鎂鋅肥施用時期對優質軟米粳稻產量及稻米中6種元素吸收的影響

李軍 鄧先亮 朱興敏 郭保衛 魏海燕張洪程

（揚州大學農業部長江流域稻作技術創新中心/江蘇省作物遺傳生理重點實驗室，江蘇揚州225009；第一作者：2482668680@qq.com，*通訊作者：wei_haiyan@163.com）

礦質營養元素 Mg、Zn、Mn、Ca、Cu 對人體的健康有極其重要的影響，如果攝入不足將會導致免疫功能下降，出現夜盲癥等；若兒童缺乏，將會導致發育遲緩，反應遲鈍等[1-4]。全世界將近30%的人口存在嚴重的營養缺失問題[5]，以植物性食物作為主食的地區問題更嚴重[6]。在亞洲，近50%的孕婦和40%的不孕婦患有缺鐵性貧血，大量兒童和成人存在因礦質營養元素攝取不足而導致免疫系統嚴重失調的問題[7]。有關醫學專家研究指出，解決人體中微量元素缺乏問題最好的方式就是從食物中獲取[8]。在我國，水稻的種植面積和產量占我國糧食種植面積和總產量的30%和40%，更為重要的是我國人口食物的70%熱量、大部分的蛋白質、大量的礦質營養元素來自于谷物類食物。我國有約60%的人口以稻米為主食，同時稻米也是人體向自然界攝入中、微量元素的重要途徑。因此，研究稻米中N元素及礦質營養元素的變化及其影響因素具有重要意義。

含有一定量 Mg、Zn、Fe、Mn、Ca、Cu 元素的稻米，其外觀品質、蒸煮食味品質、營養品質都有提高[9-11]。在水稻生育過程中追施微量元素肥料，可以顯著提高稻米中礦質營養元素含量，改善稻米外觀品質，且稻米中礦質營養元素含量與稻米中蛋白質含量存在線性正相關關系[11]。有研究[12-16]表明，在水稻生長發育過程中追施鎂肥，可以提高稻米碾磨品質，降低堊白，提高食味值，提高稻米含氮量。鎂元素是葉綠素的重要組成成分，鎂元素缺失會減弱植物光合作用[16]。鎂在植物中平均含量為0.2%，在植物生長初期，鎂元素主要存在于葉片中，結實期大多鎂元素會被轉運到籽粒中[17]。鋅對植物體內多達200種酶起到催化、調節、穩定的作用[18-19]。有研究[20-22]指出，鋅元素可以維持細胞膜的穩定，對維持原生質功能的正常運轉尤為重要。俄勝哲等[4]研究了不同氮、磷、鉀肥用量對稻米中主要礦質營養元素的影響，表明適量的氮肥和鉀肥可以提高稻米產量及主要礦質營養元素含量和積累量；磷肥降低了各元素含量和積累量，但提高了Mg元素的吸收與稻米產量。前人主要研究了鎂鋅元素對植物的生理作用和對稻米中礦質營養元素含量的影響，以及氮磷鉀肥對稻米產量和稻米中主要礦質營養元素吸收的影響，但關于水稻不同生育期追施鎂鋅肥對稻米中N元素和礦質元素含量、積累量以及稻米產量的影響的系統研究報道很少。本研究利用江蘇大面積種植的軟米粳稻品種南粳9108和南粳505，研究鎂鋅肥追施時期對稻米中6種元素含量和積累量的影響，以期獲得富含營養的優質軟米粳稻的大田施肥措施。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及供試品種

試驗于2015－2016年在揚州大學試驗農場進行。土壤質地為沙壤土，地力平衡、中等，前茬小麥。試驗田土壤主要理化性質為：pH 值 6．00，全氮 1．2 g/kg，堿解氮 95．64 mg/kg，速效鉀 88．3mg/kg，速效磷 35．20 mg/kg；Mg、Zn 的有效含量分別為 43．41 mg/kg、0．85 mg/kg。

供試水稻品種為南粳9108和南粳505，分別屬于遲熟中粳和中熟中粳品種。

1.2 試驗設計與栽培管理

試驗采用三因素裂區設計，肥料類型為主區，設置鋅肥單施、鎂肥單施、鎂鋅配施和不施鎂鋅肥（CK）4個水平；不同追施時期為副區，設置3個水平，分別為基肥（Ⅰ）、蘗肥（Ⅱ）和穗肥（Ⅲ）；品種為小裂區。同時設置空白小區（不施肥）。氮肥為尿素（含 N 46．4%）、磷肥為過磷酸鈣（含P2O512%）、鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%）。總施純氮量為 270 kg/hm2，基肥∶分蘗肥∶穗肥=3∶3∶4，基肥、分蘗肥分別于移栽前1 d、移栽后1個葉齡施，穗肥于倒4葉和倒2葉期等量施入。N∶P2O5∶K2O=2∶1∶2，磷肥作基肥一次性施入，鉀肥分基肥和促花肥2次等量施用。鋅肥（ZnSO4·7H2O≥98%）施用量為3 kg/hm2，鎂肥（MgSO4·7H2O≥98%）施用量為 30 kg/hm2，鎂鋅配施為鎂肥30 kg/hm2+鋅肥3 kg/hm2，基肥、蘗肥、穗肥分別于移栽前1 d、移栽后1個葉齡和倒4葉期追施。

5月24日播種，采用毯苗育秧，6月12日移栽，每叢栽插4株，株距13．2 cm，行距30．0 cm，每hm2插25．27萬叢，小區面積16 m2。薄水移栽，移栽后去余補缺，精確基本苗數；分蘗期田間保持淺水層；于有效分蘗臨界葉齡期的前1個葉齡開始擱田；拔節至成熟期采取濕潤灌溉，干干濕濕；在收獲前5～7 d斷水。小區間筑雙埂并用塑料薄膜包隔，單排單灌，防止肥水混竄，重復2次。其他田間管理措施同當地高產田。

1.3 測定項目與方法

稻米中N元素的測定：將精米磨粉留樣，采用H2SO4－H2O2消化，半微量凱氏定氮法測定[24]。

稻米中微量元素含量測定：將精米磨粉留樣，用微波消解系統（MARS6，美國CEM公司）對樣品進行消解，利用全譜直讀等離子體發射光譜儀（iCAP 6300，美國Thermo Fisher SCIENTIFIC公司）測定。

稻米產量測定：成熟期各小區割取100叢，去雜，測定水分，核收實產。

1.4 數據計算與統計分析

采用Microsoft Excel 2013進行數據的錄入和計算，運用SPSS軟件進行統計分析。元素積累量（g/hm2）=精米產量×元素含量。

2 結果與分析

2.1 鋅肥追施時期對稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu元素含量和積累量的影響

2．1．1 對稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu 元素含量的影響

如圖1所示，不同時期追施鎂鋅混合肥各處理元素含量南粳505要高于南粳9108，各處理元素含量均高于CK，作基肥施的處理含量最高，其次為作蘗肥追施的處理，作穗肥增施的處理效果最小，且2個參試品種變化趨于一致。基肥處理，南粳9108和南粳505稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu 含量都要顯著高于 CK，較CK 分 別 提 高 28．95% 、48．25% 、27．83% 、78．41% 、30．21%、10．91% 和 30．47% 、24．38% 、17．77% 、62．28% 、17．01%、26．71%。除N和 Cu元素外，南粳9108各處理元素含量較CK增加幅度都要高于南粳505。進一步對不同時期追施處理間各元素含量分析表明，N元素在鋅肥作基肥和蘗肥處理間無顯著差異，均顯著高于作穗肥處理；Mg、Zn、Ca、Cu 元素含量，作基肥的處理要顯著高于作蘗肥與穗肥的處理，且作蘗肥和作穗肥處理間無顯著差異；Mn元素含量在作蘗肥處理與作基肥和作穗肥處理間無顯著差異，且作基肥的處理要顯著高于作穗肥的處理。

2．1．2 對稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu 積累量的影響

由表1可以看出，水稻產量在品種之間存在著極顯著差異，南粳9108的產量顯著高于南粳505；鋅肥施用時期對水稻產量無顯著影響；品種和施肥時期的互作對稻米產量的影響沒有達到顯著水平。各元素積累量在品種間存在極顯著差異，同一施肥時期，南粳505的元素積累量要高于南粳9108，但在作基肥時，Mn元素積累量2個品種之間沒有顯著差異，而對于N元素而言，呈現相反的趨勢。施鋅肥的處理稻米中各元素積累量均高于CK，6種元素在鋅肥作基肥施時的積累量達到最高，顯著高于作蘗肥和穗肥的處理，但對于南粳9108而言N元素積累量作基肥的處理與作蘗肥的處理沒有顯著差異，但都顯著高于作穗肥的處理；作蘗肥的處理各元素積累量顯著高于作穗肥的處理；作穗肥時，對于南粳9108，Mg、Cu元素積累量與CK無顯著差異，N、Zn、Mn、Ca 元素積累量均顯著高于 CK，而對于南粳505，除N和Mn元素積累量顯著高于CK外，Zn、Mn、Ca、Cu元素積累量與CK均無顯著差異。施肥時期與品種的互作除對N元素積累量無顯著影響外，對其他5種元素的積累量有顯著或極顯著的影響。

圖1 鋅肥追施時期對稻米中N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu含量的影響

2.2 鎂肥追施時期對稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu元素含量和積累量的影響

2.2.1 對稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu 含量的影響

如圖2所示，施鎂肥的各處理元素含量都要高于CK，南粳505要高于南粳9108，作穗肥的處理元素含量最高，其次是作蘗肥的處理，且2個品種各元素含量變化趨于一致。作穗肥的處理，2個品種N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu的含量都顯著高于CK，較CK分別增加47.51% 、85.92% 、18.39% 、91.9% 、46.23% 、36.71% 和54.6%、52.90%、9.94%、84.19%、47.59%、42.47%，2個品種均是Mn元素含量增幅最大。進一步對不同時期施肥處理間各元素含量分析表明，N、Zn、Mn、Ca、Cu 元素含量在鎂肥作穗肥時要顯著高于作基肥和蘗肥，且作基肥處理和作蘗肥的處理間元素含量無顯著差異；Mg元素含量變化趨勢，對于南粳9108，各施肥處理間的差異同 N、Zn、Mn、Ca、Cu元素含量，而對于南粳505，作蘗肥的處理與作基肥和穗肥的處理無顯著差異，但作穗肥的處理要顯著高于作基肥的處理。

2.2.2 對稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu元素積累量的影響

由表2可以看出，南粳9108稻米產量顯著高于南粳505；不同施肥時期對稻米產量有顯著影響，作穗肥時2個品種產量最高，且都顯著高于其他處理，對于南粳9108，作蘗肥的處理水稻產量要顯著高于作基肥的處理，而對于南粳505，作基肥的處理和作蘗肥的處理之間無顯著差異；品種和施肥時期的互作對稻米產量的影響沒有達到顯著水平。除N元素積累量外，各元素積累量在品種之間存在顯著或極顯著差異，南粳505各元素積累量要顯著高于南粳9108；不同時期施用鎂肥，對稻米中各元素積累量都產生了極顯著影響，2個品種各元素積累量均高于CK，在作穗肥時各元素積累量最高，與其他處理存在顯著差異；作蘗肥的處理各元素積累量顯著高于作基肥的處理；作基肥的處理，對于南粳9108來說，N、Ca、Cu元素含量與CK無顯著差異，Mg、Zn、Mn元素含量均顯著高于CK，而對于南粳505來說，N、Zn、Cu元素含量與CK相比無顯著差異，Mg、Mn、Ca元素含量均顯著高于CK。施肥時期與品種的互作效應對Mg、Ca、Cu元素積累量存在極顯著影響，對N、Zn、Mn元素積累量無顯著影響。

2.3 鎂鋅配施時期對稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu元素含量和積累量的影響

2.3.1 對稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu 含量的影響

如圖3所示，不同時期施鎂鋅混合肥的各處理元素含量都要高于CK，南粳505要高于南粳9108，且作穗肥的處理含量最高，其次為作蘗肥的處理，2個品種變化趨于一致。南粳9108和南粳505作穗肥的處理各元素含量都顯著高于 CK，N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu 元素含量較CK分別增加59.59%、95.89%、47.37%、117.30%、68.77%、42.44%和 62.83%、66.84%、37.4%、93.88%、65.87%、55.44%，2個品種中，Mn元素含量增加最多。進一步對不同時期施肥處理間各元素含量分析表明，N元素含量，作基肥的處理和作穗肥的處理間無顯著差異，但均顯著高于作蘗肥的處理；Mg元素含量各處理間無顯著差異；Ca元素含量作穗肥的處理要顯著高于作基肥和作蘗肥的處理，且作基肥的處理和作蘗肥的處理之間無顯著差異；對于南粳9108，作穗肥的處理Zn、Mn、Cu元含量要顯著高于作基肥和作蘗肥的處理，且作基肥和作蘗肥的處理之間無顯著差異，而南粳 505，Mn、Cu 元素含量各處理間無顯著差異，Zn元素含量在作基肥和作穗肥的處理間無顯著差異，但都顯著高于作蘗肥的處理。

表1 鋅肥追施時期對水稻產量及稻米N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu積累量影響

圖2 鎂肥追施時期對稻米中N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu含量的影響

2.3.2 對稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu元素積累量的影響

由表3可以看出，南粳9108產量極顯著高于南粳505；施鎂鋅混合肥時期對稻米產量也產生了極顯著的影響，2個品種均在作穗肥時達到最高，作蘗肥的處理產量與作穗肥和作基肥的處理相比無顯著差異，作穗肥的處理顯著高于作蘗肥的處理，而作基肥的處理與作蘗肥的處理之間無顯著差異；品種與施肥時期互作對6種元素積累量無顯著影響。各元素積累量在品種之間存在極顯著差異，除N元素積累量外，南粳505各元素積累量均高于南粳9108；施肥時期對各元素積累量也存在極顯著影響，各元素積累量施肥處理均高于CK，2個品種都在作穗肥時各元素積累量達到最高；作基肥的處理，除南粳505 Mn元素積累量與作蘗肥的處理間差異不顯著外，N、Mg、Zn、Ca、Cu 均顯著高于作蘗肥的處理。

表2 鎂肥追施時期對水稻產量及稻米N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu積累量的影響

圖3 鎂鋅配施時期對稻米中N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu含量的影響

3 小結與討論

3.1 鋅肥追施時期對稻米中6種元素含量及積累量的效應

有研究指出，土壤pH值與土壤中鋅的含量存在一定的相關性[24]，同時pH值影響著土壤中礦質營養元素的有效性[25]，進而影響水稻對礦質營養元素的吸收，追施鋅肥改變了土壤的理化性質，從而可以促進水稻植株對礦質營養元素的吸收。同時，鋅肥有促進水稻早發和促分蘗的作用[26]，說明水稻在整個生育前期可對鋅肥產生響應。有研究[11]表明，追施微量元素肥料可以提高稻米中礦質營養元素，稻米中的礦質營養元素含量與稻米中蛋白質含量呈線性正相關，說明提高稻米礦質營養元素的同時，稻米中N元素含量也會相應提高。本試驗結果與前人的研究結果相符，施鋅肥處理稻米中各元素含量均以作基肥施時含量最高，說明在生育前期，水稻植株中積累了較多的Zn元素、N元素和礦質營養元素，在生育后期，Zn元素促進了植株中的礦質營養元素向稻米中轉運，從而使得施鋅肥處理稻米中6中元素含量較對照有所增加，且生育前期施鋅肥的處理要高于生育后期施肥的處理；施鋅肥處理稻米產量與對照相比沒有顯著提高，可能是由于水稻對鋅肥的響應主要集中在生育前期，促進了水稻生育前期的干物質積累和分蘗發生，但無法穩定較高的分蘗數，導致最終莖蘗成穗率低，無法對產量產生顯著影響，具體原因有待進一步研究。本研究表明，施用鋅肥，6種元素含量都有提高的趨勢，其中作基肥施的處理各元素含量都顯著高于對照；施鋅肥對水稻產量沒有顯著影響；鋅肥作基肥和蘗肥施均能顯著提高2個參試品種稻米中各元素的積累量，且以作基肥施的處理各元素積累量最高。

表3 鎂鋅配施時期對水稻產量及稻米N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu積累量的影響

3.2 鎂肥追施時期對稻米中6種元素含量及積累量的效應

有研究表明，水稻在分蘗盛期至孕穗期缺Mg最為顯著[27]，Mg對水稻葉綠素含量影響最明顯的時期是拔節至抽穗期，隨著鎂肥用量的增加而增加[28]，說明水稻對鎂肥的響應主要集中在生育中期；施鎂肥可以提高稻米中的N元素和礦質營養元素含量[12-16]。本試驗結果與前人的研究結果相符，水稻對鎂肥的響應主要集中在生育中后期，水稻在中后期吸收較多鎂元素，一方面促進了葉片的生長，增加了水稻生育后期的干物質積累，協調源庫關系，增加了產量；另一方面，后期植株中較多的Mg元素積累促進Mg元素向稻米中轉運，增加稻米中Mg元素及其他礦質營養元素含量。本研究表明，穗肥時期追施鎂肥對各元素含量提升最為顯著，稻米產量也顯著提高；作蘗肥的處理亦能顯著提高各元素積累量。

3.3 鎂鋅配施時期對稻米中6種元素含量及積累量的效應

稻米中鋅含量與土壤中鎂的含量呈顯著正相關，這可能是由于N和Mn，K和Zn、Cu，Ca和Cu之間存在拮抗作用，Zn與Mg之間存在協同作用所致[29]。Mg、Zn這2種礦質營養元素具有相互促進吸收的作用，鎂、鋅肥混施同時也促進了N元素的吸收[26]，提高了水稻蛋白質含量。本研究結論與前人研究結果相符，鎂、鋅的互作效應體現在，同一施肥時期，鎂鋅混合肥對稻米產量和6種礦質營養元素含量、積累量的影響要高于單施鋅肥和鎂肥的處理。產量提高可能是由于鎂鋅互作促進了有效分蘗，提高了莖蘗成穗率，也有可能是由于互作效應提高了有關淀粉合成酶（ADPG焦磷酸化酶、淀粉合成酶、Q酶）的活性，促使干物質在生育后期向稻米中轉運并且合成淀粉，從而提高了產量；由于鎂鋅的互作效應提高了水稻植株中各元素的含量，從而促使各元素向稻米中轉運，提高了稻米中各元素含量，使得積累量也相應提高；穗肥時期追施鎂鋅混合肥稻米產量提高最為顯著，最有可能是提高了水稻的高效葉面積率，達到擴源增庫的效果。本研究表明，6種元素含量以鎂鋅混合肥作穗肥施時增加最顯著，作基肥時次之，作蘗肥時增幅最小；不同時期施用鎂鋅混合肥顯著提高了參試品種稻米中6種元素的積累量，以作穗肥施時最顯著，其次是作基肥施的處理；作穗肥施顯著提高了稻米產量，作基肥和蘗肥追施對水稻產量也有提升，但不顯著，且兩者之間的差異不顯著。