不同施氮量和氮肥运筹对‘沪旱61’产量和稻米品质的影响

侯丹平,谭金松,毕庆宇,刘国兰,余新桥,罗利军,毕俊国

(上海市农业生物基因中心,上海201106)

氮肥是影响作物产量和品质的主要因素之一,对水稻增产有重要作用,但过量的氮肥施用及不合理的施肥方式不仅增加了生产成本,而且降低了稻田氮肥利用率[1]。据调查,我国的氮肥利用率仅为30%—35%[2],因氮肥流失而引起的农田环境污染已经引起了广泛关注。

金树权等[3]认为:在重施基肥的基础上采用前氮后移的肥料运筹能够平衡农田营养状况,提高水稻的成穗率和产量,改善品质,并且可以减少因低温等环境因素造成的不良影响。朱永波等[4]认为:增施氮肥提高了稻米的糙米率、整精米率和蛋白质含量,同时也提高了垩白粒率和垩白度,虽然改善了稻米的加工品质和营养品质,但却降低了外观品质。唐健等[5]认为:在机插优质晚稻中,适当增施氮肥可改善加工品质、外观品质、蒸煮和营养品质。李子昂[6]研究发现:在生育后期追施穗肥,不但增加了有效分蘖的数量,水稻籽粒的垩白粒率和垩白度也有所降低,增产的同时改善了稻米的外观品质。

‘沪旱61’是由上海市农业生物基因中心选育出来的新型节水抗旱稻品种,具有节水抗旱性好、抗倒性强、米质优良等特点,目前已在上海市金山区、崇明区、奉贤区等地广泛种植[7]。本试验研究不同施氮量及氮肥运筹对‘沪旱61’产量及稻米加工品质和外观品质的影响,以期筛选出在水直播干旱管理(以下简称:水种旱管)条件下适宜‘沪旱61’的氮肥施用方案,为‘沪旱61’的推广提供理论依据,并为农户提供栽培技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点及供试品种

试验于2019年在上海市农业科学院庄行综合试验站进行,前茬为冬闲地,土壤质地为黏壤土,供试水稻品种为‘沪旱61’(由上海市农业生物基因中心提供)。

1.2 试验设计

随机区组试验,设置7个氮肥处理,施氮量以及氮肥运筹如表1所示,其中N0为对照,N1、N3、N5处理为氮肥只作基肥施用,N2、N4、N6处理为前氮后移,每处理3次重复,共21个小区,每个小区36 m2。采用大田水种旱管的方式进行人工穴播,5月27日播种,每穴2—3粒,穴距为20 cm×23 cm,出苗后人工间苗,留长势较好的一株,8月16日施促花肥。磷钾肥按P2O5120 kg∕hm2和K2O 192 kg∕hm2于播种前作基肥一次性施入,水分及田间管理方式见表2。

表1 不同处理的施氮量及氮肥运筹Table 1 Nitrogen application rate and management of different treatments

表2 田间管理措施Table 2 Field management measures

1.3 测定项目与方法

1.3.1 SPAD值测定

自水稻播种后第7周开始,每7 d用SPAD仪定点测量不同处理顶3叶的叶绿素相对含量SPAD值。

1.3.2 考种与产量

测定各处理的单位面积穗数、每穗粒数、结实率、千粒重,计算理论产量,实测计产。

1.3.3 稻米品质

水稻收获2个月后,待品质稳定,按照《GB∕T 17891—1999优质稻谷》标准测定其加工品质和外观品质。

1.3.3.1 加工品质

加工品质包括糙米率、精米率、整精米率。

糙米率=稻谷去颖壳的糙米质量∕样品稻谷质量×100%;

精米率=糙米出精后所得精米质量∕样品稻谷质量×100%;

整精米率=达到完整精米粒平均长度五分之四以上的米粒质量∕样品稻谷质量×100%。

1.3.3.2 外观品质

根据糙米的外观特性,将其分为完善粒、青粒、锈斑粒和垩白粒。

完善粒:正常成熟的具有该品种特有粒形和光泽的籽粒;青粒:米粒外表颜色呈青绿色,占总表面积的二分之一以上;锈斑粒:米粒外表颜色呈铁锈色,占总表面积的二分之一以上。垩白是籽粒上白色不透明部分,按照垩白在籽粒上的发生位置,将其分为腹白粒、心白粒、背白粒和基白粒。

1.4 数据处理

采用Excle 2013软件处理数据,绘制表格。采用SPSS软件进行方差分析,采用Sigmaplot 11.0软件绘图。

2 结果与分析

2.1 产量及其构成因素

由表3可知:与N0处理相比,N4、N6处理的‘沪旱61’产量分别提高了24.13%和12.94%。在同一施氮水平上,前氮后移处理的产量与氮肥只作基肥施用处理的产量有所差异。施氮量为120 kg∕hm2时,N2处理的产量比N1处理减少了3.18%;施氮量为240 kg∕hm2和360 kg∕hm2时,N4、N6处理的产量比N3、N5处理分别提高了20.97%和9.13%。

表3 不同氮肥处理对‘沪旱61’产量及其构成因素的影响Table 3 Effecst of different nitrogen treatments on yield and its components of‘Huhan 61’

从产量构成因素分析,与N0处理相比,‘沪旱61’在N4、N6处理下的穗数、每穗粒数、总颖花数显著增加,N2处理的千粒重显著减小,各处理之间的结实率无显著差异,N4、N6处理的产量显著提高,说明与N0处理相比,产量增加的主要原因是总颖花数的增加。在同一施氮水平上,采用前氮后移的处理N2、N4、N6比氮肥只作基肥施用的处理N1、N3、N5的穗数、每穗粒数多,其中在施氮量为240 kg∕hm2和360 kg∕hm2时,N4、N6处理的总颖花数比N3、N5处理显著提高了35.36%和20.00%,结实率、千粒重无显著差异,说明与氮肥只作基肥施用的处理相比,前氮后移处理主要通过提高总颖花数来提高产量。

2.2 叶片SPAD值

由图1可知:N0处理的‘沪旱61’最上完全展开叶的SPAD值在整个生育期内均处于最低或较低水平,其他6种处理的叶片SPAD值在前期差异不大,后期差异逐渐明显。具体表现为前氮后移的处理N2、N4、N6叶片SPAD值显著大于氮肥只作基肥施用的处理N1、N3、N5,并且在同一施氮水平上,施氮量越多的处理叶片SPAD值越大。

2.3 干物质量

图1 不同氮肥处理对‘沪旱61’叶片SPAD值的影响Fig.1 Effects of different nitrogen treatments on SPAD value of leaves of‘Huhan 61’

由图2可知:在4个主要生育期内,与N0处理相比,‘沪旱61’在施氮处理下的茎、叶干物质量均有所提高,且施氮量越多,干物质量增加越明显。在4个主要生育期内,同一施氮水平下不同处理的水稻茎部干物质量无显著差异。氮肥只作基肥施用的处理水稻叶片干物质量在分蘖期、拔节期时大于前氮后移处理,在抽穗期、成熟期时小于前氮后移处理。成熟期时,施氮处理的水稻穗部干物质量均显著大于N0处理,在施氮量为120 kg∕hm2和360 kg∕hm2时,两种氮肥运筹的穗部干物质量无显著差异;施氮量为240 kg∕hm2时,前氮后移处理的水稻穗部干物质量显著大于氮肥只作基肥施用的处理。

图2 不同氮肥处理对‘沪旱61’茎、叶和穗部干物质量的影响Fig.2 Effects of different nitrogen treatments on dry matter weight of stem,leaf and ear of‘Huhan 61’

2.4 稻米品质

2.4.1 加工品质

由表4可知:与N0处理相比,‘沪旱61’稻米在施氮处理下的糙米率有所提高,但未达到显著水平;施氮量为120 kg∕hm2的N1、N2处理的‘沪旱61’稻米精米率和整精米率显著高于N0处理;施氮量为240 kg∕hm2时,前氮后移处理N4的‘沪旱61’稻米整精米率显著小于N3处理;施氮量为360 kg∕hm2时,前氮后移处理N6的‘沪旱61’稻米精米率和整精米率均显著小于N5处理。

表4 不同氮肥处理对‘沪旱61’稻米加工品质的影响Table 4 Effects of different nitrogen treatments on processing quality of‘Huhan 61’rice %

2.4.2 外观品质

由表5可知:与N0处理相比,N3处理的‘沪旱61’稻米完善粒率显著增加,N2、N4、N5、N6处理显著减小。在3个施氮水平下,‘沪旱61’稻米在前氮后移N2、N4、N6处理下的青粒率显著大于N1、N3、N5处理,垩白粒率显著小于N1、N3、N5处理。不同氮肥处理的‘沪旱61’稻米锈斑粒率无显著差异。

表5 不同氮肥处理对‘沪旱61’稻米外观品质的影响Table 5 Effects of different nitrogen treatments on appearance quality of‘Huhan 61’rice %

2.4.3 垩白类型比例

由图3可知:所有处理的‘沪旱61’稻米的腹白粒占总垩白粒的比例最大,心白粒次之,基白粒最小。与N0处理相比,施氮量为120 kg∕hm2的N1、N2处理的‘沪旱61’稻米腹白米所占比例较大,心白米所占比例较小。N3、N4、N5处理的‘沪旱61’稻米各种垩白类型粒率与N0处理相比差异不大,N6处理的腹白粒率有所减小,心白粒率有所增加。

2.4.4 粒型比例

由图4可知:‘沪旱61’稻米在不同氮肥处理下各垩白类型中腹白粒最多,达总粒数的50%以上,其次是完善粒和心白粒,青粒、锈斑粒、背白粒、基白粒所占比例均较小。不同氮肥运筹对‘沪旱61’稻米青粒率的影响较明显,在3个施氮水平下,与氮肥只作基肥施用的处理相比,前氮后移处理的青粒率显著增加。

图3 不同氮肥处理对‘沪旱61’稻米不同类型垩白粒率的影响Fig.3 Effects of different nitrogen treatments on chalkiness rate of different types of‘Huhan 61’rice

图4 ‘沪旱61’稻米在不同氮肥处理下的粒型分布Fig.4 Grain type distribution of‘Huhan 61’rice under different nitrogen treatments

3 讨论

3.1 不同氮肥处理对‘沪旱61’产量及其构成因素的影响

前人研究表明:当纯氮施用量为240 kg∕hm2、基肥与蘖肥的施用比例为8∶2时,优质粳米的有效穗数显著增加,产量显著提高[8];基蘖肥、促花肥、保花肥并施的模式可有效提高水稻产量,且施氮量越多,增产效果越显著,其主要是因为穗数及穗粒数增加较明显,结实率和粒重受氮素影响小[9],这与本研究结果一致。夏琼梅等[10]以‘会粳7号’和‘楚粳28号’为材料研究也发现:在当地常规施肥量270 kg∕hm2的基础上,减少施氮量并采用前氮后移的氮肥运筹,水稻成穗率提高,产量增加,当纯氮用量为162 kg∕hm2且全部用于促花肥和保花肥时,可获得最高产量。与常规插秧淹水栽培相比,本试验在施氮量为240 kg∕hm2(当地常规施氮量)条件下采用水种旱管方式,‘沪旱61’的生育期缩短了3 d,这可能是因为水直播在传统插秧的基础上省略了移栽插秧这一步骤,避免了秧苗返青所需的时间,缩短了生育期。本研究表明:与不施氮肥相比,‘沪旱61’的产量随着施氮水平的提高显著增加,且与氮肥只作基肥施用的处理相比,前氮后移处理的结实率、千粒重无显著变化,但总颖花量显著增加,产量显著提高。可见,合适的氮肥运筹可以促进总颖花量的增加,从而有助于提高产量。

3.2 不同氮肥处理对‘沪旱61’叶片SPAD值及各部位干物质量的影响

姜红芳等[11]认为:平衡的施肥方式能控制干物质生产,提高灌浆期的光合生产能力,提高水稻产量。夏琼梅等[10]认为:氮肥减量后移能够延长稻穗分化期,增加总叶面积和高效叶面积率,提高群体生长率和抽穗后干物质积累量,构建水稻高质量群体。本研究表明:与不施氮肥相比,施氮量越高,‘沪旱61’叶片SPAD值及茎、叶、穗部干物质量越高,与前人研究结果一致。另有研究表明:在水稻生产中不施入基蘖肥,氮素全部用作穗肥时,投入最少,产出最多[12]。本研究发现:与氮肥只作基肥施用的处理相比,前氮后移处理对水稻叶片SPAD值和叶片干物质量、穗部干物质量有促进作用,成熟期时各氮肥处理的穗部干物质量表现趋势与产量一致,说明施氮量越高,群体质量越大,适宜的氮肥运筹可以提高叶片活力,有助于改善群体质量,增加穗部干物质量。

3.3 不同氮肥处理对‘沪旱61’稻米品质的影响

有研究表明,低氮处理下水稻籽粒灌浆速率高于高氮处理,稻米的加工品质和外观品质较优[12]。在节水灌溉条件下,氮肥施用量为110 kg∕hm2时可获得较好的株型结构和稻米品质[13];施氮量为180 kg∕hm2时,双季晚稻的糙米率、精米率和整精米率最高,随施氮量的增加,其垩白粒率和垩白度降低,蛋白质含量和胶稠度增加,直链淀粉含量减少,崩解值下降,消减值增加[14]。本研究表明:施氮量为120 kg∕hm2时,‘沪旱61’稻米的精米率、整精米率最高,随着氮肥施用量的增加,稻米加工品质下降,说明施氮量过高会影响加工品质。与不施氮肥处理相比,‘沪旱61’稻米的完善粒率在施氮量为240 kg∕hm2且氮肥只作基肥施用的处理下显著增加,而施氮量为360 kg∕hm2的2种处理完善粒率均显著减小,说明增施氮肥并不利于完善粒率的增加。

有研究发现,水稻幼穗分化前期施用穗肥,可获得较好的加工品质和外观品质、较高的直链淀粉含量、适宜的胶稠度和蛋白质含量[15]。在相同的条件下,随着穗肥施用期推迟,可获得较好的外观品质、蒸煮和营养品质,同时获得高产[16]。本研究发现:在同一施氮水平下,与氮肥只作基肥施用的处理相比,前氮后移处理的糙米率无显著差异,精米率、整精米率减少或显著减少,完善粒率、垩白粒率显著减少,青粒率显著增加,说明施用促花肥会降低‘沪旱61’稻米的加工品质和外观品质。这与前人研究结果不同,可能是品种特性、气候变化、种植区域之间的差异所致。