吳雄興,楊芳鳳,吳 煒,沈嘉秋,沈 淳,朱吉明,李秋紅

(1 上海市青浦區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務中心,上海 201700;2 上海市青浦區(qū)練塘鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村服務中心,上海 201715)

水稻是上海居民的主要糧食作物,對穩(wěn)定上海糧食安全作出了重要貢獻。 近年來,隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展,人們生活消費水平不斷提高,對高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)型稻米的需求量也日益增大,水稻的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)化栽培研究備受農(nóng)業(yè)科研工作者與水稻產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)部門關(guān)注[ 1-5]。 氮肥是影響水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的重要營養(yǎng)元素。 大量研究表明,氮肥不僅對水稻生育、產(chǎn)量有著重要影響,并且對稻米品質(zhì)具有調(diào)控作用[ 2-4,6]。 近年來,關(guān)于氮肥對水稻的高產(chǎn)和稻米品質(zhì)的影響研究前人已做過大量工作。 隨著水稻綠色生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展,綠肥養(yǎng)地及有機氮肥的施用增加,對水稻綠色高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的栽培技術(shù)有更高的需求。 前人研究表明,施氮能明顯增加水稻產(chǎn)量,在低、中、高氮水平上產(chǎn)量依次增加,但也并非越多越好[ 3-5]。 朱邦輝等[ 5]通過氮肥對‘武運粳27 號’機插栽培研究認為,稻米的加工品質(zhì)隨施氮量的增加呈先增后減的趨勢,精米蛋白質(zhì)含量呈增加趨勢。 朱大偉[ 6]同樣在機械栽種條件下,對軟米品種‘南粳9108’和‘南粳5055’兩個優(yōu)質(zhì)稻進行氮肥對稻米品質(zhì)的影響研究認為,稻米加工品質(zhì)隨著氮素增加而改善,適當施氮可改善稻米的外觀品質(zhì)。 胡群等[ 7]在總氮量270 kg∕hm2條件下,稻米的加工品質(zhì)指標均隨著穗肥氮后移而下降。 以往的研究因試驗品種、環(huán)境及栽培管理措施等差異,報道的結(jié)果并不一致。 為更好地發(fā)揮優(yōu)質(zhì)雜交粳稻優(yōu)質(zhì)潛力,本研究選用早熟優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)雜交粳稻新品種‘申優(yōu)26’為材料,通過肥量和肥法試驗,分析氮肥運籌對該品種稻米品質(zhì)效應及產(chǎn)量影響,以期為雜交粳稻優(yōu)質(zhì)化高產(chǎn)栽培的氮肥運籌提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)域概況

試驗于2020 年設在上海市青浦區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務中心科技創(chuàng)新基地試驗田內(nèi)進行(北緯N 30°57′56.34″,東經(jīng)E 121°01′0.83″)。 田塊前茬作物為綠肥紫云英,生物量鮮質(zhì)量16 725 kg∕hm2,耕層內(nèi)土壤為青紫泥土,肥力均衡。 耕層土壤有機質(zhì)20.30 g∕kg,全氮含量0.12%,堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別為179.00 mg∕kg、22.20 mg∕kg 和211.00 mg∕kg,土壤酸堿度pH 為7.05。 供試材料是上海市農(nóng)業(yè)科學院作物育種栽培研究所選育的早熟優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)雜交粳稻新品種‘申優(yōu)26’。

1.2 試驗設計

1.2.1 試驗處理

試驗選用總純氮(N)施用量和基蘗肥與穗肥氮配比(T)兩個單因素隨機區(qū)組設計。 氮肥量處理(N0—N7)分別為0 kg∕hm2、105 kg∕hm2、150 kg∕hm2、195 kg∕hm2、240 kg∕hm2、285 kg∕hm2、330 kg∕hm2和375 kg∕hm2。 基蘗肥∶穗肥氮占比處理(T1—T5)分別為10∶0、9∶1、8∶2、7∶3和6∶4。 兩個單因素試驗處理的每個小區(qū)面積為3 m×7 m=21 m2(0.002 hm2),各隨機重復處理3 次,共39 個小區(qū)。 為了防止不同處理的小區(qū)間滲透串肥,每個小區(qū)用包膜塑料隔板隔離,單排單灌,小區(qū)四周設置保護行。

1.2.2 氮肥運籌

供試肥料選用45%三元復合肥(15%-15%-15%)、尿素(46%)。 在氮肥施用量試驗中,各處理氮、磷、鉀養(yǎng)分配比統(tǒng)一為N∶P∶K=1∶0.3∶0.3;基蘗肥∶穗肥=8∶2,基肥(45%三元復合肥)施氮量占總純氮量30%,于6 月3 日施用。 分蘗肥施氮量占總純氮50%(46%尿素),2 次施用分別于6 月11 日(15%)和7 月7 日(35%)施用;穗肥(46%尿素)施用量占總純氮量20%,于8 月6 日施用。 在基蘗肥與穗肥配比試驗中,各處理氮化肥總用量折純氮270 kg∕hm2;氮、磷、鉀養(yǎng)分配比均為N∶P∶K =1∶0.25∶0.25。 6 月3日各處理施基肥氮占總施氮量的25%(45%三元復合肥);分蘗肥均分2 次施用(46%尿素),第一次6 月19 日施用,占分蘗肥總量的30%,第二次7 月7 日施用,占總分蘗肥的70%。 穗肥8 月6 日全部一次性施入(46%尿素)。 兩個試驗補缺磷、鉀肥全部作基肥施用。 試驗各處理小區(qū)肥料施用方案與施用量詳見表1。

表1 施用量與施肥方案Table 1 Application rate and fertilization scheme

1.3 種植管理

稻谷浸種催芽后,于5 月12 日播種,6 月4 日人工拉線模擬機械小苗栽插,株行距為16 cm ×25 cm,每穴栽插3 株,25.05 萬穴∕hm2,基本苗數(shù)控制在60 萬—90 萬株∕hm2。 苗期水漿管理以濕潤為主,中后期干濕交替。 浸種催芽藥劑和病蟲草防治統(tǒng)一按照水稻綠色生產(chǎn)相應培管措施進行。

1.4 測定內(nèi)容

1.4.1 苗情、葉齡和生育期

移栽秧苗返青后,每小區(qū)隨機定2 個點,每個點調(diào)查10 穴水稻莖蘗數(shù),5—7 d 調(diào)查1 次,在臨近莖蘗苗數(shù)高峰期時2—3 d 調(diào)查1 次,直至齊穗。 定點前先計數(shù)50 穴,統(tǒng)計每穴平均苗數(shù)和頻數(shù)分布后定點調(diào)查苗情動態(tài),考察株高、主莖綠葉數(shù)和主要生育期。

1.4.2 考種與測產(chǎn)

成熟期調(diào)查每個處理的有效穗數(shù),取有代表性的10 穴,進行室內(nèi)穗粒和結(jié)實率的考察,調(diào)查、取樣均重復3 次。 收獲前進行小區(qū)實收測產(chǎn),單獨脫粒、曬干、風選干凈后,折合標準含水量(14.5%)計算產(chǎn)量。

1.4.3 稻米品質(zhì)測定

每小區(qū)稻米主要品質(zhì)指標數(shù)據(jù)來源于光明種業(yè)有限公司綜合檢測中心。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用SPSS 軟件中單因素ANOVA 檢驗的Duncan 法分別對試驗數(shù)據(jù)進行多組樣本間差異顯著性分析。 在Excel 2017 軟件中輸入數(shù)據(jù),進行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥對莖蘗動態(tài)

氮肥對水稻群體莖蘗消長動態(tài)具有調(diào)控效應。 不同氮肥量和氮肥基蘗肥與穗肥的配比試驗表明(圖1),隨著前期氮肥施用量增高,水稻高峰苗數(shù)也呈現(xiàn)遞增狀態(tài)。 這說明氮肥施用促進了水稻分蘗的發(fā)生,增強了水稻分蘗能力。 氮肥試驗中以高水平氮處理N7、N6 和N5 的分蘗高峰苗數(shù)較高,同樣前期氮肥施用量占比高的處理(10∶0、9∶1和8∶2)分蘗高峰苗數(shù)也較高。 分蘗成穗率隨著氮肥用量增加呈逐漸降低趨勢,最高為空白對照N0 處理(達到83.9%),最低為N7 處理(僅為56.1%)。 在基蘗肥與穗肥配比試驗中,雜交粳稻‘申優(yōu)26’的分蘗成穗率則隨著后期氮肥比例的增加呈現(xiàn)遞增趨勢。 由此說明前期過高的施氮量雖然能提高水稻分蘗力,但是后期會產(chǎn)生更多的無效分蘗,導致成穗率降低。 穗肥氮配比的增加有利于成穗率的提高。

圖1 不同處理對水稻莖蘗消長動態(tài)的影響Fig.1 Effects of nitrogen application on dynamics of tiller growth and decline of rice

2.2 氮肥對穗粒結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量影響

2.2.1 對穗粒結(jié)構(gòu)的影響

氮肥對雜交粳稻的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)具有較明顯影響(表2)。 氮肥量試驗結(jié)果表明,增加氮肥量對水稻有效穗數(shù)有明顯調(diào)控作用。 以有效穗數(shù)為目標變量Y,氮肥量為x,擬合方程呈現(xiàn)二次曲線,Y= -0.000 4x2+0.228 2x+ 243.400 0,方程決定系數(shù)(R2=0.787 4)達到顯著水平。 從方程解析可知,有效穗數(shù)隨著氮肥量的增加而遞增,至施氮量為285.25 kg∕hm2時,理論有效穗數(shù)最高值為308.17 萬株∕hm2,再增加施氮量則有效穗數(shù)出現(xiàn)緩慢下降。 各處理中有效穗數(shù)最高為N4 處理,極顯著高于N2、N1 和N0 處理,與N5、N6和N7 處理無差異。 在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中,有效穗數(shù)隨著穗肥氮占比提高呈先增后降的趨勢。試驗中以T3 處理有效穗數(shù)最高,達到304.95 萬株∕hm2,極顯著高于T1、T4 和T5 處理,顯著高于T2 處理。 從擬合方程估算,當穗肥氮占比為17.88%,理論有效穗數(shù)最高值為298.56 萬株∕hm2;施氮量對總粒數(shù)和實粒數(shù)的影響趨勢同于有效穗數(shù)。 本試驗中N4 處理,總粒數(shù)與實粒數(shù)均為最高,分別為175.35 粒和146.8 粒,其他處理值均低于N4 處理。 其中N4 處理總粒數(shù)極顯著高于其他處理,N4、N6、N7 處理間無顯著差異。 N4 處理實粒數(shù)極顯著高于N0、N1、N3、N6 和N7 處理,與N5 處理無顯著差異。 而在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中,總粒數(shù)和實粒數(shù)隨著穗肥氮占比提高呈現(xiàn)先增后降的特征。 處理中總粒數(shù)和實粒數(shù)以T5 處理最高,總粒數(shù)極顯著高于T1、T2 和T3 處理,與T4 處理沒有顯著差異;實粒數(shù)T5 處理比較結(jié)果與總粒數(shù)基本一致。 在氮肥處理中,結(jié)實率隨著氮肥量增加依次遞減,呈現(xiàn)極顯著負相關(guān)(r= -0.882 5)。 結(jié)實率N2、N3 和N5 處理間無顯著差異,剩余處理間氮肥由低到高結(jié)實率極顯著下降,主要是由于氮肥施用量的提高促進了每穗總粒數(shù)的增加,但實粒數(shù)下降所致。 在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中,各處理結(jié)實率變化較小。 結(jié)實率較高的處理為T3 和T4 處理,T2 處理的結(jié)實率顯著低于T1 處理,極顯著低于T3、T4 和T5 處理,T3、T4 和T5 處理間無顯著差異;千粒重在氮肥量試驗里各處理差異相對較小。 試驗以N3 處理粒重最高,極顯著高于N4 和N5 處理,顯著高于N6 處理,與N0、N1、N2、和N7 處理無顯著差異。 在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中,T3 處理的千粒重極顯著地高于其他處理,T2 處理極顯著高于T1 處理,T4 與T5 處理間無顯著差異。 這表明后期穗肥氮占比對粒重的增加有明顯影響。

表2 氮肥運籌對‘申優(yōu)26’產(chǎn)量及穗粒結(jié)構(gòu)的影響Table 2 Effects of nitrogen application on yield and grain structure of‘Shenyou 26’

2.2.2 對產(chǎn)量的影響

氮肥運籌對水稻的產(chǎn)量影響較大。 氮肥(x)與產(chǎn)量(Y)呈現(xiàn)二次曲線關(guān)系(圖2),擬合方程Y=-0.020 6x2+9.461x+9 390.9(R2=0.912)。 隨著氮肥增加,產(chǎn)量呈現(xiàn)先增后降態(tài)勢,理論最高產(chǎn)量的純氮施肥量為229.6 kg∕hm2,與實際施用量240 kg∕hm2產(chǎn)量最高較為接近,N4 處理(240 kg∕hm2)產(chǎn)量極顯著高于其他處理,N5 和N6 處理極顯著高于N7 處理,N5 產(chǎn)量顯著高于N6 處理。 在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中(圖3),穗肥氮占比(x)與產(chǎn)量(Y)同樣呈現(xiàn)二次曲線關(guān)系,擬合方程Y= -1.691x2+83.590 9x+9 821.862 9(R2=0.969 1),當穗肥氮占比為20%—30%時可獲取高產(chǎn),T3 處理的產(chǎn)量顯著高于T2 處理,極顯著高于T1 處理,但與T4 和T5 處理無顯著差異。

圖2 氮肥與產(chǎn)量的關(guān)系Fig.2 The relationship between nitrogen and yield

圖3 穗肥氮占比對產(chǎn)量的影響Fig.3 Effects of the ratio of panicle fertilizer on yield

2.3 氮肥對稻米主要品質(zhì)的影響

2.3.1 對稻米加工、外觀品質(zhì)的影響

稻谷加工、外觀品質(zhì)是衡量稻米品質(zhì)綜合性狀優(yōu)劣的重要指標,是商品價值的重要體現(xiàn)。 由表3 可知,隨著純氮總施用量的增加,‘申優(yōu)26’稻米的糙米率和整精米率均呈增加的趨勢,相關(guān)系數(shù)分別為0.982 1 和0.899 7。 其中純氮量為N5、N6 和N7 處理的稻米糙米率和整精米率均較高,明顯高于對照(無肥區(qū))。 堊白度則隨著施氮量的增加呈現(xiàn)極顯著降低(r= -0.948 5)。 同樣施氮量為N5、N6 和N7 處理,堊白度明顯低于其他處理。 由此表明,增施氮肥可提高稻谷的加工品質(zhì),同時可有效降低稻米的堊白度。在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中,穗肥氮占比對稻米的糙米率和整精米率影響較小。 隨著穗肥氮占比提高,堊白度表現(xiàn)為增加趨勢,但無明顯變化規(guī)律。 不同氮肥與氮肥處理方式對米粒長度和透明度無影響。

表3 氮肥運籌對稻米加工及外觀品質(zhì)的影響Table 3 Effects of nitrogen application on rice processing and appearance quality

2.3.2 對稻米營養(yǎng)及蒸煮食味品質(zhì)影響

蛋白質(zhì)含量是稻米營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標。 由表4 可知,隨著純氮總施用量的增加,蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)先增后降趨勢,方程擬合為二次曲線(R2=0.787 4)。 N4 和N5 處理蛋白質(zhì)含量均較高,明顯高于N0、N1、N6 和N7 處理。 在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中,不同穗肥氮占比處理差異較小。 由此表明,在本試驗0—285 kg∕hm2氮肥施用量范圍,增施氮肥可促進籽粒營養(yǎng)品質(zhì)提高。

表4 氮肥運籌對稻米營養(yǎng)及蒸煮食味品質(zhì)的影響Table 4 Influence of nitrogen management on rice nutrition and cooking quality

稻米的蒸煮指標值對食味具有重要影響。 在氮肥量試驗中,隨著施氮量增加,堿消值呈現(xiàn)先增后降的趨勢,曲線擬合為二次曲線(R2=0.839 0)。 在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中,隨著中后期穗肥氮用量的增加,堿消值同樣呈現(xiàn)先增后降趨勢,方程擬合為二次曲線(R2=0.904 1);膠稠度反映了淀粉米膠冷卻后的延展性,是評價米飯質(zhì)地的物理指標之一。 在氮肥量試驗中,‘申優(yōu)26’膠稠度較為穩(wěn)定(77.00—80.67 mm),米質(zhì)較軟糯,處理間差異不明顯。 在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中,籽粒膠稠度與中后期穗肥氮占比呈現(xiàn)顯著的負相關(guān)(r= -0.905 2),即中后期增加氮肥施用量會降低稻米膠稠度;施用氮肥對稻米直鏈淀粉含量有一定影響,隨著施氮量增加直鏈淀粉含量有增加趨勢,但差異不明顯。 在基蘗肥與穗肥氮配比試驗中,不同穗肥氮量處理間直鏈淀粉含量沒有規(guī)律性變化。

3 結(jié)論與討論

氮肥是提高水稻單產(chǎn)和調(diào)控籽粒品質(zhì)性狀重要因素[ 3-10]。 本研究通過氮肥運籌試驗,明確了優(yōu)質(zhì)雜交粳稻新組合產(chǎn)量、品質(zhì)性狀表現(xiàn)特性。 在本試驗范圍內(nèi),增加氮肥可促進水稻單產(chǎn)的提高,但氮肥增至一定水平時產(chǎn)量增速減緩,過量氮肥施用會降低水稻單產(chǎn)。 在等氮量條件下,適宜的基蘗肥與穗肥氮配比可提高水稻單產(chǎn),過低或過高均會降低水稻單產(chǎn);在適宜的氮素基蘗肥與穗肥比例條件下,增加氮肥施用可對雜交粳稻稻米的加工、外觀品質(zhì)有一定改善作用,并有效促進稻米營養(yǎng)品質(zhì)的提高。 在等氮條件下,穗肥氮占比對稻米品質(zhì)影響較小;綜合產(chǎn)量、品質(zhì)及雜交粳稻的生育特性,在氮肥基蘗肥與穗肥比例以8∶2條件下,雜交粳稻新組合‘申優(yōu)26’最佳氮肥施用量為240 kg∕km2;在總純氮量270 kg∕hm2條件下,優(yōu)質(zhì)化栽培氮肥基蘗肥與穗肥比例以8∶2為宜。

有關(guān)氮肥對稻米外觀品質(zhì)的影響,本試驗在氮素基蘗肥與穗肥8∶2條件下,增加氮肥施用可對雜交粳稻‘申優(yōu)26’稻米的加工品質(zhì)有一定改善作用,該結(jié)果與其他研究[ 2-3,8-10]結(jié)果基本一致。 其中外觀品質(zhì)堊白度隨氮肥用量增加呈現(xiàn)下降趨勢,與其他研究[ 5,11-12]的結(jié)論截然相反;本試驗結(jié)果顯示,在等氮條件下,隨著后期穗肥氮增加,加工品質(zhì)也有所改善,這一結(jié)果與慕永紅等[ 13]的研究結(jié)論基本一致。

前人研究表明,增加氮肥用量稻米籽粒的蛋白質(zhì)呈現(xiàn)增加趨勢[ 3,5-7,9-15],但本試驗中,當?shù)赜昧繛?40—285 kg∕hm2時,蛋白質(zhì)含量為最高,之后呈現(xiàn)下降趨勢。 在等氮量條件下,氮肥后移對于蛋白質(zhì)含量沒有明顯變化;在本試驗范圍內(nèi),增施氮肥和后期穗肥氮比重對籽粒的稻米的直鏈淀粉、膠稠度及堿消值的影響較小。

綜合本試驗結(jié)果,氮肥運籌對水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)的調(diào)控作用顯現(xiàn),但品種基因型背景和種植區(qū)域環(huán)境差異對試驗結(jié)果影響較大[ 16]。 本研究初步探明了氮肥運籌對雜交粳稻‘申優(yōu)26’的產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素及主要品質(zhì)性狀的影響,但對籽粒食味、黏度等品質(zhì)性狀及相互間的關(guān)系尚未作進一步分析,試驗結(jié)果尚作初探。 故后續(xù)將進一步探明氮肥運籌優(yōu)化條件,系統(tǒng)研究雜交粳稻稻米品質(zhì)性狀間的相互關(guān)系,為上海地區(qū)雜交粳稻的優(yōu)質(zhì)化栽培提供技術(shù)支撐。