黃建鴻，林成豹，鄧則勤，饒鳴鈿,2，唐江霞，蘇榮理，葉仰東，梁水金，黃顯波

（1. 三明市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，福建 三明 365050；2. 福建六三種業(yè)有限公司，福建 三明 365050）

0 引言

【研究意義】水稻是我國的主要糧食作物之一，發(fā)展水稻生產(chǎn)，提高水稻產(chǎn)量是確保我國糧食安全的關(guān)鍵[1]。我國是世界水稻生產(chǎn)大國，同時也是稻米消費大國，生活水平的提高和國際貿(mào)易往來的加強使我國稻米生產(chǎn)從簡單追求高產(chǎn)轉(zhuǎn)向高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)并重[2]，推廣種植高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水稻品種成為農(nóng)民提高水稻種植效益的有效途徑，而水稻產(chǎn)量及品質(zhì)受遺傳特性和環(huán)境條件的綜合影響[3]，高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種要確保高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、高效種植，就需要采取合理栽培管理措施[4]?！厩叭搜芯窟M展】稻米產(chǎn)量和品質(zhì)是較復(fù)雜的綜合性狀，既受遺傳基因控制，又受環(huán)境因素影響[5-7]。國內(nèi)許多學(xué)者先后研究了不同施肥措施、播種期、栽插密度等對水稻產(chǎn)量、品質(zhì)的影響[2,4,8-14]。文浩等[12]認為，產(chǎn)量隨栽培密度的增加而升高，超過適宜密度后下降，但隨著種植密度的增大，直鏈淀粉含量呈現(xiàn)出下降的趨勢。徐婭[2]認為，不同氮、磷、鉀施用水平顯著影響水稻產(chǎn)量，在氮、磷、鉀三要素中，氮肥為影響產(chǎn)量的首要因素，施肥效果為氮肥＞鉀肥＞磷肥。王偉妮[4]認為，氮、磷、鉀肥的施用可以改善部分米質(zhì)性狀，如提高整精米率，降低堊白度、稻谷長寬比和精米直鏈淀粉含量；氮、磷肥的施用還可提高糙米蛋白質(zhì)含量，降低青米率。前人的研究結(jié)果因生態(tài)環(huán)境、品種特性、栽培措施等不同而略有不同?！颈狙芯壳腥朦c】T兩優(yōu)明占系三明市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院選育的秈型兩系雜交稻組合，2017年通過福建省農(nóng)作物品種審定（閩審稻20170018）。整體表現(xiàn)高產(chǎn)、中抗稻瘟病、米質(zhì)較優(yōu)，具有較好應(yīng)用前景。目前，針對播種期、栽插密度、施肥措施等單一或多因素對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究較多，研究結(jié)果略有差異，但有關(guān)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)對T兩優(yōu)明占稻米產(chǎn)量和品質(zhì)的影響有待深入探討?！緮M解決的關(guān)鍵問題】采用“311-A”方案[15-17]，以栽插密度、施鉀量和施氮量為試驗因素，產(chǎn)量和米質(zhì)為目標(biāo)函數(shù)，建立T兩優(yōu)明占產(chǎn)量和米質(zhì)與3項栽培因素的回歸模型，分析3項栽培因素對產(chǎn)量和米質(zhì)的影響，以期確定適宜的栽插密度、施鉀量和施氮量，為T兩優(yōu)明占高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

以栽插密度、施鉀量、施氮量為試驗因素，以產(chǎn)量和稻米品質(zhì)為目標(biāo)函數(shù)，采用“311-A”方案，試驗各因素水平及各處理組合的實際方案和試驗設(shè)計見表1和表2。小區(qū)面積13.34 m2（2.00 m×6.67 m），2次重復(fù)，共22個小區(qū)。

表 1 因素水平編碼Table 1 Levels and codes of factors

表 2 試驗設(shè)計方案Table 2 Test design

1.2 實施概況

2019年在沙縣鳳崗街道靈元村開展試驗，試驗地經(jīng)度117.707、緯度26.398、海拔376 m，各小區(qū)間筑小田埂，并覆蓋地膜，防止小區(qū)間肥水串流。5月 21日播種，濕潤育秧，6月25日移栽，10月16日收割。

各小區(qū)統(tǒng)一施過磷酸鈣375 kg·hm-2，基肥和蘗肥各50%。氮肥、鉀肥分別以尿素、硫酸鉀施用，按試驗設(shè)計方案，施N總量以45%尿素折算、K2O總量以54%硫酸鉀折算?；适┛偟康?0%、總鉀量的50%；分蘗肥（7月9日）施總氮量的40%、K2O總鉀量的50%；穗肥（ 8月17日）施總氮量的20%。及時防治二化螟、稻飛虱、稻縱卷葉螟、紋枯病、稻瘟病等病蟲害。

1.3 樣品采集與分析

成熟時各小區(qū)隨機取5叢考種，調(diào)查30個有效穗。各小區(qū)割去四周邊行后實割稱濕谷重。之后各取濕谷1.5 kg曬干，計算曬干率，折算小區(qū)干谷重。各處理取干谷1 kg分析稻米品質(zhì)。稻米品質(zhì)由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部稻米及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心（杭州）化驗分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量與插植密度、施鉀量、施氮量的關(guān)系

2.1.1 產(chǎn)量回歸模型的建立與檢驗 用實收產(chǎn)量（表3）經(jīng)SPSS 26.0軟件計算，得出每公頃產(chǎn)量的回歸方程為：y=8 290.47+419.87x1+182.83x2+112.08x3-51.55x1x2-81.91x1x3-70.17x2x3-32.37x12-34.95x22-260.95x32。試驗隨機誤差的無偏估計為：回歸模型95%置信區(qū)域為y±550.88（kg）。對回歸方程進行顯著性F檢驗，其F值為14.13，大于F0.01（10,10）=4.85，表明回歸方程與實際情況擬合度高，能反映3項措施與產(chǎn)量的綜合關(guān)系。為了明確各因子的影響程度，對回歸方程的偏回歸系數(shù)進行t檢驗。結(jié)果表明，bx1、bx32達0.01顯著水平，bx2達0.05顯著水平。

表 3 不同處理實收產(chǎn)量Table 3 Actual yields of treatments

2.1.2 試驗因子的主效應(yīng)分析 用降維法分析各因素與產(chǎn)量的關(guān)系，當(dāng)另2個因素的編碼值取零水平時，可得一因素與產(chǎn)量的偏回歸方程為：

由偏回歸方程求出試驗中的栽插密度(x1)、施鉀量(x2)、施氮量(x3)的各個處理產(chǎn)量值列于表4。

表 4 各試驗因子不同處理的產(chǎn)量Table 4 Yields of treatments based on test factor

從二次項系數(shù)可以判斷偏回歸方程開口的方向和大小，二次項系數(shù)取正、負值分別表示偏回歸方程有極小、極大值，絕對值越大，則偏回歸方程的開口越小，即不同水平上的產(chǎn)量差異越大。栽插密度(x1)、施鉀量(x2)、施氮量(x3)與產(chǎn)量關(guān)系的偏回歸方程二次項系數(shù)為負值，有極大值，表明3項措施取某一適宜值時產(chǎn)量最高，偏低或過高均不利于高產(chǎn)。圖1表明，在編碼值[-2, 2]區(qū)間內(nèi)，隨著密度和施鉀量的增加，產(chǎn)量也隨之增加，但增幅趨緩，說明密度和施鉀量增加可以提高產(chǎn)量，但增加到一定程度后效果就不明顯了。可見，種植過程可以通過采取適度密植和增施鉀肥的措施來提高產(chǎn)量；隨著施氮量的增加，產(chǎn)量總體呈現(xiàn)一個拋物線的增減，在中間位置出現(xiàn)一個峰值，說明施氮量過低或過高都不利于高產(chǎn)。

2.1.3 試驗因子的互作效應(yīng)分析 分析栽插密度（x1）和施氮量（x3）的互作效應(yīng)對產(chǎn)量的影響，可以從回歸方程中作進一步分析，y=8 290.47+419.87x1+112.08x3-81.91x1x3-32.37x12-260.95x32，以各編碼處理值代入方程可得不同處理條件下的產(chǎn)量值。圖2所示結(jié)果表明，當(dāng)栽插密度的取值在[-2, 2]、施氮量在[-2, 0]時，T兩優(yōu)明占的產(chǎn)量隨著二者的增加而增加；當(dāng)栽插密度的取值在[-2, 2]、施氮量在[0, 2]時，T兩優(yōu)明占的產(chǎn)量隨著二者的增加而逐漸遞減，高密度和高施氮量對產(chǎn)量負效應(yīng)更明顯?？梢娭挥泻侠淼脑圆迕芏群褪┑?，才能獲得較高的產(chǎn)量。

圖 1 單因素對產(chǎn)量的效應(yīng)Fig. 1 Effect of single factor on yield

分析施鉀量（x2）和施氮量（x3）的互作對產(chǎn)量的影響可以從回歸方程中作進一步的分析，y=8 290.47+182.83x2+112.08x3-70.17x2x3-34.95x22-260.95x32，以各編碼處理值代入方程可得不同處理條件下的產(chǎn)量值（圖3）。由圖3看出，當(dāng)施鉀量在[-2, 2]、施氮量在[-2, 0]時，T兩優(yōu)明占的產(chǎn)量隨著二者的增加而增加；當(dāng)施鉀量在[-2, 2]、施氮量在[0, 2]時，T兩優(yōu)明占的產(chǎn)量隨著二者的增加而逐漸遞減，高施鉀量和高施氮量產(chǎn)量下降更為明顯。可見合理的施鉀量和施氮量，才能有效提高產(chǎn)量。

圖 2 密度和施N量對產(chǎn)量影響的互作效應(yīng)Fig. 2 Surface contour of effect on yield by interactions of planting density and N application

圖 3 施鉀量和施氮量對產(chǎn)量影響的互作效應(yīng)曲面Fig. 3 Surface contour of effect on yield by interactions of K and N applications

鑒于密度(x1)和施鉀量(x2)對產(chǎn)量的互作影響不顯著，不作進一步分析。

2.2 稻米品質(zhì)與插植密度、施鉀量、施氮量的關(guān)系

2.2.1 稻米品質(zhì)回歸模型的建立與檢驗 根據(jù)糙米率、整精米率、堊白度、透明度、堿消值、膠稠度、直鏈淀粉含量等7個稻米品質(zhì)指標(biāo)的試驗結(jié)果，經(jīng)微機運算，各回歸方程的偏回歸系數(shù)見表5。

因稻米品質(zhì)指標(biāo)無重復(fù)，采用實際值與預(yù)測值（表6）進行差異顯著性檢驗，經(jīng)F檢驗，其差異都未達顯著水平，說明各回歸方程與實際情況吻合。

2.2.2 試驗因子的效應(yīng)分析 3個試驗因子對稻米品質(zhì)7個指標(biāo)的單因素效應(yīng)分析結(jié)果見圖4～10。

圖 4 單因素對糙米率的影響Fig. 4 Effect of individual factors on brown rice rate

圖 5 單因素對整精米率的影響Fig. 5 Effect of individual factors on head rice rate

圖 6 單因素對堊白度的影響Fig. 6 Effect of individual factors on rice chalkiness

圖 7 單因素對透明度的影響Fig. 7 Effect of individual factors on grain transparency

圖 8 單因素對堿消值的影響Fig. 8 Effect of individual factors on alkali digestion value

圖 9 單因素對膠稠度的影響Fig. 9 Effect of individual factors on gel consistency of rice

圖 10 單因素對直鏈淀粉含量的影響Fig. 10 Effect of individual factors on amylose content of rice

試驗結(jié)果表明，各因子取值[-2, 2]范圍內(nèi)，提高栽插密度，有利于降低堊白度，提高糙米率、整精米率，而堿消值、膠稠度呈先降后升的趨勢。適宜的栽插密度有利于改善透明度和提高直鏈淀粉含量，密度太低或太高都不利于二者優(yōu)質(zhì)。提高施鉀量，有利于提高糙米率，但會降低堿消值和直鏈淀粉含量，膠稠度呈先降后升的趨勢。適宜的施鉀量有利于提高整精米率，降低堊白度，改善透明度，過低或過高均對這3個品質(zhì)性狀有不利影響。隨著施氮量的增加，糙米率和整精米率呈先降后升的趨勢。適宜的施氮量有利于提高堿消值、膠稠度和直鏈淀粉含量，并降低堊白度。

表 5 各稻米品質(zhì)指標(biāo)回歸方程的偏回歸系數(shù)Table 5 Partial regression coefficients on rice quality indices

表 6 稻米品質(zhì)指標(biāo)實測結(jié)果與預(yù)測值Table 6 Experimental and predicted rice quality indices

2.2.3 限制稻米品質(zhì)的指標(biāo)分析 根據(jù)各項米質(zhì)指標(biāo)的回歸方程，在試驗設(shè)計[-2, 2]的取值范圍內(nèi)，按步長為1，在不同水平上模擬，各項米質(zhì)指標(biāo)取值范圍見表7。3個因子在[-2, 2]的取值范圍內(nèi)，糙米率的取值范圍都在國標(biāo)優(yōu)質(zhì)稻米二級以內(nèi)，整精米率在國標(biāo)優(yōu)質(zhì)稻米三級以內(nèi)，膠稠度、直鏈淀粉含量都在國標(biāo)優(yōu)質(zhì)稻米一級標(biāo)準(zhǔn)，因此限制T兩優(yōu)明占達優(yōu)質(zhì)等級的指標(biāo)是堊白度、透明度和堿消值。

2.3 高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)方案的確定

由于試驗因子對產(chǎn)量和米質(zhì)指標(biāo)存在主效應(yīng)和復(fù)雜的互作效應(yīng)，很難直接得到適宜的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)方案。為了尋找生產(chǎn)上容易實現(xiàn)的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培優(yōu)化技術(shù)方案，采用統(tǒng)計選優(yōu)法，以產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的限制指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)進行頻數(shù)分析。xi在[-2, 2]的取值范圍內(nèi)，取步長為1，3個因素各有5個水平，組成125個全因子技術(shù)組合。分別以產(chǎn)量、堊白度、透明度和堿消值進行模擬選優(yōu)，每公頃產(chǎn)量8 250～9 000 kg的技術(shù)組合有41個，占總組合數(shù)的32.8%；堊白度≤2%的技術(shù)組合有78個，占62.4%；透明度≤2級的技術(shù)組合有49個，占39.2%；堿消值≥5級的技術(shù)組合有27個，占21.6%。計算出產(chǎn)量指標(biāo)和米質(zhì)指標(biāo)范圍內(nèi)xi平均取值水平及預(yù)測值（表8）。

表 7 各項米質(zhì)指標(biāo)模擬值范圍Table 7 Ranges of simulated rice quality indices

表 8 產(chǎn)量8 250～9 000 kg·hm-2、堊白度≤2%、透明度≤2級、堿消值≥5的技術(shù)方案及各個指標(biāo)的預(yù)測值Table 8 Designs and predictions on rice quality indices for yield at 8 250-9 000 kg·hm-2, chalkiness≤2%, transparency≤2, and alkali digestion value≥5

堊白度、透明度單項指標(biāo)達到優(yōu)質(zhì)等級時，堿消值未達優(yōu)質(zhì)等級；堿消值單項指標(biāo)達到優(yōu)質(zhì)等級時，堊白度、透明度才能同時達到優(yōu)質(zhì)等級。因此高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的方案宜取x1為-0.630～-0.079（栽插密度19.47萬～23.43 萬叢·hm-2），x2為-1.185～-0.732（K2O 71.0～95.5 kg·hm-2），x3為0.778～1.207（N177.0～200.2 kg·hm-2），預(yù)測：產(chǎn)量8 373.14～8 556.11 kg·hm-2，堊白度1.56%～1.69%，透明度1.14級～1.45級，堿消值5.00～5.17。

3 討論與結(jié)論

水稻品種的產(chǎn)量和品質(zhì)除了受遺傳因子決定，同時還受栽培環(huán)境的影響。播種期、栽插密度、收獲期、肥料施用量和施肥運籌等栽培措施對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)都有不同程度的影響。本試驗結(jié)果表明，在設(shè)定的試驗處理范圍內(nèi)，隨著栽插密度和施鉀量的增加，產(chǎn)量顯著提高，但高栽插密度和高施鉀量的增產(chǎn)效果不顯著。文浩等[12]研究認為，產(chǎn)量隨栽插密度的增加而升高，但超過適宜密度后下降；李虎等[18]研究認為，增加栽插密度可顯著增加水稻產(chǎn)量，但當(dāng)密度較高時，產(chǎn)量反而降低；王強盛[19]研究認為，施鉀量過低或過高都會降低水稻產(chǎn)量。本試驗結(jié)果與上述前人的研究結(jié)果略有不同，可能是試驗設(shè)計中栽插密度和施鉀量最高處理值偏小的緣故。隨著施氮量的增加，產(chǎn)量出現(xiàn)一個峰值，在低施氮量時，適當(dāng)提高施氮量，可以顯著提高T兩優(yōu)明占產(chǎn)量，但高施氮量處理不僅不增產(chǎn)反而減產(chǎn)，與楊波等[10]研究結(jié)果相同。侯丹平[20]也認為合理的優(yōu)化栽培管理措施可以改善水稻群體質(zhì)量指標(biāo)，有利于水稻的增產(chǎn)[20]。

稻米品質(zhì)受多個指標(biāo)綜合影響，本試驗對T兩優(yōu)明占7個稻米品質(zhì)指標(biāo)進行分析，結(jié)果表明，栽插密度、施鉀量和施氮量對不同指標(biāo)影響大小和趨勢都不同。

栽插密度對稻米品質(zhì)的影響，因試驗品種和施肥水平的不同，結(jié)果不盡相同。滕志英等[21]研究認為，華粳6號稻米堊白粒率、堊白度隨栽插密度的增加而提高，栽培過程中適當(dāng)降低栽插密度，可提高稻米外觀品質(zhì)。徐春梅等[22]研究認為，中早22的栽插密度越小，堊白率和堊白度越小，對提高稻米外觀品質(zhì)有利；隨栽插密度的增加，整精米率先增加后降低。喬中英等[23]研究認為，隨著栽插密度的變大，甬優(yōu)1538糙米率、精米率、整精米率有所增加，堊白粒率、堊白度、膠稠度降低。本研究表明，提高T兩優(yōu)明占栽插密度，有利于降低堊白度，提高糙米率、整精米率，改善稻米的外觀品質(zhì)，與喬中英的研究結(jié)果相同，但與滕志英和徐春梅研究結(jié)果相反，這可能與粳型常規(guī)稻與雜交稻的品種差異較大有關(guān)，也可能與試驗所設(shè)置的栽插密度最大值偏小有關(guān)系，有待進一步研究。本研究結(jié)果還表明，適宜的密度有利于改善透明度和提高直鏈淀粉含量，密度太低或太高都不利于二者優(yōu)質(zhì)，可見合理密植不僅能提高T兩優(yōu)明占的產(chǎn)量，也有助于改善稻米品質(zhì)。

鉀是水稻植株含量最豐富的主要營養(yǎng)元素之一，對提高水稻養(yǎng)分吸收利用效率、增加水稻產(chǎn)量、改善稻米品質(zhì)具有十分重要的作用。眾多學(xué)者進行了鉀肥對稻米品質(zhì)影響的研究，結(jié)果略有不同。王強盛等[24]認為，在一定范圍內(nèi)增施鉀肥可以提高產(chǎn)量，改善碾米、外觀及蒸煮食味品質(zhì)。董作珍等[8]研究認為，適量施鉀可以提高膠稠度，從而提高蒸煮食味品質(zhì)，同時施鉀使堿消值呈先升高后降低趨勢，且使蛋白質(zhì)含量呈上升趨勢。張桂蓮等[25]研究認為，適量增施鉀肥可提高稻米糙米率、精米率和整精米率，降低堊白粒率、堊白度和直鏈淀粉含量，增加膠稠度，有利于改善稻米品質(zhì)。羅一鳴等[26]研究認為，施用鉀肥可降低堊白粒率和堊白度，提高蛋白質(zhì)含量和直鏈淀粉含量，對提高香稻的稻米品質(zhì)具有一定的作用。各學(xué)者研究結(jié)果的差異，可能與設(shè)置的施鉀量及試驗地土壤中鉀含量不同有關(guān)，有待進一步研究。本研究結(jié)果表明，適度提高施鉀量，有利于提高糙米率，提高整精米率，降低堊白度，改善透明度，改善稻米的外觀品質(zhì)。總之，有利于改善稻米外觀品質(zhì)和加工品質(zhì)。

氮素是水稻生長中必不可少的主要營養(yǎng)之一，過度施用氮肥不僅增加生產(chǎn)成本，還會導(dǎo)致污染環(huán)境和降低稻米品質(zhì)等諸多負面影響[27-28]，為此眾多學(xué)者致力于研究氮肥對水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，期望提高氮肥利用率。魏海燕[29]、朱大偉[30]等研究認為，適量增施氮肥，糙米率、精米率、整精米率呈上升趨勢，有利于改善加工品質(zhì)。從夕漢等[9]研究認為，適當(dāng)增加氮肥施用量有利于改善稻米的外觀品質(zhì)，直鏈淀粉含量、膠稠度、蛋白質(zhì)含量隨之增加。在本研究設(shè)置的用量范圍，隨著施氮量的增加，糙米率和整精米率呈先降后升的趨勢，對透明度影響不顯著，適宜的施氮量有利于提高堿消值、膠稠度、直鏈淀粉含量，降低堊白度，與上述前人的研究結(jié)果相同，適宜的氮肥施用量，有助于改善T兩優(yōu)明占稻米加工品質(zhì)和外觀品質(zhì)。

綜上所述，栽插密度、施鉀量和施氮量都是影響T兩優(yōu)明占產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的環(huán)境因子，必須在一定的范圍內(nèi)，才能達到產(chǎn)量和品質(zhì)的協(xié)同，本試驗建立了各因子與T兩明占產(chǎn)量及稻米品質(zhì)指標(biāo)的多項式回歸方程，提供最佳栽培技術(shù)措施組合方案，即栽插密度19.47萬～23.43 萬叢·hm-2，施鉀量（K2O）71.0～95.5 kg·hm-2，施 氮 量 為（N）177.0～200.2kg·hm-2，預(yù)測值T兩優(yōu)明占產(chǎn)量8 373.14～8 556.11 kg·hm-2，稻米品質(zhì)可達國標(biāo)優(yōu)質(zhì)稻米三級。