武云霞，劉芳艷，孫永健，郭長春，楊志遠，何 艷，嚴(yán)田蓉，孫知白，丁 峰，馬 均

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所/作物生理生態(tài)及栽培四川省重點實驗室，成都 611130）

黨的十九大報告明確提出“確保國家糧食安全，把中國人的飯碗牢牢端在自己手中”，同時國家也進一步指明了“谷物基本自給、口糧絕對安全”的糧食安全新戰(zhàn)略；而諸多農(nóng)作物中水稻對保障糧食安全作用重大[1]。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，人們對水稻豐產(chǎn)高效生產(chǎn)，以及稻米品質(zhì)也提出了更高的要求，優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)高效已成為水稻生產(chǎn)持續(xù)研究的重要方向[2]。已有研究表明，直播稻生產(chǎn)歷史悠久，優(yōu)缺點明顯，與傳統(tǒng)移栽、機插相比，直播稻營養(yǎng)生長期明顯縮短，在溫光利用特性上也存在差異[3]，且能節(jié)省育秧、插秧等環(huán)節(jié)，具有省工、節(jié)本、增產(chǎn)的效果，是未來水稻輕簡化高效生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢[4]。同時，水稻產(chǎn)量和米質(zhì)是由內(nèi)部遺傳因子和外部環(huán)境因素共同作用形成的，而水、氮是調(diào)控作物產(chǎn)量和品質(zhì)最重要的兩個因子[5]；研究結(jié)果[6-8]表明，適宜的水分和氮肥運籌可以充分發(fā)揮其互作效應(yīng)，增加產(chǎn)量；有關(guān)水氮耦合對米質(zhì)影響的研究表明，灌溉方式和氮肥水平對米質(zhì)調(diào)控也存在顯著的互作效應(yīng)，在重干濕交替灌溉（土壤水勢-30 kPa 時復(fù)水）條件下，增施氮肥可以緩解嚴(yán)重水分脅迫對米質(zhì)的不利影響[9]，淹灌和干濕交替情況下增施氮肥會降低稻米的加工品質(zhì)[10]。但上述水氮互作對水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)影響的研究集中在育苗移栽的栽培方式上，而對直播稻豐產(chǎn)提質(zhì)的研究報道較少，尤其缺乏水氮耦合對稻米食味米質(zhì)的影響。為此，本研究設(shè)置不同的灌水情況及氮肥運籌比例處理，研究其對直播稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的影響，并探討水氮耦合對穩(wěn)定直播稻產(chǎn)量、改善米質(zhì)的途徑，以期明確水氮互作對直播稻產(chǎn)量和米質(zhì)的影響，提出本研究區(qū)域直播稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)最適宜的水氮運籌，為直播稻水肥管理技術(shù)提供實踐基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗設(shè)計

在前期研究試驗[6-7]的基礎(chǔ)上，本試驗于2018年在成都市溫江區(qū)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所試驗農(nóng)場進一步補充和完善，供試品種為F 優(yōu)498（中秈遲熟型雜交稻，生育期 147～152 d）。耕層（0～20 cm）土壤質(zhì)地為砂質(zhì)壤土，含有機質(zhì) 23.0 g/kg、全氮1.63 g/kg、速效磷 30.2 mg/kg、速效鉀 29.3 mg/kg。播種前曬種1 d，浸種直至90%露白為止，陰干以種子不沾手為宜。4月15日直播，行株距25 cm×20 cm；模擬水直播機機型為2BDXS-10CP，自制株距為20 cm 的排種器進行穴直播，每穴 4～5 粒，設(shè) 3 種水分管理方式：

①淹灌（W1）：水稻 2 葉 1 心時開始保持 1～2 cm水層，收獲前1 周自然落干。

②干濕交替灌溉（W2）：2 葉 1 心時開始灌水1～2 cm 水層，自然落干至土壤水勢為-25 kPa（用中國科學(xué)院南京土壤研究所生產(chǎn)的真空表式土壤負壓計測定）再灌水的干濕交替灌溉。

③旱種（W3）：僅在土壤水勢達到-50 kPa 時灌透水，以土面不積水為準(zhǔn)。

在前期試驗確定高產(chǎn)施氮量（150 kg/hm2）基礎(chǔ)上，設(shè)3 種氮肥運籌模式：基肥（播種前1 d）：蘗肥（播種后22 d）：穗肥（曬田復(fù)水10 d 后）分別為5：3：2、3：3：4、3：1：6，依次記為 N1、N2、N3，并設(shè)不施氮處理（N0）。施P2O575 kg/hm2作基肥施用，K2O 150 kg/hm2分兩次施用，蘗肥：穗肥為5：5。試驗采用裂區(qū)設(shè)計，灌水方式為主區(qū)，氮肥運籌為副區(qū)，3 次重復(fù)，小區(qū)面積15 m2。小區(qū)間筑?。▽?0 cm）并用塑料薄膜包裹，以防串水串肥，準(zhǔn)確記載每次灌水量，確保相同灌溉方式的小區(qū)每次灌水量一致；其他田間管理按大面積生產(chǎn)田進行。

1.2 測定項目和方法

1.2.1 考種與計產(chǎn)

收獲前各小區(qū)取10 窩具有代表性的植株，進行考種，調(diào)查每穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重等指標(biāo)。各小區(qū)去除邊行后按實際株數(shù)計產(chǎn)。

1.2.2 稻米品質(zhì)

稻谷收獲后、自然陰干3 個月，用風(fēng)選機等風(fēng)量風(fēng)選，去雜，測定稻米品質(zhì)。

①加工品質(zhì)：出糙率依據(jù)《GBT 5495-2008》；整精米率根據(jù)《GBT 21719-2009》。

②外觀品質(zhì)：堊白粒率、堊白度根據(jù)《GB/T 17891-1999》；長寬比根據(jù)《GB/T 17891-1999》。

③食味品質(zhì)：按米水比1 ∶1.4 蒸煮米飯，米飯煮熟2 h 后，用儀器SATAKE（日本生產(chǎn)）測定口感、硬度、粘度等指標(biāo)。

④淀粉RVA 譜：稻米脫殼碾成精米、粉碎、過篩（100 目）；用 Super3 型 RVA 儀（澳大利亞生產(chǎn)）測定 RVA 譜，并用 TCW（Thermal Cycle for Windows）軟件分析。

1.3 數(shù)據(jù)分析

Excel 2010、DPS 軟件處理試驗數(shù)據(jù)；多重比較采用最小顯著性差異法（LSD）。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種水分管理方式和氮肥運籌對直播稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1可見，各水氮處理對直播稻產(chǎn)量的影響達極顯著水平，且存在顯著的互作效應(yīng)。不同灌水方式和氮肥運籌處理下，產(chǎn)量以W2N1最高，為本試驗直播稻最佳的水氮耦合運籌方式。W2和W1下，增加氮肥后移比例（達總施氮量的40%）雖會造成產(chǎn)量的降低，但減產(chǎn)不顯著；隨氮肥后移比例的增大（至N3運籌方式），會導(dǎo)致產(chǎn)量的顯著下降。W3下，仍以N1處理產(chǎn)量最高，超過N2的氮肥運籌比例會導(dǎo)致產(chǎn)量顯著下降；本結(jié)果表明，不同灌水方式在施氮量在150 kg/hm2條件下，直播稻氮肥后移比例過大和W3處理均會導(dǎo)致產(chǎn)量顯著下降，氮肥后移比例可占總施氮量的20%～40%為宜。

表1 3 種水分管理方式和氮肥運籌比例對直播稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 1 Effects of three irrigation regimes and N application ratios on yield and its components of direct seeding rice

由表1還可看出，除每穗粒數(shù)外，各水氮處理對直播稻其他產(chǎn)量構(gòu)成因素均有顯著或極顯著的影響，有效穗、總穎花數(shù)受氮肥運籌的影響高于灌溉處理，結(jié)實率及千粒重則相反。各灌水方式下，有效穗和總穎花數(shù)均值均呈 W2＞W(wǎng)1＞W(wǎng)3，且 W3處理有效穗數(shù)、總穎花數(shù)及結(jié)實率均不同程度的低于W2和W1處理。各氮肥運籌下，不同灌溉方式有效穗、總穎花數(shù)均隨氮肥后移量的增加呈先增后降的趨勢；W2下，N1和N2處理結(jié)實率和千粒重相對其他水氮處理優(yōu)勢不明顯，可能總穎花數(shù)增多，提高了庫容量的緣故，而W3下氮肥后移比例過大均會導(dǎo)致結(jié)實率和千粒重顯著下降。從水氮處理間的交互作用來看，灌溉方式與氮肥運籌除對每穗粒數(shù)及結(jié)實率無顯著交互效應(yīng)外，對其他各產(chǎn)量構(gòu)成因子均存在顯著或極顯著的交互效應(yīng)。

2.2 3種水分管理方式和氮肥運籌對直播稻稻米品質(zhì)的影響

2.2.1 對稻米加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)的影響

由表2可見，水氮處理對直播稻糙米率、整精米率、堊白度、堊白粒率均有極顯著的互作效應(yīng)，且氮肥運籌對各指標(biāo)的影響明顯高于灌水處理。各灌溉方式下，與N0相比，氮肥施用顯著提高了糙米率和整精米率、顯著降低了堊白粒率和堊白度、不同程度地提高了稻米長寬比。同一灌水方式各施氮處理對稻米加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)的影響不太一致；W1處理下，除整精米率外，糙米率、堊白粒率及堊白度均隨氮肥后移比例的增加呈先優(yōu)化后降低的趨勢，綜合以氮肥后移量40%為宜；W2處理下，整精米率、堊白粒率和堊白度隨氮肥后移比例的增加均呈不同程度的惡化趨勢，以氮肥后移量20%處理最優(yōu)；W3處理下，隨氮肥后移比例的增加糙米率和整精米率呈先增加后降低趨勢，以氮肥后移量40%為宜，但同時會導(dǎo)致稻米堊白粒率及堊白度呈增加的趨勢。

2.2.2 對稻米淀粉RVA 譜特征值的影響

由表3可見，水氮處理對直播稻稻米淀粉RVA譜的峰值黏度、熱漿黏度、崩解值和冷漿黏度的影響均達極顯著水平，且氮肥運籌除了對冷漿黏度和糊化溫度的影響效應(yīng)小于灌溉方式外，對淀粉RVA特征譜其余指標(biāo)的影響均大于灌溉方式。各灌溉方式下，峰值黏度均值 W2＞W(wǎng)1＞W(wǎng)3；冷漿黏度均值 W1＞W(wǎng)2＞W(wǎng)3。同一灌溉方式下，與N0相比，施用氮肥降低了峰值黏度、熱漿黏度、崩解值、冷漿黏度和糊化溫度；隨著氮肥后移比例的增加，回復(fù)值逐漸增大、冷漿黏度、峰值黏度和崩解值則逐漸變小，且氮肥后移比例由40%增加到60%時，熱漿黏度、崩解值、冷漿黏度和回復(fù)值的變化均不顯著。

2.2.3 對食味米質(zhì)的影響

由表4可見，水氮處理除對口感和硬度互作效應(yīng)不顯著外，對其余蒸煮食味品質(zhì)指標(biāo)均存在顯著或極顯著的互作效應(yīng)；氮肥運籌對黏度以外所有蒸煮食味指標(biāo)的影響均大于灌溉方式。各灌溉方式下，施用氮肥處理與N0相比，蒸煮后稻米外觀、口感、食味值和平衡均下降，降低了蒸煮食味品質(zhì)；且隨氮肥后移比例的增加，稻米口感和食味值也呈現(xiàn)下降趨勢；彈性在氮肥后移20%時最大。同一灌溉方式下，氮肥運籌對硬度、黏度、平衡和彈性的影響不同；W2和W3下，硬度、黏度和平衡隨氮肥后移比例增加而增大；W1下，硬度隨氮肥后移比例增加呈現(xiàn)先增后降的趨勢，黏度和平衡隨氮肥后移比例增加而減少。

表2 3 種水分管理方式和氮肥運籌比例對直播稻加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)的影響Table 2 Effect of three irrigation regimes and N application ratios on milling quality and appearance quality of direct seeding rice

表3 3 種水分管理方式和氮肥運籌比例對直播稻淀粉RVA 譜特征值的影響Table 3 Effect of three irrigation regimes and N application ratios on RVA profile characteristics of direct seeding rice

表4 3 種水分管理方式和氮肥運籌比例對直播稻蒸煮食味米質(zhì)的影響Table 4 Effect of three irrigation regimes and N application ratios on cooking and palatability rice quality of direct seeding rice

3 討論

3.1 水氮互作對直播稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

水分和氮肥是水稻生長發(fā)育過程中不可或缺的，前人關(guān)于水分或氮肥管理單一因素對于直播稻產(chǎn)量形成進行了大量研究[11-12]，關(guān)于二者耦合效應(yīng)對直播稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素影響的研究集中在水分和氮肥用量互作方面：贠寧晗等[13]研究表明，灌溉方式和氮肥用量互作可以通過改善水稻不同時期的光響應(yīng)特征進而影響直播稻產(chǎn)量；張鴻等[14]研究也表明，灌溉方式和施氮量對直播稻產(chǎn)量存在極顯著的互作效應(yīng)；提出根據(jù)水稻品種不同，采用輕度的干濕交替配合品種特性施用氮肥可以有效提高產(chǎn)量。而在節(jié)水灌溉下，如何將確定的施氮量進一步優(yōu)化運籌提高直播稻產(chǎn)量方面研究還很少。前人[6-7]關(guān)于水分和氮肥運籌對手插稻產(chǎn)量形成的影響進行了研究且結(jié)果表明，灌溉方式和氮肥運籌對移栽稻產(chǎn)量有明顯的互作效應(yīng)，各灌溉方式下，氮肥后移比例以總量的40%為宜不應(yīng)超過60%；而本試驗結(jié)果表明，水分和氮肥運籌互作對直播稻產(chǎn)量也存在明顯的互作效應(yīng)；但各灌溉方式下，氮肥后移比例以20%為宜不應(yīng)超過40%，可以穩(wěn)定直播稻產(chǎn)量；這與前人手插稻研究結(jié)果的差異應(yīng)該是栽培方式導(dǎo)致的，由于直播稻根系在土壤中分布相對較淺，氮肥后移量較大不利于后期養(yǎng)分的吸收及高效利用，而且會加大倒伏的風(fēng)險。

水稻產(chǎn)量與有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和結(jié)實率等密切相關(guān)，其中適宜的有效穗數(shù)是水稻高產(chǎn)的基礎(chǔ)，有效穗數(shù)隨氮肥后移量增加均表現(xiàn)為先增加后減少的趨勢[6，15]，本試驗表明直播稻有效穗數(shù)隨氮肥后移比例的增加也呈先增后降的趨勢，但直播稻有效穗隨灌溉水分的減少則表現(xiàn)為先增后降的趨勢，存在顯著的水氮互作效應(yīng)（見表1）。結(jié)實率和千粒重受品種、穗型、生態(tài)條件、水肥等因素的影響[6，15-18]，品種之間結(jié)實率差異較大。劉琦等[16]研究表明，中秈遲熟雜交稻比中秈中熟雜交稻、粳稻的結(jié)實率、千粒重大。大穗型品種較小穗型結(jié)實率低，且干旱、氮肥過高或者施用不合理均也會導(dǎo)致水稻千粒重和結(jié)實率下降[17]；而水氮互作對千粒重和結(jié)實率的影響研究集中在移栽稻方面且結(jié)果差異較大，李俊周等[18]研究表明，水氮總量一定時，移栽稻的千粒重隨氮肥后移比例的增大而增大。孫永健等[6]研究表明，不同灌溉方式下，氮肥運籌對人工移栽雜交秈稻千粒重影響不同，旱種下千粒重隨氮肥后移比例的增加呈下降趨勢；而淹灌和干濕交替處理下隨氮肥后移比例增加，千粒重呈先增后減的趨勢；結(jié)實率隨氮肥后移比例增加呈下降趨勢。趙宏偉等[15]研究認為，同一灌溉方式下，人工移栽寒地粳稻千粒重和結(jié)實率隨氮肥后移比例增加均表現(xiàn)為先增加后減少。本研究表明，灌溉方式對直播稻結(jié)實率和千粒重影響大于氮肥運籌；淹灌時千粒重隨氮肥后移比例增加呈增加趨勢；而干濕交替灌溉和旱種下，千粒重隨氮肥后移比例增加表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，但旱種下氮肥后移比例過大會導(dǎo)致結(jié)實率和千粒重顯著下降。這可能由于結(jié)實率和千粒重具有區(qū)域品種特征[6，15]，且受土壤水分及氮肥條件[18-19]的影響，土壤非飽和含水量下，氮肥后移比例過大不僅會進一步降低土壤水勢，形成雙重脅迫；而且會減少氮肥從葉片、莖鞘向穗部轉(zhuǎn)運[19]，導(dǎo)致結(jié)實率和千粒重顯著下降。

3.2 水氮互作對直播稻稻米品質(zhì)的影響

近年來，隨著人們生活水平的提高，對稻米品質(zhì)的重視越來越高。且稻米品質(zhì)的研究多集中在傳統(tǒng)移栽、機插等方面，大部分研究[20-22]表明灌溉方式與氮肥用量互作對稻米品質(zhì)存在顯著的互作效應(yīng)；常規(guī)灌溉和節(jié)水灌溉下，增施氮肥會顯著降低稻米外觀品質(zhì)；而干旱脅迫下，提高氮肥用量，可以改善稻米的加工、外觀及食味品質(zhì)。此外，灌溉方式和氮肥運籌互作對稻米品質(zhì)報道較少[23]，尤其是食味米質(zhì)的影響研究鮮見報道。前人關(guān)于灌溉方式和氮肥運籌單因素對稻米品質(zhì)影響研究表明，適當(dāng)增加穗肥比例能有效改善稻米的加工品質(zhì)，但會使稻米的外觀品質(zhì)和食味品質(zhì)變劣[24]；節(jié)水灌溉可以一定程度上改善稻米品質(zhì)[25]。本研究表明，灌溉方式和氮肥運籌互作對直播稻稻米品質(zhì)有顯著的互作效應(yīng)；且氮肥運籌對稻米品質(zhì)的影響大于灌溉方式；氮肥后移比例過大（達到總量的60%）會降低稻米品質(zhì)，但是通過適當(dāng)?shù)乃置{迫可以改善稻米的品質(zhì)，這可能是由于氮肥后移比例過高，不利于水稻整個生育時期氮素的均衡吸收，從而導(dǎo)致稻谷貪青晚熟，降低了稻米的食味品質(zhì)。另外，水分可以影響氮肥的肥效，水分脅迫下，稻株對氮肥吸收利用效率降低，在一定程度上，緩解了氮肥用量過大而導(dǎo)致其貪青晚熟的影響，達到以水調(diào)肥的效果，進而改善稻米食味品質(zhì)。

灌溉方式、氮肥運籌對稻米品質(zhì)的研究多集中在單一方面，前人多數(shù)研究[25-26]認為干濕交替或者氮肥后移比例增加均可改善稻米的加工品質(zhì)；而灌溉方式或者氮肥運籌對稻米的外觀品質(zhì)影響較為復(fù)雜，結(jié)果差異較大。而二者互作對稻米加工及外觀品質(zhì)的影響鮮見報道。本試驗表明，不同灌溉方式下，與不施氮肥相比，施用氮肥可以提高稻米加工與外觀品質(zhì)；淹灌下，適宜的氮肥后移可以改善水稻的外觀品質(zhì)；而土壤水分脅迫下，氮肥后移比例占總量的20%時稻米外觀品質(zhì)優(yōu)。有研究表明[27]稻米外觀品質(zhì)與籽粒灌漿特性密切相關(guān)，所以水分和氮肥運籌互作對稻米外觀品質(zhì)的影響可能是由于水氮互作影響了水稻籽粒灌漿特性導(dǎo)致的。綜合稻米加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)表現(xiàn)，干濕交替配合氮肥運籌基肥∶蘗肥∶穗肥為5 ∶3 ∶2 是本試驗最優(yōu)處理；淹灌下，氮肥后移比例以占總量的40%為宜；而旱種下稻米的加工品質(zhì)與外觀品質(zhì)之間有一定的矛盾，氮肥后移占總量的20%雖然加工品質(zhì)優(yōu)，但是會降低稻米的外觀品質(zhì)。

此外，稻米淀粉RVA 譜是影響稻米蒸煮品質(zhì)的重要因素[28]，有研究認為峰值黏度和崩解值大、回復(fù)值小且為負數(shù)的稻米，蒸煮食味品質(zhì)較好[29]。淀粉RVA 譜特性是環(huán)境、品種和栽培方式共同作用的結(jié)果[30]，灌溉方式和氮肥運籌是常見的栽培管理措施。有研究[31]表明，干濕交替可以通過提高籽粒中蔗糖合成酶（SuS）、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（AGP）、淀粉合成酶（StS）和淀粉分支酶（SBE）活性來增大峰值黏度和崩解值。成臣，胡群等[32，24]研究認為，隨著氮肥后移比例增大，淀粉RVA 譜的峰值黏度、熱漿黏度、冷膠黏度和崩解值逐漸降低，而消減值和回復(fù)值均呈升高的趨勢，而關(guān)于二者互作對淀粉RVA 譜以及稻米蒸煮食味特性影響的研究較少。本研究表明，各灌溉方式下，施用氮肥降低了稻米的蒸煮食味品質(zhì)，主要原因可能是施用氮肥會提高稻谷中蛋白質(zhì)含量，而稻谷蛋白質(zhì)含量增加往往會導(dǎo)致稻米蒸煮食味品質(zhì)的下降；隨著氮肥后移比例加，蒸煮稻米的外觀、口感和食味值呈下降趨勢，這可能是氮肥后移比例增加，增加了稻谷中蛋白質(zhì)含量的同時又降低了峰值黏度、崩解值；增大回復(fù)值，淀粉RVA 譜的變化影響稻米的質(zhì)地，使米飯較硬而彈性變?。凰プ魇侨绾斡绊懼辈サ窘Y(jié)實期籽粒灌漿，進而影響稻米淀粉RVA 譜及食味米質(zhì)的有待進一步研究。

4 結(jié)論

灌溉方式和氮肥運籌對直播稻產(chǎn)量、加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、RVA 譜、食味米質(zhì)均存在顯著或極顯著的互作效應(yīng)。綜合稻米的產(chǎn)量和品質(zhì)，在施氮量150 kg/hm2條件下，直播稻產(chǎn)量以及稻米品質(zhì)以干濕交替配合氮肥運籌基肥∶蘗肥∶穗肥為5 ∶3 ∶2處理最優(yōu)。淹灌下，氮肥后移比例以總量的20%～40%為宜；旱種下，以氮肥后移占總量20%為宜。