽插密度会导致植株生长空间减小，叶片重叠增多，成穗率降低。本研究结果表明，桂育11号的有效穗数随着栽插密度的增加呈先升后降的抛物线趋势，即有效穗数不会随着栽插密度的增加而持续上升；栽插密度对穗粒数、结实率和千粒重的影响较小，在中等栽插密度下(30万蔸·hm-2)，桂育11号的有效穗数和产量最高，与徐春梅等[8]研究结果相一致。

施氮量和栽插密度的交互作用也会对产量及其构成因素产生影响，因此，仅靠单一指标不能保证高产，只有协调好各产量构成因素之间的平衡，才能实现高产优质[16]。邓中华等[17]研究表明，施氮量和栽插密度对有效穗数的影响较大。氮肥通过影响分蘖而影响有效穗数；栽插密度通过影响基本苗数而影响有效穗数。有效穗数的增加又制约着实粒数和结实率。密度较低时，由于基本苗较少，增施氮肥对有效穗数的提升空间有限，因此产量增加有限；高密度下，由于群体空间有限，增施氮肥虽可提高有效穗数，但会加剧植株个体间的竞争，影响光合效率。本研究结果与前人研究结果相一致，产量是其构成因素共同作用的结果，单一指标较高并不能保证高产，桂育11号在N3D2处理下各产量构成因素均表现较好，因此，在该互作下其产量最高。

3.2 施氮量、栽插密度改善桂育11号稻米品质

稻米品质主要受遗传因素控制，但同时又受栽培措施的影响[18]。徐春梅等[8]研究表明，在一定范围内增加施氮量可提高稻米的糙米率和整精米率，但施氮量超150 kg·hm-2时反而降低糙米率和整精米率。成臣等[19]研究表明，过高的施氮量不利于加工品质。本研究结果表明，施氮量对桂育11号的糙米率和整精米率有显著影响；施氮量过高，糙米率出现下降趋势，与前人研究结果基本一致。关于施氮量对垩白性状的影响，前人研究结果不尽相同，有研究认为施氮量与垩白呈负相关[20]，也有研究指出施氮量与垩白呈正相关[9,21]。本研究结果表明，桂育11号的垩白粒率和垩白度随着施氮量的增加呈下降趋势，这可能是由于不同品种的垩白度、垩白粒率对氮肥的响应存在差异。目前大量研究表明，随着施氮量的增加稻米蛋白质含量增加，食味品质降低[22-23]。即高施氮量虽有利于稻米的营养品质，却对稻米的食味品质造成影响。本研究结果表明，桂育11号稻米的蛋白质含量随施氮量的增加而显著上升，与前人研究结果一致。因此，综合稻米的营养品质和食味品质，本研究推测施氮150 kg·hm-2时桂育11号的稻米品质优于施氮225 kg·hm-2时。

栽插密度对稻米品质的影响因品种类型、气候条件、试验设计等原因，前人研究结果不尽相同。兰辰宇等[23]研究表明，提高栽插密度能明显改善稻米的加工品质，但不利于外观品质。徐春梅等[8]研究表明，糙米率随着栽插密度增加先升后降，整精米率和垩白度随着栽插密度增加而上升。本研究结果表明，栽插密度对桂育11号的糙米率、整精米率和垩白度有显著影响，随着栽插密度的增加，糙米率呈先升后降的趋势，整精米率呈下降趋势，而垩白度呈上升趋势。

前人关于施氮量和栽插密度交互作用对稻米品质影响的研究较少。本研究认为，稻米品质各指标在不同的氮密互作下高低排序各不相同，某一氮密互作下单一指标较高并不能保证该互作下其他品质性状也较好。因此，评价某一互作下的稻米品质应对加工品质、外观品质、营养品质和食味品质进行综合分析。本研究结果表明，N3D1、N3D2和N4D2三个互作下，桂育11号的外观品质、加工品质和营养品质均较优，但本研究未对各互作下的食味品质进行分析，有待后续研究中进一步验证。此外，本研究缺乏对氮肥施入后水稻体内的氮代谢及酶变化研究，因此，后续会开展全面的研究对其进行深入分析。