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滨海稻区不同施氮量下粳稻产量与品质的关系

2021-01-07马畅吕小红王宇付立东任海隋鑫杜萌李旭

江苏农业科学 2021年24期
关键词:粳稻品质氮肥

马畅 吕小红 王宇 付立东 任海 隋鑫 杜萌 李旭

摘要:为探究滨海稻区粳稻稻谷产量和品质对氮素的响应及不同氮素水平下稻谷产量和品质的关系,进一步实现优质高产,以5个常规粳稻品种为试材,设置4个(0、150、195、240 kg/hm2)施氮水平,比较不同氮素水平下粳稻的产量和品质性状及两者的关系。结果表明,氮素水平显著影响水稻产量及产量构成因素,对产量、穗粒数、颖花数、穗数、千粒质量的影响均达极显著水平。米饭的蒸煮食味评分受氮素水平、品种以及氮素和品种互作的影响达极显著水平,影响程度表现为氮素水平>品种>两者互作。本试验条件下,水稻产量随着施氮量的增加而增加,产量在 240 kg/hm2 施氮水平下最高;米饭综合评分随施氮量的增加先增加后降低,在150 kg/hm2氮肥水平下评分最高,在240 kg/hm2处理下评分最低。相关性分析结果表明,米饭的综合评分与结实率呈极显著正相关关系,与穗数呈极显著负相关关系,与产量的负相关关系不显著。产量、综合分值与施氮量呈一元二次曲线关系,优质食味形成所需适宜施氮量要远低于高产适宜施氮量。氮肥的施用带来增产、改善加工品质的同时也使外观品质、蒸煮食味品质变劣。为实现真正意义上的优质稻米生产,滨海稻区应进一步改良土壤,加强品质育种研究,选育食味品质对氮肥响应不敏感且稳定性高的品种,同时研发出既不降低产量又能提高食味的最佳施肥方式。

关键词:粳稻;氮肥;品质;产量;稻米品质;影响程度

中图分类号:S511.2+20.6 文献标志码: A

文章编号:1002-1302(2021)24-0070-05

收稿日期:2021-04-19

基金项目:辽宁省自然科学基金指导计划(编号:2019-ZD-0397);国家重点研发计划(编号:2017YFD0300700、2018YFD0300300);辽宁省财政专项子课题(编号:2020-2)。

作者简介:馬 畅(1989—),女,辽宁沈阳人,硕士,助理研究员,主要从事水稻高产优质高效栽培及生理研究。E-mail:mac_89@126.com。

通信作者:李 旭,硕士,副研究员,主要从事水稻高产优质栽培及生理研究。E-mail:chinalixu1983@163.com。

随着经济的快速发展和居民对稻米消费需求的改变,我国水稻育种目标和生产也由过去的高产转向高产与优质并重[1]。水稻产量和稻米品质除了受遗传因素控制,同时也受环境、栽培措施和气候条件等因素影响[2-4],其中氮肥的施用对品质的影响较大,合理施用氮肥可以显著增加水稻品种产量,优化氮素使用效率,改善稻米籽粒品质,是实现高产和优质的协同有效措施[5]。本试验比较4种氮肥水平下(零氮、低氮、中氮、高氮)粳稻的产量和品质性状,分析不同氮素水平对粳稻稻谷产量和品质的影响,以期为滨海稻区粳稻氮肥合理施用和优质高产高效施肥提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2020年在辽宁省盐碱地利用研究所试验基地(122.19°E、44.04°N)进行试验。土壤类型为滨海盐滞型水稻土,有机质含量26.725 g/kg,全氮含量 1.456 g/kg,碱解氮含量101.920 mg/kg,速效磷含量51.702 mg/kg,速效钾含量256.594 mg/kg,pH值7.51。以粳稻品种盐丰47、盐粳662、沈稻505、盐粳468、盐粳237为试验材料,各品种生育期相近,为157~162 d。

1.2 试验设计

试验采用裂区设计,施氮水平为主区,品种为副区,3次重复。设零氮(0 kg/hm2)、低氮(150 kg/hm2)、中氮(195 kg/hm2)和高氮(240 kg/hm2) 4个施氮水平,分别记为N0、N1、N2、N3,移栽密度为30 cm×18 cm,每穴4~5株。2020年4月16号育苗,5月24日移栽,10月6日收获。小区长11 m,宽4.5 m,面积为49.5 m2。主区四周做高30 cm、宽40 cm的田埂,以防水肥渗漏。施肥方式为氮肥分基肥、蘖肥、穗肥,按质量比70 ∶16 ∶14分施,其中宁夏缓释肥作基肥(N、P2O5、K2O含量分别为30%、14%、8%),尿素作为追肥分别在插秧后2叶龄期和倒4叶龄期施入。磷肥、钾肥作为基肥一次性施入,分别采用过磷酸钙和硫酸钾作为肥源,施用量为P2O5 105 kg/hm2、K2O 45 kg/hm2。其他田间管理同一般生产田。

1.3 试验方法

1.3.1 测产及考种

成熟期每个小区取3点,每点取20穴实脱测产。另取5穴植株考种,测定有效穗数、颖花数、千粒质量。

1.3.2 品质测定

稻谷收获后放置于阴凉干燥处风干3个月后用于品质测定。糙米率、精米率、整精米率参照NY/T 83—2017《米质测定方法》[6]测定;白度、透明度、精白度采用日本佐竹MM1D型精白度仪测定;垩白粒率、垩白度、粒型(长宽比)由JMWT12大米外观品质检查仪测定;直链淀粉、蛋白质、脂肪酸含量及米粒食味值由FOSS近红外谷物品质分析仪( Infratec TM 1241)测定;米饭的综合评分、香气、光泽、完整性、味道、口感由佐竹STA1B米饭食味计测定。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥水平下各水稻品种产量及产量构成

由表1可知,产量、穗粒数、颖花数、穗数随着氮肥的增加而增加,结实率和千粒质量则呈相反趋势。N2、N3处理下产量、穗数差异不显著,两者显著高于其他氮肥处理,同时N1处理显著高于N0处理。N1、N2、N3处理下穗粒数、颖花数差异不显著,三者显著高于N0处理。N2、N3处理的千粒质量显著低于N0、N1处理,N3处理下结实率显著低于N0、N1处理,与N2处理差异不显著。品种间盐粳662、沈稻505、盐粳468、盐粳237产量差异不显著,沈稻505、盐粳468、盐粳237的产量显著高于盐丰47。品种间结实率差异不显著。盐丰47、盐粳662、沈稻505的穗数显著高于盐粳468、盐粳237,穗粒数、颖花数显著低于盐粳468、盐粳237。

试验结果表明,氮素水平显著影响水稻产量及产量构成因素,对产量、穗粒数、颖花数、千粒质量、穗数的影响均达极显著水平。品种对穗粒数、颖花数、千粒质量、穗数的影响达极显著水平,品种对穗粒数、颖花数、千粒质量的影响作用超过氮素。从产量构成来看,盐粳468、盐粳237的穗粒数、颖花数、千粒质量均高于盐丰47、盐粳662、沈稻505,而穗数低于后三者。盐粳468、盐粳237属于穗粒型品种,盐丰47、盐粳662、沈稻505属于穗数型品种。对产量构成因素进行通径分析表明,穗数、穗粒数对产量的直接通径系数依次为0.993 5、0.753 5(决定系数为0.927 43,剩余通径系数为0.269 39),说明产量构成因素中穗数的贡献最大,其次是穗粒数。

2.2 不同氮肥水平下不同类型水稻加工品质和外观品质的比较

由表2可知,随着施氮量的增加,糙米率、精米率、整精米率、垩白度呈上升趋势,盐粳237的糙米率显著低于其他品种,精米率表现为沈稻505>盐粳 662> 盐丰47>盐粳468>盐粳237,其中盐粳662、沈稻505差异不显著,盐丰47显著高于盐粳468和盐粳237。整精米率表现为盐丰47>盐粳662>沈稻505>盐粳468>盐粳237。垩白粒率、白度随氮肥的增加呈现先增加后下降的趋势,透明度、精白度随氮肥增加有下降趋势。盐粳468和盐粳237的白度、精白度、粒型显著高于其他品种,盐粳468、盐粳237的垩白粒率、垩白度高于盐丰47、盐粳662、沈稻505。除透明度外,加工品质和外观品质受品种影响大于氮肥水平(品种F值大于氮肥水平F值),其中糙米率、垩白粒率、垩白度、粒型受氮肥水平影响差异不显著。

2.3 不同氮肥水平下不同类型水稻蒸煮食味品质的比较

由表3可知,N0、N1水平下蛋白质含量较低,两者无显著差异,N1、N2、N3施氮量下蛋白质含量随氮肥量的增加呈上升趋势。N3水平下直链淀粉含量显著低于其他施氮水平,说明高氮水平下直链淀粉含量有下降趋势。脂肪酸含量随施氮量的增加呈现先增加后减少的趋势,在N1、N2水平下最高,显著高于N0处理,说明适量氮肥的施入有利于脂肪酸的积累。盐粳468、盐粳237的蛋白质含量显著低于其他品种,而脂肪酸含量显著高于其他品种;盐粳468、盐粳237的食味值也较高,其中盐粳468食味值显著高于沈稻505,而其他品种间食味值差异不显著。沈稻505直链淀粉含量显著高于盐粳468,其他品种间差异不显著。食味值较高的盐粳468和盐粳237整体表现为具有低蛋白质含量、低直链淀粉含量和高脂肪酸含量的特点。蛋白质、脂肪酸含量主要受品种影响,达极显著水平,同时受氮素水平影响,达显著水平。直链淀粉含量受氮素水平影响显著,受品种影响较小。

由表4可知,米饭的蒸煮食味评分受氮素水平、品种以及氮素和品种互作的影响达极显著水平,影响程度表现为氮素水平>品种>两者互作。随着施氮水平的增加,米饭香气、光泽地得分逐渐下降,完整性呈现相反趋势; 综合分值、味道、口感的得分呈现先增加后下降的趋势。在不同氮素水平下,综合分值、味道、口感的得分表现为N1>N0>N2>N3,且N0、N2、N3差异均显著,说明低氮条件下有利于蒸煮食味品质的提高。盐粳468和盐粳237的综合分值、香气、光泽、完整性、味道的得分差异均不显著,二者的综合分值、香气、光泽、味道的得分显著高于其他品种,盐粳468的口感的得分显著高于盐粳237。品种间综合评分表现为盐粳237=盐粳468>盐丰47>盐粳662>沈稻505,完整性有着相反的趋势,香气、光泽、味道、口感的得分均表现为盐粳468>盐粳237>盐丰47>盐粳662>沈稻505。

由表5可知,不同氮素水平下米饭的硬度随氮素水平的提高有增加趋势,但各处理间差异不显著;在高氮处理下,黏度显著低于零氮和中氮处理;不同氮素处理下弹性差异不显著。盐粳468的硬度显著高于其他品种,盐粳237黏度显著低于其他品种,其他品种间差异不显著,同时各品种间的弹性无显著差异。米饭硬度主要受品种影响,且氮素与品种的互作影响高于品种;黏度受品种和氮素水平的影响均极显著,互作影响不显著;氮素水平和品种以及两者互作对弹性影响较小。

2.4 不同施氮量下米饭食味品质与产量的关系

如表6所示,不同施氮量下,米饭的综合分值与结实率呈极显著正相关关系,与穗数呈极显著负相关关系,与产量呈负相关关系,相关性不显著。

如图1所示,根据施氮量与产量和米饭综合分值的关系拟合了一元二次曲线(r2均大于0.99)。根据方程得出优质食味的适宜施氮量为74.75 kg/hm2,对应的综合评分为77.24;高产的最佳施氮量为295.79 kg/hm2,对应的产量为10 762.79 kg/hm2。高产最优施氮量下米饭综合分值为57.69;优质食味形成所需适宜施氮量要低于高产适宜施氮量的74.73%,食味最适施氮量下对应产量仅为 8 295.38 kg/hm2,减产22.9%。本试验中相同施氮量下产量和品质有着相反的趋势,同时实现优质与高产相互矛盾,因此找到同时协调产量与品质的栽培措施显得尤为重要。

3 讨论与结论

3.1 施氮量对滨海稻区粳稻产量的影响

前人关于氮肥对产量的影响做了大量研究,普遍认为一定范围内施氮会提高产量,产量与氮肥水平呈二次曲线关系[7-8],同时显著影响籽粒产量构成因素[9]。本研究认为,氮素水平显著影响水稻产量及产量构成因素,对产量、穗粒数、颖花数、千粒质量、穗数的影响均达极显著水平。产量、穗粒数、颖花数、穗数随着氮肥的增加而增加,结实率和千粒質量有相反趋势。盐粳237、盐粳468属于穗粒型品种,盐丰47、盐粳662、沈稻505属于穗数型品种。通径分析结果表明,产量构成因素中穗数贡献最大,其次是穗粒数。

3.2 施氮量对滨海稻区粳稻品质的影响

提高水稻蒸煮食味品质是品质育种的关键,也是当今水稻育种的一项重要目标[10]。施肥尤其是氮肥的施用对稻米品质有着重要影响,也是协调产量与品质的关键栽培措施。本试验结果表明,除透明度外,加工品质和外观品质受品种影响大于氮肥水平。米饭的蒸煮食味评分受氮素水平、品种以及氮素和品种互作的共同影响达极显著水平,影响程度表现为氮素水平>品种>两者互作。氮素水平的提高有利于加工品质的提高,但稻米的外观品质、米饭的蒸煮食味品质明显变劣,这与侯红燕等的研究结果[11-12]一致。

本试验结果表明,蛋白质、脂肪酸含量受品种本身影响高于氮素水平,直链淀粉含量受氮素水平影响较大,受品种遗传力影响较小。这与米铁柱等的研究结论[3]不一致,可能是由于所选试材本身品种特性差异较大。前人关于施氮量对直链淀粉含量的影响有不同研究结论[5,13-16]。本试验中高氮水平下直链淀粉含量显著下降,而其他氮肥处理间差异不显著,本试验结果表明在氮肥水平偏低情况下氮肥对直链淀粉含量影响较小,当施氮量达到一定水平后会显著降低直链淀粉含量。以上研究结果的不同,可能是由于各地品种对肥料的响应不一致和试验所处的温光环境的差异造成的。

3.3 不同氮素水平下滨海稻区粳稻产量和品质的关系

本试验结果表明,米饭的综合评分与结实率呈正相关关系,这与赵飞的研究结论[17]一致,在生产中应采取措施提高结实率,确保籽粒充实。王琦研究认为,提高穗数和降低每穗粒数有助于粳稻蒸煮食味品质的改善[10]。而本试验中综合评分与穗数呈极显著负相关,这可能与试材品种特性有关,综合评分较优的2个品种盐粳468和盐粳237属于大穗型品种,分蘖力一般,因此相关分析中表现为与穗数的显著相关性,应进一步增加试材数量,加大产量构成因素与品质关系的研究。

低氮水平下有利于食味品质的形成[18],优质食味形成所需适宜施氮量要远低于高产适宜的施氮量[1],但低氮条件下势必会减产,这对于大部分稻农是难以接受的,同时对粮食安全是不利的。为实现真正意义上的优质稻米生产,应进一步优化施肥方式,研发出在保持或增加产量的前提下又能提高食味的最佳施肥方式。唐健等研究认为,180 kg/hm2 的施氮量可使机插优质双季晚稻优质和高产达到较好的协调统一[16]。彭显龙等以五优稻4号为材料,认为氮量过高不利于水稻高产和优质,在水稻丰产和优质的情况下,氮肥用量在91~104 kg/hm2 比较合适[8]。由于试验品种生育期和基础地力差异,以上研究均是在氮肥施用量较低情况下实现优质与高产协调的。本试验在辽宁滨海稻区进行,土壤类型为滨海盐渍土,由于土壤黏重,春季低温,盐碱胁迫等不利于根系吸收氮素的原因,前期基蘖氮肥的施入有助于缓苗和茎蘖早生快发,确保足够穗数以保证高产,因此实践中往往会增加氮肥的投入尤其是基蘖肥的投入。为了提高氮肥利用率,进一步提升产量与品质,应继续加强滨海稻区土壤改良,改善土壤耕性和土壤结构。徐铨等研究认为,食味品质改良的关键在于缩小二次枝梗粒与一次枝梗粒的差异,这也是产量和品质特别是食味品质同步提高的合力点[19]。应加快品质育种研究,选育食味品质、蛋白质含量、淀粉分子结构对氮肥和非生物胁迫不敏感的品种,同时针对当地生态环境、土壤条件和年份选择食味品质稳定性高的品种。

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