锌肥种类对太湖地区水稻生长和稻米品质的影响

Effects of Zinc Fertilizer Types on Rice Growth and Rice Quality in Taihu Lake Region

徐巡军 Xunjun XU , 葛仁山 Renshan GE , 李晓 Xiao LI , 郭春雷 Chunlei GUO , 胡波 Bo HU

1 张家港市耕地质量保护站江苏张家港 215600 Zhangjiagang Farmland Quality Protection Station, Zhangjiagang 215600, China 2 江苏华昌化工股份有限公司江苏张家港 215634 Jiangsu Huachang Chemical Co., Ltd., Zhangjiagang 215634, China

摘要：

为探究锌肥对太湖地区水稻生长及品质的提升效果，通过田间试验，测定并分析了不同锌肥处理的稻米品质，调查统计了水稻生育时期农艺性状及收获时的产量构成因素。试验结果表明：施用锌肥可以增加水稻株高及有效分蘖数，显著提高稻米品质，增加水稻籽粒锌含量、水稻生物产量和经济产量；EDTA螯合锌、氨基酸锌的应用效果优于硫酸锌。

关键词：

锌肥; 水稻; 农学性状; 产量; 品质;

Abstract：

In order to explore the effects of zinc fertilizer on the growth and quality of rice in Taihu Lake region, the quality of rice treated with different zinc fertilizers is determined and analyzed through field experiments. The agronomic characters during rice growth and the yield components at harvest time are investigated and counted. Experimental results show that the application of zinc fertilizer can increase the plant height and effective tiller number of rice, significantly improve rice quality, increase rice grain zinc content, rice biological yield and economic yield; the application effects of EDTA chelated zinc and amino acid zinc are better than that of zinc sulfate.

Keyword：

zinc fertilizer; rice; agronomic characters; yield; quality;

锌是作物生长发育必需的微量元素，对作物的生长发育起着至关重要的生理生化作用^[1]，同时锌也是与人体健康密切相关的必需微量营养元素^[2]。近年来，由于化肥施用量逐年增多、有机肥用量的减少、高产品种的推广、复种指数的提高等原因，造成农田大面积缺乏微量元素，致使某些地区因缺锌而制约了农作物的生产^[3]。近年来的调查发现，随着谷物生产量逐年增加，作物中存在的缺锌问题也逐渐暴露出来^[4]，这不仅会影响作物的生长发育，也会影响锌在作物籽粒中的累积，进而影响人体的健康水平。目前，国内外关于作物对锌的吸收、累积和分配的研究较多^[5-6]，并有研究^[7-9]表明，施用化肥会影响作物根系对锌的吸收，进而影响作物籽粒中锌的含量。我国约60%的居民以稻米为主食，因此，研究水稻对锌的吸收、积累和分配机理，直接关系到国民的身体健康状况^[10]。对水稻或旱稻单一锌肥试验的研究表明，水稻或旱稻施用锌肥能明显提高植株各部位锌的含量^[11-12]。另外，不同施氮量的试验也表明，氮肥能显著影响水稻各部位中微量元素的含量^[13]，合理施用锌肥是解决水稻缺锌的简单高效的农艺措施。锌肥主要2种施用方式，即土壤施锌和叶面施锌^[14]。已有文献多以硫酸锌作为锌肥，但市场上有多种含锌化合物，如螯合锌、有机锌、化学锌等，其化学和生理性质(如溶解性、稳定性、分子量等)各不相同，这些差异可能影响作物对锌的吸收^[15]，进而影响作物产量及籽粒品质，然而不同形态锌化合物对主要粮食作物水稻锌元素的吸收、累积的报道较少^[16]。

为了探究不同种类锌肥对太湖地区水稻产量及品质的提升效果，在田间设置不同种类的锌肥处理，通过测定稻米品质、调查统计水稻生育时期植株农艺性状以及收获时的产量构成因素，以期为水稻生产中锌肥的选取及施用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2017年在江苏省常熟市进行，土壤类型为潜育型水稻土——乌珊土。试验设置5个处理，其中：T1，不施肥对照处理；T2，当地常规化肥处理；T3，EDTA螯合锌+化肥处理；T4，氨基酸锌+化肥处理；T5，硫酸锌+化肥处理。

施化肥处理(T2、T3、T4、T5)中，所用氮肥为尿素(含N质量分数46%)，磷肥为过磷酸钙(含P₂O₅质量分数12%)，钾肥为氯化钾(含K₂O质量分数60%)；氮肥施用量均为纯氮300 kg/hm²，其中40%用作基肥，30%用于分蘖期追肥，30%用于穗期追肥；磷肥和钾肥作为基肥一次施入，用量分别为P₂O₅ 75 kg/hm²和K₂O 150 kg/hm²。施锌肥+化肥处理(T3、T4、T5)中，锌肥施用量均为纯锌3 kg/hm²，作为基肥与化肥配合施入土壤。

试验选用的水稻品种为南粳46号，种植密度25穴/m²，等行距种植，小区面积42 m²，3次重复，随机区组排列。2017年6月13日人工插秧，7月10日进行第1次追肥，8月15日进行第2次追肥，10月30日收获，田间管理一致。植株采样时期为分蘖期(7月10日)、抽穗期(8月15日)和成熟期(10月25日)。

1.2 样品采集和测定方法

播种前取0~20 cm耕层土壤测定其基础肥力，土壤有机质、pH、全氮、速效磷和速效钾的测定参照《土壤农化分析》^[17]进行，结果如表 1所示。

表 1

试验地0~20 cm耕层土壤基本理化性状

有机质/ (g·kg^-1)	全氮/ (g·kg^-1)	速效磷/ (mg·kg^-1)	碱解氮/ (mg·kg^-1)	速效钾/ (mg·kg^-1)	有效锌/ (mg·kg^-1)	全锌/ (mg·kg^-1)	pH
34.15	5.13	24.32	120.29	140.22	10.93	86.7	7.65

株高测定：每个小区取连续15株进行田间测定。

水稻籽粒锌及全氮含量测定：参照《土壤农化分析》^[17]进行。

稻米品质测定：按照标准《优质稻谷》(GB/T 27891—1999)测定糙米率、碱消值、胶稠度；依据标准《大米直链淀粉含量的测定》(GB/T 15683—2008)测定直链淀粉含量；根据标准《谷类豆类作物种子粗蛋白质测定法(半微量凯氏法)》(NY/T 3—1982)测定蛋白质含量。

生物量测定：每个小区采15株植株样，于105 ℃下杀青30 min，于80 ℃烘干至恒重，称重。

产量测定：成熟时每处理小区收获面积为1 m²，按含水质量分数14%折算进行考种并测定产量。

1.3 相关参数计算

经济系数＝经济产量/生物产量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010进行试验基础数据处理；采用SPSS 19.0对试验数据进行方差分析和显著性检验；处理间差异采用Duncan多重比较法，差异性水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 不同锌肥处理对水稻分蘖数和株高的影响

由图 1可以看出：与不施肥对照T1处理相比，土壤中施入肥料后对水稻的生长产生了不同的影响，其中T2处理对水稻分蘖产生了一定的促进效果；而相比于T2处理，在水稻分蘖前期施用不同锌肥促进了水稻分蘖，在基本苗一致的基础上，T4处理分蘖数最多，达到400.5万株/hm²，其次为T3处理(382.5万株/hm²)、T5处理(367.5万株/hm²)，均高于T2处理(349.5万株/hm²)，但T3、T4和T5处理间水稻有效分蘖数无显著性差异；追肥以后，T3处理的水稻分蘖数(433.5万株/hm²)增加较快，与T4处理的分蘖数(423.0万株/hm²)基本持平。

图 1

不同锌肥对水稻分蘖数的影响

从图 2(小写字母不同表示处理间差异达到P＜0.05显著水平，下同)可以看出，施用锌肥促进了水稻生长。在分蘖期，T3和T4处理的株高高于T1和T2处理，T5、T1及T2处理均没有显著性差异；在抽穗期，不同锌肥处理的株高无显著性差异；在成熟期，T3处理株高显著高于其他各处理，T4处理株高高于T1、T2和T5处理，且T4处理的株高与T1处理差异显著。

图 2

不同锌肥对不同生育阶段水稻株高的影响

2.2 不同锌肥处理对水稻籽粒锌和全氮含量及品质的影响

从表 2可以看出：对照T1处理的籽粒锌和全氮含量均最低；与T1和T2处理相比，T3、T4以及T5处理的籽粒锌和全氮含量均有所增加，其中T3处理的籽粒锌及全氮含量的增加量达到显著水平，较T2处理分别增加了16.3%和5.7%；T4处理籽粒锌含量显著高于T2处理，较T2处理增加了10.9%；T5处理的籽粒全氮含量的增加量达到显著水平，较T2处理增加了4.3%。

表 2

不同锌肥处理对水稻籽粒锌和全氮含量的影响

处理	籽粒锌含量/(mg·kg^-1)	籽粒含全氮质量分数/%
T1	19.01±0.35 c	1.33±0.02 c
T2	19.15±0.28 c	1.41±0.03 b
T3	22.28±0.32 a	1.49±0.03 a
T4	21.23±0.41 ab	1.45±0.04 ab
T5	20.54±0.44 bc	1.47±0.02 a

从表 3可以看出，经施肥处理后，对水稻籽粒品质产生了显著影响。与T1和T2处理相比，T3、T4和T5处理的糙米率、碱消值、胶稠度以及籽粒蛋白质含量都有所增加，其中糙米率表现为T4＞T3＞T5＞T2＞T1，且T3和T4处理糙米率均显著高于T1和T2处理；T3处理的碱消值、胶稠度和籽粒蛋白质含量的增加量均达到显著水平，较T2处理分别增加了14.3%、12.1%和3.5%；T4处理的碱消值和胶稠度显著高于T2处理，较T2处理分别增加了7.6%和13.1%；T5处理的胶稠度、籽粒蛋白质含量的增加量达到显著水平，较T2处理分别增加了6.9%和2.9%；同时，与T1和T2处理相比，T3、T4和T5处理均使直链淀粉含量显著降低，其中T4处理的直链淀粉含量减少量最大。

表 3

不同锌肥处理对水稻籽粒品质的影响

处理	糙米率/%	碱消值	胶稠度/mm	w(蛋白质)/%	w(直链淀粉)/%
T1	78.50±0.95 d	4.73±0.05 c	64.67±0.76 c	7.77±0.21 c	20.79±1.01 a
T2	80.87±0.12 c	4.90±0.17 c	67.17±2.57 c	8.35±0.14 b	16.48±0.69 b
T3	81.87±0.21 ab	5.60±0.17 a	75.33±2.36 a	8.64±0.10 a	14.21±0.12 c
T4	82.16±0.15 a	5.27±0.06 b	76.00±1.50 a	8.53±0.13 ab	14.20±0.17 c
T5	81.27±0.06 bc	4.97±0.29 bc	71.83±0.76 b	8.59±0.07 a	14.78±0.15 c

2.3 不同锌肥处理对水稻产量及产量构成因素的影响

由表 4可以看出：各处理中，不施肥对照T1处理的产量构成因素及水稻产量均较低；与T2处理相比，T3处理的穗粒数和千粒质量都有所增加，且增加量均达显著水平；T4处理的穗粒数和千粒质量较T2处理有所增加，且千粒质量增加量达显著水平；T5处理的穗粒数和千粒质量均高于T2处理，但差异均不显著；各处理间有效穗数均无显著性差异；与T1和T2处理相比，T3、T4和T5处理的生物产量和经济产量均有所增加，各处理经济产量表现为T3＞T4＞T5＞T2＞T1，其中T3、T4和T5施锌肥处理的经济产量较T2处理分别提高了8.8%、6.5%和4.7%，较对照T1处理分别提高了16.7%、14.3%和12.3%；不同处理间的经济系数在0.422~0.439之间变化，各处理间差异不显著。

表 4

不同锌肥处理对水稻产量及产量构成因素的影响

处理	穗粒数/粒	千粒质量/g	有效穗数/ (万株·hm^-2)	生物产量/ (kg·hm^-2)	经济产量/ (kg·hm^-2)	经济系数
T1	126±2 c	20.85±0.62 c	261.66±3.48 a	16 285±277 b	6 874±129 d	0.422±0.032 a
T2	130±2 b	21.15±0.73 bc	268.16±3.48 a	17 848±290 a	7 373±117 c	0.425±0.044 a
T3	137±3 a	22.23±0.39 a	263.44±2.95 a	18 371±331 a	8 023±70 a	0.439±0.005 a
T4	134±1 ab	22.30±0.54 a	262.87±5.15 a	18 099±211 a	7 855±108 ab	0.434±0.026 a
T5	134±2 ab	22.04±0.26 ab	261.40±6.61 a	18 037+251 a	7 720±176 bc	0.428±0.021 a

3 讨论

3.1 不同种类锌肥对水稻农艺性状的影响

锌是作物生长素合成的重要成分，与植物体内呼吸、核蛋白的合成及氧化还原反应密切相关，并通过参与叶绿素的合成和营养物质转化进而参与植物光合作用^[18]。水稻是我国主要的粮食作物之一，锌元素供应不足会导致水稻生育延迟、抗逆性和分蘖能力减弱、产量降低。水稻是锌敏感作物，水稻种植中施用锌肥可促进株高、有效分蘖数、穗粒数和千粒质量的增加，增产效果显著^[19]。但是不同锌肥品种对水稻生物性状的影响有差异，不同种类锌肥的有效性与其存在形态有一定相关性。

田间试验结果表明，不同种类锌肥对水稻生长均产生促进作用，施用锌肥的处理(T3、T4和T5处理)有效分蘖数高于T2和T1处理，这与Sharma等^[20]的研究结果一致。微量元素锌可促进水稻分蘖，但T3、T4以及T5处理之间水稻的有效分蘖数没有显著性差异，不同形态锌的差异不明显。施用锌肥可以促进水稻生长，分蘖期T3和T4处理的水稻株高均高于T2处理，T5处理与T2处理没有显著性差异。研究发现，添加氨基酸及锌的肥料对作物的影响会直观反映在作物的农艺性状方面。蒋海英等^[21]研究显示，施用含螯合锌的肥料后可显著增加作物干物质量的积累，促进作物生长发育并提升其品质。Soltani等^[22]试验证明，添加了含氨基酸的生物刺激素的肥料可明显提高禾本科作物的抗逆性。刘珂等^[23]研究发现，将锌肥与氨基酸等生物刺激素配施可明显提高小麦籽粒千粒质量及微量元素含量。通过田间试验发现，施用氨基酸锌与EDTA螯合锌均能促进水稻生长，千粒质量较T1处理均明显增加，EDTA螯合锌处理的水稻成熟期株高及穗粒数较T1处理显著增加，但氨基酸锌处理无明显差异。

3.2 不同种类锌肥对水稻籽粒锌和全氮含量及稻米品质的影响

近年来，随着农业生产条件的改变，农作物产量逐年提高，稻米品质日益受到人们的关注。据统计，我国约有40%的土壤缺锌，这不仅影响植株的生长，也影响锌在农作物籽粒中的积累，进而影响稻米品质和人体锌的营养安全^[24]。常红等^[25]研究发现，在高施氮量条件下，会引发农作物锌积累量减少。施用锌肥不仅可以提高水稻产量，而且能显著提高水稻籽粒锌含量^[26]。田间试验结果显示，施加EDTA螯合锌和氨基酸锌均有效提高了水稻籽粒锌含量，其中氨基酸锌促进水稻锌素吸收可能与其分子结构有关。氨基酸与锌结合为复合物后，可有效避免锌被细胞壁吸附及磷酸盐沉淀，更有利于锌元素的运输及在植物体内的积累^[27]；同时，氨基酸作为一种生物刺激素，可在透过植物细胞膜时通过与氨基酸转运有关的载体蛋白进行锌的运输，使锌更易被植物的根、叶所吸收^[28]，提高锌的利用率。不同种类锌肥对水稻籽粒锌含量的贡献不同，这可能是土壤复杂结构对不同形态锌离子有固定作用，且植物根系的空间分布不均匀，导致其难以被水稻吸收利用，从而降低了其生物有效性^{[8, 29]}。

锌元素的吸收能促进植株对氮素的积累，而氮素的施用也会影响稻米的营养品质^[30]。Ozturk等^[31]针对不同基因型小麦进行的研究表明，小麦籽粒的锌含量与蛋白质含量之间存在正相关关系，且锌和蛋白质的丰度在籽粒同一位置显现，表明籽粒锌和蛋白质的积累有相似的生理生化过程，这与笔者对水稻的研究结果一致。田间试验结果显示，锌肥可以增加籽粒对氮和锌的吸收，与T1和T2处理相比，T3处理的籽粒中锌含量、全氮含量和蛋白质的增加量达到显著水平；T4处理的籽粒中锌含量、全氮含量和蛋白质都有所增加，其中T4处理的籽粒中锌含量的增加量达到了显著水平；T5处理的籽粒中全氮含量、蛋白质的增加量达到显著水平。该研究结果进一步说明水稻籽粒锌含量与氮含量存在协同增效作用，施用不同锌肥具有增加水稻籽粒锌富集和提高籽粒蛋白质含量的双重效应。

施用锌肥对稻米品质可产生重要影响。稻米胶稠度、碱消值、糙米率和直链淀粉含量可以反映稻米蒸煮品质的优劣，其中直链淀粉含量与稻米的柔软度及光泽度息息相关，而胶稠度与稻米的黏性呈正相关，胶稠度长表示稻米柔软^[32]，故一般认为直链淀粉含量低、胶稠度较长的稻米食用口味品质较好。田间试验结果表明，T3和T4处理的水稻糙米率、碱消值和胶稠度较T2处理均显著增加，直链淀粉含量显著降低，有效改善了稻米营养品质及蒸煮食味品质。这主要是由于在水稻中施用锌肥后，可有效促进水稻的光合作用，活化碳水化合物转化酶，进而提升稻米品质。而在田间试验的处理中，EDTA作为一种很强的螯合剂，可在锌离子外包裹一层有机物质，形成一个大分子，使得以之为载体的锌肥在迁移过程中不易被胶体固定，极大地提高了锌肥利用效率，有效为作物补充所需求的锌元素；氨基酸作为一种小分子有机物可以有效螯合锌离子形成氨基酸锌^[33]，使之更容易被作物吸收，促进作物生长、改善作物品质、提高锌累积量及养分利用率^[34-35]，同时氨基酸结构中含有大量氨基和羧基官能团，可为植物体合成蛋白质提供原料，提供其生长发育所需的有机氮，提高土壤中有机物质的分解速率，将其转化为植物体可以吸收利用的矿物质。此外，添加化学锌处理(T5处理)的水稻品质提升效果明显不如EDTA螯合锌(T3处理)和氨基酸锌(T4处理)，可能是由于无机态锌离子在作物叶片及根部的穿移速率及锌利用效率较有机小分子氨基酸态锌更低^[36]，致使其锌肥利用效率不高，对水稻品质提升效果不明显。

3.3 不同种类锌肥对水稻产量及产量构成因素的影响

施用锌肥可以增加土壤中锌元素积累，增加作物有效穗数、穗粒数并提高结实率，对小麦、水稻、玉米产生增产作用^[37-39]。郭九信^[13]等也指出，在缺锌土壤上施用锌肥能显著提高水稻产量，尤其在土壤有效锌含量较低的地区，增产效果尤为显著，且锌肥施入土壤的增产效果优于叶面喷施。一些研究^[40]发现，锌肥不同用量和不同品种对水稻产量和籽粒锌含量的影响不同。在田间试验中，3个添加锌肥处理的经济产量均有所增加，其原因在于锌肥施入土壤后，提高了水稻叶片叶绿素含量及光合作用相关酶的活性，增强了水稻对养分的吸收和根系活力，促进水稻干物质的积累，从而增加产量^[41]。

施用EDTA螯合锌(T3处理)和氨基酸锌(T4处理)对提高产量的效果较为显著，其原因可能是：EDTA螯合锌施入土壤后，显著增加了土壤交换态锌，其肥效是施用普通化学锌的3倍以上^[42]，对产量的促进作用最为明显，这也与Naik等^[43]的研究结果一致；土壤中施入氨基酸锌后，一方面氨基酸中本身含有一定量的氮源，可为土壤及植物补充氮素，同时氨基酸作为一种有机小分子，与锌螯合后，可更加有效地对植物起到生物刺激素作用，使植物更好地吸收和转运锌元素。而添加化学锌(T5处理)的水稻产量较常规化肥处理(T2处理)有所增加，但两者之间无显著差异，其可能的原因是硫酸锌虽然溶解度高、移动性好，但作为肥料的外源锌以离子或络离子等形态进入土壤，土壤表层的黏土矿物很容易与其缔合，参与土壤中的代换反应或与土壤中的有机质结合，即易被土壤固定形成沉淀，导致肥效变差，因此增产效果不明显。同时，田间试验中施用不同种类锌肥处理之间对有效穗数的影响无明显差异，T3、T4和T5处理的千粒质量及穗粒数均显著高于对照T1处理，说明施用锌肥对提高水稻的千粒质量及穗粒数产生了积极作用，进而提高了作物经济产量。

4 结语

通过农艺措施可提高水稻籽粒锌含量，合理使用锌肥可以有效提高水稻产量和改善稻米营养品质。在太湖水稻种植地区，不同锌肥品种在随氮磷钾大量元素肥料配合施用时对水稻生长、稻米品质及水稻产量有不同的效果。施用锌肥促进了水稻生长，增加了水稻株高及有效分蘖数，显著提高了稻米品质，增加了水稻籽粒锌含量、水稻生物产量和经济产量。在施用不同种类的锌肥时，EDTA螯合锌、氨基酸锌应用效果优于硫酸锌，施用氨基酸锌及EDTA螯合锌可显著提高水稻籽粒品质，增加稻米糙米率、碱消值、胶稠度和微量元素锌含量。

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