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作物杂志, 2024, 40(5): 194-203 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2024.05.028

生理生化·植物营养·栽培耕作

增密减氮栽培对杂交籼稻稻米品质的影响

刘子琛,, 尚李岩, 叶佳雨, 盛添, 李瑞杰, 邓俊, 田小海, 张运波, 黄礼英,

农业农村部长江中游作物绿色高效生产重点实验室（部省共建）/长江大学农学院，434025，湖北荆州

Effects of Dense Planting with Reduced Nitrogen Input Cultivation on the Grain Quality of Hybrid Indica Rice

Liu Zichen,, Shang Liyan, Ye Jiayu, Sheng Tian, Li Ruijie, Deng Jun, Tian Xiaohai, Zhang Yunbo, Huang Liying,

Key Laboratory of Sustainable Crop Production in the Middle Reaches of the Yangtze River (Co-Construction by Ministry and Province), Ministry of Agriculture and Rural Affairs / College of Agriculture, Yangtze University, Jingzhou 434025, Hubei, China

通讯作者: 黄礼英，研究方向为水稻栽培生理，E-mail：lyhuang8901@126.com

收稿日期: 2023-07-4   修回日期: 2023-09-19   网络出版日期: 2023-10-31

基金资助: 国家自然科学基金(32001467)

Received: 2023-07-4   Revised: 2023-09-19   Online: 2023-10-31

作者简介 About authors

刘子琛，研究方向为水稻栽培生理，E-mail：l3307185039@163.com

摘要

以4个杂交籼稻品种（Y两优900、两优培九、珞优10号和川优6203）为材料，在0（N1）、90（N2）和180 kg/hm2 N（N3）3个氮肥及22.2（D1）和33.3株/m2（D2）2个种植密度处理下进行大田试验，以此研究增密减氮栽培对稻米品质的影响。结果表明，两优培九、珞优10号和川优6203在增密减氮栽培（N2D2）下的产量较正常氮正常密度（N3D1）处理分别增加10.0%、9.2%和7.6%，而Y两优900在2个处理间产量差异不显著。N2D2处理显著降低了稻米的加工品质，整精米率降低15.3%；但改善了外观品质，垩白度和垩白粒率分别降低26.9%和9.7%；同时还使直链淀粉和总蛋白含量分别降低6.2%和21.9%。此外，N2D2处理提高了稻米的峰值黏度、热浆黏度、最终黏度和崩解值，降低了消减值。综上，增密减氮栽培对水稻产量和品质的影响存在显著的品种间和年际间差异，整体上表现为在稳定产量的同时改善了稻米的外观品质，显著提高了稻米的蒸煮食味品质，但降低了稻米的加工和营养品质。因此，增密减氮栽培在一定程度上可以协同丰产和优质。

关键词： 氮肥; 种植密度; 稻米品质; 杂交籼稻; 产量

Abstract

The study took four hybrid indica rice varieties (Y Liangyou 900, Liangyoupeijiu, Luoyou10, and Chuanyou 6203) as materials, and set three nitrogen fertilizer rate of 0 (N1), 90 (N2) and 180 kg/ha N (N3), and two planting density of 22.2 (D1) and 33.3 plants/m2 (D2) under field conditions to study the effects of dense planting with reduced nitrogen input practice on grain quality in rice. The results showed that the yield of Liangyoupeijiu, Luoyou10, and Chuanyou 6203 under dense planting with reduced nitrogen input practice (N2D2) increased by 10.0%, 9.2% and 7.6%, respectively, compared with that under normal nitrogen and normal density treatment (N3D1), while the yield of Y Liangyou 900 was not significantly different between the two treatments. Dense planting with reduced nitrogen input practice significantly decreased the milling quality, and the head rice rate reduced by 15.3%, while the appearance quality was improved in N2D2, and chalkiness degree and chalky grain percentage were reduced by 26.9% and 9.7%, respectively. At the same time, amylose content and total protein content were decreased by 6.2% and 21.9% in N2D2, compared with that in N3D1, respectively. In addition, dense planting with reduced nitrogen input practice increased the peak viscosity, hot viscosity, final viscosity and breakdown value, but decreased the setback. In conclusion, the effects of dense planting with reduced nitrogen input practice on rice yield and quality were significantly different between varieties and between years. On the whole, dense planting with reduced nitrogen input practice improved the appearance and cooking and eating quality of rice while increasing yield, but reduced the milling and nutritional quality. Therefore, to a certain extent, dense planting with reduced nitrogen input practice can improve synergistically yield and quality of rice.

Keywords： Nitrogen fertilizer; Planting density; Rice quality; Hybrid indica rice; Yield

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本文引用格式

刘子琛, 尚李岩, 叶佳雨, 盛添, 李瑞杰, 邓俊, 田小海, 张运波, 黄礼英. 增密减氮栽培对杂交籼稻稻米品质的影响. 作物杂志, 2024, 40(5): 194-203 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2024.05.028

Liu Zichen, Shang Liyan, Ye Jiayu, Sheng Tian, Li Ruijie, Deng Jun, Tian Xiaohai, Zhang Yunbo, Huang Liying. Effects of Dense Planting with Reduced Nitrogen Input Cultivation on the Grain Quality of Hybrid Indica Rice. Crops, 2024, 40(5): 194-203 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2024.05.028

随着经济的发展和生活水平的提高，人们对稻米的需求开始从温饱型向优质型转变，因此，优质稻米生产越来越受到人们的重视和关注[1]。稻米品质主要包括加工、外观、蒸煮食味和营养品质4个方面[2]，其中蒸煮食味品质和营养品质是消费者普遍关注的2个方面，而加工和外观品质是影响稻米市场价值的重要指标。

氮肥和种植密度是调控水稻产量的主要措施，同时也是影响稻米品质的重要因素。唐健等[3]研究发现，适当增施氮肥可以改善机插优质晚稻的加工品质、外观品质、蒸煮食味品质和营养品质，但凝胶化水平特性有变劣趋势。金正勋等[4]研究表明，增加施氮量对稻米营养品质和外观品质有正面影响，但对蒸煮食味品质不利，也有研究[5]指出，随着施氮量的增加，稻米外观品质变差。关于种植密度对稻米品质的影响，前人也做了一些研究，如吴春赞等[6]研究发现，种植密度与稻米的垩白粒率、垩白度、直链淀粉含量均呈显著线性负相关，与整精米率呈倒二次曲线分布关系，与蛋白质含量接近线性正相关。但Zhou等[7]研究表明，随着种植密度的增加，稻米碾磨品质变差，垩白粒率和垩白度增加，外观品质变差，但对蛋白质含量无显著影响。此外，徐春梅等[8]研究指出，增加种植密度导致稻米的蛋白质含量降低。研究结果不一致可能与品种对种植密度的响应不同有关。前人[6-7]关于氮肥和种植密度对稻米品质的研究主要侧重在单个因素的影响，二者对稻米品质的互作效应的研究较少。增密减氮栽培作为一种稳定或协同提高产量和资源利用效率的管理模式[9-10]，已被广泛应用于水稻生产，然而这种栽培管理方式对稻米品质的影响如何，有待进一步研究。

因此，本研究以4个杂交稻品种为试验材料，设置不同的氮肥和密度处理，研究增密减氮栽培对杂交稻碾磨、外观、营养和蒸煮食味品质的影响，以期为水稻的优质栽培和生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021和2022年在湖北荆州长江大学农业科技园进行。试验地为灰潮土，土壤pH 6.5，有机质20.7 g/kg、总氮1.8 g/kg、有效磷29.7 mg/kg、有效钾128.9 mg/kg。水稻生长季的日最低温、日最高温和太阳辐射由试验田附近的气象站测定。2021年水稻生长季内的平均日最低温、日最高温和太阳辐射分别为24.3 ℃、32.1 ℃和16.3 MJ/(m2·d)，2022年水稻生长季内的平均日最低温、日最高温和太阳辐射分别为24.7 ℃、33.2 ℃和19.3 MJ/(m2·d)（图1）。

图1

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图1   2021和2022年供试品种生育期内日最低温、日最高温和太阳辐射

Fig.1   Daily maximum and minimum temperature and solar radiation during rice growing season in 2021 and 2022


1.2 试验设计

试验采用裂―裂区设计，施氮量为主区，种植密度为副区，品种为副副区，3次重复，每个小区面积为25 m2。试验以4个高产杂交籼稻品种为材料，分别是Y两优900（YLY900）、两优培九（LYPJ）、珞优10号（LY10）和川优6203（CY6203），设置3个氮肥处理即0、90和180 N kg/hm2，分别记为N1、N2和N3，设2个种植密度处理即22.2（30 cm×15 cm）和33.3（20 cm×15 cm）株/m2，分别记为D1和D2。其中N1为不施氮肥处理，N2D2处理组合为增密减氮栽培，N3D1处理组合为正常氮正常密度处理。在施氮处理小区，采用尿素作为肥源，按4:3:3的比例分别作基肥、分蘖肥和穗肥施用。各小区磷、钾肥施用量一致，即施纯磷40 kg/hm2，采用过磷酸钙作肥源，全部基施；纯钾100 kg/hm2，以氯化钾为肥源，基肥和穗肥以5:5的比例施用。2021年5月8日播种，6月9日移栽，秧龄为32 d，2022年5月10日播种，6月13日移栽，秧龄为34 d，2年均为双本移栽。整个生育期按照当地的高产栽培进行管理，避免生物量损失。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 产量

在成熟期从每个小区中间选取生长整齐一致约5m2区域作为测产小区，收获并进行人工脱粒，自然风干。最后称量测产小区稻谷风干后的总重量，并测定其含水量，将稻谷重量换算成14.0%含水量的单位面积产量。

1.3.2 稻米碾磨和外观品质

水稻脱粒、晒干、风选后，参照国家标准[11]测定糙米率、精米率、整精米率、精米长宽比、垩白粒率和垩白度。

1.3.3 稻米蛋白质含量及各蛋白组分

采用植物粉碎机将稻米粉碎，粉碎后过100目筛。采用连续提取分离法与考马斯蓝染色法测定精米米粉样品清蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白和球蛋白含量，稻米蛋白质含量即为各蛋白组分含量之和。

1.3.4 稻米直链淀粉含量

采用植物粉碎机将稻米粉碎，粉碎后过100目筛。参照徐栋等[12]的方法，利用碘比色法测定直链淀粉含量。

1.3.5 RVA谱特征值

RVA谱特征值包括峰值黏度、热浆黏度、最终黏度、崩解值、消减值、峰值黏度时间和糊化温度等。采用PERTEN公司的RVA4500快速黏度测定仪进行测试，用配套软件TWC分析。

1.4 数据处理

采用Excel（Microsoft Office，2019）整理数据，采用Data Processing System 7.05和Origin 2023进行方差分析和绘图，采用最小显著差异法（LSD）进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 氮肥和密度对杂交籼稻产量的影响

在2021和2022年水稻生长季，氮肥和密度以及二者交互作用均对稻米产量影响显著。稻米产量随施氮量的减少大致呈下降趋势，而随着密度的增加呈上升趋势（图2）。N2D2处理下稻米产量较N3D1处理平均增产5.9%。不同水稻品种对增密减氮栽培模式的响应存在差异，其中两优培九、珞优10号和川优6203的产量在N2D2处理较N3D1处理2年平均增加10.0%、9.2%和7.6%，而Y两优900在2种栽培模式下产量无显著变化。此外，增密减氮栽培对水稻产量的影响还存在年季间差异，与2021年相比，4个品种在2022年N2D2与N3D1处理间产量的差异变小。综合2年表现，增密减氮栽培可以实现水稻的稳产甚至是增产。

图2

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图2   2021和2022年不同氮肥和密度处理下4个杂交稻品种的产量

不同小写字母表示同一品种在不同处理间差异显著（P < 0.05），下同。

Fig.2   The yield of four hybrid rice varieties under different N fertilizer and density treatments in 2021 and 2022

Different lowercase letters in the figure indicate significant difference among different treatments for the same cultivar (P < 0.05), the same below.


2.2 氮肥和密度对杂交籼稻加工品质的影响

在2021及2022年水稻生长季，随着施氮量的减少，精米率无显著变化，而糙米率和整精米率呈下降趋势，N2处理的整精米率比N3处理下降7.5%，且糙米率在施氮与不施氮处理间差异显著（图3）。随着密度的增加，各品种糙米率和精米率无显著变化，而整精米率下降显著，D2处理下的整精米率平均比D1处理下降8.45%。品种、氮肥和密度均对糙米率和精米率无显著交互作用，但对整精米率影响显著，与N3D1处理相比，N2D2处理的糙米率、精米率和整精米率大体上呈下降趋势。除2021年珞优10号品种外，其余品种在N2D2处理的整精米率均显著低于N3D1处理，2年平均降低15.3%。综合2年表现，氮肥与密度对加工品质的交互作用存在年季间和品种间差异，大体上增密减氮栽培降低了稻米的加工品质。

图3

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图3   2021和2022年不同氮肥和密度处理下4个杂交稻品种的糙米率、精米率和整精米率

Fig.3   The rate of brown rice, milled rice and head rice of four hybrid rice varieties under different N fertilizer and density treatments in 2021 and 2022


2.3 氮肥和密度对杂交籼稻外观品质的影响

在2021及2022年水稻生长季，氮肥和密度均对垩白粒率和垩白度有显著影响，随着施氮量的减少，垩白粒率和垩白度呈下降趋势，N2比N3处理垩白粒率和垩白度分别下降26.8%和20.5%（图4）。随着密度的增加，垩白粒率呈上升趋势、而垩白度呈下降趋势，D2比D1处理的垩白粒率上升41.6%，而垩白度下降32.2%。氮肥和密度对垩白粒率存在显著的交互作用，而品种、氮肥和密度对垩白度存在显著的交互作用。除2021年两优培九的垩白粒率外，4个品种在N2D2处理的垩白度和垩白粒率均显著低于N3D1处理，2年分别平均降低26.9%和9.7%。综合2年的数据可知，增密减氮栽培导致稻米的垩白粒率和垩白度显著降低，因而改善了稻米的外观品质。

图4

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图4   2021和2022年不同氮肥和密度处理下4个杂交稻品种的垩白粒率和垩白度

Fig.4   Chalkiness rate and chalkiness degree of four hybrid rice varieties under different N fertilizer and density treatments in 2021 and 2022


2.4 氮肥和密度对杂交籼稻营养品质的影响

在2021与2022年水稻生长季，氮肥对直链淀粉含量无显著影响，而密度对其影响显著，随着密度的增加，直链淀粉含量呈下降趋势，D2处理较D1处理降低6.0%（图5）。4个品种在N2D2处理的直链淀粉含量均显著低于N3D1处理（除2021年Y两优900外），2年平均降低6.2%。

图5

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图5   2021和2022年不同氮肥和密度处理下4个杂交稻品种的直链淀粉含量

Fig.5   Amylose content of four hybrid rice varieties under different N fertilizer and density treatments in 2021 and 2022


在2021和2022年水稻生长季，醇溶蛋白、清蛋白、球蛋白、谷蛋白和总蛋白含量均随着施氮量的减少或密度的增加而显著下降（表1和图6）。N2处理的总蛋白含量比N3处理下降了13.3%，而D2处理比D1处理下降了5.9%，表明减氮对总蛋白含量的影响大于增密处理。与N3D1相比，在N2D2处理下，2021年珞优10号的醇溶蛋白和清蛋白含量无显著变化，球蛋白和谷蛋白含量分别提高了14.1%和3.7%，差异达显著水平，而其余3个品种的醇溶蛋白、清蛋白、球蛋白和谷蛋白含量均显著下降（表1）。此外，稻米总蛋白质含量受氮肥和密度的显著影响，但不受二者交互作用的影响，4个品种在N2D2处理下的总蛋白含量均显著低于N3D1处理，2年平均降低21.9%（图6）。因此，增密减氮栽培显著降低了稻米的各蛋白组分及总蛋白含量。

表1   2021和2022年不同氮肥和密度处理下4个杂交稻品种的各蛋白组分含量

Table 1  The contents of protein components of four hybrid rice varieties under different N fertilizer and density treatments in 2021 and 2022 %

品种
Variety		氮肥
Nitrogen		密度
Density
清蛋白
Albumin		球蛋白
Globulin		醇溶蛋白
Gliadin		谷蛋白
Glutenin		清蛋白
Albumin		球蛋白
Globulin		醇溶蛋白
Gliadin		谷蛋白
Glutenin
YLY900N1D10.30c0.94c0.22c3.71d0.34c1.00c0.21c4.06e
D20.26d0.92c0.18d3.58d0.31d0.97c0.11d3.91e
N2D10.36b1.00b0.23b4.61b0.31d1.13b0.25b4.75c
D20.32c0.94c0.21c4.22c0.39b1.03c0.36a4.48d
N3D10.40a1.07a0.26a5.28a0.33c1.37a0.35a6.80a
D20.39a1.04ab0.24b5.12a0.41a1.21b0.24b6.17b
LYPJN1D10.14bc0.89de0.19d4.50d0.14c0.93de0.25c3.97e
D20.13c0.87e0.16e4.17e0.12d0.88e0.06e4.03e
N2D10.16b0.98bc0.20c4.81c0.18b1.03c0.27c4.64c
D20.15b0.94cd0.18d4.72c0.15c0.97cd0.12d4.36d
N3D10.19a1.15a0.24a6.26a0.12d1.31a0.30b7.88a
D20.18a1.01b0.22b5.20b0.22a1.14b0.32a7.26b
LY10N1D10.19d0.82c0.18c3.91c0.24a0.96c0.17d4.32d
D20.18d0.80c0.15d3.73c0.17c0.89c0.06f4.06e
N2D10.20bc0.97b0.19bc4.74b0.22b1.07b0.30a4.74c
D20.20cd0.85c0.19bc4.57b0.21b1.05b0.22c4.47d
N3D10.23a1.03a0.22a5.30a0.16c1.22a0.25b5.55a
D20.21b0.98ab0.20b5.21a0.24a1.09b0.13e5.28b
CY6203N1D10.29d0.98cd0.21d4.17d0.37e1.06d0.27c4.28c
D20.28d0.96d0.17e3.84e0.40d0.99d0.14e4.17c
N2D10.34b1.03bc0.26bc4.65c0.47a1.30b0.26c4.75b
D20.32c0.99bcd0.25c4.36d0.34f1.17c0.32a4.68b
N3D10.35ab1.28a0.28a5.19a0.43c1.42a0.18d6.02a
D20.37a1.04b0.27b4.95b0.45b1.33b0.29b5.94a
方差分析Variance analysis
氮肥N128.39**46.50**90.11**198.88**27.06**65.58**198.56**404.52**
密度D12.00**18.12**79.09**22.31**5.40*13.34**117.39**17.72**
品种V646.20**15.75**27.25**40.67**497.46**42.07**63.87**14.47**
N×D1.05ns2.90ns7.07**0.67ns91.27**0.95ns52.91**2.03ns
N×V9.08**0.64ns3.72*2.10ns4.41**1.10ns30.53**23.93**
D×V2.90ns0.66ns0.26ns1.44ns23.43**0.03ns32.97**0.97ns
N×D×V0.65ns1.56ns0.73ns1.90ns31.32**0.26ns28.00**0.80ns

同列数据后不同小写字母表示同一品种不同处理间差异显著（P < 0.05）。“*”和“**”分别表示在0.05和0.01水平差异显著，“ns”表示差异不显著。

Values followed by different lowercase letters in a column indicate significant difference among treatments for the same cultivar (P < 0.05).“*”and“**”indicate significant difference at 0.05 and 0.01 levels, respectively, and“ns”indicates no significant difference.

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图6

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图6   2021年和2022年不同氮肥和密度处理下4个杂交稻品种的总蛋白含量

Fig.6   Protein content of four hybrid rice varieties under different N fertilizer and density treatments in 2021 and 2022


2.5 氮肥和密度对杂交籼稻蒸煮食味品质的影响

在2021和2022年水稻生长季，氮肥和密度均对峰值黏度、热浆黏度（除密度处理外）、最终黏度、崩解值和消减值有显著影响，而对糊化温度无显著影响（表2和表3）。随着施氮量的减少或密度的增加，峰值黏度、热浆黏度、最终黏度和崩解值均呈上升趋势，而消减值随施氮量的减少2年平均下降19.4%，随着密度的增加2年平均下降37.2%（表2和表3），存在年际间差异。氮肥×密度以及品种×氮肥×密度均对峰值黏度、热浆黏度、最终黏度、崩解值和消减值存在显著的交互作用。N2D2处理下4个品种的平均峰值黏度、热浆黏度、最终黏度、崩解值均显著高于N3D1处理，而消减值低于N3D1处理。因此，增密减氮栽培显著提高了稻米的峰值黏度、热浆黏度、最终黏度和崩解值，显著降低了稻米的消减值，因而改善了稻米的蒸煮食味品质。

表2   2021年不同氮肥和密度处理下4个杂交稻品种的RVA谱特征值

Table 2  RVA profile characteristics of four hybrid rice varieties under different N fertilizer and density treatments in 2021

品种Variety氮肥Nitrogen密度DensityPV (cP)HV (cP)FV (cP)BKV (cP)SB (cP)GT (℃)
YLY900N1D13266bc2206b2788c1060c-478e88.03ab
D23788a2261b3592a1526a-196c85.08bc
N2D13051d2213b3009b838d-42a84.08c
D23215c2445a3075b770e-139b82.93c
N3D12618e1904d2026d714f-592f89.35a
D23289b2069c3051b1220b-238d82.13c
LYPJN1D12624a1693c3357b931a733c87.23b
D22003e1854b2439d149e436d87.48b
N2D12086d1994a2348e93f262f86.15b
D22511b1677c3444a834b934b87.28b
N3D12300c1565d3287c735c987a87.75ab
D21966e1609d2303e357d336e90.70a
LY10N1D12920b2236a3708b684c788b86.42bc
D23287a1937d3648b1350a361d90.12a
N2D12899bc2111b4031a787b1133a86.95bc
D22247e2035c2835d212e588c84.82c
N3D12841c2125b2817d716c-24e88.57ab
D22344d1927d2928c416d585c87.78abc
CY6203N1D12159e2117a2130e42f-29d85.83c
D22401d1939b2575d462e174c87.27bc
N2D13181a1568d3101b1613a-80e90.95a
D22753b1816c2161e936c-592f88.25abc
N3D12504c1757c2957c747d454b89.60ab
D23138a2146a4005a992b867a89.08ab
方差分析Analysis of variance
氮肥N52.45**31.12**12.28**3.69*26.24**1.27ns
密度D4.39*0.83ns4.49*4.72*0.00ns0.73ns
品种V434.24**132.12**139.59**797.61**807.65**4.40ns
N×D17.54**5.28*65.15**91.23**90.75**0.67ns
N×V146.78**28.91**204.46**334.79**588.01**0.88ns
D×V69.36**15.85**140.87**91.03**50.29**2.05ns
N×D×V62.90**9.12**211.25**370.00**315.37**0.93ns

PV：峰值黏度，HV：热浆黏度，FV：最终黏度，BKV：崩解值，SB：消减值，GT：糊化温度，下同。

PV: peak viscosity, HV: hot viscosity, FV: final viscosity, BKV: breakdown value, SB: setback, GT: gelatinization temperature, the same below.

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表3   2022年不同氮肥和密度处理下4个杂交稻品种RVA谱特征值

Table 3  RVA profile characteristics of four hybrid rice varieties under different N fertilizer and density treatments in 2022

品种Variety氮肥Nitrogen密度DensityPV (cP)HV (cP)FV (cP)BKV (cP)SB (cP)GT (℃)
YLY900N1D13681b2461bc3508a1220b-174b83.84ab
D23893a2584a3499a1309a-395d82.03bc
N2D13271d2334d3248c938d-23a80.08cd
D23601bc2483b3355b1118c-246c78.98d
N3D13585c2426bc3415b1159c-170b85.10a
D23654bc2391cd3239c1264ab-415e78.22d
LYPJN1D12782b2139b3394a643ab612a83.08b
D22936a2258a3404a678a468d83.32b
N2D12637d2040c3191b596c554b82.05b
D22723bc2105bc3152b618bc429e83.13b
N3D12665cd2085bc3181b580c516c83.57b
D22712bcd2115bc3133b596c421e86.38a
LY10N1D13495b2539a3896a956c400c82.30bc
D23716a2369d3828a1347a113e85.83a
N2D13050c2377cd3557c674d507b83.48abc
D23482b2454bc3693b1027b211d80.78c
N3D13129c2462ab3702b667d573a84.35ab
D23069c2417bcd3566c652d497b83.60ab
CY6203N1D13399b2377b3255b1022c-144d81.75c
D23814a2564a3471a1250a-343f83.11bc
N2D13120c2240c3158cd880d38b86.62a
D23438b2286c3159c1151b-279e84.05abc
N3D13114c2246c3076de868d-38c85.33ab
D22839d1928d3059e910d221a83.84bc
方差分析Analysis of variance
氮肥N95.64**16.53**44.90**103.08**447.57**1.01ns
密度D46.37**0.72ns0.01ns133.46**1567.96**0.95ns
品种V541.97**185.41**305.16**1613.36**4159.57**4.48ns
N×D20.97**6.09**4.04*18.56**229.85**1.16ns
N×V11.07**4.22**0.58ns26.05**327.02**1.02ns
D×V1.10ns2.09ns0.99ns14.00**74.59**1.90ns
N×D×V3.78**3.16*1.68ns6.04**99.02**1.05ns

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3 讨论

减施氮肥是解决我国水稻生产中氮肥过量施用导致的氮素利用效率低和环境污染等问题的有效途径[13]。然而，降低氮肥投入会减少水稻的有效穗数和每穗粒数，进而导致水稻减产[14]。大量的研究[9-10]表明，在减氮投入下适当增加种植密度可以弥补减氮所引起的分蘖数减少，从而保证产量的稳定甚至是增产。本研究结果也表明，相比于正常密度正常氮栽培处理，增密减氮栽培处理的两优培九、珞优10号和川优6203的产量2年平均分别增加10.0%、9.2%和7.6%，Y两优900的产量在2个处理间差异不显著。不论是前人[10,15-16]的研究还是我们的研究结果均表明，增密减氮栽培有利于实现水稻的稳产甚至是增产。然而，增密减氮栽培在提高产量的同时能否改善稻米品质，仍知之甚少。

据报道[17⇓-19]，适当增施氮肥能有效改善稻米的加工品质，但当施肥过量时将导致稻米加工品质变劣，即稻米的加工品质与施氮量呈抛物线型关系。本研究结果表明，减施氮肥引起稻米糙米率和整精米率下降，导致加工品质变劣，当氮肥从180 kg/hm2减少到90 kg/hm2时，整精米率在2021和2022年分别降低了5.6%和9.4%，这可能与稻米蛋白质含量的减少有关。有研究[20]表明，胚乳中高的蛋白含量能够增加米粒的硬度，提高其韧性，从而减少籽粒断裂，提高稻米的整精米率。而随着密度的增加，整精米率下降显著，D2处理下的整精米率比D1处理下降8.45%，这与Zhou等[7]的研究结果一致。随着种植密度的增加，群体增大，植株倒伏和叶片相互遮阴等导致籽粒灌浆不良，从而影响了稻米的加工品质。然而，有研究[9]结果表明，适当增加种植密度能够改善稻米的加工品质，也有研究[21]指出，种植密度对籽粒加工品质无显著影响。研究结果的不一致性可能与所用的品种以及品种对密度的响应不同等有关。本研究中，与正常氮正常密度（N3D1）相比，增密减氮处理（N2D2）导致稻米的精米率和整精米率显著下降。因此，增密减氮栽培会对稻米的加工品质产生不利影响。

垩白粒率和垩白度是衡量稻米外观品质的重要指标。本研究中，垩白粒率和垩白度均受到氮肥和密度的显著影响。随着施氮量的减少，垩白粒率和垩白度显著下降，这是由于增施氮肥虽促进植株的生长，但成穗率降低，晚生分蘖增多，穗部的干物质和氮素分配减少，淀粉体排列疏松使得垩白率增加[22]。而随着密度的增加，垩白粒率显著增加，这与前人[23-24]的研究结果一致，然而，垩白度则随着种植密度的增加显著下降。有研究[25]表明，过低或过高的种植密度都会导致稻米垩白粒率和垩白度增加，而本研究中的增密并不属于过高的种植密度，因而适当增密可能有利于降低垩白度。垩白的形成主要是由于灌浆期加速灌浆导致淀粉颗粒排列较为松散，而减少氮肥施用量有利于减少无效分蘖的形成，从而有利于增加同化物向籽粒的分配，进而导致淀粉积累充足和淀粉颗粒排列紧密，因而降低了稻米垩白的发生[7,26]。因此，增密减氮栽培显著降低了稻米的垩白粒率和垩白度，从而提高了稻米的外观品质。

淀粉和蛋白质是稻米胚乳的主要组成物质，直链淀粉含量是衡量稻米蒸煮食味品质的关键指标，一般认为食味优的水稻品种具有较低的直链淀粉含量[27⇓⇓-30]。本研究表明，氮肥对直链淀粉含量无显著影响，但随着种植密度的增加，直链淀粉含量呈下降趋势。徐春梅等[8]也表明，不同施氮量下稻米直链淀粉含量差异不显著。朱相成等[31]的研究结果表明，稻米的直链淀粉含量和胶稠度随着种植密度的增加均表现为先减少后增加的变化规律。作为稻米胚乳中除淀粉以外的第二大储藏物质，蛋白质含量是衡量稻米营养品质的重要指标[32]，同时也有研究[33]表明，籽粒蛋白质含量与其蒸煮食味品质呈显著负相关。Ning等[34]研究发现，稻米各蛋白组分及总蛋白质含量均随着施氮量的增加而增加。徐春梅等[8]指出，减少种植密度导致稻米蛋白质含量显著增加，并将其归因于淀粉积累量的减少。本研究表明，稻米蛋白质含量随着施氮量的减少和种植密度的增加均呈下降趋势，且前者对蛋白质含量的影响大于后者，这与Chong等[10]的研究结果一致。由此可知，增密减氮栽培显著降低了稻米的各蛋白组分及总蛋白含量，但稍微降低了直链淀粉含量且主要是增密导致直链淀粉含量下降。淀粉RVA谱特征是评价稻米蒸煮食味品质优劣的一项重要指标。据报道[35]，峰值黏度高、崩解值大、消减值小和糊化温度低的稻米，其蒸煮食味好。叶全宝等[36]研究表明，施氮量和种植密度均对RVA谱特征有显著影响，随着施氮量的减少，峰值黏度、热浆黏度、崩解值、冷胶黏度等特性呈上升趋势，消减值呈下降趋势；而随种植密度的增加，峰值黏度、崩解值等特性先增后减，消减值2年平均呈下降趋势（受年季影响）。本研究结果与叶全宝等[36]结果较为一致，即随着施氮量的减少和种植密度的增加，水稻淀粉的峰值黏度、热浆黏度、最终黏度和崩解值显著增加，而消减值显著下降。因此，增密减氮栽培有利于改善稻米的蒸煮食味品质。

本试验结果表明，增密减氮栽培有利于实现水稻的稳产和增产，且有利于改善稻米的外观和蒸煮食味品质，但由于本试验氮肥和密度设置的梯度较少，协同丰产和优质的最佳氮密组合还需要进一步研究。

4 结论

在减氮投入条件下增加种植密度有利于提高稻米的产量、峰值黏度、热浆黏度、最终黏度和崩解值，同时降低稻米的整精米率、垩白度、垩白粒率、蛋白质和直链淀粉含量。因此，增密减氮栽培可显著增加水稻产量并提升稻米外观和蒸煮食味品质，但在一定程度上降低了稻米的加工品质。

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为找出不同类型籼粳杂交稻在品质表现上存在差距的原因, 以18个早熟晚粳籼粳杂交稻品种(品系)为材料, 从中筛选出产量与蒸煮食味品质具有代表性的3种类型(A类高产优质型, B类高产不优质型, C类低产不优质型)。2年中A类和B类的平均产量分别较C类高22.66%和22.26%, 其高产的原因主要是具有较高的单位面积穗数和每穗粒数。A类的糙米率和整精米率分别比B和C类高1.9%~2.5%和13.9%~22.7%。与A类相比, B类和C类的垩白率和垩白度分别高43.3%~47.5%和64.5%~71.4%。B和 C类的平均直链淀粉含量较A类分别高31.7%、33.0%。A类平均胶稠度较B和C类分别高4.0%、4.5%, A类品种的峰值粘黏度和崩解值最高, 消减值最低, 蛋白质含量3种类型无显著性差异。相关性分析表明, 灌浆结实期温度与加工品质、外观品质、蒸煮食味品质呈负相关。籼粳杂交稻优质的获得, 除品种遗传因素外, 可通过合理的播期或栽培管理调节, 使水稻灌浆结实期处于相对较低的温度下则有利于其稻米外观品质和蒸煮食味品质的同步提高或改良。

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