聶新星，張敏敏，段小麗，吳茂前，馮敬云，劉 波，周 雷，楊 利

（1. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部廢棄物肥料化利用重點實驗室/湖北省農(nóng)業(yè)科學院 植保土肥研究所，湖北 武漢430064；2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部潛江農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學觀測實驗站，湖北 潛江 433116；3. 湖北省農(nóng)業(yè)科學院 糧食作物研究所，湖北 武漢430064）

我國是水稻種植和消費大國。隨著人們生活水平提高，優(yōu)質(zhì)大米市場需求不斷擴大，稻米品質(zhì)已經(jīng)成為我國水稻產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的核心問題之一。研究表明，稻米品質(zhì)既受遺傳因子控制，又受環(huán)境因子（氣候和土壤條件等）和栽培措施（養(yǎng)分管理、水分管理和栽種密度等）影響[1-2]。其中，合理施用氮肥是當前提升稻米品質(zhì)的主要栽培措施之一[3]。氮素在促進水稻生長發(fā)育、提高產(chǎn)量方面作用顯著，但過量施用氮素不僅造成生產(chǎn)成本增加，還造成氮肥利用率降低，導致面源污染增加、溫室氣體排放、稻米品質(zhì)下降等[1，3-4]。研究表明，不同水稻品種間氮素利用率存在顯著差異，氮高效水稻品種能夠?qū)Φ剡M行高效吸收和利用，最終獲得較高的產(chǎn)量和氮素利用率[5]。因此，在當前農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的背景下，推廣集優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、氮高效等優(yōu)良性狀于一身的水稻品種，實現(xiàn)氮肥利用效率、水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)三者的協(xié)同提升，是我國水稻生產(chǎn)的迫切需求。

目前，同時研究施氮量對水稻氮肥利用率、產(chǎn)量、品質(zhì)三方面影響的報道相對較少[6-10]，且主要集中于粳稻。另外，不同水稻品種具有不同的氮素吸收特性，稻米品質(zhì)對氮肥的響應程度也不盡相同[2-3，11]，且還受光熱條件、土壤地力等因素影響[4，12]。湖北省是我國糧食主產(chǎn)區(qū)，水稻是湖北省第一大糧食作物。優(yōu)質(zhì)稻品種缺乏、稻米市場競爭力不強、資源環(huán)境壓力大是湖北省水稻生產(chǎn)面臨的瓶頸問題[13]。因此，開展湖北省特定生態(tài)條件下不同優(yōu)質(zhì)稻品種栽培技術研究，特別是氮肥的合理施用，達到良種良法精準配套、水稻產(chǎn)量和品質(zhì)協(xié)同提升，是實現(xiàn)湖北省水稻產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的有效途徑。為此，以豐兩優(yōu)4 號、巨2 優(yōu)60、E 兩優(yōu)263 三個湖北省主栽或新育成優(yōu)質(zhì)秈稻品種（系）為材料，研究不同氮肥水平下3個秈稻品種（系）產(chǎn)量、氮肥利用效率和品質(zhì)的變化，以期為推廣集優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、氮高效等優(yōu)良性狀于一身的水稻品種（系）及其生產(chǎn)中氮肥的合理施用提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗于2020 年6—10 月在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部潛江農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學觀測實驗站（湖北省潛江市浩口鎮(zhèn)柳洲村，112°37′E、30°22′N）進行。該站處于江漢平原低湖區(qū)，屬北亞熱帶季風濕潤氣候，土壤類型為湖積物發(fā)育而成的潮土性水稻土。耕層土壤pH 值為7.15，有機質(zhì)含量為32.41 g/kg，全氮含量為2.16 g/kg，全磷含量為0.74 g/kg，堿解氮含量為123.23 mg/kg，速效磷含量為26.38 mg/kg，速效鉀含量為98.14 mg/kg。

供試秈稻品種（系）為豐兩優(yōu)4 號、巨2 優(yōu)60 和E兩優(yōu)263（表1）。豐兩優(yōu)4號和巨2優(yōu)60為湖北省的主栽品種，E 兩優(yōu)263 為湖北省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所選育的優(yōu)質(zhì)稻新品系（暫未審定）。前期試驗[14-15]表明，3 個秈稻品種（系）均具有豐產(chǎn)性好、品質(zhì)較優(yōu)等優(yōu)點。

表1 供試水稻品種（系）信息Tab.1 Information of the rice varieties（lines）

1.2 試驗設計

采用裂區(qū)設計，施氮量為主區(qū)，設4 個水平，即0（N0）、100（N100）、140（N140）、180（N180）kg/hm2；以3 個品種（系）為裂區(qū)，即豐兩優(yōu)4 號、巨2 優(yōu)60 和E 兩優(yōu)263。3 次重復，小區(qū)面積為25 m2，主區(qū)間筑埂并用塑料薄膜包裹。氮、磷、鉀肥分別為尿素、過磷酸鈣、氯化鉀。氮肥按照基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶3∶3 施用，磷肥（折合P2O560 kg/hm2）全部作為基肥施用，鉀肥（折合K2O 100 kg/hm2）分基肥和穗肥各50%施用。所有品種（系）于5 月26 日播種，6 月23 日人工移栽，株行距為16.7 cm×26.7 cm，每穴2苗。水分管理和病蟲草害的防治按照當?shù)爻Ｒ?guī)方式進行。E兩優(yōu)263于9月28日收獲，豐兩優(yōu)4號和巨2優(yōu)60均于10月10日收獲。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 產(chǎn)量及其構成因素 成熟期，每小區(qū)調(diào)查15穴水稻的有效穗數(shù)，計算平均有效穗數(shù)。然后以平均有效穗數(shù)為標準選取5 穴水稻用于考種，測定穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量等。各小區(qū)單打單收計產(chǎn)，將秸稈稱質(zhì)量。

1.3.2 植株氮含量及氮肥利用效率 考種后的實粒和秸稈烘干并粉碎，采用H2SO4-H2O2消煮—連續(xù)流動分析儀（SEAL Auto Analyzer 3）測定植株氮含量。計算氮肥利用率、氮肥農(nóng)學效率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥生理利用率。

氮肥利用率（%）=（施氮區(qū)地上部植株吸氮量-無氮區(qū)地上部植株吸氮量）/氮肥施用量×100%；

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量/氮肥施用量；

氮肥農(nóng)學效率（kg/kg）=（施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-無氮區(qū)籽粒產(chǎn)量）/氮肥施用量；

氮肥生理利用率（kg/kg）=（施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-無氮區(qū)籽粒產(chǎn)量）/（施氮區(qū)植株吸氮量-無氮區(qū)植株吸氮量）。

1.3.3 稻米品質(zhì) 成熟期，每個水稻品種（系）取稻谷1 kg，在室溫下保存3 個月，參照農(nóng)業(yè)行業(yè)標準《米質(zhì)測定方法》（NY/T 83—2017）進行糙米率、精米率、整精米率、長寬比、堊白粒率、堊白度、膠稠度和直鏈淀粉含量等相關品質(zhì)指標的測定；蛋白質(zhì)含量采用連續(xù)流動分析儀（SEAL Auto Analyzer 3）測定，以換算系數(shù)K=5.95折算。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007 進行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 17.0進行多重比較（LSD法）。

2 結果與分析

2.1 施氮量對不同優(yōu)質(zhì)秈稻品種（系）產(chǎn)量的影響

由表2 可知，豐兩優(yōu)4 號、巨2 優(yōu)60 和E 兩 優(yōu)263 的產(chǎn)量均以N0 處理最低；施用氮肥后3 個秈稻品種（系）產(chǎn)量均增加，增幅分別為12.3%～18.8%、33.5%～50.3%和24.1%～39.4%；3 個秈稻品種（系）中，以巨2 優(yōu)60 產(chǎn)量最高，E 兩優(yōu)263 次之。3 個秈稻品種（系）產(chǎn)量達到最高時的施氮量不同，豐兩優(yōu)4 號以N140 處理最高，但與N0 處理相比未達到顯著水平；巨2優(yōu)60和E兩優(yōu)263分別以N180和N140處理最高，且與N0 處理相比達到顯著水平。從產(chǎn)量構成因素來看，施用氮肥后3 個秈稻品種（系）的穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量均無顯著變化，有效穗數(shù)增加。其中，豐兩優(yōu)4 號和巨2 優(yōu)60 有效穗數(shù)達到顯著水平。由此可知，施用氮肥后秈稻產(chǎn)量增加的主要原因是有效穗數(shù)的提高。

表2 施氮量對不同優(yōu)質(zhì)秈稻品種（系）產(chǎn)量及其構成因素的影響Tab.2 Effect of nitrogen application rate on yield and its components of different indica rice varieties（lines）with high quality

2.2 施氮量對不同優(yōu)質(zhì)秈稻品種（系）氮肥利用效率的影響

由表3 可知，隨著施氮量增加，3 個秈稻品種（系）的氮肥偏生產(chǎn)力總體上均顯著降低。隨著施氮量增加，豐兩優(yōu)4 號的氮肥利用率先降低后稍微升高；巨2 優(yōu)60 的氮肥利用率降低，以N180 處理最低，為34.7%，也是3 個品種（系）所有處理中的最低值；豐兩優(yōu)4 號的氮肥農(nóng)學效率降低；E 兩優(yōu)263 的氮肥利用率、豐兩優(yōu)4 號和巨2 優(yōu)60 的氮肥生理利用率、巨2 優(yōu)60 和E 兩優(yōu)263 的氮肥農(nóng)學效率均先升高后降低。但是3 個秈稻品種（系）氮肥利用率、氮肥農(nóng)學效率和氮肥生理利用率的變化均不顯著。整體來看，巨2 優(yōu)60 的氮肥農(nóng)學效率和氮肥生理利用率高于豐兩優(yōu)4 號和E 兩優(yōu)263，E 兩優(yōu)263 的氮肥利用率高于豐兩優(yōu)4號和巨2優(yōu)60，巨2優(yōu)60和E兩優(yōu)263的氮肥偏生產(chǎn)力相近，均高于豐兩優(yōu)4號。

表3 施氮量對不同優(yōu)質(zhì)秈稻品種（系）氮肥利用效率的影響Tab.3 Effect of nitrogen application rate on nitrogen utilization efficiency of different indica rice varieties（lines）with high quality

2.3 施氮量對不同優(yōu)質(zhì)秈稻品種（系）稻米品質(zhì)的影響

由表4 可知，對豐兩優(yōu)4 號來說，施用氮肥對精米率、膠稠度和蛋白質(zhì)含量的影響較大，N180 處理精米率顯著高于N0 處理，施用氮肥處理膠稠度均較N0 處理顯著降低，施用氮肥處理蛋白質(zhì)含量均較N0 處理顯著提高；施用氮肥對糙米率、整精米率、長寬比、堊白粒率、堊白度和直鏈淀粉含量的影響較小。對巨2 優(yōu)60 來說，糙米率、精米率和蛋白質(zhì)含量均在施氮后顯著提高，以N180 處理最高；整精米率隨施氮量增加而增加，僅N180 處理與N0 處理差異顯著；堊白度和膠稠度均在施氮后降低，堊白度在N100和N140處理時與N0處理差異顯著，膠稠度在N180處理時與N0處理差異顯著；長寬比、堊白粒率隨施氮量增加均無顯著變化。對E 兩優(yōu)263來說，整精米率、堊白粒率和堊白度均隨施氮量增加先增加后降低。其中，堊白粒率在N100 處理時最高，與N0 處理差異顯著；整精米率和堊白度在N140 處理時最高，與N0 處理差異顯著。E 兩優(yōu)263所有施氮處理稻米蛋白質(zhì)含量均較N0 處理顯著提高，且高于同等施氮量下豐兩優(yōu)2 號和巨2 優(yōu)60 的稻米蛋白質(zhì)含量，特別是在N140和N180處理時；糙米率、精米率、長寬比、直鏈淀粉和膠稠度在不同施氮量下變化不顯著。整體來看，E 兩優(yōu)263 的堊白粒率、堊白度、膠稠度和蛋白質(zhì)含量最高，豐兩優(yōu)4號次之；豐兩優(yōu)4 號和巨2 優(yōu)60 的直鏈淀粉含量相近，均高于E 兩優(yōu)263；3個秈稻品種（系）在糙米率、精米率、整精米率和長寬比等方面相近。

表4 施氮量對不同優(yōu)質(zhì)秈稻品種（系）稻米品質(zhì)的影響Tab.4 Effect of nitrogen application rate on rice quality of different indica rice varieties（lines）with high quality

3 結論與討論

合理施用氮肥可以減少無效分蘗，優(yōu)化群體結構，提高水稻產(chǎn)量[16]。徐新朋等[9]研究認為，在一定范圍內(nèi)施用氮肥能顯著增加水稻有效穗數(shù)，進而提高水稻產(chǎn)量；當施氮量為180 kg/hm2時，早晚稻產(chǎn)量達到最高。張耀鴻等[10]研究發(fā)現(xiàn)，有效穗數(shù)對最終籽粒產(chǎn)量起著決定性作用。這與本研究的結果較為一致，豐兩優(yōu)4 號、巨2 優(yōu)60 和E 兩優(yōu)263 產(chǎn)量在施用氮肥后均增加，豐兩優(yōu)4號和E兩優(yōu)263的產(chǎn)量在施氮量為140 kg/hm2時最高，巨2 優(yōu)60 的產(chǎn)量在施氮量為180 kg/hm2時最高，產(chǎn)量增加的主要原因是有效穗數(shù)的提高。

提高氮肥利用率是實現(xiàn)水稻優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的重要內(nèi)容，除優(yōu)化田間管理提高氮素利用率外，選用氮高效利用水稻品種是提高氮肥利用率的重要方式[5，10]。雖然目前尚未形成統(tǒng)一的氮高效水稻品種評價指標體系，但氮高效水稻品種一般具備氮肥施用后籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量、氮肥利用率、氮肥生理利用率、氮肥農(nóng)學效率和氮肥偏生產(chǎn)力高的特點[17]。本研究綜合分析了3 個秈稻品種（系）的4 個氮肥利用效率指標，整體來看，巨2 優(yōu)60 的氮肥農(nóng)學效率和氮肥生理利用率高于豐兩優(yōu)4 號和E 兩優(yōu)263，E 兩優(yōu)263 的氮肥利用率高于豐兩優(yōu)4 號和巨2優(yōu)60，巨2 優(yōu)60 和E 兩優(yōu)263 的氮肥偏生產(chǎn)力相近，均高于豐兩優(yōu)4 號；在中、高施氮量（140、180 kg/hm2）下，水稻產(chǎn)量整體表現(xiàn)為巨2 優(yōu)60≈E 兩優(yōu)263＞豐兩優(yōu)4號。這表明與豐兩優(yōu)4 號相比，巨2優(yōu)60 和E 兩優(yōu)263 為氮高效水稻品種（系）。巨2優(yōu)60 在施氮量180 kg/hm2時獲得的最低氮肥利用率（34.7%），豐兩優(yōu)4號在施氮量180 kg/hm2時獲得的最低氮肥農(nóng)學效率（11.6 kg/kg），均高于前人[18-19]的研究結果。

稻米品質(zhì)主要包括碾磨品質(zhì)、外觀品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)和食味品質(zhì)等4 個方面。本研究發(fā)現(xiàn)，與不施氮處理相比，豐兩優(yōu)4號精米率在施氮量180 kg/hm2時顯著提高；巨2 優(yōu)60 的糙米率和精米率在所有施氮處理中均顯著提高，整精米率在施氮量180 kg/hm2時顯著提高，堊白度在施氮量100、140 kg/hm2時顯著降低；E 兩優(yōu)263 的整精米率和堊白度均在施氮量140 kg/hm2時顯著提高，堊白粒率在施氮量100 kg/hm2時顯著提高。整體來看，施氮提高了3個秈稻品種（系）稻米的碾磨品質(zhì)，但對稻米外觀品質(zhì)的影響不一致，前人[8，20-21]也得到了類似的研究結果。稻米直鏈淀粉含量和膠稠度是評價稻米蒸煮食味品質(zhì)的重要指標，同時稻米蛋白質(zhì)含量也與食味品質(zhì)具有非常密切的關系[22]。降低稻米蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量、提高膠稠度，有利于食味品質(zhì)的提升[11]。通常精米蛋白質(zhì)含量為4.5%～14.3%，當超過9.0%時食味往往較差[1]。本研究結果表明，3 個秈稻品種（系）稻米的蛋白質(zhì)含量均隨施氮量的增加而顯著增加。其中，E 兩優(yōu)263 在施氮量180 kg/hm2時稻米蛋白質(zhì)含量最高，達到9.7%。因此，E 兩優(yōu)263 施氮量不宜超過180 kg/hm2。此外，豐兩優(yōu)4 號和巨2 優(yōu)60 的膠稠度在施氮后均降低，但E 兩優(yōu)263 的膠稠度隨施氮量增加而增加，這表明稻米膠稠度對氮肥的響應也存在品種差異。此外，隨著施氮量增加，3 個秈稻品種（系）的稻米直鏈淀粉含量均未見顯著變化，HUANG等[23]也得到了類似的研究結果，這可能是因為直鏈淀粉含量主要由品種遺傳特性決定，環(huán)境因素影響相對較小[1]。

綜上所述，與豐兩優(yōu)4 號相比，巨2 優(yōu)60 和E 兩優(yōu)263更能兼顧產(chǎn)量和氮肥利用效率協(xié)同提升。施氮量在0～180 kg/hm2時，隨著施氮量增加，3 個秈稻品種（系）的碾磨品質(zhì)和蛋白質(zhì)含量提高，外觀品質(zhì)和食味品質(zhì)的變化存在品種間差異。