施氮量和密度对盐碱滩涂水稻产量和品质的影响

董士琦 葛佳琳 韦还和 陈英龙 侯红燕 董晓亮张茂林 戴其根,*

(1 扬州大学水稻产业工程技术研究院/江苏省作物栽培生理重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心，江苏 扬州 225009；2 东营市一邦农业科技开发有限公司，山东 东营 257000)

当前，我国面临粮食需求持续增长、耕地面积不断减少、淡水资源日益稀缺等多重挑战，“人、地、粮”矛盾依旧突出。我国有234万公顷盐碱滩涂和1亿公顷内陆盐碱地，其中江苏省盐碱滩涂总面积达65万公顷，占全国盐碱滩涂面积近1/4[1-2]，是江苏省最重要的后备耕地资源，综合利用潜力巨大[3]。

水稻(OryzasativaL.)常作为盐土改良的先锋作物。盐碱地种植水稻可以增加粮食产量，以及改良盐碱地，保障我国的粮食安全，目前我国各地的盐碱滩涂和内陆盐碱地均在推广种植水稻[4]。科学合理的施氮量与移栽密度是获取水稻高产与优质的重要栽培措施[5-6]。各稻作区结合本区生态条件，明确了不同种植方式、不同品种类型适宜的施氮量与移栽密度[7-9]。如朱镇等[10]研究表明，南粳9108在江苏苏中地区适宜的氮肥施用量为262.5～300 kg·hm-2，并在栽插密度为28.1万穴·hm-2时易取得较高产量；胥益锋等[11]认为迟熟中粳型水稻淮稻5号基本苗达30万穴·hm-2时产量达到最高，可作为江苏中北部地区高产高效栽培的关键技术；吴子帅等[12]认为在常规田块上，施氮量为150 kg·hm-2，栽插密度为30万蔸·hm-2时，稻米品质最佳。

目前有关不同生态区水稻适宜施氮量与移栽密度的研究多在非盐胁迫下进行。而盐碱地地力普遍较低，水稻生长期间易受盐胁迫，关于在盐碱滩涂上种植水稻时，适宜施氮量与移栽密度的调整优化配置仍缺乏系统报道。为此，本试验以淮稻5号为材料，在盐碱滩涂上通过设置不同的氮肥施用量和移栽密度，研究其在盐胁迫下对水稻产量和品质的影响，以期为盐碱滩涂水稻的高产优质栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料与地点

供试材料为迟熟中粳型水稻品种淮稻5号，为江苏徐淮地区淮阴农科所育成品种。试验于2019年在江苏省盐城市射阳县射阳金海岛经济开发有限公司进行，试验地为典型的滨海盐碱地。该地位于苏北沿海中部，是北亚热带和暖温带的过渡地带，属季风气候区，年均温15℃，年日照时数1 889 h， 年降水量842.8 mm。试验田前茬小麦，土壤为沙壤土，耕作层电导率为2.5～3.5 mS·cm-1(含盐量3‰左右)，pH值8.0～8.5，碱解氮71.3 mg·kg-1，速效磷21.1 mg·kg-1，速效钾85 mg·kg-1，有机质2.8 g·kg-1。

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，以施氮量为主区，移栽密度为裂区，施氮量共设6个处理，N0(0 kg·hm-2)、N210(210 kg·hm-2)、N255(255 kg·hm-2)、N300(300 kg·hm-2)、 N345(345 kg·hm-2)和N390(390 kg·hm-2)； 移栽密度设置2个水平，33.4 万穴·hm-2(12 cm×25 cm, D1)和27.8 万穴·hm-2(12 cm×30 cm, D2)，各小区25 m2， 3次重复。氮肥按基肥∶返青肥∶分蘖肥∶穗肥=3∶1.5∶2∶3.5施用。每个小区施用600 kg·hm-2过磷酸钙作为基肥。5月15日播种，6月19日移栽，人工移栽，每穴4苗。苗期保水保肥，其他栽培管理措施同当地大田生产。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 产量及产量构成 成熟期每个小区收割 100 穴测定实际产量。收获前，每个小区选择3个代表性观测点，连续测50穴，依据所查得平均穗数，各小区取5穴稻穗装入塑料网袋中，经自然风干后进行脱粒并去除杂质(保留空瘪粒)，调查每穗粒数和结实率；随机选取1 000粒干种样本(除去空瘪粒)称重，重复3次(误差0.05 g以内)，求得千粒重。

1.3.2 稻米品质 成熟期适期收获的稻谷，经自然风干至标准水分后贮藏3个月。待其理化性质稳定后，每个处理称取3份120 g样本，参照《GB/T 17891-2017优质稻谷》[13]测定加工、外观、营养、蒸煮食味品质等相关品质指标。

1.3.3 稻米蛋白质含量的测定 蛋白组分含量测定采用杨静等[14]的连续提取法，对不同组分进行分离提取，然后采用考马斯亮蓝法[15]依次对清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量进行测定。

1.3.4 淀粉RVA谱特征测定 采用澳大利亚Newport Scientific仪器公司的SUPER3型RVA(rapid viscosity analyzer)快速测定，用TWC(thermal cycle for windows)配套软件分析数据。

1.3.5 淀粉热力学性质的测定 采用差示扫描量热分析法(differential scanning calorimetry，DSC)测定试样淀粉的热力学特性。

1.4 数据计算和统计分析

用Microsoft Excel 2003和DPS v9.50统计软件分析数据和作图，采用最小显著差数法(least significant difference，LSD)[16]进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同施氮量和移栽密度对水稻产量及其构成因素的影响

由表1方差分析结果可知，施氮量和移栽密度及二者互作效应对水稻产量均有极显著影响。随着氮肥施用量的增加，产量呈先升高后降低的趋势，在N300处理达到最高，表明过量施用氮肥不能进一步提高产量。其中以N300D1处理的单位面积产量最高，达7 978.83 kg·hm-2；其次是N300D2处理，产量为7 802.99 kg·hm-2。施氮量和移栽密度对淮稻5号产量的互作效应使得氮肥施用量较低情况(N0～N300)下，密度较高处理的产量高于密度较低处理；氮肥施用量较高情况(N345和N390)下，密度较低处理的产量则高于密度较高处理。

表1 不同施氮量和移栽密度对水稻产量及其构成因素的影响Table 1 Effects of different nitrogen application rates and transplanting densities on rice yield and its components

施氮量和移栽密度对水稻产量构成因素均有极显著影响，二者的互作效应对每穗粒数和结实率有极显著影响。随施氮量增加，单位面积穗数和每穗粒数呈先上升后下降趋势，以N300处理最高；结实率和千粒重则呈下降趋势。不同密度间比较，高密D1处理下的单位面积穗数和千粒重高于低密D2处理，每穗粒数和结实率呈相反趋势。

2.2 不同施氮量和移栽密度对水稻品质的影响

2.2.1 对加工和外观品质的影响 由表2方差分析结果可知，施氮量对稻米精米率、整精米率、垩白率和垩白度有极显著影响。随施氮量的增加，糙米率、精米率、整精米率、垩白率和垩白度随之增加；在较高的移栽密度下，糙米率、精米率和整精米率下降，垩白率和垩白度则与之相反。

表2 不同施氮量和移栽密度对水稻加工品质和外观品质的影响Table 2 Effects of different nitrogen application rates and transplanting densities on milling and appearance quality of rice

2.2.2 对营养和蒸煮食味品质的影响 由表3方差分析结果可知，施氮量对直链淀粉含量、胶稠度和蛋白质含量有显著或极显著影响。随施氮量的增加，直链淀粉含量和胶稠度随之下降，在N0处理下达到最高；而蛋白质含量随之增加，在N390处理下达到最高。直链淀粉含量、胶稠度和蛋白质含量均表现为高密D1处理高于低密D2处理。施氮量对4种蛋白组分含量均有极显著影响，增加施氮量和移栽密度有利于提高稻米中4种蛋白组分的绝对含量。

表3 不同施氮量和移栽密度对水稻营养和蒸煮品质的影响Table 3 Effects of different nitrogen application rates and transplanting densities on rice nutrition and cooking quality

由表4方差分析结果可知，施氮量和移栽密度对蒸煮食味品质均有极显著影响。随施氮量和移栽密度增加，米饭外观、黏度、平衡度、食味值下降，硬度增加。

表4 不同施氮量和移栽密度对水稻食味品质的影响Table 4 Effects of different nitrogen application rates and transplanting densities on the eating quality of rice

2.2.3 对稻米淀粉RVA谱特征值的影响 由表5方差分析结果可知，施氮量和移栽密度对峰值黏度、热浆黏度、崩解值、最终黏度和消减值均有极显著影响；二者的交互作用对消减值有极显著影响。在施氮量增加和较高的移栽密度下，峰值黏度、热浆黏度、最终黏度和崩解值下降，在N0D2处理下达到最高；而消减值上升，在N390D1处理下达到最高。

表5 不同施氮量和移栽密度对水稻RVA谱特征值的影响Table 5 Effects of different nitrogen application rates and transplanting densities on the characteristic values of RVA profile of rice

2.2.4 对稻米淀粉热力学特性的影响 由表6可知，施氮量和移栽密度对稻米淀粉热力学特性均有极显著影响。随着氮肥施用量和栽插密度的增加,起始温度、峰值温度、终止温度、糊化热焓值、回生热焓值和回生值上升，在N390D1处理下达到最高。淀粉回生后，回生热焓值比回生前的糊化热焓值有显著降低。表明增加施氮量和密度可提高稻米淀粉糊化时所需的温度和能量。

表6 不同施氮量和移栽密度对水稻淀粉热力学特性的影响Table 6 Effects of different nitrogen application rates and transplanting densities on the thermodynamic properties of rice starch

3 讨论

3.1 不同施氮量和移栽密度对水稻产量及其构成因素的影响

与非盐胁迫相比，盐碱滩涂水稻种植移栽后立苗活颗慢、易僵苗，导致分蘗发生量减少，单位面积穗数不够；抽穗后生长不旺盛，使得每穗粒数减少；生育后期容易早衰，籽粒灌浆易受到影响，导致千粒重较小[17]。针对滩涂水稻生长发育特点，配套适宜施氮量与移栽密度是盐碱滩涂水稻高产形成的基本环节。本研究结果表明，随施氮量增加，单位面积穗数和每穗粒数表现为先上升后下降，以300 kg·hm-2处理最高，结实率和千粒重则呈下降趋势；不同密度间比较，高密33.4万穴·hm-2处理下的穗数和千粒重高于低密27.8万穴·hm-2处理，每穗粒数和结实率则呈相反趋势。在施用纯氮300 kg·hm-2和移栽密度33.4万穴·hm-2时，穗数增加，使其产量也最高，达7 978.83 kg·hm-2。因此，盐碱滩涂水稻实际生产中，可通过适当增加施氮量和降低栽插行距来增加移栽密度和基本苗数，从而促进植株早发，扩大群体茎蘖量，形成较充足的穗数，获得高产。

3.2 不同施氮量和移栽密度对水稻品质的影响

在加工品质方面，前人研究发现稻米加工品质对不同氮肥施用量的响应相对较小，施氮量的增加会导致精米率和整精米率增加，从而提升加工品质[18-19]。李世峰等[20]研究表明，适当增加施氮量可以优化粳稻加工品质，超过180 kg·hm-2后，继续增氮优化作用不显著。胡雅杰等[21]研究认为，对于不同机插方式而言，降低移栽密度可以提升稻米的加工品质。本试验结果表明，增加氮肥施用量和降低栽插密度会使得精米率和整精米率有所提高，进而提升加工品质。

于外观品质而言，氮肥施用量的增加对于黏米外观品质影响的结论不尽相同[22-23]，一般而言增施氮量会使得稻米垩白率和垩白度升高，外观品质降低[22]，但也有研究发现增施氮肥会提高稻米外观品质[23]，这可能是由于不同品种对氮肥的反应不同。前人研究发现在盐胁迫下稻米垩白率与垩白度较常规栽培处理有明显上升[24]。本试验结果表明，增施氮肥和增加栽插密度会使得稻米外观品质变劣。

在营养品质方面，前人普遍认为随着氮肥施用量和栽插密度的增加会提高稻米蛋白质含量[25-28]。有学者认为稻米谷蛋白和醇溶蛋白含量占总蛋白的比例与稻米品质紧密相关，谷蛋白和醇溶蛋白含量更易受氮素影响[29-30]。本试验中稻米蛋白质含量较常规略有上升，与前人研究结果[31]基本一致，这可能是由于在盐碱地栽培中施用氮肥较多，增加了蛋白质合成的来源。本试验结果表明，在盐碱条件下增加施氮量和移栽密度有利于提高4种蛋白组分和总蛋白的绝对含量，说明氮肥施用量和栽插密度的增加能够提高稻米的营养品质。

RVA 谱特性直接影响稻米的蒸煮食味品质，其各特征值与直链淀粉含量呈极显著相关[32]。消减值正向影响米饭硬度且达到极显著，崩解值则反向影响米饭硬度且达极显著水平[33]。本试验结果表明，增氮增密会降低黏度和崩解值，提高消减值，表明增加氮肥施用量和栽插密度会降低稻米的食味品质。

米饭口感与淀粉粒的发育和糊化特性紧密相关。稻米回生度增加导致米饭变硬，适口性降低[34]。前人研究表明稻米淀粉热力学的指标主要与直链淀粉含量呈显著负相关[35]，表明直链淀粉含量是影响稻米蒸煮食味品质的重要指标之一。本试验结果表明，随施氮量和移栽密度的增加，初始温度、峰值温度、终止温度、糊化热焓值、回生热焓值和回生值随之上升，说明增加施氮量与移栽密度会降低稻米的食味品质。

在蒸煮食味品质方面，密度对蒸煮食味品质影响的研究结果较为多样。有学者发现随着栽插密度的增加，直链淀粉含量下降，胶稠度增加[36]，胡雅杰[37]的研究表明在较低栽插密度下蒸煮食味品质会有所提高；在氮肥施用量方面，陈亚琴等[38]则认为增施氮肥会缩短胶稠度，米质变硬，导致口感变差，说明增密增氮会使水稻蒸煮食味品质下降。本试验结果与前人研究[39]基本一致，在盐碱条件下，高水平施氮量下的稻米黏滞特性较正常田块常规栽培有所下降，米饭的黏度、外观和食味值也明显降低。增施氮肥和增密会使得直链淀粉含量与胶稠度下降，米饭外观、黏度、平衡度、食味值下降，硬度增加，水稻蒸煮食味品质下降。

4 结论

随施氮量的增加，盐碱滩涂水稻产量呈现先上升后下降的趋势。低氮条件下，产量随密度的增加呈上升趋势；高氮条件下，产量则呈下降趋势。由于盐碱地土壤地力贫瘠，因此需要增施氮肥来提高产量，而分别在盐胁迫、增施氮肥和增密的条件下，水稻品质明显变劣。综上所述，在盐碱滩涂条件下，在兼顾高产与优质的同时，采用33.4 万穴·hm-2的移栽密度，纯氮300 kg·hm-2的施加量是淮稻5号获得高产优质的适宜栽培措施。