氮肥运筹对苏打盐碱地水稻产量和品质的影响

王志君，李红宇，2，夏玉莹，赵海成，王士强，钱永德，郑桂萍

（1. 黑龙江八一农垦大学 农学院，黑龙江 大庆 163319；2. 黑龙江八一农垦大学 黑龙江省现代农业栽培技术与作物种质改良重点实验室，黑龙江 大庆 163319）

我国盐碱土主要为内陆苏打盐碱土和滨海盐碱土，总面积约9.9×107万hm2［1］。水稻是我国主要的粮食作物，其产量对我国粮食安全具有重要意义。水稻对盐中度敏感，土壤盐碱化是限制水稻生长的重要因子之一，极容易造成水稻减产、品质降低［2‑8］。研究发现，盐碱胁迫会延长水稻的生育期，降低单株分蘖力，进而降低水稻单株的有效分蘖数和产量［2‑3］。研究还发现，盐碱地水稻产量下降的主要原因是盐碱胁迫对穗质量有明显抑制作用[4‑5]。关于盐碱胁迫对稻米品质的影响方面，有研究认为，土壤的盐碱度越高，稻米垩白粒越多，稻米的外观品质越低[6]；余为仆[7]和朱明霞等[8]研究认为，盐碱胁迫能够降低稻米的直链淀粉含量，提高蛋白质含量，导致稻米的食味品质变劣。苏打盐碱地贫瘠，虽然选育的耐盐碱品种和筛选的较好的耕作栽培技术已经使盐碱地利用率、盐碱地水稻产量均明显提高，但施用氮肥依旧是盐碱地增产的主要途径[9‑11]。研究发现，在一定范围内水稻产量随氮肥施用量的增加而增加[9]；适当增施氮肥能够提高稻米的营养品质和加工品质［10‑11］，且氮肥施用比例和施用时期也会直接影响稻米的品质，例如提高穗肥中氮肥施用比例能够显著提高稻米的糙米率、精米率、整精米率和蛋白质含量，大幅降低外观品质及蒸煮食味品质[12]。因此，探索一种合理有效的施氮方法对提高苏打盐碱地水稻产量、改善稻米品质有着重要意义，但目前尚未见相关研究报道。为此，在水稻不同生育时期增施一定量的氮肥，改变传统施肥比例，探究其对苏打盐碱地水稻产量和品质的影响，以期为苏打盐碱地水稻合理施肥提供理论依据，实现盐碱地水稻可持续发展。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

2020 年在黑龙江八一农垦大学校内试验基地（东经124°26′～125°16′、北纬45°30′～47°11′），使用80 cm×60 cm×28 cm 的塑料盒进行栽培试验。参试土壤为苏打盐碱土（A1）和黑钙土（A2），盐碱土取自黑龙江省安达市友谊村，黑钙土取自黑龙江省方正县会发镇试验基地。土壤混拌均匀后，每盒装土78 kg，供试土壤理化性质见表1。

表1 土壤养分状况Tab.1 Soil nutrient status

供试水稻品种为垦粳8 号。供试肥料为尿素（含N 46.4%）、磷酸二铵（含N 18%、P2O546%）、硫酸钾（含K2O 50%）。

1.2 试验设计

试验采用二因素完全随机设计，一个因素是土壤类型（A），分别为苏打盐碱土（A1）和黑钙土（A2）；另一个因素是施氮量（B），设4 个水平。常规施氮（B1）：总施氮（N）量为260.73 kg/hm2，按照基肥∶分蘖肥∶调节肥∶穗肥=4∶3∶1∶2 进行施用；在B1处理基础上增施分蘖肥15%（B2），即分蘖肥的施用量为B1 处理分蘖肥施用量的115%，总施氮量为272.46 kg/hm2；在B1 处理基础上增施调节肥15%（B3），即调节肥的施用量为B1 处理调节肥施用量的115%，总施氮量为264.65 kg/hm2；在B1 处理基础上增施穗肥15%（B4），即穗肥的施用量为B1 处理穗肥施用量的115%，总施氮量为268.56 kg/hm2；B2、B3、B4处理其他时期施氮量同B1。磷酸二铵作为基肥一次性施用，施入量为131.94 kg/hm2；硫酸钾按照基肥∶穗肥=6∶4 分2 次施用，总施入量为182.00 kg/hm2。

2020 年4 月12 日浸种，4 月18 日播种，5 月18日（秧苗叶龄为3.1）移栽。每个处理重复4次，每盒种植2 行，行距为30 cm，每行8 穴，穴距为10 cm，每穴4 苗，其他管理措施按照当地水稻高产栽培技术进行。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 产量及其构成因素 成熟期（9 月20 日），每处理连续调查16 穴的穗数，按平均穗数取4 穴，调查有效穗数、穗粒数、结实率和千粒质量，并计算产量。

1.3.2 穗部性状 成熟期，取4穴水稻，每穴于穗部节间剪下，放在一起。待通风阴干后，调查其穗质量、穗长、着粒密度和一次枝梗、二次枝梗的数量及粒数、结实率、千粒质量。

1.3.3 品质指标 水稻收获后脱粒，晾晒2个月，待理化性质稳定后，每处理取200 g稻谷，重复3次，按照GB/T 17891—2017 测定稻米加工品质（糙米率、精米率、整精米率）、外观品质（垩白粒率、垩白度）、营养品质（蛋白质含量、直链淀粉含量）及食味值。

1.4 数据处理

采用Excel 2010 对数据进行统计，采用DPS 9.05软件对数据进行方差分析及多重比较。

2 结果与分析

2.1 氮肥运筹对苏打盐碱地水稻产量及其构成因素的影响

由表2可以看出，土壤类型对水稻穗粒数、千粒质量、产量的影响均达到了极显著水平。与A2 处理相比，A1 处理穗粒数、千粒质量、产量分别降低39.22%、9.49%、24.67%，表明苏打盐碱土水稻产量较黑钙土降低，且降低的主要原因是穗粒数和千粒质量的降低。施氮量对穗粒数、千粒质量的影响均达到显著水平，对产量的影响达到极显著水平。与B1 处理相比，B4 处理穗粒数、千粒质量分别极显著增加8.90%、7.77%，B2、B3、B4处理产量分别极显著提高27.38%、30.97%、31.55%，表明在常规施氮基础上增施一定量的穗肥能够提高水稻穗粒数和千粒质量，进而提高产量，且增施一定量分蘖肥和调节肥也能提高产量。

土壤类型与施氮量互作对水稻穗粒数、千粒质量的影响均达到显著水平，对产量的影响达到极显著水平（表2）。由图1 可知，在A1 条件下，B4 处理水稻穗粒数最高，极显著高于B1处理，较B1处理提高19.39%，显著高于B2、B3 处理，B2、B3 处理与B1处理差异不显著，说明增施穗肥能提高苏打盐碱土水稻的穗粒数。在A2条件下，B2处理穗粒数最高，显著高于B1 处理，较B1 处理提高8.12%，B3、B4 处理与B1处理差异不显著，说明增施分蘖肥能够提高黑钙土水稻的穗粒数。

图1 土壤类型与施氮量互作对水稻穗粒数的影响Fig.1 Effect of interaction of soil type and nitrogen application rate on rice grain number per panicle

表2 氮肥运筹对苏打盐碱地水稻产量及其构成因素的影响Tab.2 Effect of nitrogen fertilizer management on rice yield and its components in soda saline-alkali soil

由图2 可知，在A1 条件下，B2、B3、B4 处理水稻千粒质量均极显著高于B1 处理，分别较B1 处理提高20.06%、19.06%、28.72%；B4处理极显著高于B2、B3处理，说明增施分蘖肥、调节肥、穗肥均能提高苏打盐碱土水稻千粒质量，且增施穗肥处理对提高水稻千粒质量更有优势。在A2条件下，B1、B2、B3、B4处理间千粒质量无显著差异。

图2 土壤类型与施氮量互作对水稻千粒质量的影响Fig.2 Effect of interaction of soil type and nitrogen application rate on rice 1 000-grain weight

由图3 可知，在A1 条件下，B2、B3、B4 处理水稻产量极显著高于B1 处理，分别较B1 处理提高54.85%、32.28%、91.89%；B4处理极显著高于B2、B3处理，说明增施分蘖肥、调节肥、穗肥均能提高苏打盐碱土水稻产量，且增施穗肥处理对提高水稻产量更有优势。在A2条件下，B4处理产量最高，其次是B2 处理，两者均极显著高于B3 处理，B3 处理低于B1处理，但差异不显著，说明增施分蘖肥、穗肥均能提高黑钙土水稻产量。

图3 土壤类型与施氮量互作对水稻产量的影响Fig.3 Effect of interaction of soil type and nitrogen application rate on rice yield

2.2 氮肥运筹对苏打盐碱地水稻穗部性状的影响

由表3可以看出，土壤类型对水稻穗质量、一次枝梗数、一次枝梗粒数、一次枝梗千粒质量、二次枝梗数、二次枝梗千粒质量的影响均达到极显著水平；对水稻穗长、着粒密度的影响均达到显著水平。与A2 处理相比，A1 处理穗质量、一次枝梗数、一次枝梗粒数、一次枝梗千粒质量、二次枝梗数、二次枝梗千粒质量分别降低46.39%、20.04%、6.67%、8.58%、49.57%、13.19%；A1 处理穗长、着粒密度分别降低17.96%、25.85%。综上可见，苏打盐碱土对水稻穗部性状的影响较大。

表3 氮肥运筹对苏打盐碱地水稻穗部性状的影响Tab.3 Effect of nitrogen fertilizer management on rice panicle characters in soda saline-alkali soil

施氮量对穗长、一次枝梗千粒质量、二次枝梗数的影响均达到极显著水平，对一次枝梗数、一次枝梗粒数的影响均达到显著水平。B2、B3、B4 处理一次枝梗千粒质量分别较B1 处理增加0.69%、0.78%、6.03%；二次枝梗千粒质量较B1 处理分别增加-1.32%、-6.35%、0.98%，但差异不显著。由此可见，在常规施氮的基础上增施穗肥能够提高一、二次枝梗千粒质量，尤其是一次枝梗千粒质量，进而提高产量。与B1 处理相比，B2、B3、B4 处理一次枝梗数分别增加10.75%、14.14%、13.43%，一次枝梗粒数分别增加19.23%、24.36%、23.50%。由此可见，增施分蘖肥、调节肥、穗肥能够增加水稻一次枝梗数以及一次枝梗粒数。

由表3 可以看出，土壤类型与施氮量互作对水稻穗部性状一次枝梗千粒质量和二次枝梗数的影响均达到显著水平。由图4 可以看出，在A1 条件下，B4 处理一次枝梗千粒质量极显著高于B1 处理，B2、B3 处理显著高于B1 处理，B2、B3、B4 处理分别较B1 处理提高9.25%、8.31%、20.83%；在A2 条件下，B1、B2、B3、B4 处理一次枝梗千粒质量间无显著差异。由此可见，在常规施氮的基础上增施分蘖肥、调节肥、穗肥均能够提高苏打盐碱地水稻一次枝梗的千粒质量，增施穗肥效果最好。

图4 土壤类型与施氮量互作对水稻一次枝梗千粒质量的影响Fig.4 Effect of interaction of soil type and nitrogen application rate on 1 000-grain weight of primary branch of rice

如图5所示，在A1条件下，B4处理二次枝梗数极显著高于B1 处理，提高幅度为38.58%，其余处理间无显著差异；在A2条件下，B1、B2、B3、B4处理二次枝梗数间无显著差异。由此可见，在常规施氮的基础上增施穗肥能够提高苏打盐碱地水稻二次枝梗数。

图5 土壤类型与施氮量互作对水稻二次枝梗数的影响Fig.5 Effect of interaction of soil type and nitrogen application rate on secondary branch number of rice

2.3 氮肥运筹对苏打盐碱地稻米品质的影响

由表4可以看出，土壤类型对稻米加工品质（糙米率、精米率、整精米率）、外观品质（垩白粒率、垩白度）、蛋白质含量、食味值的影响均达到极显著水平，对直链淀粉含量的影响达到显著水平。与A2处理相比，A1处理糙米率、精米率、整精米率分别降低5.53%、6.23%、21.52%，说明苏打盐碱土会降低稻米的加工品质；A1 处理垩白粒率、垩白度分别降低91.47%、91.09%，说明苏打盐碱土能够改善稻米的外观品质；A1 处理蛋白质含量、直链淀粉含量分别降低5.84%、3.25%，说明苏打盐碱土会降低稻米的营养品质；A1 处理食味值提高5.92%，说明苏打盐碱地能够提高稻米的食味值。

由表4 可知，施氮量对稻米垩白粒率、垩白度、蛋白质含量、食味值的影响均达到显著水平。与B1处理相比，B2、B3、B4 处理垩白粒率和垩白度分别增加134.59%、63.53%、25.94%和136.55%、55.17%、26.21%，表明在常规施氮的基础上增施分蘖肥、调节肥、穗肥不利于稻米外观品质的形成，且增施分蘖肥稻米外观品质最差；B2、B3、B4 处理稻米蛋白质含量分别增加14.75%、8.39%、7.98%，表明在常规施氮的基础上增施分蘖肥、调节肥、穗肥会增加稻米的蛋白质含量；B2、B3、B4 处理食味值分别降低10.93%、9.85%、3.00%，表明在常规施氮的基础上增施分蘖肥、调节肥、穗肥会降低稻米的食味值，以增施穗肥降低幅度最小，差异不显著。

表4 氮肥运筹对苏打盐碱地水稻主要品质指标的影响Tab.4 Effects of nitrogen fertilizer management on main quality indexes of rice in soda saline-alkali soil

由表4 可知，土壤类型与施氮量互作对稻米食味值的影响达到显著水平。由图6 可以看出,在A1条件下，B1 、B4 处理稻米食味值极显著高于B2、B3处理，B1 处理高于B4 处理，但差异未达到显著水平，B2、B3、B4 处理分别较B1 处理降低10.53%、10.50%、4.56%，表明在常规施氮基础上增施分蘖肥、调节肥、穗肥会降低苏打盐碱地稻米的食味值,增施穗肥处理食味值高于增施分蘖肥和调节肥处理。在A2条件下，B2、B3处理稻米食味值极显著低于B1 处理，B4 处理显著低于B1 处理，B2、B3、B4 处理分别较B1处理降低11.14%、10.96%、8.47%，表明在常规施氮基础上增施分蘖肥、调节肥、穗肥会降低黑钙土稻米的食味值。

图6 土壤类型与施氮量互作对稻米食味值的影响Fig.6 Effect of interaction of soil type and nitrogen application rate on rice taste value

3 结论与讨论

盐碱胁迫对水稻产量具有较大影响，盐碱胁迫下水稻产量降低的原因主要有2 种观点：一种观点认为盐碱胁迫下水稻产量降低主要是因为穗粒数和千粒质量的降低［13］；另一观点认为盐碱胁迫下水稻产量降低主要是因为穴穗数和千粒质量的降低［7‑8］。本研究结果表明，与A2 处理相比，A1 处理水稻穗粒数、千粒质量、产量分别降低了39.22%、9.49%、24.67%，穗数和结实率无显著差异，这与观点一[13]相同。本研究对穗部性状进一步分析，发现苏打盐碱土处理极显著降低了一、二次枝梗数及其千粒质量和一次枝梗粒数，对二次枝梗粒数无显著影响。因此，盐碱胁迫造成水稻产量降低的原因是与穗粒数有关的一、二次枝梗数及其千粒质量和一次枝梗粒数的降低。本研究发现，在水稻不同生育时期增施一定量的氮肥能够有效缓解盐碱胁迫对水稻的抑制作用，使产量提高，且增施穗肥产量提升幅度最大。

南方双季籼稻生育期短、株型小，应当采用多施基、蘖肥，少施或不施穗肥的方式提高有效穗数来获得高产［14］；而北方单季粳稻生育期长，与籼稻需肥特性有较大差异，应当提高水稻生育后期施肥比例，这样能满足粳稻的肥料需求，以便促进干物质的积累，提高粒数和千粒质量，最终提高产量［15‑16］。在本试验中，水稻产量表现为B4>B3>B2>B1。因此，在寒地常规施氮的基础上增施一定量的穗肥更容易获得高产。

近年来，人们不再局限于追求高产水稻，对优质稻米提出更高的需求，其中，食味值的优劣在稻米品质评价中的占比不断提高[17]。稻米品质是一个复杂的性状，除受品种基因型控制外，还受环境和栽培措施等外界因素影响。盐碱胁迫是主要的环境因素之一。在本试验中，盐碱胁迫降低了稻米加工品质（糙米率、精米率、整精米率）和营养品质（蛋白质含量、直连淀粉含量），提高了外观品质和食味值。关于加工品质，步金宝［6］研究认为，稻米的整精米率受盐碱胁迫的抑制程度最大，精米率次之，糙米率最小。在本试验中，盐碱胁迫下稻米的糙米率、精米率、整精米率均极显著降低，其主要原因可能是盐碱胁迫抑制水稻灌浆，致使灌浆速度降低、灌浆时间延长，造成籽粒密度及硬度降低，导致稻米加工品质较差。关于外观品质，有研究表明，盐碱胁迫会造成淀粉体充实不良，水稻籽粒的垩白粒率和垩白度会显著增加，使稻米外观品质下降［7］。然而在本试验中，苏打盐碱土处理稻米的垩白粒率和垩白度均极显著低于黑钙土处理，盐碱胁迫提高了稻米的外观品质，这可能是因为水稻在盐碱土中灌浆时期源库关系较好，较好的源库关系能够提高稻米的外观品质［18‑19］。有研究指出，盐碱胁迫会降低稻米的直链淀粉含量，提高蛋白质含量，造成稻米食味品质变差，评价等级下降[8]。在本试验中，盐碱胁迫降低了稻米直链淀粉和蛋白质含量，使稻米的营养品质下降，而稻米的食味品质显著提高，评价等级上升。这可能是由于苏打盐碱土含有较多的钾离子，能提高稻米的食味品质[20]。

施用氮肥是影响稻米品质的主要栽培措施之一。金军等［21］研究认为，稻米整精米率和蛋白质含量会随施氮量的增加而提高，而直链淀粉含量无显著变化。刘立军等［22］研究则认为，增加施氮量能够使稻米垩白度提高，透明度下降，从而降低稻米的外观品质；而从夕汉等［23］研究认为，增加施氮量能够降低稻米的垩白度和垩白粒率，提高稻米的外观品质。在本试验中，氮肥的增施对稻米加工品质无明显影响。B2、B3、B4 处理稻米外观品质显著降低，这与刘代银等［24］的研究结果相似。其中，B2 处理稻米的垩白粒率和垩白度最高，外观品质最差。因此，增施分蘖肥极不利于稻米外观品质的形成。稻米的直链淀粉含量和蛋白质含量与食味值密切相关，其中，稻米蛋白质含量与食味值呈显著负相关［25‑26］。张世玺等［27］研究发现，提高氮肥在穗肥中的比例能提高稻米的蛋白质含量，降低直链淀粉含量，使食味值明显降低。在本试验中,在常规施氮的基础上增施穗肥提高提高了稻米的蛋白质含量,降低了食味值和直链淀粉含量，但差异均不显著。综上，在常规施氮的基础上增施分蘖肥、调节肥、穗肥均能提高苏打盐碱地水稻产量，以增施穗肥效果最好，且不会显著降低稻米的食味值。