董士琦 葛佳琳 韋還和 陳英龍 侯紅燕 董曉亮張茂林 戴其根,*

(1 揚(yáng)州大學(xué)水稻產(chǎn)業(yè)工程技術(shù)研究院/江蘇省作物栽培生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 揚(yáng)州 225009；2 東營(yíng)市一邦農(nóng)業(yè)科技開(kāi)發(fā)有限公司，山東 東營(yíng) 257000)

當(dāng)前，我國(guó)面臨糧食需求持續(xù)增長(zhǎng)、耕地面積不斷減少、淡水資源日益稀缺等多重挑戰(zhàn)，“人、地、糧”矛盾依舊突出。我國(guó)有234萬(wàn)公頃鹽堿灘涂和1億公頃內(nèi)陸鹽堿地，其中江蘇省鹽堿灘涂總面積達(dá)65萬(wàn)公頃，占全國(guó)鹽堿灘涂面積近1/4[1-2]，是江蘇省最重要的后備耕地資源，綜合利用潛力巨大[3]。

水稻(OryzasativaL.)常作為鹽土改良的先鋒作物。鹽堿地種植水稻可以增加糧食產(chǎn)量，以及改良鹽堿地，保障我國(guó)的糧食安全，目前我國(guó)各地的鹽堿灘涂和內(nèi)陸鹽堿地均在推廣種植水稻[4]。科學(xué)合理的施氮量與移栽密度是獲取水稻高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)的重要栽培措施[5-6]。各稻作區(qū)結(jié)合本區(qū)生態(tài)條件，明確了不同種植方式、不同品種類(lèi)型適宜的施氮量與移栽密度[7-9]。如朱鎮(zhèn)等[10]研究表明，南粳9108在江蘇蘇中地區(qū)適宜的氮肥施用量為262.5～300 kg·hm-2，并在栽插密度為28.1萬(wàn)穴·hm-2時(shí)易取得較高產(chǎn)量；胥益鋒等[11]認(rèn)為遲熟中粳型水稻淮稻5號(hào)基本苗達(dá)30萬(wàn)穴·hm-2時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高，可作為江蘇中北部地區(qū)高產(chǎn)高效栽培的關(guān)鍵技術(shù)；吳子帥等[12]認(rèn)為在常規(guī)田塊上，施氮量為150 kg·hm-2，栽插密度為30萬(wàn)蔸·hm-2時(shí)，稻米品質(zhì)最佳。

目前有關(guān)不同生態(tài)區(qū)水稻適宜施氮量與移栽密度的研究多在非鹽脅迫下進(jìn)行。而鹽堿地地力普遍較低，水稻生長(zhǎng)期間易受鹽脅迫，關(guān)于在鹽堿灘涂上種植水稻時(shí)，適宜施氮量與移栽密度的調(diào)整優(yōu)化配置仍缺乏系統(tǒng)報(bào)道。為此，本試驗(yàn)以淮稻5號(hào)為材料，在鹽堿灘涂上通過(guò)設(shè)置不同的氮肥施用量和移栽密度，研究其在鹽脅迫下對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期為鹽堿灘涂水稻的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與地點(diǎn)

供試材料為遲熟中粳型水稻品種淮稻5號(hào)，為江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)科所育成品種。試驗(yàn)于2019年在江蘇省鹽城市射陽(yáng)縣射陽(yáng)金海島經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)有限公司進(jìn)行，試驗(yàn)地為典型的濱海鹽堿地。該地位于蘇北沿海中部，是北亞熱帶和暖溫帶的過(guò)渡地帶，屬季風(fēng)氣候區(qū)，年均溫15℃，年日照時(shí)數(shù)1 889 h， 年降水量842.8 mm。試驗(yàn)田前茬小麥，土壤為沙壤土，耕作層電導(dǎo)率為2.5～3.5 mS·cm-1(含鹽量3‰左右)，pH值8.0～8.5，堿解氮71.3 mg·kg-1，速效磷21.1 mg·kg-1，速效鉀85 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)2.8 g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，以施氮量為主區(qū)，移栽密度為裂區(qū)，施氮量共設(shè)6個(gè)處理，N0(0 kg·hm-2)、N210(210 kg·hm-2)、N255(255 kg·hm-2)、N300(300 kg·hm-2)、 N345(345 kg·hm-2)和N390(390 kg·hm-2)； 移栽密度設(shè)置2個(gè)水平，33.4 萬(wàn)穴·hm-2(12 cm×25 cm, D1)和27.8 萬(wàn)穴·hm-2(12 cm×30 cm, D2)，各小區(qū)25 m2， 3次重復(fù)。氮肥按基肥∶返青肥∶分蘗肥∶穗肥=3∶1.5∶2∶3.5施用。每個(gè)小區(qū)施用600 kg·hm-2過(guò)磷酸鈣作為基肥。5月15日播種，6月19日移栽，人工移栽，每穴4苗。苗期保水保肥，其他栽培管理措施同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成 成熟期每個(gè)小區(qū)收割 100 穴測(cè)定實(shí)際產(chǎn)量。收獲前，每個(gè)小區(qū)選擇3個(gè)代表性觀測(cè)點(diǎn)，連續(xù)測(cè)50穴，依據(jù)所查得平均穗數(shù)，各小區(qū)取5穴稻穗裝入塑料網(wǎng)袋中，經(jīng)自然風(fēng)干后進(jìn)行脫粒并去除雜質(zhì)(保留空癟粒)，調(diào)查每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率；隨機(jī)選取1 000粒干種樣本(除去空癟粒)稱(chēng)重，重復(fù)3次(誤差0.05 g以?xún)?nèi))，求得千粒重。

1.3.2 稻米品質(zhì) 成熟期適期收獲的稻谷，經(jīng)自然風(fēng)干至標(biāo)準(zhǔn)水分后貯藏3個(gè)月。待其理化性質(zhì)穩(wěn)定后，每個(gè)處理稱(chēng)取3份120 g樣本，參照《GB/T 17891-2017優(yōu)質(zhì)稻谷》[13]測(cè)定加工、外觀、營(yíng)養(yǎng)、蒸煮食味品質(zhì)等相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)。

1.3.3 稻米蛋白質(zhì)含量的測(cè)定 蛋白組分含量測(cè)定采用楊靜等[14]的連續(xù)提取法，對(duì)不同組分進(jìn)行分離提取，然后采用考馬斯亮藍(lán)法[15]依次對(duì)清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量進(jìn)行測(cè)定。

1.3.4 淀粉RVA譜特征測(cè)定 采用澳大利亞Newport Scientific儀器公司的SUPER3型RVA(rapid viscosity analyzer)快速測(cè)定，用TWC(thermal cycle for windows)配套軟件分析數(shù)據(jù)。

1.3.5 淀粉熱力學(xué)性質(zhì)的測(cè)定 采用差示掃描量熱分析法(differential scanning calorimetry，DSC)測(cè)定試樣淀粉的熱力學(xué)特性。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析

用Microsoft Excel 2003和DPS v9.50統(tǒng)計(jì)軟件分析數(shù)據(jù)和作圖，采用最小顯著差數(shù)法(least significant difference，LSD)[16]進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量和移栽密度對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1方差分析結(jié)果可知，施氮量和移栽密度及二者互作效應(yīng)對(duì)水稻產(chǎn)量均有極顯著影響。隨著氮肥施用量的增加，產(chǎn)量呈先升高后降低的趨勢(shì)，在N300處理達(dá)到最高，表明過(guò)量施用氮肥不能進(jìn)一步提高產(chǎn)量。其中以N300D1處理的單位面積產(chǎn)量最高，達(dá)7 978.83 kg·hm-2；其次是N300D2處理，產(chǎn)量為7 802.99 kg·hm-2。施氮量和移栽密度對(duì)淮稻5號(hào)產(chǎn)量的互作效應(yīng)使得氮肥施用量較低情況(N0～N300)下，密度較高處理的產(chǎn)量高于密度較低處理；氮肥施用量較高情況(N345和N390)下，密度較低處理的產(chǎn)量則高于密度較高處理。

表1 不同施氮量和移栽密度對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 1 Effects of different nitrogen application rates and transplanting densities on rice yield and its components

施氮量和移栽密度對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素均有極顯著影響，二者的互作效應(yīng)對(duì)每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率有極顯著影響。隨施氮量增加，單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù)呈先上升后下降趨勢(shì)，以N300處理最高；結(jié)實(shí)率和千粒重則呈下降趨勢(shì)。不同密度間比較，高密D1處理下的單位面積穗數(shù)和千粒重高于低密D2處理，每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率呈相反趨勢(shì)。

2.2 不同施氮量和移栽密度對(duì)水稻品質(zhì)的影響

2.2.1 對(duì)加工和外觀品質(zhì)的影響 由表2方差分析結(jié)果可知，施氮量對(duì)稻米精米率、整精米率、堊白率和堊白度有極顯著影響。隨施氮量的增加，糙米率、精米率、整精米率、堊白率和堊白度隨之增加；在較高的移栽密度下，糙米率、精米率和整精米率下降，堊白率和堊白度則與之相反。

表2 不同施氮量和移栽密度對(duì)水稻加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)的影響Table 2 Effects of different nitrogen application rates and transplanting densities on milling and appearance quality of rice

2.2.2 對(duì)營(yíng)養(yǎng)和蒸煮食味品質(zhì)的影響 由表3方差分析結(jié)果可知，施氮量對(duì)直鏈淀粉含量、膠稠度和蛋白質(zhì)含量有顯著或極顯著影響。隨施氮量的增加，直鏈淀粉含量和膠稠度隨之下降，在N0處理下達(dá)到最高；而蛋白質(zhì)含量隨之增加，在N390處理下達(dá)到最高。直鏈淀粉含量、膠稠度和蛋白質(zhì)含量均表現(xiàn)為高密D1處理高于低密D2處理。施氮量對(duì)4種蛋白組分含量均有極顯著影響，增加施氮量和移栽密度有利于提高稻米中4種蛋白組分的絕對(duì)含量。

表3 不同施氮量和移栽密度對(duì)水稻營(yíng)養(yǎng)和蒸煮品質(zhì)的影響Table 3 Effects of different nitrogen application rates and transplanting densities on rice nutrition and cooking quality

由表4方差分析結(jié)果可知，施氮量和移栽密度對(duì)蒸煮食味品質(zhì)均有極顯著影響。隨施氮量和移栽密度增加，米飯外觀、黏度、平衡度、食味值下降，硬度增加。

表4 不同施氮量和移栽密度對(duì)水稻食味品質(zhì)的影響Table 4 Effects of different nitrogen application rates and transplanting densities on the eating quality of rice

2.2.3 對(duì)稻米淀粉RVA譜特征值的影響 由表5方差分析結(jié)果可知，施氮量和移栽密度對(duì)峰值黏度、熱漿黏度、崩解值、最終黏度和消減值均有極顯著影響；二者的交互作用對(duì)消減值有極顯著影響。在施氮量增加和較高的移栽密度下，峰值黏度、熱漿黏度、最終黏度和崩解值下降，在N0D2處理下達(dá)到最高；而消減值上升，在N390D1處理下達(dá)到最高。

表5 不同施氮量和移栽密度對(duì)水稻RVA譜特征值的影響Table 5 Effects of different nitrogen application rates and transplanting densities on the characteristic values of RVA profile of rice

2.2.4 對(duì)稻米淀粉熱力學(xué)特性的影響 由表6可知，施氮量和移栽密度對(duì)稻米淀粉熱力學(xué)特性均有極顯著影響。隨著氮肥施用量和栽插密度的增加,起始溫度、峰值溫度、終止溫度、糊化熱焓值、回生熱焓值和回生值上升，在N390D1處理下達(dá)到最高。淀粉回生后，回生熱焓值比回生前的糊化熱焓值有顯著降低。表明增加施氮量和密度可提高稻米淀粉糊化時(shí)所需的溫度和能量。

表6 不同施氮量和移栽密度對(duì)水稻淀粉熱力學(xué)特性的影響Table 6 Effects of different nitrogen application rates and transplanting densities on the thermodynamic properties of rice starch

3 討論

3.1 不同施氮量和移栽密度對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

與非鹽脅迫相比，鹽堿灘涂水稻種植移栽后立苗活顆慢、易僵苗，導(dǎo)致分蘗發(fā)生量減少，單位面積穗數(shù)不夠；抽穗后生長(zhǎng)不旺盛，使得每穗粒數(shù)減少；生育后期容易早衰，籽粒灌漿易受到影響，導(dǎo)致千粒重較小[17]。針對(duì)灘涂水稻生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)，配套適宜施氮量與移栽密度是鹽堿灘涂水稻高產(chǎn)形成的基本環(huán)節(jié)。本研究結(jié)果表明，隨施氮量增加，單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù)表現(xiàn)為先上升后下降，以300 kg·hm-2處理最高，結(jié)實(shí)率和千粒重則呈下降趨勢(shì)；不同密度間比較，高密33.4萬(wàn)穴·hm-2處理下的穗數(shù)和千粒重高于低密27.8萬(wàn)穴·hm-2處理，每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率則呈相反趨勢(shì)。在施用純氮300 kg·hm-2和移栽密度33.4萬(wàn)穴·hm-2時(shí)，穗數(shù)增加，使其產(chǎn)量也最高，達(dá)7 978.83 kg·hm-2。因此，鹽堿灘涂水稻實(shí)際生產(chǎn)中，可通過(guò)適當(dāng)增加施氮量和降低栽插行距來(lái)增加移栽密度和基本苗數(shù)，從而促進(jìn)植株早發(fā)，擴(kuò)大群體莖蘗量，形成較充足的穗數(shù)，獲得高產(chǎn)。

3.2 不同施氮量和移栽密度對(duì)水稻品質(zhì)的影響

在加工品質(zhì)方面，前人研究發(fā)現(xiàn)稻米加工品質(zhì)對(duì)不同氮肥施用量的響應(yīng)相對(duì)較小，施氮量的增加會(huì)導(dǎo)致精米率和整精米率增加，從而提升加工品質(zhì)[18-19]。李世峰等[20]研究表明，適當(dāng)增加施氮量可以?xún)?yōu)化粳稻加工品質(zhì)，超過(guò)180 kg·hm-2后，繼續(xù)增氮優(yōu)化作用不顯著。胡雅杰等[21]研究認(rèn)為，對(duì)于不同機(jī)插方式而言，降低移栽密度可以提升稻米的加工品質(zhì)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，增加氮肥施用量和降低栽插密度會(huì)使得精米率和整精米率有所提高，進(jìn)而提升加工品質(zhì)。

于外觀品質(zhì)而言，氮肥施用量的增加對(duì)于黏米外觀品質(zhì)影響的結(jié)論不盡相同[22-23]，一般而言增施氮量會(huì)使得稻米堊白率和堊白度升高，外觀品質(zhì)降低[22]，但也有研究發(fā)現(xiàn)增施氮肥會(huì)提高稻米外觀品質(zhì)[23]，這可能是由于不同品種對(duì)氮肥的反應(yīng)不同。前人研究發(fā)現(xiàn)在鹽脅迫下稻米堊白率與堊白度較常規(guī)栽培處理有明顯上升[24]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，增施氮肥和增加栽插密度會(huì)使得稻米外觀品質(zhì)變劣。

在營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)方面，前人普遍認(rèn)為隨著氮肥施用量和栽插密度的增加會(huì)提高稻米蛋白質(zhì)含量[25-28]。有學(xué)者認(rèn)為稻米谷蛋白和醇溶蛋白含量占總蛋白的比例與稻米品質(zhì)緊密相關(guān)，谷蛋白和醇溶蛋白含量更易受氮素影響[29-30]。本試驗(yàn)中稻米蛋白質(zhì)含量較常規(guī)略有上升，與前人研究結(jié)果[31]基本一致，這可能是由于在鹽堿地栽培中施用氮肥較多，增加了蛋白質(zhì)合成的來(lái)源。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在鹽堿條件下增加施氮量和移栽密度有利于提高4種蛋白組分和總蛋白的絕對(duì)含量，說(shuō)明氮肥施用量和栽插密度的增加能夠提高稻米的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

RVA 譜特性直接影響稻米的蒸煮食味品質(zhì)，其各特征值與直鏈淀粉含量呈極顯著相關(guān)[32]。消減值正向影響米飯硬度且達(dá)到極顯著，崩解值則反向影響米飯硬度且達(dá)極顯著水平[33]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，增氮增密會(huì)降低黏度和崩解值，提高消減值，表明增加氮肥施用量和栽插密度會(huì)降低稻米的食味品質(zhì)。

米飯口感與淀粉粒的發(fā)育和糊化特性緊密相關(guān)。稻米回生度增加導(dǎo)致米飯變硬，適口性降低[34]。前人研究表明稻米淀粉熱力學(xué)的指標(biāo)主要與直鏈淀粉含量呈顯著負(fù)相關(guān)[35]，表明直鏈淀粉含量是影響稻米蒸煮食味品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨施氮量和移栽密度的增加，初始溫度、峰值溫度、終止溫度、糊化熱焓值、回生熱焓值和回生值隨之上升，說(shuō)明增加施氮量與移栽密度會(huì)降低稻米的食味品質(zhì)。

在蒸煮食味品質(zhì)方面，密度對(duì)蒸煮食味品質(zhì)影響的研究結(jié)果較為多樣。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)隨著栽插密度的增加，直鏈淀粉含量下降，膠稠度增加[36]，胡雅杰[37]的研究表明在較低栽插密度下蒸煮食味品質(zhì)會(huì)有所提高；在氮肥施用量方面，陳亞琴等[38]則認(rèn)為增施氮肥會(huì)縮短膠稠度，米質(zhì)變硬，導(dǎo)致口感變差，說(shuō)明增密增氮會(huì)使水稻蒸煮食味品質(zhì)下降。本試驗(yàn)結(jié)果與前人研究[39]基本一致，在鹽堿條件下，高水平施氮量下的稻米黏滯特性較正常田塊常規(guī)栽培有所下降，米飯的黏度、外觀和食味值也明顯降低。增施氮肥和增密會(huì)使得直鏈淀粉含量與膠稠度下降，米飯外觀、黏度、平衡度、食味值下降，硬度增加，水稻蒸煮食味品質(zhì)下降。

4 結(jié)論

隨施氮量的增加，鹽堿灘涂水稻產(chǎn)量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。低氮條件下，產(chǎn)量隨密度的增加呈上升趨勢(shì)；高氮條件下，產(chǎn)量則呈下降趨勢(shì)。由于鹽堿地土壤地力貧瘠，因此需要增施氮肥來(lái)提高產(chǎn)量，而分別在鹽脅迫、增施氮肥和增密的條件下，水稻品質(zhì)明顯變劣。綜上所述，在鹽堿灘涂條件下，在兼顧高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)的同時(shí)，采用33.4 萬(wàn)穴·hm-2的移栽密度，純氮300 kg·hm-2的施加量是淮稻5號(hào)獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的適宜栽培措施。