袁 偉，陳婉華，王子陽，周正萍，劉世平

（揚州大學 江蘇省作物遺傳生理重點實驗/江蘇省作物栽培生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 揚州 225009）

【研究意義】我國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，年秸稈資源總量達1.04×109t，綜合利用率達80.1%[1]，其中水稻秸稈約占25.1%。如果在水稻生產(chǎn)過程中將其還田腐解作為肥料，使其富含的碳、氮等營養(yǎng)元素和礦物元素充分釋放出來[2]，這樣不僅可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物高效利用，變廢為寶，還可以避免焚燒對生態(tài)環(huán)境造成污染，有效促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3-4]。我國稻田單季氮肥用量平均為180 kg/hm2，比世界平均用量高75%左右[5]，肥水管理過程中，過高的氮肥投入會使其本身的利用率過低，未被吸收的氮素流失，是造成水體富營養(yǎng)化的主要因子之一，使水體中硝酸鹽氮累積，直接或間接地導致了稻田生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)一系列不良反應[6-8]。而水稻秸稈全量還田下，我國當季化學氮肥可替代總量為99 萬t，單位耕地面積化學氮肥可替代量為33.6 kg/hm2，化學氮肥替代潛力大[9]，在此基礎上，適當減少氮肥的施用量，配合利用秸稈氮養(yǎng)分資源，可達到化學氮肥減量，降低生產(chǎn)成本的效果?！厩叭搜芯窟M展】近年來，隨著秸稈還田技術的深入發(fā)展，國內(nèi)外廣大農(nóng)業(yè)科研人員探索出許多關于秸稈還田的方式、數(shù)量、時間、翻壓程度和病蟲害防治等方面的成熟路線，基本探明了秸稈還田對作物生長、發(fā)育和產(chǎn)量形成，以及改良土壤的影響與作用[10-15]。已有研究表明秸稈還田后稻米的外觀品質(zhì)和加工品質(zhì)有所改善,稻米的食味營養(yǎng)品質(zhì)和蒸煮品質(zhì)得到提高[16]。而另有研究顯示，稻草全量還田反而比不還田處理的晚稻稻米的出糙率、精米率和整精米率等有所降低，蒸煮和營養(yǎng)品質(zhì)得到顯著改善[17]?！颈狙芯壳腥朦c】有關雙季稻秸稈還田與減施氮肥對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)影響的相關報道甚少[18-19]。江西地處長江中下游南岸，為南方雙季稻稻作區(qū)，是我國重要的產(chǎn)糧大省之一，秸稈資源豐富，具有代表性?！緮M解決的關鍵問題】本試驗擬探明雙季稻秸稈還田處理下，不同氮肥施用量對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響,旨在為雙季稻稻作區(qū)水稻高產(chǎn)、高效施肥與秸稈資源綜合利用提供一定的理論依據(jù)和技術支撐。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2018—2019 年在江西上高縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綜合示范區(qū)（28.27N,115.12E）同一田內(nèi)進行，供試土壤有機質(zhì)含量為29.30 g/kg，全氮含量為1.92 g/kg，堿解氮、速效磷、速效鉀含量依次為154.0，16.3，125.5 mg/kg，pH為5.3。

供試早稻品種為“潭兩優(yōu)39”，晚稻品種為“甬優(yōu)538”。早稻和晚稻均按不同施氮量設6 個處理，均采用拋秧移栽的方式種植，早稻于3 月中旬開始軟盤育秧，4 月中旬移栽，36 萬穴/hm2，7 月中旬收獲，施純N量分別為0 kg/hm2（JN100）、90 kg/hm2（JN50）、126 kg/hm2（JN30）、162 kg/hm2（JN10）、180 kg/hm2（JN0），前茬水稻秸稈直接全量切碎還田，秸稈量約為9 000 kg/hm2，以秸稈不還田162 kg/hm2施N 量作為對照（CK）；晚稻于6 月下旬開始軟盤育秧，7 月中旬移栽，30 萬穴/hm2，11 月上旬收獲，施純N 量分別為0 kg/hm2（JN100）、135 kg/hm2（JN50）、189 kg/hm2（JN30）、243 kg/hm2（JN10）、270 kg/hm2（JN0），前茬水稻秸稈直接切碎全量還田，秸稈量約為7 500 kg/hm2，以秸稈不還田243 kg/hm2施N 量作為對照（CK），均為6 個處理，每個處理50 m2（12.5 m×4 m），重復2次。氮肥施肥比例為m（基肥）∶m（分蘗肥）∶m（穗肥）＝5∶2∶3；磷、鉀肥施用量早稻分別為90 kg/hm2（P2O5）和135 kg/hm2（K2O），晚稻分別為135 kg/hm2（P2O5）和135 kg/hm2（K2O），磷肥全部作為基肥施用，鉀肥基肥和穗肥比例為6∶4，其它農(nóng)藝管理措施與當?shù)卮筇锷a(chǎn)一致。各處理施肥量見表1。

表1 不同處理施肥量Tab.1 Fertilizer amount of different treatments kg/hm2

1.2 測定項目

在水稻成熟期調(diào)查穗數(shù)，每個處理各取5穴用于考種，測定每穗實粒數(shù)和千粒質(zhì)量。各小區(qū)實收5 m2計產(chǎn)。稻米的品質(zhì)指標，糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白大小、堊白度和膠稠度等采用GB/T17891—1999 和GB/T5009.9—2003 方法測定[20-21]；淀粉黏滯譜特性指標等采用澳大利亞Newport Scientific儀器公司的Super 3型快速粘度分析儀測定，并用配套的TCW分析軟件進行分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理

2 年試驗產(chǎn)量數(shù)據(jù)處理間趨勢基本一致，所以本文僅取2019 年數(shù)據(jù)分析討論。數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0軟件進行統(tǒng)計分析，LSD法進行多重比較（α=0.05）；Excel 2007軟件繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 減氮對早稻產(chǎn)量構成因素的影響

由表2 可知，穗數(shù)隨施氮量的增加而升高，以JN10 和JN0 最多，除不施氮區(qū)JN100 較低外，其余各處理間無顯著差異，千粒質(zhì)量有隨施氮量增加而降低的趨勢，JN100最高，其它處理間無明顯差異。實際產(chǎn)量以JN30 最高，不施氮JN100 最低，約占最高產(chǎn)量的65%左右。秸稈還田條件下，除JN30 處理外，其余施氮處理的實粒數(shù)略有下降，從而導致產(chǎn)量比秸稈不還田處理略低，但差異不顯著。

表2 不同處理對早稻產(chǎn)量及構成因素的影響Tab.2 Effects of N reduction on yield and its components of early rice

2.2 不同處理對早稻品質(zhì)的影響

2.2.1 減氮對早稻加工品質(zhì)的影響 適量施氮可以提高稻谷的出糙率，其中JN30 最高，CK 最低，施氮過量會使糙米率降低（表3）。精米率以JN30處理最高，比JN100提高了9%，增施氮肥對精米率的影響較大。秸稈不還田處理CK的整精米率最高，相較于秸稈還田JN10處理而言，提高了11.4%，秸稈還田降低了稻米的整精米率。

表3 不同處理對早稻加工品質(zhì)的影響Tab.3 Effects of different treatments on the processing qualities of early rice

2.2.2 減氮對早稻外觀品質(zhì)的影響 試驗數(shù)據(jù)表明（表4），在減氮秸稈還田處理下，JN10籽粒堊白粒率最低，顯著地低于JN100 和JN30 處理，其余處理間均無顯著差異。堊白大小和堊白度則均以JN10 處理最低，除CK 處理外顯著低于其它處理。堊白大小其它處理間無顯著差異。堊白度JN100、JN30 顯著高于JN50和JN0處理，JN10堊白度最小。

表4 不同處理對早稻外觀品質(zhì)的影響Tab.4 Effects of different treatments on the appearance qualities of early rice

2.2.3 減氮對早稻蒸煮營養(yǎng)品質(zhì)的影響 據(jù)表5 分析可得，秸稈還田處理下，直鏈淀粉與膠稠度同秸稈不還田CK 相比，均有所上升，其中以膠稠度的增加最為明顯，上升了16.4%；而蛋白質(zhì)的含量略有下降。隨著施氮量的增加，稻米中的蛋白質(zhì)含量有升高的趨勢，而直鏈淀粉和膠稠度則表現(xiàn)為降低。

表5 不同處理對早稻蒸煮營養(yǎng)品質(zhì)的影響Tab.5 Effects of different treatments on the nutritional and cooking qualities of early rice

2.2.4 減氮對早稻RVA譜特征值的影響 從表6可知，隨著施氮量的增加，稻米RVA譜特征值熱漿黏度和最終黏度逐漸下降，消減值除JN30 處理外，其余也呈下降趨勢。峰值黏度與崩解值均在JN50 處理下達到最大值，然后隨施氮量增加而減小。由此可見，減施氮肥能夠提升稻米食味性。秸稈還田JN10 處理下，峰值黏度、熱漿黏度、崩解值、最終黏度以及消減值均比秸稈不還田處理CK高，說明秸稈還田有利于改善稻米的品質(zhì)。

表6 不同處理對早稻RVA譜特征值的影響Tab.6 Effects of different treatments on RVA characteristic spectrum of early rice

2.3 減氮對晚稻產(chǎn)量構成因素的影響

水稻的產(chǎn)量構成受施氮量影響。如表7 所示，隨著施氮增加，各處理的穗數(shù)增多，其中以JN0 為最多，JN100最少，實粒數(shù)以JN30最多，JN100最低。千粒質(zhì)量隨施氮量的變化不明顯，以JN30為最高。實際產(chǎn)量以JN10 最高，且JN10、JN0 之間沒有差異，說明氮肥減少10%對產(chǎn)量無影響。秸稈還田下，晚稻JN10的穗數(shù)、實粒數(shù)、千粒質(zhì)量均高于秸稈不還田處理，最終產(chǎn)量JN10比CK增產(chǎn)了8%。

表7 不同處理對晚稻產(chǎn)量及構成因素的影響Tab.7 Effects of N reduction on yield and its components of late rice

2.4 不同處理對晚稻品質(zhì)的影響

2.4.1 減氮對晚稻加工品質(zhì)的影響 施用氮肥對晚稻的糙米率和精米率沒有明顯影響，而對整精米率影響顯著；除JN50 外，其余處理的整精米率隨施氮量的增加而提高（表8）。其中JN0 處理較JN100 處理提高了54.4%。秸稈還田處理JN10對糙米率和精米率的影響同樣很小，但對整精米率影響較大，較秸稈不還田CK處理降低了19%。

表8 不同處理對晚稻加工品質(zhì)的影響Tab.8 Effects of different treatments on the processing qualities of late rice

2.4.2 減氮對晚稻外觀品質(zhì)的影響 根據(jù)表9 所示，CK 處理下，晚稻的堊白粒率和堊白度最高，分別比最低和次低的JN10處理提高了40.7%和58.3%，說明秸稈還田可顯著降低堊白米率和堊白度，而對堊白大小的影響不明顯。隨著氮肥用量的增加，晚稻的堊白粒率、堊白大小和堊白度總體呈下降趨勢，其中堊白大小和堊白度受影響最為顯著，JN0 處理較JN100 分別降低了29.7%和34%。這表明氮肥的施用有利于改善晚稻的外觀品質(zhì)。

表9 不同處理對晚稻外觀品質(zhì)的影響Tab.9 Effects of different treatments on the appearance qualities of late rice

2.4.3 減氮對晚稻蒸煮營養(yǎng)品質(zhì)的影響 各處理間，蛋白質(zhì)含量隨著施氮量的增加而有所增加，但直鏈淀粉含量、膠稠度與氮肥量呈負相關。秸稈還田處理下，直鏈淀粉含量與膠稠度略有上升，而蛋白質(zhì)含量則略微減少。說明氮肥對晚稻的蒸煮營養(yǎng)品質(zhì)的影響較大，而秸稈還田對其作用不明顯（表10）。

2.4.4 減氮對晚稻RVA 譜特征值的影響 淀粉RVA 譜特性是反映稻米食味性的重要指標。由表11 可知，秸稈還田JN10 處理下，峰值黏度、熱漿黏度、崩解值、最終黏度均高于秸稈不還田處理CK，但消減值恰好相反；秸稈還田對晚稻品質(zhì)的改善有積極作用。不同氮肥水平下，峰值黏度與施肥量呈負相關；熱漿黏度、崩解值以及最終黏度總體上隨施氮量的上升而有下降的趨勢，但消減值隨施氮量的增加而上升。綜合而言，減施氮肥對提高晚稻的品質(zhì)較為有利。

表11 不同處理對晚稻RVA譜特征值的影響Tab.11 Effects of different treatments on RVA characteristic spectrum of late rice

3 討論

關于秸稈還田對于提升水稻產(chǎn)量方面的作用，前人已做了不少研究。通過長期定位試驗，王秋菊等[22]發(fā)現(xiàn)長期秸稈還田有利于提高水稻產(chǎn)量，比單施化肥處理增產(chǎn)14.17%。根據(jù)本試驗結果顯示，秸稈還田并減施氮肥條件下，早稻產(chǎn)量略有下降，這與朱利群等[23]研究結果相近，而同樣條件下，卻可以促進晚稻穗數(shù)、實粒數(shù)、千粒質(zhì)量的增長，從而達到增產(chǎn)8%的效果，該結果與胡明芳等[24]發(fā)現(xiàn)的秸稈全量還田在晚稻上最優(yōu)，增幅為8.23%的結論一致，原因在于秸稈后期的養(yǎng)分釋放，有利于晚稻穗數(shù)和實粒數(shù)的形成。相同處理下，早、晚稻產(chǎn)量的增減差異可能與水稻品種、生育期、秸稈腐解時間，以及不同季節(jié)微生物對秸稈的腐解能力有關。同時，該結果也再次驗證了劉世平等[25]提出的增產(chǎn)結論，即通過秸稈還田方式增加每穗粒數(shù)和結實率，最終實現(xiàn)水稻產(chǎn)量的提升。本研究還發(fā)現(xiàn)，減少10%的氮肥，均不影響早稻和晚稻的產(chǎn)量。

不同氮肥水平影響著水稻的品質(zhì)。在本試驗中，增施一定比例的氮肥無論對于早稻還是晚稻而言，其加工品質(zhì)都可得到一定程度的改善，但施氮量過多則會使其下降，這與王秀芹等[26]研究一致；劉世平等[27]研究發(fā)現(xiàn)，小麥秸稈還田條件下，可提高稻米的岀糙率、精米率和整精米率,明顯改善稻米的加工品質(zhì)，而在本試驗中，秸稈還田卻降低了稻米的整精米率，但影響不顯著。

秸稈還田處理下，水稻的堊白粒率和堊白度都變小，而直鏈淀粉與膠稠度有所增大，這與徐國偉等[28]的結論相當，原因是秸稈還田后，在穎花發(fā)育期因稻田養(yǎng)分供應增加，這促進了穎殼的增長，使籽粒變長，稻米的長寬比增加，結實期稻米胚乳的養(yǎng)分運輸距離變短，從而降低了堊白度。這說明秸稈還田有利于改善稻米的外觀品質(zhì)與蒸煮食味品質(zhì)。胡雅杰等[29]認為，減少氮肥用量后，蛋白質(zhì)含量降低,而直鏈淀粉含量和膠稠度卻有所增加，該結論與本試驗結果吻合，秸稈腐解釋放的氮素少于減施的氮肥對水稻生長的養(yǎng)分供應量，和蛋白質(zhì)與直鏈淀粉的互補效應可能是造成這種現(xiàn)象的原因。

公認的食味較好的優(yōu)質(zhì)品種往往崩解值大,多數(shù)在100 RVU 以上,而消減值很小,一般25 RVU 以下[30]。李敏等[31]研究認為，提高施氮水平，峰值黏度和崩解值下降，消減值升高，熱漿黏度、最終黏度無明顯變化規(guī)律。而本試驗研究證明，隨著施氮量的增加，熱漿黏度、崩解值以及最終黏度總體上隨施氮量的上升而有下降的趨勢，但消減值隨施氮量的增加而上升，這與前人的研究結果基本一致?？梢姕p施氮肥可以提高水稻的蒸煮食味品質(zhì)。本研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田處理下，峰值黏度、熱漿黏度、崩解值、最終黏度均比秸稈不還田處理高，而消減值減小，這與陳夢云等[32]的結果大體一致。說明在生產(chǎn)中，秸稈全量還田能增大崩解值，降低消減值，使米飯適口性變好，從而有效提高其食味品質(zhì)。

秸稈還田與減施氮肥，可綜合提高水稻的加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)和蒸煮品質(zhì)。綜合考量產(chǎn)量和品質(zhì)指標，秸稈還田可有效替代10%～30%的氮肥。