氮肥运筹对南方双季晚粳稻产量及品质的影响

成 臣，曾勇军*，王 祺，谭雪明，商庆银，曾研华，石庆华，金 霄

（1 作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室/江西省作物生理生态与遗传育种重点实验室/江西农业大学双季稻现代化生产协同创新中心/南方粮油作物协同创新中心，江西南昌 330045；2 江西省铜鼓县农业局，江西宜春 336200）

随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，发展优质与高产并重的水稻生产模式是我国粮食生产的战略方向，也是目前缓解我国粮食质量与数量间矛盾的有效措施之一[1–2]。发展和优化水稻高产和优质栽培技术，对我国粮食生产的高效持续发展具有重要作用[3]。氮素作为调控水稻生长发育的三大营养元素之一，对水稻群体结构、产量、品质、稻田生态以及经济效益等方面都具有显著的调控作用，合理的氮肥运筹不仅能增加水稻产量，而且能同步改善稻米品质[4–6]。

南方稻区是我国最重要的粮食主产区之一，双季稻种植制度作为主要的农业生产模式，在保障我国粮食安全中起着不可替代的作用[7–8]。关于氮肥运筹对南方双季稻区水稻产量及品质的影响，目前相关的研究报道较多。林忠成[9]研究表明，在同一施氮量条件下，早、晚稻基蘖肥∶穗肥为7∶3时水稻产量最高，此时稻米品质也表现较佳。王秀斌等[10]研究认为，采用机插种植方式下早、晚稻基蘖穗肥的比例分别为6∶2∶2和5∶2∶3时，水稻能同步达到高产和氮肥高效。李刚[11]认为早、晚稻基蘖肥与穗肥比例均为7∶3或6∶4时，有利于水稻产量、氮素吸收利用率，而稻米品质以前期重施或后期增施条件下表现较好。目前在南方双季稻区，已有的研究报道采用的试验材料主要以籼稻为主，而针对粳稻的氮肥运筹研究较少。

近年来，南方双季稻区“籼改粳”得到迅速发展，其中“晚粳”种植模式是当地推广粳稻的主要模式[12]。与当地晚籼稻相比，晚粳稻的产量及品质均表现较好[13]。若水稻种植方式改变后仍然沿用当地籼稻的氮肥运筹方案，可能致使晚粳稻产量和品质优势没有充分发挥。许轲等[14]以杂交粳稻为试验材料，对南方晚粳稻的最佳氮肥运筹方案开展研究，表明基蘖肥∶穗肥为6∶4～7∶3时可使水稻高产、优质和高效之间协调统一。而目前对籼粳杂交稻的适宜氮肥运筹的研究尚未见系统报道。籼粳杂交稻在南方稻区生态适应性较强，产量显著高于杂交粳稻、常规粳稻和籼稻[15]。但其在南方稻区需肥特征还不清楚，究竟何种氮肥运筹能使籼粳杂交稻同步实现高产和优质目前还不明确。因此，本研究以籼粳杂交稻 (甬优1538) 为晚粳稻试验材料，设置5种不同基蘖肥与穗粒肥比例，研究了不同氮肥运筹对籼粳杂交稻产量和稻米品质的影响，旨在为南方晚粳稻高产和优质栽培提供理论依据和技术保障。

1 材料与方法

1.1 试验地点与供试品种

试验于2016—2017年晚稻季在江西省上高县泗溪镇曾家村 (115°6′52″E，28°16′42″N) 开展。前茬作物为双季早籼稻 (产量约为7.5 t/hm2)，冬季种植紫云英。土壤地力中上等，2016和2017年试验前耕层(0—20 cm) 土壤有机碳含量分别为20.5 g/kg和22.6 g/kg，全氮分别为2.27 g/kg和2.42 g/kg，速效钾分别为71.4 mg/kg和83.7 mg/kg，有效磷分别为21.3 mg/kg和23.7 mg/kg，土壤pH分别为5.25和5.29。供试品种为籼粳杂交稻甬优1538 (米质达国标3级)。

1.2 试验设计

笔者前期试验结果表明，在土壤地力中上等条件下，籼粳杂交稻施纯氮量为255 kg/hm2时能同步实现南方晚粳稻高产、优质和高效等目标 (另文发表)。本试验在此基础上，设置5个不同氮肥运筹处理，具体施氮方案见表1。各处理设3次重复，小区面积均为60.0 m2，共15个小区，随机排列。各小区之间构筑土埂，保证单独排灌，并用塑料薄膜包埂防止串水串肥。采用机插塑料秧盘育秧，人工模拟机插，栽插行株距为25 cm × 14 cm，每穴栽约4苗。本试验中施用氮肥、磷肥和钾肥分别为尿素、钙镁磷肥和氯化钾，以N、P2O5和K2O计，N∶P2O5∶K2O = 1∶0.5∶0.8，磷肥一次性作基肥施用，钾肥按基肥∶穗肥 = 7∶3施用。试验于2016年、2017年6月下旬播种，7月中下旬移栽。水分等其他管理措施均按高产优质栽培要求实施。

1.3 测定内容与方法

1.3.1 产量及产量构成 成熟期各小区调查100蔸水稻的有效穗数，按平均有效穗选取考种样5蔸，测定每穗粒数、结实率及千粒重等性状。各小区实收6 m2左右水稻进行测产。

1.3.2 干物质、叶面积指数及SPAD值测定 水稻各时期按平均有效穗对各小区进行干物质取样，每小区取5蔸，剪根洗净后分别将茎、叶及穗装袋，并放进烘箱105℃杀青30 min，随后将烘箱温度调至80℃直至样品恒重。抽穗期对不同功能叶按照小叶干重法测算叶面积指数 (LAI)。抽穗后每隔5 d左右用SPAD-502叶绿素仪测定叶绿素含量，选择剑叶中部进行测定 (以SPAD值表示)。

1.3.3 稻米品质及稻米淀粉粘滞性测定 水稻籽粒收获后3个月，送至农业农村部食品质量监督检验测试中心 (武汉) 进行加工品质、外观品质、蒸煮与食味品质及营养品质等主要米质指标测定。此外，稻米淀粉粘滞性 (RVA) 采用澳大利亚Newport Scientific仪器公司生产的Super3型RVA(Rapid Viscosity-Analyzer)进行测定，用TCW (thermal cycle for windows) 配套软件进行数据分析。

1.4 数据处理

试验数据均采用Microsoft Excel 2010和DPS 7.05软件进行分析和处理，制图采用Origin9.0软件，用LSD法进行差异显著性检验 (P ＜ 0.05)。

2 结果与分析

2.1 晚粳稻产量及其构成因素

方差分析表明 (表2)，南方优质晚稻产量在氮肥运筹及年份与氮肥互作效应存在极显著差异，在年份间差异未达显著水平。与B处理相比，A和C处理产量分别降低1.9%～4.8%和4.9%～16.8%，而B1和B2处理产量分别增加1.2%～3.2%和3.8%～12.5%。

各产量构成因子在氮肥运筹间均达显著水平，在年份与氮肥互作间均表现差异不显著，除每穗粒数外，其他产量构成因子在年份间均达显著水平 (表2)。与B处理相比，A处理有效穗数增加0.3%～2.1%，而C、B1和B2处理有效穗数分别降低3.7%～4.3%、0.6%～3.7%和2.7%～6.8%。与B处理相比，A、C和B1处理每穗粒数分别降低3.1%～4.9%、7.3%～8.9%和3.2%～5.6%，而B2处理每穗粒数增加2.0%～7.6%。相关分析表明，产量与每穗粒数呈极显著相关 (决定系数R2为0.865**)，与其他产量构成因子相关性均未达显著水平。

表1 氮肥运筹设计方案Table 1 Experimental design of different nitrogen fertilizer regime treatments

2.2 晚粳稻干物质量及抽穗期叶面积组成

由表3可知，与B处理相比，A和C处理成熟期总干物质量分别显著降低11.6%和8.7%，收获指数分别增加11.1%和4.3%，抽穗至成熟期阶段干物质积累量分别降低14.0%和9.1%，其累计比例分别降低2.8%和0.4%。与B处理相比，B1和B2处理成熟期总干物质量无显著变化 (分别增加0.4%和0.2%)，收获指数分别增加1.1%和3.6%，抽穗至成熟期阶段干物质积累量分别增加0.8%和2.9%，累计比例分别增加0.2%和2.7%。

由表4可知，与B处理相比，A处理抽穗期LAI总和增加5.8%，其中高效叶LAI和有效叶LAI却分别降低6.5%和2.6%；C处理LAI总和、高效叶LAI和有效叶LAI分别降低9.4%、13.4%和11.9%。与B处理相比，B1处理LAI总和、高效叶LAI和有效叶LAI分别增加15.7%、15.3%和14.3%，其中在总LAI及高效叶LAI差异上达显著水平；而B2处理LAI总和、高效叶LAI和有效叶LAI分别降低9.6%、13.7%和8.1%。

表2 氮肥运筹对晚粳稻产量及其构成因素的影响Table 2 Effects of nitrogen fertilizer regimes on japonica rice yield and yield components

表3 不同氮肥运筹晚粳稻各时期的干物质量及占比 (2016年)Table 3 Amount and proportion of dry matter production in different growth stages of japonica rice under the tested N fertilizer regimes in 2016

表4 氮肥运筹对南方晚粳稻抽穗期不同功能叶叶面积指数 (LAI) 的影响 (2016)Table 4 Effects of nitrogen fertilizer regime on japonica rice LAI of different functional leaves during the late-rice cropping seasons in southern China in 2016

2.3 晚粳稻灌浆结实期剑叶SPAD值

由图1可知，与B处理相比，A和C处理在灌浆结实期剑叶SPAD值均较低，各处理剑叶SPAD值均呈逐渐降低的趋势，其中C处理剑叶SPAD值在灌浆前期略低于A处理，在灌浆中后期均高于A处理。与B处理相比，B1处理整个灌浆结实期剑叶SPAD值均较高，而B2处理在灌浆始期剑叶SPAD值低于B和B1处理，于灌浆前期其SPAD值呈增加的趋势，至灌浆中期开始降低，其中在整个灌浆中后期B2处理剑叶SPAD值均高于B和B1处理。

2.4 晚粳稻主要品质性状

2.4.1 加工品质 方差分析表明，加工品质在年份和氮肥间均存在极显著性差异，在年份与氮肥互作上差异未达显著水平 (表5)。随着基蘖肥占总施氮量比例的降低，南方晚粳稻的加工品质 (出糙率、精米率和整精米率) 呈变优的趋势 (A ≤ B ≤ C)。与B处理相比，B1和B2处理出糙率分别降低0.18%～0.31%和0.43%～0.57%，精米率分别降低0.61%～0.88%和0.68%～0.75%，整精米率分别降低1.35%～2.31%和0.33%～1.72%。

图1 氮肥运筹对南方晚粳稻灌浆结实期剑叶SPAD值的影响 (2016)Fig. 1 Effects of nitrogen fertilizer regime on japonica rice SPAD value of flag leaf during the grain seed setting period of late-rice in southern China in 2016

2.4.2 外观品质 方差分析表明，外观品质在年份和氮肥间均存在极显著性差异，在年份与氮肥互作上差异未达显著水平 (表5)。随着基蘖肥占总施氮量比例的降低，南方晚粳稻稻米垩白粒率和垩白度增加，外观品质变劣，与B处理相比，A处理垩白粒率和垩白度分别降低2.7%～6.5%和2.4%～7.2%，而C处理垩白粒率和垩白度分别增加1.1%～6.2%和1.1%～5.9%。与B处理相比，B1和B2处理垩白粒率分别降低1.1%～6.3%和6.5%～8.0%，垩白度分别降低4.2%～4.5%和8.7%～10.6%。

2.4.3 蒸煮与食味品质 方差分析 (表5) 表明，胶稠度和直链淀粉含量在年份和氮肥间均存在极显著性差异，在年份与氮肥互作上差异未达显著水平。随着基蘖肥占总施氮量比例的降低，南方晚粳稻稻米直连淀粉含量降低，胶稠度呈增加的趋势。与B处理相比，B1和B2处理胶稠度分别降低1.9%～4.9%和3.8%～12.9%，直链淀粉含量分别增加2.7%～3.4%和4.1%～8.3%。

2.4.4 营养品质 方差分析 (表5) 表明，粗蛋白含量在年份、氮肥以及年份与氮肥互作上均存在显著性差异。随着基蘖肥占总施氮量比例的降低，南方晚粳稻稻米粗蛋白含量增加，与B处理相比，A处理稻米粗蛋白含量显著降低5.3%～10.5%，而C处理稻米粗蛋白含量显著增加10.8%～13.0%。与B处理相比，B1处理稻米粗蛋白含量降低2.0%～10.0%，而B2处理稻米粗蛋白含量增加2.0%～5.5%。

2.5 晚粳稻稻米淀粉粘滞性

由表6可知，随着基蘖肥占总施氮量比例的降低，南方晚粳稻稻米RVA谱特征值中峰值粘度、热浆粘度、冷胶粘度和崩解值均逐渐降低，而消减值和回复值均呈增加的趋势，其中除峰值粘度外，其他RVA谱特征值均无显著差异；峰值时间和糊化温度均呈先增后降的变化趋势。在基肥和分蘖肥占总施氮量40%和20%的条件下，晚粳稻的峰值粘度、热浆粘度、冷胶粘度和崩解值均表现为B2处理 ＞B1处理 ＞ B处理, 而消减值和回复值表现为B2处理 ＜B1处理 ＜ B处理，不同处理各特征值间均无显著差异；峰值时间表现为B2处理 ＞ B1处理 ＞ B处理，而糊化温度表现相反的规律。不同年份间各氮肥运筹处理RVA谱特征值变异系数除消减值外，其他特征值的变异系数均较小。

表5 不同氮肥运筹下南方晚粳稻主要品质性状Table 5 Japonica rice grain quality affected by nitrogen fertilizer regimes

表6 施氮量对南方优质晚粳稻RVA谱特征值的影响Table 6 Effect of nitrogen fertilizer regime on the rapid viscosity analyzer (RVA) profiles of high quality japonica rice during the late-rice cropping seasons in southern China

3 讨论

3.1 氮肥运筹对南方晚粳稻产量的影响

南方双季稻区主要采用重施基蘖肥、少施或不施穗粒肥的氮肥运筹方式，主要是由于双季籼稻生育期短、株型小，通过提高有效穗数是获得水稻高产的主要有效措施[16]，而粳稻的生育期及需肥特性有所差异。本研究表明，与B处理相比，A和C处理晚粳稻产量分别降低1.9%～4.8%和4.9%～16.8%，B1和B2处理产量分别增加1.2%～3.2%和3.8%～12.5%。说明重施基肥或穗肥均不利于晚粳稻高产，在整个生育期均衡供应氮素营养，特别是穗肥两次均施以及增施粒肥，均有利于提高产量。分析表明，产量构成因素中每穗粒数与双季晚粳稻产量呈极显著相关，因此晚粳稻高产栽培策略应在保持适宜的有效穗数和结实率基础上主攻每穗粒数。这与张祥明等[17]研究结果较为一致，而许轲等[14]却认为，在稳定每穗粒数的基础上提高单位面积有效穗数是提高晚粳稻产量的有效策略，但基蘖肥比例不宜过高，否则群体茎蘖成穗率较低、穗型小，不利于高产。这与本研究结果存在一定差异，可能与试验品种类型、供试土壤地力以及气候生态环境等差异有关。

从氮肥运筹对粳稻生长发育的影响来看，霍中洋等[18]研究认为，籼稻和杂交粳稻分别以基蘖肥与穗粒肥比为6∶4和5∶5时产量最高，与籼稻相比，粳稻分蘖能力略弱，前期吸氮能力较差，可适当降低基蘖肥比例以使生育中后期氮素供应充足，从而获得高产；但穗粒肥比例均不宜过大，否则会造成小穗多、长势较差，难以提高水稻产量。胡群等[19]研究认为，前期基蘖肥比例较大情况下有效茎蘖数明显增多，但穗型偏小、成穗率较低，后期氮素营养供应不足，抽穗至成熟期群体光合物质积累量较少，产量会较低；适当施用穗肥可以巩固有效分蘖成穗以及促进壮秆大穗，从而获得水稻高产。本研究也表明，重施基肥的“促前期”施肥方式在抽穗期高效叶及有效叶LAI中等、无效叶LAI较大，重施穗肥的“优后期”运筹方案高效叶、有效叶LAI均较小，上述两种氮肥运筹方案在灌浆结实期剑叶的SPAD值较低，抽穗至成熟期总干物质生产能力均较差，虽收获指数有所提高，但仍难以获得高产。而基蘖肥与穗粒肥比例协调的“均衡施肥”方式 (B、B1和B2处理) 在抽穗至成熟期总干物质生产能力方面表现较强，虽收获指数略低，但依然能有效获得高产。据前人研究报道[20–21]，开花前形成较大的高光效叶面积以及开花后叶绿素含量降低缓慢且保持较高水平，均有助于增加灌浆结实期光合物质的积累和水稻产量的提高。本研究表明，B1处理的高效叶及有效叶LAI的显著增加是水稻增产的主要原因。白洁瑞等[22]研究也表明，穗肥两次分施延长了幼穗分化期养分有效供应的时间，充分满足最后3片叶的氮素需求，从而增加高效叶叶面积。而B2处理水稻高产的主要原因是抽穗后期SPAD值的提高，这与前人研究结果较为一致[23–24]。

3.2 氮肥运筹对南方晚粳稻稻米品质的影响

前人关于氮肥运筹对稻米加工品质的研究结果较为一致，均认为水稻生育中后期氮肥施用比例的提高能改善稻米加工品质[25–26]。本研究结果也表明，随着基蘖肥占总施氮量比例的降低，南方晚粳稻的加工品质呈变优的趋势。本文还发现，在不同穗粒肥施用比例下，与B处理相比，B1和B2处理出糙率、精米率和整精米率均呈降低的趋势，说明在基蘖肥施用比例相同的情况下，延长穗粒肥的氮素供应时间降低稻米外观品质。关于氮肥运筹对稻米外观品质的研究报道存在不同的结论，潘圣刚等[27]研究表明，在相同氮素水平下，增加穗粒肥施用比例条件下稻米垩白粒率和垩白度均降低。胡群等[25]认为，随基蘖肥比例降低，垩白粒率呈先增后降，而垩白度呈逐渐增加趋势。本研究表明，随着基蘖肥占总施氮量比例的降低，稻米垩白粒率和垩白度均呈增加的变化规律，外观品质变差。万靓军等[28]研究报道也认为，随着穗肥施用比例的降低，稻米垩白粒率和垩白度呈直线下降的趋势，氮肥后移增加垩白的发生，使稻米外观品质变劣。此外，与B处理相比，B1和B2处理垩白粒率和垩白度均呈降低趋势，说明穗粒肥多次施用能改善稻米外观品质，这与刘立军等[29]的研究结果相似。稻米粗蛋白含量是营养品质的重要指标之一，潘圣刚等[27]和徐大勇等[30]研究均认为，稻米粗蛋白含量随穗粒肥施用比例的增加呈显著增加趋势，尤其是抽穗阶段增施氮肥效果更加显著。本研究结果与上述报道结果较为一致，稻米粗蛋白含量随基蘖肥的降低而呈增加的趋势，其中与穗肥一次施用相比，穗肥两次均施稻米粗蛋白含量降低，而增施粒肥处理粗蛋白含量增加，这说明提高穗粒肥的比例以及延迟穗粒肥的施用时间可提高稻米营养品质。

蒸煮与食味品质是稻米品质的核心，更是稻米商品价值的直接体现，其中直链淀粉及胶稠度是稻米食味的重要评价指标，近年来淀粉RVA谱特性也被作为评价稻米蒸煮食味品质的重要指标。陈梦云等[26]和胡群等[25]均认为，随基蘖肥所占比例的降低，稻米直连淀粉含量和胶稠度均呈降低的趋势，RVA值中峰值粘度、热浆粘度、冷胶粘度和崩解值逐渐减小，而消减值的变化呈现相反的趋势。而许轲等[14]研究表明，随基蘖肥占总施氮比例的降低，晚粳稻胶稠度变长，直连淀粉含量降低，峰值粘度、热浆粘度、崩解值总体呈降低的趋势。本研究结果与许轲等[14]报道类似，随着基蘖肥比例的降低，胶稠度增加，直连淀粉含量降低，RVA谱特征值中峰值粘度、热浆粘度、冷胶粘度和崩解值均逐渐降低，而消减值和回复值均呈增加的趋势；其中在基蘖肥比例为60%条件下，晚粳稻的直链淀粉含量、峰值粘度、热浆粘度、冷胶粘度和崩解值均表现为B2处理 ＞B1处理 ＞ B处理，而胶稠度、消减值和回复值表现为B2处理 ＜ B1处理 ＜ B处理。综上表明，基蘖肥占总施氮量比例过高或者增施粒肥处理均不利于蒸煮食味品质，但RVA谱特征值表现较好。

3.3 关于氮肥运筹协调南方晚粳稻高产及优质的问题

合理的氮肥运筹既能提高水稻产量又能实现优质，但在实际生产中产量与品质性状之间存在矛盾关系，稻米品质的氮素调控效应又具有多向性，难以同时达到各项稻米品质指标最优的状态[2,31]。如何通过氮肥运筹来较大程度上协调水稻高产和优质，目前也有一些研究报道。丁得亮等[32]研究表明，在施氮量为276 kg/hm2条件下，在基蘖肥与穗肥比为10∶0时稻米品质最好；如果兼顾高产和优质，以基蘖肥与穗肥比为7∶3时为宜。万靓军等[33]研究表明，品种K优818以及常有1号综合品质在基蘖肥与穗肥比为7∶3时最好，但前者穗肥在倒4、倒2叶期施用品质表现较好，而后者穗肥以倒3、倒1叶期时为宜；若兼顾高产和优质，二者基蘖肥与穗肥比为5∶5和6∶4，穗肥在倒4、倒2叶期施用氮肥较好。本研究表明，不同氮肥运筹下以基蘖穗肥比为6∶2∶2时稻米品质较好、以基蘖穗粒肥比为4∶2∶2∶2时晚粳稻产量最高；若兼顾水稻高产和优质，以基蘖穗肥比为4∶2∶4为宜，其中以穗肥两次均施处理在同步提高产量和品质上表现最佳。综上可见，不同研究报道的结果存在一定差异，这可能与试验品种、地力以及栽培措施等不同有关。

本试验土壤肥力为中上等，如果在低肥力或高肥力条件下，南方晚粳稻总施氮量可能需适当增加或者降低，但适宜的氮肥运筹比例并不会发生较大的改变。张军等[34]研究也认为，高地力农田只需少量氮肥，就能获得高产，并同步提高稻米品质和氮素吸收利用率，而低肥力下难以同步实现水稻高产、优质和高效之间的协调关系。因此，在生产中应加强对稻田土壤肥力的提高和维持，如果在晚稻季中采用秸秆还田，会造成微生物在腐解秸秆时与水稻“争氮”的现象，可适当提高基蘖肥施氮比例；如果采用冬季种植紫云英、施用有机肥、生物炭或者缓释肥等可延长肥料作用时效的方式，其合理的氮肥运筹比例还有待于进一步研究。

4 结论

氮肥运筹对南方双季晚粳稻生长发育、产量及品质均有显著的影响。在基肥、蘖肥分别占总施氮量40%和20%下，各处理 (B、B1和B2) 产量表现较好，其中B2处理的水稻产量高于B1和B处理；稻米加工品质和蒸煮与食味品质表现为B2处理 ＜ B1处理 ＜ B处理，外观品质和RVA谱特征值表现相反的变化规律，而营养品质表现为B2处理 ＞ B处理 ＞B1处理。氮肥运筹对南方晚粳稻米质的影响存在多向性，稻米品质各项指标难以同步达优。南方双季晚粳稻在中上等地力、施纯氮为255 kg/hm2条件下，氮肥运筹采用基蘖穗粒肥比为4∶2∶2∶2时水稻产量表现最好，采用基蘖穗肥比为 4∶2∶4时可兼顾水稻高产和优质，其中穗肥二次均施的氮肥运筹表现优于穗肥一次施用。