侯紅燕 董曉亮 周紅 張茂林 魏立興 朱德峰

（1 東營市一邦農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司，山東 東營257000；2 東營市農(nóng)業(yè)科學研究院，山東 東營257000；3中國水稻研究所，杭州310006；第一作者：monkeyaner@163.com；*通訊作者）

水稻是濱海鹽堿地的重要糧食作物，土壤鹽含量高時會對水稻的生長發(fā)育產(chǎn)生不良影響。另一個影響水稻生長發(fā)育與產(chǎn)量指標的主要因素是氮肥，過量施氮對全球氮循環(huán)產(chǎn)生的負面影響已經(jīng)引起科研人員的廣泛關(guān)注[1]。N 素對于植物的生長有著至關(guān)重要的作用[2]，它是構(gòu)成生物有機體的必須基本元素，參與生物有機體各類酶、葉綠素合成等代謝，并直接決定有機體細胞分類與生長[3]。水稻品質(zhì)的形成是葉片與稻米碳氮代謝共作的結(jié)果[4]，碳氮代謝是稻米品質(zhì)的形成過程，也是稻谷籽粒中蛋白質(zhì)和淀粉等主要營養(yǎng)物質(zhì)的合成與積累的過程[5]，而蛋白質(zhì)是籽粒中胚乳的主要物質(zhì)成分。有研究表明，胚乳中蛋白質(zhì)、氨基酸配比在溶解性、生物價和易吸收方面具有很好的合理性[6]，稻米中蛋白質(zhì)含量過高或過低都會影響稻米的營養(yǎng)品質(zhì)和適口性[7-8]。因此，如何通過控施氮肥來控制稻米蛋白質(zhì)含量并兼顧營養(yǎng)品質(zhì)，受到研究者越來越多的重視。

合理的氮肥用量可以提高水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)，關(guān)于氮肥用量對稻米蛋白質(zhì)含量影響的研究中，普遍認為提高氮肥用量可以提高籽粒中蛋白質(zhì)的含量[9]，也有研究認為隨著氮肥用量的增加，米粒中直鏈淀粉含量和食味品質(zhì)顯著降低[10]；氮肥的施用時期與分配比例也直接影響稻米品質(zhì)，穗肥中氮肥比例增高時，可以顯著提高稻米的整精米率和蛋白質(zhì)含量，但是顯著降低了稻米的外觀品質(zhì)及蒸煮食味品質(zhì)[11]。本研究在黃河三角洲濱海鹽堿地3‰～6‰含鹽量條件下，以優(yōu)質(zhì)品種圣稻2620 為試驗材料，通過不同氮肥施用時期、氮肥用量、氮肥施用比例，研究其在鹽堿脅迫下對水稻的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以為濱海鹽堿地優(yōu)質(zhì)稻種植提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試水稻品種為圣稻2620。

1.2 試驗設(shè)計

試驗地點位于山東省東營市墾利區(qū)永安鎮(zhèn)28 村（N 37°15′，E 118°05′），為典型濱海鹽堿地。試驗田前茬水稻。2019 年4 月中旬播種、10 月上旬成熟，8 月中旬出現(xiàn)強降雨天氣，但沒有影響水稻的正常生長。土壤理化性質(zhì)：pH 值8.1，有機質(zhì)含量1.34 g/kg，全氮含量0.77 g/kg，速效磷0.1 mg/kg，速效鉀65.5 mg/kg，陽離子交換量81.9 mmol/kg。

表1 不同氮肥處理下鹽堿地水稻的生育期進程

試驗采用6 因素隨機區(qū)組設(shè)計，3 次重復(fù)。4 月中旬落谷，自動化播種機播種，播種量180 g/盤（芽谷），采用暗室疊盤恒溫催芽室催芽后，大棚育秧，秧齡50d，久保田插秧機機械插秧，規(guī)格30 cm×14 cm，小區(qū)面積15 m2（1.5 m×10 m）。氮素最高用量按40 kg/667 m2尿素含N 量折算，設(shè)0、20%、40%、60%、80%、100%6 個梯度。尿素作為追肥，插秧后筑好田埂，小區(qū)隔離好以后施入。具體施肥方案為：磷肥為過磷酸鈣40 kg/667 m2，整地前一次性施入；鉀肥為硫酸鉀20 kg/667 m2，分2 次施入，分別在分蘗后期、圓稈拔節(jié)期各施10 kg/667 m2。各小區(qū)尿素用量及分配如下：N0，不施氮肥；N1，20%氮肥，用量8 kg/667 m2，全作分蘗肥（2 次施入）；N2，40%氮肥，用量16 kg/667 m2，其中，分蘗肥12 kg/667 m2（2 次施入）+穗肥4 kg/667 m2；N3，60%氮肥，用量24 kg/667 m2，其中，分蘗肥20 kg/667 m2（2 次施入）+穗肥4 kg/667 m2；N4，80%氮肥，用量32 kg/667 m2，其中，分蘗肥24 kg/667 m2（2 次施入）+穗肥8 kg/667 m2；N5，100%氮肥，用量40 kg/667 m2，其中，分蘗肥32 kg/667 m2（2 次施入）+穗肥8 kg/667 m2。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 生育期

詳細記錄每個處理的始穗期、齊穗期、成熟期和全生育期。

1.3.2 干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運

分別于水稻的分蘗期、抽穗期、灌漿末期、成熟期，每個處理、每個重復(fù)取莖、葉、穗，于105℃烘箱中殺青1 h，再調(diào)至80℃烘干至恒質(zhì)量，計算干物質(zhì)積累及其輸出、轉(zhuǎn)化率，輸出、轉(zhuǎn)化率的計算公式如下：

莖鞘物質(zhì)輸出率（%）=（抽穗期莖鞘干物質(zhì)量-成熟期莖鞘干物質(zhì)量）/抽穗期莖鞘干物質(zhì)量×100；

莖鞘物質(zhì)轉(zhuǎn)化率（%）=（抽穗期莖鞘干物質(zhì)量-成熟期莖鞘干物質(zhì)量）/成熟期籽粒干物質(zhì)量×100；

葉片物質(zhì)輸出率（%）=（抽穗期葉片干物質(zhì)量-成熟期葉片干物質(zhì)量）/抽穗期葉片干物質(zhì)量×100；

葉片物質(zhì)轉(zhuǎn)化率（%）=（抽穗期葉片干物質(zhì)量-成熟期葉片干物質(zhì)量）/成熟期籽粒干物質(zhì)量×100。

1.3.3 籽粒蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量和食味值

稻谷收獲后自然晾干，水分降至15.5%以下時采用佐竹THU35C 試驗用礱谷機加工成糙米，利用佐竹CBS300BS 試驗用鮮米機將糙米加工成精米，利用佐竹-米粒食味計-RLTA10B（2）-K 儀器，對各處理水稻籽粒中蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量和食味值進行測定。

1.3.4 產(chǎn)量構(gòu)成指標

每個小區(qū)定點考察10 叢，調(diào)查基本苗數(shù)、最高苗數(shù)、有效穗數(shù)、成穗率、每穗總粒數(shù)、每穗實粒數(shù)、千粒重；收割每個小區(qū)，自然晾曬后測定產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥處理對鹽堿地水稻生育期的影響

由表1 可見，N5 處理的全生育期最長，達180 d，其次為N4 處理，N0 處理的全生育期最短為169 d?？梢?，減少氮肥用量能夠顯著的加快鹽堿地水稻的生育期進程。N5 處理的營養(yǎng)生長期（播種期-抽穗期）占全生育期的比重最小為75.00%，生殖生長期（抽穗期-成熟期）占全生育期的比重最大為25.00%；N0 處理的營養(yǎng)生長期占全生育期的比重最大為76.33%，生殖生長期占全生育期的比重最小為23.67%。N4、N3、N2、N1 介于N5 處理和N0 處理之間。表明隨著氮肥用量的減少，鹽堿地種植水稻的營養(yǎng)生長期變長，生殖生長期變短，全生育期變短。

2.2 不同氮肥處理對鹽堿地水稻干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運特性的影響

不同氮肥處理水稻各生長期干物質(zhì)量的動態(tài)積累見圖1，各處理干物質(zhì)快速積累期在移栽后25 d 至抽穗期后20 d 結(jié)束，最大的干物質(zhì)積累期在抽穗和灌漿期，總體的干物質(zhì)積累增長速度為N5>N4>N3>N2>N1>N0，這表明氮肥用量越大，返青期后干物質(zhì)積累量越大，生殖生長期的干物質(zhì)積累速度也越快。

表2 不同氮肥處理下鹽堿地水稻干物質(zhì)轉(zhuǎn)運

圖1 不同氮肥用量鹽堿地水稻的干物質(zhì)積累

從表2 可見，N0、N1、N2、N3 處理之間莖鞘、葉片的物質(zhì)轉(zhuǎn)化率、物質(zhì)輸出率的差異多數(shù)達顯著水平，N4、N5 處理之間的差異不顯著。表2 的結(jié)果表明，隨著氮肥用量的提高，抽穗期莖鞘、葉片的干物質(zhì)積累量增高，莖鞘、葉片的物質(zhì)輸出率、轉(zhuǎn)化率也越高，但N4、N5兩個處理之間的干物質(zhì)輸出率、轉(zhuǎn)化率無顯著差異，表明減少20%的氮肥用量，不會顯著影響鹽堿地水稻干物質(zhì)的積累和輸出轉(zhuǎn)化。

2.3 不同氮肥處理對鹽堿地水稻稻米品質(zhì)的影響

從表3 可見，處理間堊白粒率差異顯著，N0 處理為3.3%，N1 處理為2.9%，最低的是N4、N5 處理，且N4、N5 處理之間無顯著差異，這表明隨著氮肥用量的提高，堊白粒率下降，減少20%的氮肥用量，不會影響籽粒的堊白粒率。不同處理的整精米率有顯著差異，整精米率最高的是N5 處理，為96.3%，其次為N4 處理，最低的是N0 處理，這表明隨著氮肥用量的提高，整精米率提高。說明提高氮肥用量可以顯著提高稻米的外觀品質(zhì)。

從表3 可見，蛋白質(zhì)含量最高的是N5、N4 處理，為8.2%；最低的是N0 處理，為7.5%；N0、N1 處理穗肥均不使用氮肥，這兩個處理的蛋白質(zhì)含量無顯著差異；N2、N3 處理的穗肥用量相同、前期施肥量不同，這兩個處理的蛋白質(zhì)含量無顯著差異；N4、N5 處理的穗肥用量也相同，前期施肥量不用，這兩個處理的蛋白質(zhì)含量也無顯著差異。這表明，隨著氮肥總量的提高，各處理的蛋白質(zhì)含量增高，但是前期施肥對水稻蛋白質(zhì)含量的影響小于穗肥氮肥用量對蛋白質(zhì)含量的影響。各處理的直鏈淀粉含量有顯著差異，含量最高的是N5 處理，為20.0%，最低的是N0 處理，為19.2%，這表明氮肥用量的提高可以顯著提高稻米的直鏈淀粉含量。

各處理的食味值有顯著差異，食味值最高的是N0處理和N1 處理，為72 分；食味值最低的是N5 處理，為67 分。這表明不施用穗肥、前期不用或少用氮肥可以提高稻米的食味，隨著氮肥用量的提高，食味下降。

2.4 不同氮肥處理對鹽堿地水稻產(chǎn)量指標的影響

由表4 可見，各處理的有效穗數(shù)差異顯著，N0 處理最低，隨著氮肥用量的提高，有效穗數(shù)增加，N5 處理、減氮20%的N4 處理之間無顯著差異。這表明，減少20%的氮肥用量不會降低有效穗數(shù)。各處理每穗總粒數(shù)、每穗實粒數(shù)以及結(jié)實率之間有顯著差異，隨著氮肥用量的增加，每穗總粒數(shù)、每穗實粒數(shù)及結(jié)實率呈先增加后減少的趨勢，表明過量施用氮肥不能進一步提高水稻的每穗總粒數(shù)、實粒數(shù)及結(jié)實率。各處理的千粒重無顯著差異。各處理產(chǎn)量有顯著差異，隨著氮肥用量的提高，產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢，以N4 處理產(chǎn)量最高。

3 討論與結(jié)論

3.1 不同氮肥處理下鹽堿地水稻干物質(zhì)生產(chǎn)與轉(zhuǎn)運特性

植株光合產(chǎn)物的積累與再分配形成了植株干物質(zhì)生產(chǎn)特性，不同的種植氣候條件、地力特點均會導致水稻多樣性的物質(zhì)生產(chǎn)特性[12]。有研究通過Logistic 模型分析了水稻干物質(zhì)積累特性，發(fā)現(xiàn)水稻在拔節(jié)至抽穗期積累速度最快[13]。也有研究發(fā)現(xiàn)在生殖生長前期，即返青至拔節(jié)期水稻的干物質(zhì)積累速度最快，干物質(zhì)積累最盛時期對水稻產(chǎn)量指標的貢獻也最大。本研究結(jié)果顯示，不同施肥處理水稻的生殖生長期、營養(yǎng)生長期占全生育期的比例具有顯著差異，隨著氮肥用量的提高，水稻的生殖生長期占全生育期的比例逐漸減小，營養(yǎng)生長期占全生育期的比例逐漸增加，水稻全生育期逐漸變長。6 種施肥處理下，干物質(zhì)最大積累量均在抽穗至灌漿期，這表明水稻干物質(zhì)的積累盛期與品種本身有關(guān)，與外界種植環(huán)境無關(guān)。6 種施肥處理干物質(zhì)的快速增長期均在分蘗開始10 d 后至抽穗后20 d，且干物質(zhì)的積累速度隨氮肥用量的增加而加快。本研究結(jié)果顯示，水稻干物質(zhì)的快速積累與水稻的充實度呈正相關(guān)，稻米充實率受灌漿前期干物質(zhì)積累量的影響最大，干物質(zhì)積累也與水稻的產(chǎn)量指標呈正相關(guān)。

表3 不同氮肥處理對鹽堿地水稻稻米品質(zhì)的影響

表4 不同氮肥處理對鹽堿地水稻產(chǎn)量指標的影響

水稻灌漿期稻穗的干物質(zhì)積累來源于兩部分，一是抽穗期間的光合產(chǎn)物積累，二是抽穗期前的莖鞘和葉片的光合產(chǎn)物積累的分配[14]。有研究表明，抽穗期前莖鞘和葉片的干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)化為稻穗干物質(zhì)的比例大于48%[15]。本研究結(jié)果表明，水稻莖鞘葉片的干物質(zhì)輸出率、轉(zhuǎn)化率與水稻產(chǎn)量指標的構(gòu)成因素具有顯著的相關(guān)性，隨著氮肥用量的提高，抽穗期與成熟期的莖鞘、葉片干物質(zhì)積累量均顯著增高，干物質(zhì)的輸出、轉(zhuǎn)化率也顯著增高，但是減氮20%并不會影響干物質(zhì)的輸出、轉(zhuǎn)化率，即減氮20%不影響鹽堿地水稻種植的產(chǎn)量。

3.2 不同氮肥處理下鹽堿地水稻的食味品質(zhì)特性

提高蒸煮食味品質(zhì)已經(jīng)成為當今水稻育種的新目標[16]。有研究認為，改良水稻籽粒中的蛋白質(zhì)含量與直鏈淀粉含量的平衡關(guān)系可以顯著的提高稻米的食味品質(zhì)[17]。對日本優(yōu)質(zhì)食味米的大量研究也表明，降低水稻中蛋白質(zhì)和直鏈淀粉的含量可以顯著提升稻米的食味值[18]，日本佐竹公司根據(jù)對優(yōu)質(zhì)食味米有主要影響的蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量、脂肪酸值、水分含量等研發(fā)了食味速測儀器。本研究結(jié)果表明，氮肥用量的提高可以提高稻米加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)，但顯著降低了稻米的食味品質(zhì)，食味值由N0 處理的72 分降低到N5處理的67 分。氮肥用量提高可以顯著提高水稻的產(chǎn)量，由N0 處理的388.34 kg/667 m2提高到N4 處理的525.89 kg/667 m2，減少20%氮肥的N4 處理比全氮量的N5 處理產(chǎn)量提高4.39%。