植物营养与肥料学报   2018, Vol. 24  Issue (3): 817-824 
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引用本文    doi:  http://dx.doi.org/10.11674/zwyf.17347
胡雅杰, 钱海军, 吴培, 朱明, 邢志鹏, 戴其根, 霍中洋, 魏海燕, 许轲, 张洪程. 秸秆还田条件下氮磷钾用量对软米粳稻产量和品质的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(3): 817-824.
HU Ya-jie, QIAN Hai-jun, WU Pei, ZHU Ming, XING Zhi-peng, DAI Qi-gen, HUO Zhong-yang, WEI Hai-yan, XU Ke, ZHANG Hong-cheng. Effects of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer rates on yield and grain quality of soft japonica rice under straw returning condition[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(3): 817-824.
秸秆还田条件下氮磷钾用量对软米粳稻产量和品质的影响
胡雅杰, 钱海军, 吴培, 朱明, 邢志鹏, 戴其根, 霍中洋, 魏海燕, 许轲 , 张洪程    
扬州大学/农业农村部长江流域稻作技术创新中心/江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点，江苏扬州 225009
收稿日期：2017-09-05; 接受日期：2017-12-16
基金项目：国家重点研发计划（2017YFD0301205，2016YFD0300503，2017YFD0301201）；国家自然科学基金项目（31701350）；现代农业产业技术体系建设专项资金资助（CARS-01-27）；江苏省农业科技创新自主项目（CX[15]1002）；江苏省三新工程（SXGC〔2017〕294）资助。
作者简介：胡雅杰 E-mail：huyajie@yzu.edu.cn
通信作者：许轲 E-mail：xuke@yzu.edu.cn，Tel：0514-87979220；
张洪程 E-mail：hczhang@yzu.edu.cn
摘要: 【目的】 秸秆全量还田和毯苗机插技术在水稻种植中被越来越多地采用。本文研究了不同氮 (N)、磷 (P)、钾 (K) 肥用量对软米粳稻产量和稻米品质的影响，提出适应该条件和特定水稻品种的施肥技术。【方法】 2014—2015年，以软米粳稻南粳9108为材料，在江苏省兴化市钓鱼镇进行大田试验，在秸秆全量还田条件下，采取毯苗机插栽培方式，设置氮、磷、钾肥3种类型肥料，各类型肥料设置0、1、1.5、2、2.5、3等6个用量水平，其中2水平为肥料常规用量，氮、磷、钾肥常规用量分别为270 kg/hm2、108 kg/hm2、216 kg/hm2。分析了不同肥料用量下软米粳稻的产量、稻米品质和淀粉RVA谱值。【结果】 软米粳稻产量和稻米品质对不同肥料的响应程度表现为氮肥 > 钾肥 > 磷肥。在供试氮肥水平范围内，粳稻产量以N2水平最高；糙米率、精米率、整精米率和蛋白质含量则随施氮水平的增加而增加，直链淀粉含量降低，胶稠度变短，RVA谱特征值中峰值黏度和崩解值降低，热浆黏度和消减值增大，且高氮 (N3) 与低氮 (N1) 处理间差异显著。在供试磷肥水平范围内，粳稻产量以P2水平较高；增施磷肥能提高稻米加工品质，而蛋白质含量、直链淀粉含量及胶稠度对磷肥用量的响应无明显变化规律，淀粉RVA谱特征值有变劣趋势。在供试钾肥水平范围内，随着钾水平提高，机插软米粳稻产量、糙米率、精米率、整精米率先增加后减少，产量以K2水平最高，加工品质以K2.5水平最高，蛋白质含量有增加趋势，直链淀粉含量下降，峰值黏度和崩解值呈先增后减，消减值呈先减后增。【结论】 在秸秆全量还田和毯苗机插栽培条件下，软米粳稻增施氮肥、磷肥和钾肥利于提高稻米加工品质，而减少氮肥、稳施磷肥、增加钾肥利于改善稻米蒸煮食味品质。综合考虑，在秸秆全量还田条件下机插软米粳稻肥料用量以N 270 kg/hm2、P 108 kg/hm2、K 216 kg/hm2水平能较好地协调高产与优质的关系。
关键词: 秸秆还田     氮肥     磷肥     钾肥     软米粳稻     稻米品质    
Effects of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer rates on yield and grain quality of soft japonica rice under straw returning condition
HU Ya-jie, QIAN Hai-jun, WU Pei, ZHU Ming, XING Zhi-peng, DAI Qi-gen, HUO Zhong-yang, WEI Hai-yan, XU Ke , ZHANG Hong-cheng    
Yangzhou University/Innovation Center of Rice Cultivation Technology in the Yangtze Valley, Ministry of Agriculture and Rural Affair/Jiangsu Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology, Yangzhou, Jiangsu 225009, China
Abstract: 【Objectives】 Straw returning and machanical transplanting technologies have been widely extended in the rice production. This paper studied the effects of the rates of nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) on grain yield and quality of soft japonica rice under the technologies, in order to propose the appropriate fertilization measurements. 【Methods】 Field experiments were conducted in Diaoyu Town, Xinghua City, Jiangsu Province in 2014 and 2015, using a good eating quality rice cultivar Nanjing 9108 as tested materials. Taking the recommended N 270 kg/hm2, P 108 kg/hm2 and K 216 kg/hm2 for rice in the area as level 2, six levels were tested for all the N, P and K fertilizers as 0, 1, 1.5, 2, 2.5, 3. The grain yield and quality were investigated. 【Results】 The main nutrient affecting rice yield and quality was N, then was K and P. Within the tested N levels, the highest rice yield was obtained in level 2; the brown rice percentage (BR), milled rice percentage (MR), head rice percentage (HR) and protein content (PC) were increased with the increased N levels, the amylose contents (AC) were reduced on the contrary, and the gel consistency (GC) was shorten, the peak viscosity and breakdown were declined, the trough viscosity and setback were increased; the differences of these rice quality indices were significant between the high (N3) and low nitrogen (N1) treatments. Within the tested P levels, the rice yields were relatively high in level 2; the processing quality of rice were improved with the increased P levels, and there was no differences in PC, AC and GC, but the RVA profile of starch showed worse. Within the tested K levels, the highest rice yield was obtained in level 2, BR, MR and HR were increased to the maximum in level 2.5 and then decreased, PC was increased, AC was decreased, the peak viscosity and breakdown were increased and then decreased, the setback was decreased and then increased. 【Conclusions】 Under the experimental condition, suitable rates of N, P and K fertilizers could enhance rice processing quality and yields, N plays greater role than P and K. Comprehensively considering the yield, quality and economic profit, the recommended N 270 kg/hm2, P 108 kg/hm2 and K 216 kg/hm2 for rice could coordinate preferably high-yield and good quality of rice.
Key words: straw returning     nitrogen     phosphorus     potassium     soft japonica rice     rice quality    

提高稻米品质一直是水稻育种家和栽培学家研究的重点与热点[1–2]。近些年，育种家通过降低稻米直链淀粉含量培育出一批具有优良食味品质的优质水稻品种，如南粳46、南粳5055、南粳9108、苏香粳100等[3–4]。这些优质食味水稻品种大面积推广应用，极大地改善了我国南方稻米品质。而关于稻米品质对栽培措施的响应关系[5–8]，特别是氮肥[9–15]、磷肥[16–17]、钾肥[18–22]等肥料施用，前人开展了大量的研究工作。如多数研究认为增施氮肥能提高稻米整精米率和蛋白质含量，胶稠度变硬，糊化温度增大，食味品质变劣[10–11]。关于磷肥对稻米品质的影响，一般研究认为施用磷肥能提高稻米整精米率、垩白面积和垩白度，降低峰值黏度、热浆黏度、崩解值[16–17]。而关于钾肥对稻米品质的影响，有研究认为增施钾肥有利于降低直链淀粉含量与提高稻米蛋白质含量，增加最高黏度和崩解值，从而提高其食味品质，利于优质米生产[18–20]。然而，针对软米水稻品种稻米品质对施肥量的响应研究未见报道。因此，本研究在小麦秸秆全量还田条件下，以优质食味水稻品种南粳9108为材料，研究氮、磷、钾肥不同用量对其稻米品质的影响，以期为大面积生产优质食味稻米南粳9108合理施肥提供理论和技术支持。

1 材料与方法 1.1 试验地点

于2014—2015年在兴化钓鱼镇 (33°05′N，119°58′E) 科研基地进行试验，该基地位于江苏里下河腹部，属北亚热带湿润气候区，年平均温度15℃左右，年降水量1024 mm左右，全年日照时数2305.6 h左右，无霜期227 d左右，试验地前茬为小麦 (产量约6.2 t/hm2)，土壤类型勤泥土，质地黏性，土壤肥力见表1。

表1 2014年和2015年试验地土壤肥力状况 Table 1 Soil fertility of the experimental field in 2014 and 2015
1.2 供试品种

南粳9108，属于迟熟中粳品种类型，该品种是以日本优质粳稻关东149为父本，与江苏优质粳稻武香粳14杂交培育而成的优质食味粳稻新品种，全生育期150 d左右，每穗粒数130 粒左右，主茎总叶片数 (N) 为17 叶，伸长节间数 (n) 为6个，由江苏省农业科学院提供。

1.3 试验设计

试验田每公顷小麦秸秆量约为6500 kg，通过机械深耕一次性还田。试验采用裂区设计，肥料类型为主区，肥料用量为裂区。试验设置氮、磷、钾 3种肥料类型，每种肥料类型设置6个施用量水平 (表2)。氮肥运筹为基肥∶蘖肥∶穗肥=4∶3∶3，分蘖肥栽后7 d施用，穗肥于倒4叶期施用，磷肥、钾肥一次性基施。

于2014年5月28日和2015年5月30日塑料软盘催芽落谷，旱育秧，秧龄18 d，分别于6月15日和6月17日模拟机插，行株距为30 cm × 13.2 cm，每穴4苗。小区面积20 m2，重复3次，小区间薄膜包埂，保证肥水独立排灌。病虫草害防治按当地高产要求实施。

1.4 测定项目与方法 1.4.1 稻米品质测定

成熟期适时收割，脱粒，储藏3个月，待理化性状稳定后，每处理称取3份，每份130 g稻谷，按照中华人民共和国国家标准 (GB/T17891-1999) 测定糙米率、精米率、整精米率、垩白米率、垩白面积、垩白度、胶稠度等。用FOSS TECATOR公司的Infratec 1241 Grain Analyzer近红外快速品质分析仪测定精米蛋白质含量和直链淀粉含量。

1.4.2 淀粉RVA谱特征测定

采用澳大利亚Newport Scientific仪器公司的Super 3型RVA (Rapid viscosity analyzer) 快速测定，按照AACC (美国谷物化学家协会) 规程和RACI标准方法操作，用TWC (Thermal cycle for windows) 配套软件分析数据。稻米RVA谱特征包括峰值黏度 (Peak viscosity)、热浆黏度 (Hot viscosity)、最终黏度 (Final viscosity) 3个一级参数和崩解值 (Breakdown，最高黏度与热浆黏度之差)、消减值 (Setback，最终黏度与峰值黏度之差) 2个二级参数表示，单位为cP (centiPoise)，同时记录峰值黏度时间 (Peak viscosity time) 及起始糊化温度 (Pasting temperature)。

1.5 数据计算和统计分析

采用Microsoft Excel 2013数据处理，采用SPSS 17.0 软件进行统计分析。本文数据以两年均值进行结果分析。

表2 不同处理氮、磷、钾养分用量 (kg/hm2) Table 2 Nitrogen, phosphorus and potassium input rates in different treatments
2 结果与分析 2.1 施肥量对优质食味水稻产量的影响

由图1可知，机插稻南粳9108产量对肥料用量响应变化不一。随着氮肥用量增加，两年南粳9108产量先增加后减少，在N2水平产量最高。与不施氮处理相比，两年施氮处理产量分别提高28.4%～47.2%和27.3%～44.5%。对磷肥和钾肥而言，随着磷肥和钾肥用量增加，两年南粳9108产量先增后减，在P2和K2水平产量较高，但处理间差异不显著 (除2015年钾肥处理)。因此，机插稻南粳9108以N2P2K2施肥水平更有利于提高产量。

图1 不同施肥量对机插稻南粳9108产量的影响 Fig. 1 Effects of the rates of fertilizers on rice yield of Nanjing 9108 in the mechanical transplanted method [注（Note）：柱上不同字母表示氮、磷、钾肥用量间在0.05水平上差异显著 Different lowercase letters above the bars are significantly different at the 0.05 probability level among different nitrogen rates, phosphorus rates and potassium rates.]
2.2 施肥量对优质食味水稻加工品质和营养品质的影响

由表3可知，氮、磷、钾肥不同用量对优质食味水稻加工品质影响不一。对氮水平而言，随着氮肥用量增加糙米率、精米率和整精米率递增，其中糙米率和整精米率以N3、N2.5处理显著高于N1、N0处理。对磷肥水平而言，糙米率、精米率和整精米率对磷肥用量响应变化不一，其中整精米率有增加趋势，与P0处理相比，P2、P2.5、P3处理整精米率显著增加。对钾肥水平而言，随着钾肥用量增加糙米率、精米率和整精米率呈先增后减趋势，以K2.5处理最高。因此，秸秆还田条件下増施氮磷钾肥能提高优质食味水稻加工品质。

在不同氮水平处理下，随着施氮量增加蛋白质含量增加，N2.5、N3处理显著高于N1.5、N1、N0处理。对磷肥水平而言，随着磷肥用量增加，蛋白质含量呈先增后减趋势，以P1.5处理最高。对钾肥水平而言，随着钾肥水平提高，蛋白质含量呈增加趋势，K2.5、K3处理显著高于K1、K0处理。

2.3 施肥量对优质食味水稻蒸煮品质的影响

由表3可看出，直链淀粉含量受氮肥用量影响较大，其次是钾肥。随着氮肥施用量增加，直链淀粉含量呈减少趋势，高氮处理 (N2.5、N3) 显著低于无氮处理 (N0) 和低氮处理 (N1)。对磷肥水平而言，不同磷肥用量处理间直链淀粉含量相当，差异不显著。对钾肥水平而言，随着钾肥用量增加，直链淀粉含量呈减少趋势，但处理间差异未达显著水平。

胶稠度长短能够反映稻米是否具有优良食味品质。由表3可知，随施氮量增加，胶稠度逐渐变短，无氮处理 (N0) 显著长于高氮处理 (N2.5、N3)。对磷、钾肥而言，磷、钾肥用量对胶稠度的影响较小，处理间未达显著水平。可见，胶稠度长短对氮肥用量响应较大。

表3 不同施肥量下机插稻南粳9108的稻米品质 Table 3 Rice quality as affected by the fertilizer input rates (Nanjing 9108, mechanical transplanted)
2.4 施肥量对优质食味水稻淀粉RVA谱特征值的影响

RVA谱特征值中峰值黏度、崩解值、消减值与稻米蒸煮食味品质感有密切的关系。由表4可知，对氮肥水平而言，随施氮量增加，峰值黏度和崩解值呈递减趋势，而热浆黏度和消减值呈增加趋势，高氮处理 (N2.5、N3) 与无氮处理 (N0)、低氮处理 (N1) 间差异显著，最终黏度和糊化温度相当，差异不显著。对磷肥水平而言，随施磷量增加，峰值黏度、热浆黏度、崩解值呈下降趋势，消减值呈相反趋势，处理间差异不显著。对钾肥水平而言，峰值黏度、热浆黏度、崩解值和消减值绝对值随着施钾量增加呈先增加后减小的趋势，以K2.5处理最高。

表4 不同施肥量下机插稻南粳9108淀粉RVA谱特征值 Table 4 RVA profile characteristics of rice starch affected by the fertilizer rates (Nanjing 9108, mechanical transplanted)
3 讨论 3.1 肥料用量对水稻品质的影响

氮、磷、钾不同肥料用量对稻米品质有着重要影响。前人多数以氮肥水平研究稻米品质对其响应变化，而针对氮、磷、钾不同用量对稻米品质的影响研究较少。一般认为氮肥用量增加，稻米加工品质和营养品质得到改善，而蒸煮食味品质变劣[23]。本研究结果表明，随着氮肥水平提高，机插稻南粳9108糙米率、精米率和整精米率呈递增趋势，高氮处理显著高于低氮和无氮处理。蛋白质含量、直链淀粉含量和胶稠度反映稻米蒸煮品质的优劣，一般认为蛋白质含量和直链淀粉含量低，胶稠度较长，稻米食味品质好。金正勋等[24]研究认为增施氮肥，稻米蛋白质含量增加，直链淀粉含量降低，胶稠度变短，稻米食味品质趋劣。本研究结果表明，増施氮肥能够提高稻米蛋白质含量，利于改善稻米营养品质，直链淀粉含量有降低趋势，胶稠度变短，蒸煮食味品质变差。关于磷肥用量对稻米品质的影响，龚金龙等[16]研究认为施磷能提高糙米率、整精米率，而精米率、蛋白质含量、直链淀粉含量对磷素的反应不明显。本研究结果表明，磷肥对稻米的糙米率、精米率、整精米率、蛋白质含量、直链淀粉含量及胶稠度影响较小。陈翠竹等[22]研究认为増施钾肥能够提高稻米加工品质，降低直链淀粉含量，胶稠度变大，从而改善蒸煮食味品质。本研究也发现，一定范围内增加钾肥用量，稻米糙米率、精米率和整精米率增加，稻米加工品质提高，直链淀粉含量降低，但对胶稠度影响较小。总体而言，在秸秆还田条件下，机插稻南粳9108适当增氮肥、稳磷肥、增钾肥有利于改善稻米加工品质，而适当减氮肥稳磷肥增钾肥利于改善稻米蒸煮食味品质。

3.2 肥料用量对稻米RVA谱特征的影响

稻米的RVA谱值是评价稻米品质的重要指标，与蒸煮食味品质有着密切的联系。前人研究认为，稻米RVA特征值中的热浆黏度、峰值黏度、崩解值与食味品质有一定的正相关关系，消减值与其则呈负相关关系，峰值黏度高、崩解值高、消减值低和糊化温度低的稻米食味好[25–26]。李敏等[27]研究认为提高施氮水平，峰值黏度和崩解值下降，消减值和糊化温度升高，热浆黏度、最终黏度和回复值无明显变化规律。本研究结果表明，随氮水平的增加，稻米的峰值黏度和崩解值减小，热浆黏度和消减值增大，这与前人研究结果一致。可见，增加施氮量不利于南粳9108蒸煮食味品质形成。黄丽芬等[17]针对江苏沿海地区机插常规粳稻对磷肥的响应变化，研究认为减量施磷 (较常规用量50%) 能增加峰值黏度和崩解值，降低消减值，提高稻米食味品质。本研究也发现，增加施磷量，稻米的峰值黏度、热浆黏度、崩解值呈下降趋势，稻米食味品质变劣。因此，在秸秆还田下减少磷肥用量有利于提高稻米食味品质。针对钾肥用量对稻米RVA的影响研究，王子臣等[28]研究认为随着钾肥用量增加，杂交粳稻稻米淀粉黏滞性呈变劣的趋势，稻米食味值下降。本研究发现，随着钾水平的提高，稻米的峰值黏度、崩解值先增加后减小，而消减值先减小后增加，在N2P2K2.5水平下表现最好。说明秸秆还田条件下适当增施钾肥能改善机插南粳9108稻米蒸煮食味品质。从稻米的RVA谱值来看，本试验条件下适当减少氮肥和磷肥，增施钾肥有利于改善机插南粳9108的蒸煮食味品质。

4 结论

秸秆还田下机插稻南粳9108产量和稻米品质对氮、磷、钾肥用量响应表现为氮肥 > 钾肥 > 磷肥。在一定氮肥水平下，增施氮肥利于提高机插稻南粳9108产量，而施氮量超过270 kg/hm 2后产量下降。增施氮肥利于提高机插稻南粳9108稻米加工品质和营养品质，但蒸煮食味品质变劣。增施磷肥一定程度上改善稻米加工品质，对营养品质和蒸煮食味品质影响较小。适当增施钾肥能协同提高稻米加工品质和蒸煮食味品质。因此，本试验秸杆全量还田条件下，增施氮磷钾肥有利于提高机插稻南粳9108稻米加工品质，而减氮稳磷增钾则利于改善稻米蒸煮食味品质，施用N 270 kg/hm2、P 108 kg/hm2、K 216 kg/hm2能较好地协调机插稻南粳9108高产与优质的关系。

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