氮肥处理对水稻产量及品质的影响

汪 楠，汤云龙，赵 飞，张 晓，张 欣，崔 晶，孙 玥,4，苏京平,4，王胜军,4，刘学军,4，崔中秋,4*

（1 天津农学院 农学与资源环境学院，天津 300384；2 天津市利达物流服务有限公司，天津 300384；3 天津市食味水稻科技创新与成果转化国际联合研究中心，天津 300384；4 天津市农作物研究所，天津 300384）

我国粮食生产中具有重要的地位。一直以来，我国作物生产均以高产、优质和高效作为目标，水稻生产也不例外［1］。 如今，随着中国经济水平日益提高，水稻育种的侧重点从高产逐渐趋向优质，消费者们对于优质稻米的要求越来越高， 食味稻米这一概念应运而生。 为了满足消费者对优质食味稻米的需求， 水稻育种人员育成了一大批优质食味型水稻， 但是与此相应的栽培技术还没有形成完整的体系。为了保证优质食味水稻品种的质量，制定完整的栽培技术体系成为优质食味稻米生产的重中之重。

在水稻生产过程中品种遗传特性、 生态环境以及栽培措施都是重要的影响因素， 肥料更是其中一个重要的影响因子［2］。 氮、磷、钾皆是水稻生育过程中所需的重要大量元素。 有研究利用数学建模分析氮、 磷、 钾在水稻生产过程中的影响程度，得出结论，对水稻生产贡献率氮＞磷＞钾［3］。 而且氮素作为植物体内氨基酸的组成部分， 是构成蛋白质的成分，也是叶绿素的组成成分，它与水稻植株光合特性、 生理代谢过程以及营养元素的吸收都有着密切的关系。由此可见，氮素在水稻生长发育过程中起着十分重要的作用， 氮肥的合理施用尤为重要。已有学者在此方面进行了大量研究，结果表明施用氮肥对提高水稻产量， 改善稻米的加工品质、外观品质、营养品质有一定的作用， 但其影响结果却因氮肥的施用方法、 施用时期以及施用量的不同而不同， 同时在不同的供试品种上也有差异［4］。 因此对于最适宜的施肥量和施肥时期，仍然存有很大的争议。本试验通过不同氮水平肥料肥效筛选比较， 进一步明确氮肥处理对稻米品质·食味的影响，通过优化和调控施氮量及施氮方式， 旨在达到稳产的基础上大幅度提升稻米品质·食味，进而完善优质水稻配套栽培方法，为食味育种提供理论依据和数据支持。

1 材料与方法

1.1 田间设计

试验于2018 年在天津市宁河区林场进行，供试品种为天津市小站稻推介品种“津川1 号”。 共设5 个处理，以不施氮肥为对照，处理1 不施任何肥料。 处理2、 处理3 和处理4 施氮量分别为：150 kg／hm2、225 kg／hm2、300 kg／hm2， 对照和处理2、3、4 均施P2O590 kg／hm2，K2O60 kg／hm2。 肥料种类为尿素、过磷酸钙和硫酸钾。 氮肥分基肥、蘖肥、穗肥施用，比例为5∶3∶2，蘖肥在移栽后10 d施用，穗肥施用时期在 7 月20 日；磷、钾肥全部基施。小区长8 m，宽5 m。隔离行宽1 m、保护行宽为2 m。 小区面积5 m×8 m=40 m2，采取随机区组设计，重复3 次。

1.2 试验方法

1.2.1 产量测定 在收获期，每个小区调查1 m2有效穗数和总稻谷数，经盐选后（盐水密度为1.06 g／L）， 测定实粒数和千粒重， 结实率=（下沉稻谷数／总稻谷数）×100%， 去除边行后收获其余稻谷脱粒测产，并折算成单位面积产量。

1.2.2 碾磨品质 称量稻谷重量， 将稻谷放进砻谷机里碾磨，重复两次，碾磨成糙米称重记录，计算糙米率（糙米重／稻谷重）。 糙米放入碾米机碾磨，重复两次，碾磨成精米称重记录，计算精米率（精米重／稻谷重）。

1.2.3 外观品质 采用日本佐竹公司的RGQI20型颗粒评定仪测定。

1.2.4 营养成分测定 蛋白质含有率， 采用日本佐竹公司生产的RLTA10B2-K 型米粒食味计测定；直链淀粉含有率，采用德国Bran Luebbe 公司生产的AA3 型连续流动分析仪测定。

1.2.5 物理特性测定 米饭硬度、 黏度和弹力采用日本佐竹公司生产的RHS1A 型米饭硬度黏度计测定。

1.2.6 食味评鉴 在天津市食味水稻国际联合研究中心采用10 份法（新）进行食味品尝试验，评价项目包括米饭的外观、饭香、味道、黏度、硬度及综合评价共6 项。以同年正常种植收获的津原45 为对照品种。 参与食味品尝试验的评鉴员为天津农学院具有一定辨别能力的教师和学生， 共计20人，男女比例约为1∶1。

1.3 数据处理与方差分析

所有数值均为三次重复的平均值， 数据处理应用Microsoft office 2013 办公软件分析，方差分析应用SPSS 22.0 软件分析。

2 结果与分析

2.1 产量及产量构成要素

由表1 可以看出， 津川1 号在不同的氮肥处理下有效穗数变化具有极显著差异，与对照相比，处理1 的有效穗数减少，但差异不显著，处理2、处理3 及处理4 的有效穗数均显著多于对照和处理1，随着施氮量的增加，有效穗数呈现出先增大后减少的趋势。 各处理下的每穗粒数和千粒重有一定变化，但与对照比差异不显著，彼此之间差异也不显著。 处理3 结实率最高，对照最低，不同处理下的结实率变化在5%水平上呈现出显著性差异， 随着施氮量的增加， 总体趋势为先增大后减小。 不同处理的津川1 号实际产量变化呈极显著差异，处理4 产量最高，对照则最少，施氮肥的处理2、处理3、处理4 产量显著高于不施氮肥的对照和处理1， 且随着施氮量的增加产量也随之增高，但处理3 和处理4 之间没有显著性差异。

表1 产量和产量构成要素

由图1 可以看出处理3 的株高最高， 对照和处理1 最低，且几乎相同，株高变化的总体呈现出随着施氮量的增加先增高后降低的趋势，即对照=处理1＜处理2＜处理3＞处理4。

2.2 碾磨品质

由图2 可以看出， 不同的处理的糙米率和精米率存在差异， 除处理1 糙米率和精米率均低于对照，其余处理糙米率和精米率均高于对照。随着施氮量的增加，津川1 号糙米率也随之增加，精米率则呈先增加后降低的趋势，处理3 精米率最高。

图1 不同处理的株高

2.3 外观品质

由表2 的数据可以看出， 不同施氮量会影响津川1 号的外观品质。 除处理1 的糙米整粒率小于对照外，其余处理整粒率均大于对照，且随着施氮量的增加而增大。 糙米整粒率在不同的处理下呈显著性差异。 糙米未熟粒随着施氮量增加的变化趋势与糙米整粒率相反， 即糙米未熟粒随着施氮量的增加而减少。处理1 糙米未熟粒最多，各处理下的糙米未熟粒变化具有显著性差异。 糙米损害粒和死米率在不同处理下无显著性差异。 糙米其它粒率和精米白度在不同处理下呈现出极显著的差异；对照的精米白度最高，显著高于处理2、处理3 和处理4，但与处理1 仅有0.1 的差值。

表3 陈列了各肥料处理下糙米的粒型变化，可以看出， 仅处理1 的糙米粒长显著小于处理2和处理3，除此之外各处理下的糙米粒长、糙米粒宽、糙米粒厚、糙米表面积虽然随着施氮量变化有一定的浮动，但均无显著性差异。

2.4 营养成分

图2 不同处理的糙米率和精米率

表2 外观品质

表3 糙米粒型

由表4 可以看出， 氮肥的施用量对津川1 号的营养成分具有一定影响， 尤其是精米蛋白质含有率和精米直链淀粉含有率变化在不同的氮肥处理下具有显著性差异， 均随着施氮量的增加表现出先增大后减少的趋势， 处理1 的精米蛋白质含有率和精米直链淀粉含有率均最小， 分别为8.15%和20.5%，显著小于处理2、处理3 和处理4；处理2、 处理3 和处理4 的精米蛋白质含有率和精米直链淀粉含有率彼此之间均没有显著性差异。不同氮肥处理下的糙米脂肪酸值有一定的浮动，但无显著性差异。

2.5 物化特性

由表5 可以看出不同施氮量对米饭物化特性的总体影响不大， 米饭各项物理特性的变化均无显著差异。 其中各处理下的米饭硬度、黏度、弹力性和硬度弹力比与对照相比均无显著差异， 各处理间的差异也不显著； 硬度黏度比仅处理1 显著大于处理2，其余各处理间无显著性差异。

2.6 食味评鉴

表4 营养成分

负值。 且处理3 的外观、 黏度和味道的评分均最高，对照的外观最差，处理4 的黏度、味道以及饭香的数值均最小。 各处理间外观、黏度、味道和饭香评分虽有浮动，但无显著差异。对照的综合评价分数最高，且显著高于处理3 和处理4，处理4 最低，综合评价分数随着施肥量的增加依次减小。

2.7 小结

（1） 产量和产量构成要素的关系。 将实际产量和四项产量构成要素（穗数、每穗粒数、千粒重和结实率）作偏回归分析，得到表7 的结果。穗数、每穗粒数、 千粒重和结实率与实际产量的单相关系数分别为0.905*、－0.589、－0.575 和0.892*，其中穗数和结实率的单相关系数均达到显著性差异，说明这四项产量构成要素中，穗数和结实率对产量的影响较大。复相关系数为0.834***，呈极显著差异， 说明这四项产量构成要素可以用来衡量产量的多少， 它们对产量的贡献率由大到小依次为穗数 （54.9%）、 结实率 （21.2%）、 每穗粒数（18.0%）、千粒重（5.9%）。

（2） 各因素对于食味的贡献率。 将本试验各项因素与食味综合评价作标准偏回归分析， 得出表8 的结果，可以看出，综合评价与结实率、糙米整粒率、糙米粒厚、蛋白质含有率、直链淀粉含有率这五项因素的复相关系数为0.715**，即表明在本试验中这五项因素对于食味的影响较大， 且贡献率由大到小依次为直链淀粉含有率 （26.7%），蛋白质含有率（26.4%），糙米整粒率（24.9%），结实率（17.3%），糙米粒厚（4.7%）。

表5 米饭物化特性

表6 食味评鉴

表7 产量和产量构成要素的关系

表8 各因素对于食味的贡献率

3 结论与讨论

3.1 不同施氮量对产量的影响

本试验中， 津川1 号实际产量随着施氮量的增加而增加，对比不施任何肥料和仅施磷、钾肥的处理，施氮肥后产量显著提升，而不施加任何肥料与仅施磷、钾肥的实际产量相差不多，说明氮素是肥料三要素中影响产量最活跃的因素。 关于氮肥对水稻产量的影响，已有大量学者进行了研究，在孙楠［5］的研究中，得出结论，随着施氮量的增加，参试水稻品种的产量总体呈上升的趋势， 这与本试验的试验结果相符。 但津川1 号的有效穗数和结实率均随着施氮量的增加呈现出先增加后减小的趋势，每穗粒数和千粒重的变化并不明显，本研究通过分析发现， 有效穗数和结实率对产量的影响最大， 这两项对产量的总贡献率超过了70%，这一结果证明了产量并不是随着增施氮肥而不断提升，当超过一定的范围后，随着施氮量的增加，产量反而会下降。 这一结论在杨益花等人［6］的研究中也得到了印证。

3.2 不同施氮量对碾磨品质的影响

碾磨品质主要取决于灌浆特性， 籽粒越是充实，碾磨品质就越好。已有研究表明随着施氮量的不断增加，水稻的糙米率、精米率、整精米率均有提高［7，8］。 本试验中，津川1 号的糙米率随着施氮量的增加而提高， 精米率的变化趋势则为先增大后减小， 且不施加任何肥料的糙米率和精米率均低于施加磷、钾肥的。

3.3 不同施氮量对外观品质的影响

本试验中所测得糙米的外观品质和精米白度均属于稻米的加工品质， 在加工条件一致的情况下，可以发现，不同的施氮量对津川1 号的糙米整粒率、糙米未熟粒和精米白度具有显著影响，在前文中已经表明， 这些加工品质对水稻食味具有较大的影响，尤其是糙米整粒率，对食味的贡献率达到了24.9%。因此，随着稻米的食味研究越来越被重视，注重水稻的加工品质也就变得愈加重要。在赵梅等［9］的研究中，认为适量增施氮肥有利于提高津川1 号的加工品质。还有学者认为，增施氮肥有利于提高稻米的糙米率、精米率和整精米率，从而使稻米外观品质得到提升［10］，这与本试验结果基本相符。 不同的施氮量对津川1 号糙米粒型影响不大， 说明氮肥施用量不能明显改变水稻的糙米粒型。

3.4 不同施氮量对营养成分的影响

稻米的营养成分由蛋白质、 碳水化合物、脂类、水分和其它无机质或维生素等组成，其中主要成分为碳水化合物、蛋白质和水分，其它物质含有率很少。 氮素通过影响水稻植株的碳氮代谢从而控制稻米中直链淀粉与蛋白质的合成和积累［11］，因此蛋白质含有率和直链淀粉含有率受氮肥施用量影响较大，蛋白质是氮素化合物，所以随着施氮量的增加，蛋白质含有率就越高，直链淀粉含有率的变化趋势同蛋白质。有学者研究发现，增施氮肥会显著提高稻米中的蛋白质含有率和直链淀粉含有率［12］。 蛋白质含有率和直链淀粉含有率的高低均是衡量水稻食味品质的重要指标， 它们的含量对米饭的硬度和黏性造成了直接的影响， 进而影响稻米的食味品质，一般来说，在一定的标准下，蛋白质和直链淀粉含有率越低，米饭食味越好。

脂肪酸值是衡量游离脂肪酸含量的指标，游离脂肪酸是稻米储藏过程中脂类发生分解后的产物［13］，脂肪酸值是用来衡量食味劣化以及耐储性的指标，一般来说，脂肪酸值越大，食味越差，耐储性也越差。本试验中的试验材料均为津川1 号，收获后储存时间是相同的， 而且稻谷中脂类的含量本身就很低， 一般不会随着施肥量的不同而产生明显的变化， 因此不同的施氮量对于糙米脂肪酸值影响不大。

3.5 不同施氮量对米饭物化特性的影响

在米饭食味品质研究中， 广泛使用模拟人类咀嚼行为的米饭物理特性测定仪来测试米饭的硬度、黏度以及弹力性，已有学者发现，氮素施用量越多，硬度黏度比、硬度弹力比数值越大，米饭食味越差［2］。 这与本试验的结果有一定的出入，猜想是因为试验操作过程中的误差所致。 而且米饭物理特性测定仪只能模拟人类感官对米饭硬度黏度的感受，并不完全准确，因此测试结果与前人的研究结果有一定的差异。

3.6 不同施氮量对食味评鉴的影响

在一定范围内来说，米饭硬度越小黏度越大，则食味越好。 米饭中蛋白质和直链淀粉含量对米饭的硬度和黏性造成了直接的影响，在刘梦红等［14］的研究中，随着施氮量的增加，蛋白质和直链淀粉含有率越高，米饭硬度越高，黏度越低，综合评价越低。 本试验中硬度和黏度的变化趋势与刘梦红的研究结果相反， 但综合评价分数符合施氮量越高，分数越低的变化趋势。这说明硬度和黏度在一定的程度上可以反应米饭的食味， 但并不代表仅凭硬度和黏度就可以定义米饭的食味好坏， 在本研究中， 不同施氮量对米饭食味评鉴项目中的外观、黏度、味道和饭香的影响并不大，但是对硬度和综合评价的分值影响较大。施氮量越大，米饭的综合评价分数就越低，食味越差，不施任何肥料的处理综合评价分数最高， 施氮量最大的处理综合评价分数最低。

3.7 结语

施肥是水稻生产中重要的栽培措施， 尤其是氮肥施用量，对水稻产量和品质具有显著的影响。增施氮肥可以促进水稻高产， 但施用氮肥过多会产生许多负面影响。本研究的结果表明，在一定的限度下，增施氮肥能显著提高津川1 号产量，但氮肥施用过量，对津川1 号的碾磨品质、加工品质以及食味品质均造成了不利的影响。 其中对食味品质的影响主要来源于施氮量造成蛋白质和直链淀粉含有率的变化，在一定范围内，食味与蛋白质、直链淀粉含有率呈显著负相关。 施氮量的增加使得蛋白质和直链淀粉含有率明显增加， 造成津川1 号食味下降。 食味品尝评价结果也表明，施肥越少，津川1 号的食味越好，但不施肥或施肥过少就难以顾及产量。因此，在水稻栽培过程中应当科学合理施用氮肥， 避免因过量施用氮肥造成水稻产量下降、品质降低等现象。 一般来说，应在保证产量的前提下适当减少施氮量以提高水稻的外观和食味品质。