随着我国农业供给侧结构性调整,加快优质水稻生产已成为水稻产业发展的主要方向。近年来育种界相继推出了多种类型的优质稻品种,其中表现优异的是江苏地区以南粳9108和南粳5055等为代表的优良食味粳稻。但由于这类新品种配套的合理施肥尚缺乏系统研究与阐明,从而生产上出现了优良食味粳稻既不高产也不优质的现象。生育中期氮肥调控是对水稻产量、品质与氮素利用具有重要影响的关键栽培环节,为此本研究通过设置水稻中期不同氮肥调控处理试验,以期阐明不同调控处理下优良食味粳稻的产量和品质形成特征及其机理,探明其高产优质的需肥规律,总结出优良食味粳稻产量与稻米品质相协调、并提高氮肥利用率的中期氮肥调控技术,为优良食味粳稻高产优质高效栽培提供科学指导。试验于2017-2018年水稻季在扬州大学校外试验基地江苏省海安市现代农业园区进行,选用江苏省代表性优良食味粳稻品种南粳9108和南粳5055,在前期正常施用基蘖肥的基础上,设置9个水稻中期氮肥调控处理,即不施穗肥,穗肥分别于倒6叶、倒5叶、倒4叶、倒3叶、倒2叶、倒1叶单次施用,于倒4和倒2叶、倒3和倒1叶分两次等量施用,并设置全生育期不施氮肥对照处理,代号分别为N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8、N9、N0。系统比较研究不同中期氮肥调控处理下水稻产量及其光合物质生产特征、稻米品质特征、碳氮代谢特征以及籽粒淀粉结构与理化特征等方面的差异。主要结果如下:1.产量及其构成特征:与不施穗肥N1处理相比,施用穗肥有利于提高群体总颖花量和结实率,进而增加优良食味粳稻产量。不同叶龄期单次施用穗肥处理中,随着穗肥施用时期的推迟,水稻单位面积穗数减少,结实率和千粒重有所增加,每穗粒数和产量先增后减,呈现抛物线趋势,在N4处理即倒4叶施用穗肥时产量达最大值。分次施用穗肥处理中,N8处理即倒4和倒2叶等量分施穗肥,可在稳定有效穗数的同时促进大穗,产量要高于单次施用穗肥处理。其中两个品种N8处理最高产量较N1处理增产37.2%～45.5%,较N4处理增产4.3%～4.8%。因此,施用穗肥能明显通过增加每穗粒数提高总颖花量水平,增加产量,且于倒4和倒2叶等量分施穗肥能在保证足量有效穗数的基础上,显著提高每穗粒数和群体总颖花量,同时保持相对较高的结实率和千粒重,从而达到增产。2.光合物质生产特征:与不施穗肥N1处理相比,前三个时期施用穗肥能增加拔节后的茎蘖数以及拔节期的叶面积指数;施用穗肥可显著提高抽穗期有效和高效叶面积指数以及成熟期叶面积指数,增加抽穗和成熟期的干物质积累量。单次施用穗肥处理中,随着穗肥施用时期的推迟,成熟期单位面积穗数逐渐减少,成穗率则有所提高;拔节期叶面积指数以施肥较早的处理有所增加;抽穗期的群体有效叶面积指数、高效叶面积指数和叶面积率以及成熟期叶面积指数均呈抛物线趋势,在N4处理达最大值;结实期叶面积衰减率则逐渐减小,以N2和N3处理即倒6叶和倒5叶施用穗肥处理的衰减速度较快;抽穗期和成熟期的群体干物质积累量,拔节至抽穗期和抽穗至成熟期的阶段干物质积累量均呈先增后减趋势,以N4处理的值最大。分次施用穗肥处理中,以N8处理的抽穗期有效和高效叶面积指数最大,抽穗和成熟期的干物质积累量以及拔节后的阶段干物质积累量最多,且均显著大于N4处理。其中两个品种N8处理干物质总积累量较N1处理增加31.6%～35.7%,较N4处理增产3.4%～4.4%。因此,与不施穗肥相比,施用穗肥在抽穗和成熟期能保持较大的叶面积指数,显著提高拔节后的干物质积累量,尤以倒4和倒2叶等量分施穗肥及倒4叶单次施用穗肥的处理能改善水稻的群体结构,适当降低高峰苗,提高成穗率,同时有效减缓后期叶面积的衰减速率,在抽穗期和成熟期保持较高的叶面积指数,从而提高群体光合生产能力,促进中、后期的干物质积累,增加总生物学产量而达到增产。3.稻米品质性状特征:与不施穗肥N1处理相比,施用穗肥能明显提高加工品质指标糙米率、精米率和整精米率,降低外观品质指标垩白粒率、垩白面积以及垩白度,减少直链淀粉含量,增加蛋白质含量和胶稠度,增加食味品质指标中硬度的同时降低了外观、黏度、平衡度以及食味值。单次施用穗肥处理中,随穗肥施用时期的推迟,加工品质和外观品质指标值均增加,直链淀粉含量有所减少,蛋白质含量和胶稠度增加,食味品质指标中除硬度增加外,外观、黏度、平衡度以及食味值均呈递减趋势。分次施用穗肥处理中,N8处理的加工品质要劣于N9处理,外观品质和蒸煮食味品质则优于N9处理。其中两个品种N8处理整精米率较N1处理增加3.0%～10.3%,蛋白质含量较N1处理增加14.8%～16.5%。因此,施用穗肥和推迟穗肥施用时期能提高稻米的加工品质,显著改善营养品质,但降低了食味品质;施用穗肥会改善稻米外观品质,但随着氮素穗肥施用时期的推迟会导致外观品质降低,在倒4叶期或稍前稍后时期施用穗肥是一个品质较为平衡的施肥方案。4.氮代谢特征:与不施穗肥N1处理相比,施用穗肥能提高抽穗期和成熟期的植株含氮率和吸氮量,并显著增加拔节至抽穗期和抽穗至成熟期的阶段氮素吸收量,增加抽穗后叶片氮素转运量以及穗中氮素增加量。单次施用穗肥处理中,随着穗肥施用时期的推迟,抽穗期和成熟期的植株含氮率呈递增趋势,吸氮量呈抛物线趋势,在N4处理达最大值;拔节至抽穗期和抽穗至成熟期的氮素吸收量先增大后减小,拔节后施用穗肥的处理氮素吸收量明显较大;氮肥表观利用率、氮肥生理利用率、氮肥农学利用率以及氮肥偏生产力均呈先增后减趋势,以N4处理的值最大;抽穗后叶片和茎鞘的氮素转运量、穗中氮增加量均呈先增后减趋势,茎鞘的氮素表观转运率和氮素转运贡献率则逐渐减小。分次施用穗肥处理中,以N8处理的抽穗期和成熟期吸氮量最多,拔节后氮素积累量最多,以及氮肥表观利用率、氮肥生理利用率、氮肥农学利用率最高,且均大于N4处理。其中两个品种N8处理总吸氮量较N1处理增加37.9%～42.3%,较N4处理增产3.7%～6.0%。因此,施用穗肥能提高水稻抽穗期和成熟期的植株含氮率,且显著增加这两个时期的吸氮量,提高抽穗后的氮素积累量和叶片氮素转运量以及穗中氮素增加量,以达到增产;在倒4和倒2叶等量分施穗肥或倒4叶单次施用穗肥可增加拔节后植株氮素积累量,提高水稻成熟期总吸氮量,且能促进水稻抽穗后茎鞘和叶片的氮素转运量,有利于产量和氮肥利用效率的提高。5.碳代谢特征:随着穗肥的施用和施用时期的推迟,整个灌浆期叶片和茎鞘NSC浓度,抽穗期和成熟期各器官可溶性糖和淀粉浓度以及碳氮比均逐渐下降;抽穗期和成熟期穗部NSC积累量占比,茎鞘NSC积累量,花后茎鞘NSC转运量和转运率,均呈先增后减趋势,在N4处理即倒4叶施用穗肥时达最大值。叶片中的可溶性糖和淀粉浓度与糙米率、精米率、整精米率、胶稠度以及蛋白质含量呈显著或极显著负相关,与直链淀粉含量呈极显著正相关;茎鞘中可溶性糖浓度与上述品质性状相关性和叶片中基本一致,茎鞘中淀粉浓度与糙米率、精米率以及胶稠度呈显著或极显著负相关。因此,施用穗肥和推迟穗肥施用时期会降低植株各器官NSC含量和碳氮比,且能提高加工品质和营养品质,但会降低蒸煮品质;在倒4叶期或稍前稍后时期施用穗肥可以增加生育后期穗部NSC积累量占比和茎鞘NSC积累量,以及花后茎鞘NSC转运量和转运率,从而有利于提高产量。6.籽粒淀粉结构与理化特征:随着穗肥的施用和施用时期的推迟,淀粉颗粒的表面积加权平均数和体积加权平均数的值均逐渐增大,小颗粒和中等颗粒的淀粉含量呈上升趋势,大颗粒淀粉含量逐渐下降。不同穗肥调控处理没有改变淀粉晶体类型,但随着穗肥的施用和施用时期的推迟相对结晶度逐渐增大,表观直链淀粉含量逐渐降低,两个品种的膨胀势和溶解度均逐渐增加;热力性能中除热焓值逐渐增大以外,起始温度、峰值温度、终止温度、回生焓和回生度均呈下降趋势;糊化性能中峰值黏度、热浆黏度、最终黏度、崩解值和消减值均逐渐减小,而糊化温度在处理间保持相对稳定。因此,施用穗肥和推迟穗肥施用时期会减少大颗粒淀粉含量,提高稻米淀粉相对结晶度、膨胀势和溶解度,降低米粉表观黏度,增加淀粉的糊化焓,从而导致优良食味粳稻稻米蒸煮食味品质有所下降。综上所述,中期氮肥调控对优良食味粳稻产量和品质的影响是多方面的、复杂的。中后期植株氮素积累量、成熟期总吸氮量以及氮肥利用率的增加,抽穗后茎鞘和叶片的氮素转运量的增加,茎鞘NSC积累量以及花后茎鞘NSC转运量和转运率的增加,是优良食味粳稻在合理中期氮肥调控下高产的重要机理。相对平衡的碳氮代谢、适宜的碳氮比、较高的米粉表观黏度以及较小的稻米淀粉相对结晶度和糊化焓,是优良食味粳稻优质的重要机理。从实现优良食味粳稻高产与优质的相对协调以及氮肥高效利用等角度综合考量,采用倒4和倒2叶等量分施穗肥最佳,但若考虑简化施肥作业次数,将追求食味品质摆在首位,同时兼顾丰产,则应选择于倒4叶或稍前单次施用穗肥为宜。