周嬋嬋 黃元財 賈寶艷 王巖 李瑞峰 王術,* 馮躍 Fugen Dou

施氮量和灌溉方式的交互作用對東北粳稻稻米品質的影響

周嬋嬋1黃元財1賈寶艷1王巖1李瑞峰1王術1,*馮躍2Fugen Dou3

(1沈陽農業(yè)大學 農學院/農業(yè)部東北地區(qū)作物栽培科學觀測實驗站，沈陽 110866；2中國水稻研究所，杭州 311401；3德州農工大學 農業(yè)生命研究中心，美國 德克薩斯州 博蒙特，77713；*通訊聯系人，E-mail：swang123@syau.edu.cn)

【】探討不同灌溉方式和氮肥對水稻品質的影響及其互作效應。以常規(guī)粳稻沈稻47和雜交粳稻粳優(yōu)586為材料，進行防雨棚盆栽試驗，設置淺水層灌溉、淺濕灌溉、輕干濕交替灌溉和重干濕交替灌溉4種灌溉方式及正常施氮(normal nitrogen, NN, 180 kg/hm2)和高氮(high nitrogen, HN, 220 kg/hm2)2種氮肥水平，研究不同肥水處理對稻米品質的影響。灌溉方式和施氮量對稻米品質有明顯的互作效應，在正常施氮和高氮水平下，稻米的加工品質、外觀品質、營養(yǎng)品質和蒸煮食味品質均以輕干濕交替灌溉為佳。正常施氮水平下，重干濕交替灌溉下稻米的整精米率、膠稠度、最高黏度和崩解值低于淺水層灌溉，而其堊白度、堊白粒率、直鏈淀粉含量及消減值卻高于淺水層灌溉。高氮水平下，重干濕交替灌溉處理的加工品質、外觀品質、營養(yǎng)品質和蒸煮食味品質優(yōu)于淺水層灌溉，但二者間差異不顯著。灌溉方式對氨基酸的影響因施氮量和品種的不同而存在差異。常規(guī)施氮水平下，輕干濕交替灌溉顯著提高了稻米的總氨基酸含量；高氮水平下，重干濕交替灌溉顯著提高了沈稻47的氨基酸總量，而粳優(yōu)586總氨基酸含量則在輕干濕交替灌溉處理下取得較高值，必需氨基酸和非必需氨基酸含量與總氨基酸含量趨勢一致。輕干濕交替灌溉方式可以改善稻米品質。在本研究條件下，沈稻47和粳優(yōu)586分別以輕干濕交替灌溉和施氮量為180 kg/hm2和施氮量為220 kg/hm2時，米質較好。

水稻；灌溉方式；氮肥；稻米品質

稻米品質是一個綜合性狀，包括加工品質、外觀品質、蒸煮食味品質及營養(yǎng)品質幾個方面的指標，是品種遺傳特性與環(huán)境因素共同作用的結果[1]。在影響稻米品質的環(huán)境因素中，水分和氮素是調控稻米品質形成的兩大重要因素。因此，明確氮肥水平和土壤水分對水稻品質的影響及水氮的互作效應，可以為生產上水稻優(yōu)質高產栽培技術提供理論依據。關于施氮水平和土壤水分對水稻品質的影響，國內外已有相關研究[1-4]。劉凱等[5]研究認為，結實期土壤水勢為?25 kPa時，稻米的最高黏度和崩解值提高，堊白度和消減值顯著降低，稻米品質有所改善；但當土壤水勢保持在?60～?40 kPa時整精米率、最高黏度和崩解值顯著降低，堊白度顯著提高，對膠稠度、直鏈淀粉含量和蛋白質含量影響較小。郭曉紅等[6]指出，抽穗前進行?10～?8 kPa的間歇控水處理，可以顯著提高稻米的整精米率和蛋白質含量，減少堊白粒率和直鏈淀粉含量。蔡一霞等[7]研究表明，結實期水分脅迫可提高精米中蛋白質含量。Toristuka等[8]認為，隨著全球氣候變暖，通過深水栽培來減輕高溫對稻米品質造成損害的研究已成為日本科研工作者研究的熱點。Hayashi等[9]、Chiba等[10]研究指出保持10 cm水層栽培可以抑制堊白的發(fā)生，提高稻米品質。關于氮肥對稻米品質的影響比較一致的結論為施氮量增加可以提高稻米的整精米率和蛋白質含量，而對堊白粒率、堊白度、直鏈淀粉含量和膠稠度的影響結論尚不一致[11-14]。縱觀前人的研究發(fā)現，就氮肥或土壤水分單一因素對稻米品質的影響已作了大量研究，且多集中于南方秈稻和北方常規(guī)粳稻，但目前國內外關于水分和氮肥協同對稻米品質，尤其是北方雜交粳稻品質及氨基酸含量影響的研究報道較少。本研究以常規(guī)粳稻沈稻47和雜交粳稻粳優(yōu)586為供試材料，研究了不同灌溉方式和施氮量的交互作用對東北粳稻主要稻米品質性狀及氨基酸含量的影響，以期為東北地區(qū)水稻優(yōu)質生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2016年在沈陽農業(yè)大學教學科研基地采用盆栽方式進行，在伸縮式防雨棚中人工嚴格控水，晴天時打開防雨棚。盆栽土壤取自水稻田，土壤質地為中壤土，地力中等，耕作層含有機質26.91g/kg，全氮1.22 g/kg，速效氮85.59 mg/kg，速效磷40.84 mg/kg，速效鉀91.35 mg/kg，pH值為6.8。供試材料為常規(guī)粳稻沈稻47和雜交粳稻粳優(yōu)586。4月17日播種，5月25日移栽，每盆栽2穴，每穴1苗。

1.2 試驗設計

試驗設為土壤水分和施氮量兩因素隨機試驗。用30 cm(底徑)×35 cm(口徑)×28 cm(高)的白色塑料盆缽進行盆栽，每盆裝過篩的耕作層土壤16 kg。返青活棵后進行4種灌水方式處理：淺水層灌溉(continuous flooded, CF)，全生育期保持淺水層(1～2 cm)，收獲前一周自然落干；淺濕灌溉(shallow-wet irrigation, SWI)，移栽后10 d內保持淺水層，10 d后當土壤自然落干至土壤水勢為?5～0 kPa時，灌水1～2 cm，保持土壤水分處于飽和狀態(tài)，在生育期間如此循環(huán)；輕干濕交替灌溉(alternate irrigation with wetting and moderate drying, WMD)，移栽后10 d內保持淺水層，10 d后當土壤自然落干至土壤水勢為?15 kPa時，灌水1～2 cm，在生育期間如此循環(huán)；重干濕交替灌溉(alternate irrigation with wetting and severe drying, WSD)，移栽后的10 d內保持淺水層，10 d后當土壤自然落干至土壤水勢為?30kPa時，灌水1～2 cm，在生育期間如此循環(huán)，土壤水勢變化見圖1。每種灌溉方式下設2種施氮(尿素)量處理，即正常施氮(NN，180 kg/hm2，每盆1.4 g 純N)和高氮(HN，220 kg/hm2，每盆1.8 g N)。氮肥運籌按照5∶3∶2于移栽前1 d、移栽后7 d和穗分化期施用。各種方式下磷、鉀肥處理均一致，移栽前施用磷肥(過磷酸鈣)和鉀肥(硫酸鉀)，折合P2O5為90 kg/hm2和K2O 75 kg/hm2。每個處理20盆，共320盆。在SWI、WMD和WSD處理的盆內安裝土壤水分張力計(中國科學院南京土壤研究所生產，每4盆1支)監(jiān)測土壤水分。每天7:00?8:00、11:00?12:00和16:00?17:00分別記錄土壤水分張力計讀數，當讀數低于設定值時，澆水調節(jié)到設定值。

1.3 測定內容與方法

1.3.1 稻米主要品質指標

水稻成熟后，剔除生長不正常植株盆缽，每處理收9盆，每3盆一起混合脫粒，風干并存放3個月，用于米質測定。測定前各處理統(tǒng)一用NP-4350型風選機等風量風選。糙米率、精密率、整精米率、堊白粒率、堊白度、膠稠度等品質性狀的測定方法參照中華人民共和國國家標準《GB/T1789 – 1999優(yōu)質稻谷》；精米中粗蛋白質含量和直鏈淀粉含量用FOSS-TECATOR公司生產的近紅外谷物分析儀(Infratec 1241 grain analyzer)測定。

1.3.2 稻米中氨基酸含量

用日立L-8800全自動氨基酸分析儀測定氨基酸含量。

SWI－淺濕灌溉；WMD－輕干濕交替灌溉；WSD－重干濕交替灌溉。

Fig. 1. Soil water potential of Shendao 47 and Jingyou 586 under various nitrogen and irrigation treatments.

1.3.3 稻米淀粉黏滯性

采用澳大利亞Newport Scientific儀器公司生產的RVA(Rapid Visco Analyzer)及TCW(Thermal Cycle for Windows)配套軟件測定分析淀粉黏滯特性。測定按照美國谷物化學協會(AACC)規(guī)程(1995-61-02) (米粉含水量為12.00%，樣品量為3.0000 g，蒸餾水為25.0000 g)進行。在攪拌中，缸內具體溫度變化過程如下：50℃下保持1 min，以11.84℃/min的速率上升到95℃(3.8 min)并保持2.5 min，再以同等速率下降到50℃(3.8 min)，50℃下保持1.4 min。攪拌器的轉動速率起始10 s為960 r/min，之后保持在160 r/min。

稻米RVA特征值主要用最高黏度、熱漿黏度、最終黏度、崩解值(最高黏度?熱漿黏度)、消減值(最終黏度?最高黏度)、峰值黏度時間、起始糊化溫度等來表示，單位為cP(centipoises)。

1.4 數據分析

用 SAS 9.4 軟件統(tǒng)計分析數據，SigmaPlot 12.5繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 施氮量和灌溉方式對稻米碾磨品質的影響

方差分析表明，糙米率、精米率和整精米率在品種、灌溉方式(糙米率除外)間存在極顯著差異，且各指標在品種×氮肥水平(糙米率除外)、品種×灌溉方式(糙米率)、氮肥水平×灌溉方式及品種×氮肥水平×灌溉方式互作條件下也達到顯著差異(表1)。施氮量對稻米碾磨品質的影響因灌溉方式的不同而異，或灌溉方式對稻米碾磨品質的影響因施氮量的不同而異。灌溉方式和氮肥水平對加工品質的影響因品種而異，正常施氮水平下，與淺水層灌溉相比，淺濕灌溉和輕干濕交替灌溉提高了沈稻47的糙米率、精米率和整精米率，但各處理間沒有明顯差異，重干濕交替灌溉顯著降低了沈稻47的精米率和整精米率；輕干濕交替和重干濕交替灌溉顯著提高了粳優(yōu)586的精米率和整精米率。高氮水平下，淺濕灌溉、輕干濕交替灌溉和重干濕交替灌溉處理的糙米率、精米率和整精米率顯著高于淹水灌溉，但淺濕灌溉、輕干濕交替灌溉和重干濕交替灌溉處理間無顯著差異，兩品種趨勢一致。在各氮肥水平下，沈稻47的糙米率、精米率和整精米率均以淺濕灌溉或輕干濕交替灌溉最高，而粳優(yōu)586以輕干濕交替最高。由表1還可以看出，同一灌溉方式下增施氮肥有利于提高稻米的整精米率。

2.2 施氮量和灌溉方式對稻米外觀品質的影響

兩品種稻米粒長/粒寬在各處理組合間均無顯著差異(表2)。氮肥水平和灌溉方式對堊白粒率和堊白度存在著顯著的互作效應，不同灌溉方式下稻米堊白粒率和堊白度的變化因氮肥水平的不同而異。正常施氮水平下，與淺水層灌溉相比，淺濕灌溉顯著降低了沈稻47的堊白粒率，其他處理間無顯著差異。高氮水平下，淺濕灌溉、輕干濕交替灌溉和重干濕交替灌溉下沈稻47的堊白粒率顯著降低。兩種施氮水平下，輕干濕交替灌溉均顯著降低了粳優(yōu)586的堊白粒率，淺濕灌溉、重干濕交替灌溉和常規(guī)灌溉間無顯著差異。與淺水層灌溉相比，重干濕交替灌溉在正常施氮水平下使稻米的堊白度有所提高，而在高氮水平下使其堊白度有所降低；輕干濕交替灌溉顯著降低了稻米的堊白度，兩品種趨勢一致。在各氮素水平下，兩品種稻米的堊白粒率和堊白度均以輕干濕交替灌溉處理最低。在各處理組合中，沈稻47的堊白粒率和堊白度均以NN+WMD或HN+WMD最低，粳優(yōu)586則以HN+WMD最低。表2顯示，同一灌溉方式下，增施氮肥有利于降低稻米的堊白度。

表1 施氮量和灌溉方式對稻米碾磨品質的影響

CF－淺水層灌溉；SWI－淺濕灌溉；WMD－輕干濕交替灌溉；WSD－重干濕交替灌溉；NN－中氮；HN－高氮；不同大小寫字母分別表示品種間和同一品種不同處理間在0.05水平上差異顯著；*表示在0.05 水平顯著，**表示0.01水平顯著；ns表示在0.05水平不顯著。下同。

CF, Continuous flooded; SWI, Shallow-wet irrigation; WMD, Alternate irrigation with wetting and moderate drying; WSD, Alternate irrigation with wetting and severe drying; NN, Normal amount of nitrogen; HN, High amount of nitrogen. Values followed by different uppercase and lowercase letters mean significant difference at 0.05 level among varieties or treatments for a given variety, respectively; *Significant at 0.05 level; **Significant at 0.01 level; ns, Not significant at 0.05 level. The same as below.

2.3 施氮量和灌溉方式對稻米營養(yǎng)品質的影響

稻米蛋白質和各種氨基酸含量是評價稻米營養(yǎng)品質的主要指標。通過比較不同水肥處理下精米中蛋白質含量可知，同一灌溉方式處理下，增施氮肥有利于提高精米中蛋白質含量；在兩種氮肥水平下，沈稻47在重干濕交替灌溉處理下精米中蛋白質含量均高于相同氮素處理下的其他水分處理，但與輕干濕交替灌溉間的差異未達到統(tǒng)計顯著水平；無論是在正常施氮水平或是高氮水平下，粳優(yōu)586在輕干濕交替灌溉處理下精米中蛋白質含量均高于相同氮素處理下的其他水分管理，但與重干濕交替灌溉間的差異未達到統(tǒng)計顯著水平(表3)。從總趨勢來看，干濕交替灌溉處理條件下兩個供試品種的總蛋白含量均有明顯升高。

方差分析表明，氨基酸總量、必需氨基酸和非必需氨基酸在氮肥水平和灌溉方式間存在極顯著差異，且在品種×氮肥水平、品種×灌溉方式、氮肥水平×灌溉方式及品種×氮肥水平×灌溉方式互作條件下均達到顯著差異。從表3可以看出，施氮量和灌溉方式對氨基酸總量、必需氨基酸和非必需氨基酸總量的影響趨勢基本一致。正常施氮水平下，與淺水層灌溉相比，輕干濕交替灌溉顯著提高了氨基酸、必需和非必需氨基酸總量，但與重干濕交替灌溉處理差異不顯著，兩供試品種趨勢一致；高氮水平下，重干濕交替灌溉處理顯著提高了沈稻47精米中氨基酸、必需和非必需氨基酸總量，而粳優(yōu)586在輕干濕交替灌溉處理下顯著高于其他水分處理。此外，在同一灌溉方式下，增施氮肥明顯提高兩供試品種精米中氨基酸、必需和非必需氨基酸總量。

施氮水平和灌溉方式對水稻精米中7種必需氨基酸的影響結果見表4。除蛋氨酸外，精米中其他6種必需氨基酸含量在施氮水平和灌溉方式間存在極顯著差異，且灌溉方式和施氮量對精米中纈氨酸、異亮氨酸和苯丙氨酸的影響存在著顯著的互作效應。在正常施氮水平下，與淺水層灌溉相比，輕干濕交替灌溉顯著提高了精米中蘇氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和賴氨酸的含量，但與重干濕交替灌溉處理沒有顯著差異，兩品種趨勢一致；高氮水平下，重干濕交替灌溉顯著提高了沈稻47精米中除蛋氨酸外其他6種必需氨基酸的含量，除異亮氨酸和亮氨酸外，其余必需氨基酸含量在常規(guī)灌溉、淺濕灌溉和輕干濕交替灌溉處理間差異不顯著；與淺水層灌溉相比，輕干濕交替灌溉顯著提高了粳優(yōu)586精米中的蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和賴氨酸的含量，但兩者在纈氨酸含量上的差異未達顯著水平。蛋氨酸在不同處理間差異不顯著。此外，增施氮肥有利于提高各必需氨基酸的含量。

表2 施氮量和灌溉方式對稻米外觀品質的影響

表3 施氮量和灌溉方式對稻米蛋白質和總氨基酸含量的影響

表4 施氮量和灌溉方式對稻米必需氨基酸含量的影響

Thr, Threonine; Val, Valine; Met, Methionine; Ile, Isoleucine; Leu, Leucine; Phe, Phenylalanine; Lys, Lysine.

由表5可知，水肥處理對兩個品種精米中各非必需氨基酸含量影響顯著，且氮肥水平、灌溉方式和品種3個因素間存在著不同程度的互作效應，施氮水平與灌溉方式兩因素間在天門冬氨酸、絲氨酸和酪氨酸上的互作效應均達極顯著水平。常規(guī)施氮水平下，與常規(guī)灌溉相比，輕干濕交替灌溉顯著提高了水稻精米中10種非必需氨基酸的含量，但與重干濕交替灌溉間差異不顯著，兩品種趨勢一致；高氮水平下，重干濕交替灌溉顯著提高了沈稻47精米中除天門冬氨酸外其余9種非必需氨基酸含量，輕干濕交替灌溉顯著提高了粳優(yōu)586精米中10種非必需氨基酸的含量，但與重干濕交替灌溉處理沒有顯著差異(天門冬氨酸、谷氨酸和甘氨酸除外)。此外，在同一灌溉方式下，各非必需氨基酸含量隨著施氮量增加而增加。在各處理組合中，沈稻47精米中各非必需氨基酸含量以HN+WSD最大，粳優(yōu)586以HN+WMD或HN+WSD最大。

2.4 施氮量和灌溉方式對蒸煮食味品質的影響

2.4.1 對稻米直鏈淀粉含量的影響

圖2為兩供試品種在不同氮肥水平和灌溉方式處理下直鏈淀粉含量的變化。從圖中可以看出，灌溉方式對稻米直鏈淀粉含量影響較小。在正常施氮水平下，淺水層灌溉顯著提高了稻米直鏈淀粉含量(沈稻47重干濕交替灌溉處理除外)，其他土壤水分處理間無顯著差異，兩品種趨勢一致；在高氮水平下，水分脅迫處理的直鏈淀粉含量有所降低，但各灌溉方式處理間均未達到顯著水平，兩品種趨勢一致。此外，在同一灌溉方式處理下，兩供試品種的直鏈淀粉含量均隨著施氮量增加而減少。

表5 施氮量和灌溉方式對稻米非必需氨基酸含量的影響

Asp, Asparagine; Ser, Serine; Glu, Glutamine; Gly, Glycine; Ala, Alanine; Cys, Cystine; Tyr, Tyrosine; His, Histidine; Arg, Arginine; Pro, Proline.

CF, Continuous flooded; SWI, Shallow-wet irrigation; WMD, Alternate irrigation with wetting and moderate drying; WSD, Alternate irrigation with wetting and severe drying; NN, Normal amount of nitrogen; HN, High amount of nitrogen.

Fig. 2. Effect of nitrogen rates and irrigation regimes on amylose content in milled rice.

2.4.2 對稻米膠稠度的影響

圖3為兩種氮肥水平下兩個供試品種在不同灌溉方式處理下稻米膠稠度的變化。在正常施氮水平下，與淺水層灌溉處理相比，水分脅迫處理提高了稻米的膠稠度，但各處理間差異不顯著；在高氮水平下，輕干濕交替灌溉顯著提高了稻米的膠稠度，其他處理間差異不顯著，兩品種趨勢一致。從總的趨勢來看，在各氮素水平下，稻米的膠稠度均以輕干濕交替灌溉處理的最高。從圖3還可見，同一灌溉方式處理下，增施氮肥有利于提高膠稠度。

CF, Continuous flooded; SWI, Shallow-wet irrigation; WMD, Alternate irrigation with wetting and moderate drying; WSD, Alternate irrigation with wetting and severe drying; NN, Normal amount of nitrogen; HN, High amount of nitrogen.

Fig. 3. Effect of nitrogen rates and irrigation regimes on gel consistency of milled rice.

2.4.3 對稻米淀粉RVA譜特征參數的影響

統(tǒng)計分析表明，稻米淀粉RVA譜特征值最高黏度、熱漿黏度、最終黏度、崩解值、消減值均于品種間、施氮量間、灌溉方式間差異達極顯著水平，且在品種×氮肥水平×灌溉方式互作效應上差異達顯著水平(表6)。說明淀粉RVA譜特征值受到品種、氮肥水平和灌溉方式的明顯影響。隨土壤水勢的降低，在同一施氮水平下，兩品種的最高黏度、最終黏度和崩解值呈先增后減的趨勢，消減值的絕對值呈先減后增趨勢，而熱漿黏度和起始糊化溫度無明顯變化規(guī)律。在同一施氮水平下，與淺水層灌溉相比，輕干濕交替灌溉處理顯著增加了最高黏度、最終黏度和崩解值，同時顯著降低了消減值。同一灌溉方式處理下，增施氮肥降低了最高黏度、熱漿黏度、最終黏度和崩解值，增加了消減值。

3 討論

水、肥在水稻生長發(fā)育過程中是相互影響和制約的兩個因子，兩者的協調作用影響水稻的生理特性，進而影響水稻的產量和品質。如何減少水稻灌溉用水，高效利用氮肥來獲得高產優(yōu)質稻米的理論和技術已有較多報道[1-4]，但多集中在單因子效應方面，有關水分與氮肥協同作用于米質的研究較少，且結論不一。張自常等[15]研究表明，在中氮和高氮水平下，輕干濕交替灌溉顯著提高了稻米的整精米率、崩解值和外觀品質，在中氮水平下，重干濕交替灌溉的稻米品質低于常規(guī)灌溉，而在高氮水平下，重干濕交替灌溉的稻米品質高于常規(guī)灌溉，但兩者間差異不顯著。蔡一霞等[16]指出，正常施氮水平下，輕度水分脅迫使整精米率有所提高，但顯著增加了稻米的堊白度和堊白粒率，高氮水平下，輕度水分脅迫可以改善稻米品質，然而，無論在何種氮素水平下，水分脅迫對直鏈淀粉含量無明顯影響，但提高了粗蛋白含量。李國生等[17]研究認為，在各種氮肥水平下，稻米的加工品質、外觀品質和食味品質均以土壤輕度落干處理較高，在低氮水平下，土壤重度落干降低了稻米的加工品質、外觀品質和食味品質，但增施氮肥有“以肥補水”的效應，可降低干旱脅迫對稻米品質造成的損失。本研究結果表明，在正常施氮和高氮水平下，稻米的加工品質和外觀品質均以輕干濕交替灌溉處理的較高或較優(yōu)。在正常施氮水平下，重干濕交替灌溉處理降低了稻米的加工品質和外觀品質，但在高氮水平下，重干濕交替灌溉與常規(guī)灌溉相比，加工品質和外觀品質有所改善，糙米率、精米率、整精米率提高，堊白粒率和堊白度降低。表明灌溉方式和施氮量對稻米品質的影響有明顯的互作效應。

表6 施氮量和灌溉方式對稻米淀粉RVA譜特征值的影響

PV, Peak viscosity; TV, Trough viscosity; FV, Final viscosity; BD, Breakdown; SB, Setback; PaT, Pasting temperature.

稻米蛋白質富含賴氨酸和其他必需氨基酸，被稱為人類有益的植物蛋白，是重要的營養(yǎng)品質之一，當前衡量和評價稻米營養(yǎng)品質的指標主要包括蛋白質含量及其氨基酸組成[18]。本研究表明，增施氮肥有利于水稻籽粒蛋白質和氨基酸的積累，但灌溉方式效應因品種和施氮水平不同而不同，正常施氮水平下，輕干濕交替顯著提高了兩供試品種稻米的蛋白質及氨基酸含量，但與重干濕交替灌溉處理間差異不顯著；高氮水平下，重干濕交替灌溉顯著提高了沈稻47精米中蛋白質和氨基酸含量，粳優(yōu)586在輕干濕交替灌溉處理下精米中蛋白質和氨基酸含量取得較高值，且各氨基酸組分表現趨勢一致，這可能與水分脅迫后籽粒灌漿過程中碳氮代謝發(fā)生變化有關[19]。Wakamatsu等[20]研究指出，稻米蛋白質含量與堊白呈負相關，且已有研究表明，籽粒中SS和ADPGase活性直接影響淀粉的合成速率和最終合成量，正常施氮水平下，輕干濕交替灌溉下籽粒中SS和ADPGase的活性下降[19,21-22]，從而削弱了籽粒淀粉合成，導致轉移到籽粒中的碳水化合物減少(粒重明顯降低)，因此，以干質量為基數的輕干濕交替灌溉處理蛋白質占籽粒總質量的相對比例仍要高于常規(guī)灌溉；高氮水平下，水稻植株含氮量較高[24]，籽粒與葉片間氮素位勢升高，水分脅迫促進了莖鞘和葉片中的氮向籽粒轉運，增加了籽粒中的氮素積累量，從而促進了籽粒中蛋白質的積累，所以重干濕交替灌溉處理的蛋白質含量高于常規(guī)灌溉處理。另外，許多研究報道[23-24]，稻米蛋白質含量及其組分影響稻米的蒸煮食味品質，隨著蛋白質含量的增加，米飯變硬，食味變差。本研究結果表明，水分脅迫對水稻籽粒蛋白質含量及氨基酸含量的影響因品種和施氮水平的不同而異，且同一灌溉方式條件下，增施氮肥增加稻米蛋白質及氨基酸含量。因此，本研究表明，可通過適度調節(jié)施氮量和土壤水分調節(jié)蛋白質的積累，從而達到在不影響米飯食味的目的下，提高稻米的營養(yǎng)品質。

蒸煮食味品質是稻米的重要品質性狀，直鏈淀粉含量、膠稠度和淀粉RVA譜特性是評價稻米蒸煮食味品質的重要指標。據報道[25-26]，直鏈淀粉含量高，膠稠度短，米飯干燥無光澤，硬而松散，口感差；而峰值黏度高、崩解值大、消減值小，稻米食味好。以往的研究表明，肥水處理對稻米的直鏈淀粉含量、膠稠度和淀粉RVA譜特性有一定的調控作用[15-17, 27-28]。由此可見，從施氮水平和灌溉方式研究反映稻米蒸煮食味品質理化指標的變化，對于改善稻米的食味品質具有一定的指導意義。本研究表明，無論在何種氮肥水平下，常規(guī)灌溉處理的直鏈淀粉含量最高，其他水分脅迫處理對精米中直鏈淀粉含量無顯著影響。在正常施氮和高氮水平下，稻米的膠稠度，最高黏度和崩解值，以輕干濕交替灌溉顯著高于或優(yōu)于常規(guī)灌溉，而其消減值卻顯著低于常規(guī)灌溉。在正常施氮水平下，重干濕交替灌溉處理的上述的理化指標劣于常規(guī)灌溉；在高氮水平下，重干濕交替灌溉的稻米食味品質優(yōu)于常規(guī)灌溉。說明灌溉方式和施氮量對稻米食味品質的影響存在著顯著的互作效應，但二者間的互作效應存在著品種間的差異。因此，在優(yōu)質米生產上，應針對不同品種采取不同的肥水管理措施，以此獲得高產優(yōu)質的效果。綜上所述，在本研究條件下，沈稻47以輕干濕交替灌溉和施氮量為180 kg/hm2處理可以獲得優(yōu)質的效果；而粳優(yōu)586以輕干濕交替灌溉和施氮量為220 kg/hm2處理的稻米品質較為理想。

對于干濕交替灌溉可以改善稻米品質的機制，目前尚不清楚。Yang等[29]研究指出，輕干濕交替灌溉提高了SuS、AGP、STS和SBE等籽粒中蔗糖-淀粉代謝途徑的關鍵酶活性，且上述各酶活性與稻米品質呈顯著正相關，由此可以推測，輕干濕交替灌溉條件下，影響籽粒淀粉合成速率和積累量的關鍵酶活性的提高，可能是稻米品質改善的重要原因。張自常等[15]、李國生等[17]還觀察到，在輕干濕交替灌溉或適度土壤落干條件下，水稻的根系氧化力增強，根系傷流液中的IAA、Z+ZR和ABA顯著增加，從而保護了穎花的育性，促進了穎花的分化和胚乳的發(fā)育，進而改善稻米品質。說明輕干濕交替灌溉處理可以提高根系活力，增加根系細胞分裂素含量，促進水稻地上部與地下部協調發(fā)展，進而改善稻米品質。然而，有關干濕交替灌溉方式下氮素營養(yǎng)對稻米品質的作用機理，有待深入研究。

4 結論

灌溉方式和施氮量對稻米品質的影響具有顯著的互作效應。無論在何種氮素水平下，稻米品質均以輕干濕交替灌溉較優(yōu)。在正常施氮水平下，稻米的加工品質、外觀品質，膠稠度、最高黏度、崩解值，以重干濕交替灌溉劣于或低于常規(guī)灌溉，而直鏈淀粉含量和消減值卻高于常規(guī)灌溉。在高氮水平下，重干濕交替灌溉的上述各稻米品質指標高于或優(yōu)于常規(guī)灌溉，因此，在土壤干旱條件下，可以通過增施適量氮肥來減輕土壤供水不足對稻米品質的不利影響。

[1] Zhang Z C, Zhang S F, Yang J C, Zhang, J H. Yield, grain quality and water use efficiency of rice under non-flooded mulching cultivation., 2008, 108 (1): 71-81.

[2] 賀帆, 黃見良, 崔克輝, 曾建敏, 徐波, 彭少兵, Buresh R J. 實時實地氮肥管理對水稻產量和稻米品質的影響. 中國農業(yè)科學, 2007, 40(1): 123-132.

He F, Huang J L, Cui K H, Zeng J M, Xu B, Peng S B, Buresh R J. Effect of real-time and site-specific nitrogen management on rice yield and quality., 2007, 40(1): 123-132. (in Chinese with English abstract)

[3] Zhu D W, Zhang H C, Guo B W, Xu K, Dai Q G, Wei C X, Zhou G S, Huo Z Y. Effects of nitrogen level on structure and physicochemical properties of rice starch., 2017, 65: 525-532.

[4] Zheng J L, Chen T T, Wu Q, Yu J M, Chen W, Chen Y L, Siddique K. H. M., Meng W Z, Chi D C, Xia G M. Effect of zeolite application on phenology, grain yield and grain quality in rice under water stress., 2018, 206: 241-251.

[5] 劉凱, 張耗, 張慎鳳, 王志琴, 楊建昌. 結實期土壤水分和灌溉方式對水稻產量與品質的影響及其生理原因. 作物學報, 2008, 34(2): 268-276.

Liu K, Zhang H, Zhang S F, Wang Z Q, Yang J C. Effects of soil moisture and irrigation patterns during grain filling on grain yield and quality of rice and their physiological mechanism., 2008, 34(2): 268-276. (in Chinese with English abstract)

[6] 郭曉紅, 鄭桂萍, 殷大偉, 張淼淼, 趙洋, 呂艷東. 抽穗前水分供應對寒地水稻品質的影響. 水土保持通報, 2012, 32(2): 40-46.

Guo X H, Zheng G P, Yin D W, Zhang M M, Zhao Y, Lv Y D. Effects of before-heading water supply on quality of rice in cold regions., 2012, 32(2): 40-46. (in Chinese with English abstract)

[7] 蔡一霞, 王維, 朱慶森. 水分脅迫對水稻籽粒蛋白質積累及營養(yǎng)品質的影響. 植物生態(tài)學報, 2007, 31(3): 536-543.

Cai Y X, Wang W, Zhu Q S. Effects of water stress on nutrient quality and accumulation of protein in rice grains., 2007, 31(3): 536-543. (in Chinese with English abstract)

[8] Toristuka S. Improvement of the rice grain quality in Koshihikari by deep flood-irrigation at the tilling stage along with the combination of fish product. http:// www.pref.shiga.lg.jp/g/nogyo/k_seika/23/files/07.pdf. (in Japanese)

[9] Hayashi M, Sugiura K, Kuno C, Endo I, Tanaka Y, Yamauchi A. Reduction of rice chalky grain by deep and permanent irrigation method; effect on growth and grain quality of rice., 2011, 14: 282-290.

[10] Chiba M, Terao T, Watanabe H, Matsumura O, Takahashi Y. Improvement in rice grain quality by deep-flood irrigation and its underlying mechanisms., 2017, 51(2): 107-116.

[11] 高輝, 馬群, 李國業(yè), 楊雄, 李雪僑, 殷春淵, 李敏, 張慶, 張洪程, 戴其根, 魏海燕. 氮肥水平對不同生育類型粳稻稻米蒸煮食味品質的影響. 中國農業(yè)科學, 2010, 43(21): 4543-4552.

Gao H, Ma Q, Li G Y, Yang X, Li X Q, Yin C Y, Li M, Zhang Q, Zhang H C, Dai Q G, Wei H Y. Effect of nitrogen application rate on cooking and eating qualities of different growth-development types ofrice., 2010, 43(21): 4543-4552. (in Chinese with English abstract)

[12] Gu J F, Chen J, Chen L, Wang Z Q, Zhang H, Yang J C. Grain quality changes and responses to nitrogen fertilizer ofrice cultivars released in the Yangtze River Basin from the 1950s to 2000s., 2015, 2015, 3(4): 285-297.

[13] Leesawatwong M., Jamjod S., Kuo J., Dell B., Rerkasem B. Nitrogen fertilizer increases seed protein and milling quality of rice., 2005, 82(5): 588-593.

[14] 徐春梅, 王丹英, 邵國勝, 章秀福. 施氮量和移栽密度對超高產水稻中早22產量和品質的影響. 中國水稻科學, 2008, 22(5): 507-512.

Xu C M, Wang D Y, Shao G S, Zhang X F. Effects of transplanting density and nitrogen fertilizer rate on yield formation and grain quality of super high yielding rice Zhongzao 22., 2008, 22(5): 507-512. (in Chinese with English abstract)

[15] 張自常, 李鴻偉, 曹轉勤, 王志琴, 楊建昌. 施氮量和灌溉方式的交互作用對水稻產量和品質影響. 作物學報, 2013, 39(1): 84-92.

Zhang Z C, Li H W, Cao Z Q, Wang Z Q, Yang J C. Effect of interaction between nitrogen rate and irrigation regime on grain yield and quality of rice., 2013, 39(1): 84-92. (in Chinese with English abstract)

[16] 蔡一霞, 王維, 朱智偉, 張祖建, 郎有忠, 朱慶森. 結實期水分脅迫對不同氮肥水平下水稻產量及其品質的影響. 應用生態(tài)學報, 2006, 17(7): 1201-1206.

Cai Y X, Wang W, Zhu Z W, Zhang Z J, Lang Y Z, Zhu Q S. Effects of water stress during grain filling period on rice grain yield and its quality under different nitrogen levels., 2006, 17(7): 1201-1206. (in Chinese with English abstract)

[17] 李國生，王志琴，袁莉民，劉立軍，楊建昌. 結實期土壤水分和氮素營養(yǎng)對水稻產量和品質的交互影響. 中國水稻科學, 2008, 22(2): 161-166.

Li G S, Wang Z Q, Yuan L M, Liu L J, Yang J C. Coupling effects of soil moisture and nitrogen nutrient during grain filling on grain yield and quality of rice., 2008, 22(2): 161-166. (in Chinese with English abstract)

[18] Yuan L, Zhang Z C, Cao X C, Zhu S C, Zhang X, Wu L H. Responses of rice production, milled rice quality and soil properties to various nitrogen inputs and rice straw incorporation under continuous plastic film mulching cultivation., 2014, 155: 164-171.

[19] 寧慧峰, 崔嘉欣, 劉浩, 孫景生. 灌溉方式和施氮量對水稻產量和品質的影響. 灌溉排水學報, 2017, 36(12): 1-7.

Ning H F, Cui J X, Liu H, Sun J S. Effects of irrigation patterns and nitrogen rate on grain yield and quality of rice., 2017, 36(12): 1-7. (in Chinese with English abstract)

[20] Wakamatsu K, Sasaki O, Uezono I, Tanaka A. Effects of the amount of nitrogen application on occurrence of white-back kernels during ripening of rice under high-temperature conditions., 2008, 77: 424-433.

[21] 蔡一霞, 王維, 朱慶森. 水分脅迫對水稻籽粒蛋白質積累及營養(yǎng)品質的影響. 植物生態(tài)學報, 2007, 31(3): 536-543.

Cai Y X, Wang W, Zhu Q S. Effects of water stress on nutrient quality and accumulation of protein in rice grains., 2007, 31(3): 536-543. (in Chinese with English abstract)

[22] Yang J C, Zhang J H, Wang Z Q, Zhu Q S, Liu L J. Activities of enzymes involved in sucrose-to-starch metabolism in rice grains subjected to water stress during filling., 2003, 81: 69-81.

[23] Balindong J L, Ward R M, Liu L, Rose T J, Pallas L A, Ovenden B W, Snell P J, Waters D L E. Rice grain protein composition influences instrumental measures of rice cooking and eating quality., 2018, 79: 35-42.

[24] Martin M, Fitzgerald M A. Proteins in rice grains influence cooking properties., 2002, 36: 285-294.

[25] Zhou C C, Huang Y C, Jia B Y, Wang Y, Wang Y, Xu Q, Li R F, Wang S, Dou F G. Effects of cultivar, nitrogen rate, and planting density on grain quality of rice., 2018, 8(11): 246.

[26] 舒慶堯, 吳殿星, 夏英武, 高明尉, Anna McClung. 稻米淀粉RVA譜特征與食用品質的關系. 中國農業(yè)科學, 1998, 31(3): 25-29.

Shu Q Y, Wu D X, Xia Y W, Gao M W, McClung A. The relationship between RVA profile character rice starch and eating quality inL., 1998, 31(3): 25-29. (in Chinese with English abstract)

[27] 寇洪萍, 王伯倫, 王術, 呂軍, 張城. 不同氮素水平下水分處理對北方粳稻蒸煮品質的影響. 吉林農業(yè)大學學報, 2003, 25(5): 481-484.

Kou H P, Wang B L, Wang S, Lv J, Zhang C. Effect of different irrigation treatments at different N levels on cooking qualities of northern rice., 2003, 25(5): 481-484. (in Chinese with English abstract)

[28] Pan S G, Cao C G, Cai M L, Wang J P, Wang R H, Zhai J, Huang S Q. Effects of irrigation regime and nitrogen management on grain yield, quality and water productivity in rice., 2009, 7(2): 559-564.

[29] Yang J C, Zhang J H, Wang Z Q, Zhu Q S, Liu L J. Activities of enzymes involved in sucrose-to-starch metabolism in rice grains subjected to water stress during filling., 2003, 81: 69-81.

Effect of Interaction Between Nitrogen Rate and Irrigation Regime on Grain Quality ofRice in Northeast China

ZHOU Chanchan1, HUANG Yuancai1, JIA Baoyan1, WANG Yan1, LI Ruifeng1, WANG Shu1,*, FENG Yue2, Fugen DOU3

( College of Agronomy, Shenyang Agricultural University/Northeastern Crop Cultivation Science Observation and Experiment Station in Shenyang,,,,;China National Rice Research Institute,,;Texas A&M AgriLife Research Center,,,,;Corresponding author,:)

【】The objective of this study is to elucidate the effects of nitrogen rates and irrigation regimes and their interactions on grain quality of rice. 【】Two rice cultivars, Shendao 47 (an inbredcultivar) and Jingyou 586 (a hybridcombination), were grown in pots. Four irrigation regimes, continuous flooded (CF), shallow-wet irrigation (SWI), alternate wetting and moderate drying (WMD) and alternate wetting and severe drying (WSD), and two nitrogen (N) rates, normal amount of N (NN, 180 kg/hm2), and high amount of N (HN, 220 kg/hm2), were designed during the whole growing season. 【】The interactions between N rates and irrigation regimes significantly affected grain quality of rice. The milling quality, appearance quality, nutrition quality and cooking and eating quality were better under WMD regime regardless of N rate. Under the NN treatment, the WSD regime decreased head rice rate, gel consistency, the peak viscosity and breakdown but increased the percentage of chalky grain and chalkiness, amylose content and setback as compared with the CF regime. Under the HN treatment, the grain quality of rice was slightly better under the WSD regime than under the CF regime, however, the differences in grain quality between the two irrigation regimes were not significant. The effects of irrigation regimes on total amino acid concentrations varied with N rates and cultivars. Under the NN rate, the WMD regime increased the total amino acid concentrations of both rice cultivars; under the HN rate, the WSD regime significantly increased the total amino acid concentrations of Shendao 47, while Jingyou 586 had higher total amino acid concentrations, and the concentrations of essential and non-essential amino acids followed the same trend as those of total amino acids. 【Coclusion】The WMD improved grain quality of the rice cultivars. To achieve high rice quality, the combinations between WMD and NN, and between WMD and HN were recommended for inbred rice Shendao 47 and hybrid rice Jingyou 586, respectively.

rice; irrigation regime; nitrogen fertilizer; grain quality

S143.1; S511.071

A

1001-7216(2019)04-0357-11

10.16819/j.1001-7216.2019.9014

2019-01-28；

2019-02-28。

國家重點研發(fā)計劃資助項目(2016YFD0300104)。