氮鋅配施對作物產量、品質及養分吸收利用的影響研究進展

趙麗芳，袁 亮，張水勤，趙秉強，林治安，李燕婷

（中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所/農業農村部植物營養與肥料重點實驗室，北京 100081）

鋅是維持機體正常生命活動必不可少的微量元素之一，與人體的生長發育、組織的修復密切相關［1-2］，然而，全世界幾乎一半人口受到缺鋅的困擾［3］。在許多以谷物為主的發展中國家，人體缺鋅現象尤其嚴重，這主要是因為谷物籽粒中的鋅含量偏低，不能滿足人體的需要。因此，提高谷物籽粒中鋅的含量關系到人類健康與社會發展［4］。土壤是植物吸收鋅元素最主要的來源，然而我國缺鋅土壤面積占總耕地面積的51.5%［5］，這也就導致農田生態系統中鋅的缺乏［6］。在生產中通常通過向土壤施用或向葉面噴施鋅肥來補充土壤與作物中的鋅。然而，土壤施用鋅肥常存在施用不均的問題，且效果容易受到土壤條件的限制，如鋅肥施用后易被土壤固定，其有效性降低；而葉面噴施養分在葉面附著時間短，且易受氣候環境條件影響等問題致使補充的鋅量非常有限，一般只能作為土壤施用的輔助方式［7-9］。在生產實踐中，為提高鋅肥的有效性，通常以鋅與螯合物制備成螯合鋅肥進行施用，以提高鋅的有效性，具有肥效高、用量少的優點，其中的螯合劑還能螯合土壤中其他中微量營養元素［10］，但一些人工螯合劑（如EDTA、DPTA等）成本高，不易降解，長期施用存在環境污染風險；而一些天然螯合物（如氨基酸、檸檬酸、多糖等）又存在螯合性能差、降解快，螯合體性質不穩定等問題［11］。

研究表明，氮素極有可能是影響植物富集鋅的重要營養成分［12］，施氮能促進作物根系對鋅的吸收和轉運，進而提高作物籽粒中鋅的濃度［13-16］；施鋅也能夠通過促進氮的代謝過程，提高作物對氮素的吸收利用［17-18］，鋅與氮肥（如尿素）配合施用可以提高鋅肥的有效性［19］。可見，氮鋅配施存在協同效應［20-25］，但這種協同效應受作物種類、土壤性質、氮鋅配施比例及配施方式等因素的影響，氮鋅配施在作物生長、產量和養分吸收利用等方面的影響也不同。本文通過查閱大量文獻，闡述了氮鋅配施在不同作物上的應用效果，并分析了作物種類與品種、土壤性質與肥力以及配施比例與配施方式等對氮鋅配施應用效果的影響，以期為氮鋅配施在生產實踐中的科學應用提供技術依據和理論指導。

1 氮鋅配施對作物生長與產量的影響

促進作物生長。與氮、鋅分別單施相比，氮鋅配施可增加小麥株高、分蘗數和次生根數量，提高小麥成穗率、穗粒數、千粒重等，從而提高小麥產量［20］；與普通尿素相比，加鋅尿素有效提高了玉米株高、根長及葉綠素含量等［26-27］。劉紅霞等［28］研究表明，氮鋅配施可增加玉米株高、果穗長、穗粒數及千粒重，且隨氮、鋅肥用量的提高增加效果越明顯。氮鋅配施可促進根系生長發育［29］。張均等［30］研究發現，氮鋅配施可通過提高根系氮、鋅代謝相關酶活性，從而提高根系代謝能力，促進根系生長發育。氮鋅配施還可促進植物光合作用，提高光合效率，進而促進作物生長，提高產量［12］。

影響作物干物質累積和養分吸收。研究表明，施用普通尿素水稻干物質累積及養分吸收主要集中在分蘗期和孕穗期，施用加鋅尿素，水稻干物質積累及養分吸收則主要集中在孕穗期至成熟期，提高了有效分蘗及有效穗數，為水稻高產穩產奠定了基礎［31-32］。氮鋅配施能顯著提高水稻各部位的鋅濃度和籽粒鋅累積量，同時也能提高水稻籽粒的氮累積量和粗蛋白質含量［33］。氮肥、鋅肥分別單施和氮鋅配施對冬小麥各生育時期植株中的鋅累積量都有著極顯著的影響，但配施的效果要優于單施其中任何一種肥料［34］。陸欣春等［35］在石灰性土壤上連續開展2年試驗，研究氮鋅配施對冬小麥生長的影響，結果表明，單施鋅肥對小麥地上部的鋅吸收量影響不明顯，而氮鋅配施時，兩季水稻地上部的鋅吸收量分別增加了6.5%和29.8%。

提高作物產量。研究證明，氮鋅配施對于作物產量的影響為正交互效應［24，36-37］，可明顯提高小麥、水稻、玉米等作物的產量。與單施氮肥相比，在田間試驗中，氮鋅配施小麥平均增產9.76%～16.60%；在盆栽試驗中，小麥平均增產10.20%～18.80%［20］。在適宜的氮水平下，氮鋅配施較單施氮肥小麥增產5.30%～14.60%［26］；施用加鋅尿素水稻產量較普通尿素提高9.80%［32］。在石灰性土壤上，單施鋅肥僅提高了1個小麥品種的產量，而氮鋅配施則可使多個（9個）小麥品種明顯增產［35］。氮鋅配施對夏玉米增產顯著，增產幅度可達83.19%～108.17%［28］；較氮肥和鋅肥單獨施用分別增產12.71%和78.60%［38］。而且氮鋅配施可實現減肥增產，施用含鋅尿素較普通尿素能明顯增加玉米穗粒數，提高籽粒產量4.25%；在減氮20%或15%的條件下，含鋅尿素較普通尿素仍可增產2.15%［39-40］。

因此，氮鋅之間存在協同效應，二者配施能夠促進作物的生長發育，提高各產量構成因素，影響不同生育期干物質的累積和養分吸收，進而對產量有一定的提升作用。

2 氮鋅配施對農產品品質的影響

鋅是合成蛋白質必需的RNA聚合酶、影響氮代謝的蛋白酶和合成谷氨酸的谷氨酸脫氫酶的組成成分［41］，與植株氮代謝有緊密關系。缺鋅和鋅過量都會使硝酸還原酶的活性降低，使植株內NO3-含量升高而NH4+含量降低［42］，造成NO3-的累積，對作物和食用者產生毒害。施用鋅肥可改善大豆的氮營養狀況，增強氮素代謝，大豆籽粒的氨基酸含量得到相應提高，進而改善大豆品質［43］。郭九信等［33］研究發現，水稻籽粒粗蛋白質含量與鋅肥施用水平之間存在顯著正相關關系。在適宜的氮水平下，氮鋅配施較單施氮肥提高了小麥籽粒蛋白質含量［26］，這主要是由于氮鋅合理配施促進了氮和鋅向籽粒的運轉，從而有利于蛋白質的合成［44］。氮鋅配施還可降低因施氮過多引起的品質下降，過量施用氮肥，不利于小白菜品質的改善，但配施適量鋅肥后，可以明顯增加小白菜體內維生素C及還原糖含量，并降低其NO-3含量［45］。

可見，氮鋅配施能夠通過提高籽粒粗蛋白質、氨基酸、維生素C及還原糖等一些品質元素的含量等途徑來改善作物的品質。

3 氮鋅配施對作物吸收利用氮、鋅的影響

氮鋅配施可促進植物體對鋅的吸收和累積［46-49］，促進鋅養分向籽粒的轉移。試驗證明，氮鋅配施可促進冬小麥對鋅的吸收，提高冬小麥的鋅含量［50］；氮肥、鋅肥單獨施用和氮鋅肥配施對冬小麥各生育時期吸收鋅都有促進作用，但二者配施的效果要優于二者分別單施的效果［34］。陸欣春［51］在石灰性土壤上進行了連續2年重復的田間試驗，結果表明，氮鋅配施提高了小麥地上部鋅累積量，與對照相比，兩季分別增加6.5%和29.8%。Erenoglu等［4］用65Zn進行的氮、鋅互作研究表明，增施氮肥能促進植物體內鋅的再轉運，進而提高小麥成熟期籽粒鋅含量，有助于達到籽粒鋅生物強化的目的。收獲期單施氮肥有利于鋅素向莖葉和穗部的分配，但不利于鋅素向籽粒的分配；單施鋅肥則能夠促進各器官中鋅素向籽粒的轉移，提高籽粒中鋅的分配比例，而這一現象在氮鋅配施處理中表現得更加明顯［34］。

氮鋅配施也影響作物對氮素的吸收利用，從而提高氮肥利用率。氮鋅配施增加了各器官尤其是籽粒的氮積累量，進而提高小麥籽粒的氮含量和氮累積量；單施鋅肥僅對成熟期小麥穎殼氮含量有顯著的提高作用，而氮鋅配施則能顯著提高冬小麥4個時期各部位氮含量［52-53］；氮鋅配施能夠促進收獲期氮素由莖葉向籽粒的轉運和儲存，與單施氮肥相比，冬小麥的氮肥表觀利用率、氮肥生理利用率和氮肥農學利用率分別提高了4.8%～14.4%、1.4～9.8 kg/kg和0.6～6.4 kg/kg［26，34］。施 用 含鋅尿素能夠促進玉米植株對肥料氮素的吸收和利用，促進玉米莖葉中的氮素向玉米籽粒中轉移，進而增加玉米籽粒中的氮含量；與普通尿素相比，玉米氮累積量和氮肥利用率分別提高了21.17%和475.00%［39-40］。在減氮15%條件下，施用含鋅尿素玉米氮積累量和氮肥利用率仍可提高22.56%和47.60%［40］。

綜上所述，氮鋅配施能夠促進作物對氮和鋅元素的吸收、氮和鋅由各器官向籽粒的轉移及在地上部的積累，二者配施可有效提高作物籽粒的氮、鋅含量，這對于改善作物品質起到了很好的促進作用。

4 氮鋅配施對氮、鋅有效性的影響

氮鋅配施對于提高土壤中氮、鋅有效性具有協同效應，對于土壤中的堿解氮、有效鋅含量水平具有一定的提升作用，可為作物生長發育提供有效的養分供應。研究發現，氮鋅配合施用，堿解氮含量比單施氮處理提高 9.13%～21.20%，有效鋅含量較單施鋅處理增加8.75%～42.90%［20］。在氮鋅配施情況下，土壤全鋅、礦物態鋅、交換態鋅含量均有明顯增加，且小麥在播種前、灌漿期和收獲期表層土壤有效鋅含量較對照分別增加了98.7%、48.7%和83.8%［54-55］。Das［56］在磚紅壤淹水條件下也研究了氮鋅配施對土壤不同組分鋅的影響，結果表明，氮鋅配施有利于淹水條件下磚紅壤土壤鋅有效性的提高，二者配施水溶性交換態鋅、有機質結合態鋅、錳氧化物結合態鋅和非晶態氧化鐵結合態鋅分別提高29.40%、3.28%、5.40%和10.40%。聶兆君等［50］研究發現，與單施鋅處理相比，氮鋅配施顯著降低了根際土壤有效鋅含量，且根際土壤有效鋅含量低于非根際土壤，這是由于氮鋅配施促進了根系對鋅的吸收，從而降低了近根區土壤養分的濃度；但對于非根際土壤來說，氮鋅配施顯著提高了土壤有效鋅含量，可能是因為氮鋅配施降低了根際土壤pH，促進土壤中鋅從松結有機態和碳酸鹽結合態向交換態轉化，從而提高了土壤鋅的有效性［51，57-58］。

5 影響氮鋅配施效果的因素

5.1 作物種類及品種

因不同作物對鋅的敏感程度不同，氮鋅配施效果因作物類型不同而異，且同一作物類型不同品種對其也會產生一定的影響。

不同作物，氮鋅配施量及其效果不同。據試驗研究，在相同施鋅水平下，與施氮180 kg/hm2相比，施氮300 kg/hm2時水稻的籽粒鋅含量可增加1%，而小麥的籽粒鋅含量則可增加23%［33，59］。在施氮180 kg/hm2，配施硫酸鋅（ZnSO4·7H2O）30 kg/hm2時冬小麥產量最高，相比于單施氮肥增產14.6%［26］。劉紅霞等［28］研究認為，239.1 kg/hm2N和25.8 kg/hm2ZnSO4·7H2O配合施用時夏玉米可達最高產量，較對照增產幅度達83.9%～108.7%；在綜合考慮玉米生物產量、籽粒產量、經濟效益及環境影響的前提下，則以N 160 mg/kg和鋅肥（ZnSO4·7H2O）80 mg/kg為最佳配施量，玉米產量比氮、鋅肥單施分別提高12.71%和78.60%［38］。郭 新 平 等［43］研 究 認 為，以N 60 kg/hm2和 鋅（ZnSO4·7H2O）15 kg/hm2配施時，大豆產量最高，較不配施鋅肥增產7.2%～11.1%。

同一作物、不同品種，氮鋅配施效果也存在差異。研究發現，在施用大量元素的基礎上，普通小麥以施硫酸鋅（ZnSO4·7H2O）11.25 kg/hm2為宜，而強筋小麥則需施硫酸鋅（ZnSO4·7H2O）22.5～33.75 kg/hm2［60］。陸欣春［61］研究發現，相同氮鋅配施條件下，在供試的10個小麥品種中，僅有1個品種（小偃22）籽粒鋅含量有所降低，而其余9個品種小麥籽粒鋅含量均有所增加，較不施鋅肥增加7.3%～54.7%。

5.2 土壤性質及肥力

氮鋅配施效果因土壤性質及肥力的不同而存在差異。土壤理化性質不同，氮鋅配施對籽粒鋅含量的作用效果也不同。王少霞［62］對比了2個不同地區（楊凌和三原試驗站）的氮鋅配施效果后發現，三原試驗站在噴施鋅肥的基礎上噴施氮表現出顯著的正交互效應，顯著提高了籽粒鋅含量，增幅為8.6%；而楊陵地區在噴施鋅肥的基礎上噴氮對籽粒鋅含量影響不顯著。這主要是因為楊凌地區小麥單作秸稈不還田，而三原試驗站采用冬小麥-夏玉米輪作體系，且常年進行小麥、玉米秸稈還田。因此，該地區土壤基礎養分含量尤其是有效鋅含量明顯高于楊凌地區，這可能是影響楊凌地區氮鋅配施效果的關鍵因素。

土壤酸堿性對于氮鋅配施效果也有影響。楊習文等［63］研究發現，在黃淮平原偏酸性粘土，土施鋅肥（ZnSO4·7H2O）15 kg/hm2的基礎上，與施氮量120 kg/hm2相比，施氮量240 kg/hm2的小麥籽粒鋅濃度可提高22.0%，在此基礎上再配合噴施鋅肥，籽粒中的鋅濃度和鋅累積量增加效果更明顯。而在西北潛在缺鋅的堿性土壤中，由于土壤對鋅的固定作用很強［64］，施用鋅肥利用效率較低。李孟華等［65］研究發現，在施氮的情況下，鋅肥（ZnSO4·7H2O）用量在10～50 kg/hm2范圍內，小麥籽粒鋅累積量與不施用鋅肥差異不顯著，鋅肥（ZnSO4·7H2O）用量增加到100、150 kg/hm2時，鋅累積量才顯著增加。

5.3 氮鋅配施比例

不同的氮鋅配施比例對于作物生長發育的影響存在差異。據研究，中、低施氮量與鋅肥配施可以促進作物生長［66］。何忠俊等［25］研究結果表明，在足量供鋅（2.0μmol/L）條件下，與低量供氮（5 mmol/L）相比，中量供氮（15 mmol/L）時，葉綠體基粒及基粒片層、基質片層數量最多，內部結構有序性最高，光合能力最強，作物生長和元素吸收表現為氮鋅協同效應；而當高量供氮（30 mmol/L）時，白三葉草的干物重、葉片葉綠素、超氧化物歧化酶、類胡蘿卜素含量等顯著下降，丙二醛含量顯著增加，表現出氮鋅拮抗效應。康利允等［38］也研究發現，采用低氮（N）160 mg/kg與鋅肥（ZnSO4·7H2O）80 mg/kg時在玉米上可獲得較理想的配施效果，低氮有利于植物對鋅的吸收運轉，高氮（N 360 mg/kg）條件下容易造成玉米缺鋅［38］。馮緒猛等［67］研究卻發現，提高氮肥用量有利于促進水稻植株的生長發育，促進對鋅的吸收、累積與分配，低鋅肥量下（ZnSO4·7H2O 25 kg/hm2）配施高氮肥量（N 300 kg/hm2）水稻不同生育期各器官的鋅含量與高鋅肥量下（ZnSO4·7H2O 50 kg/hm2）配施低氮肥量（N 200 kg/hm2）處理效果相近，說明在施鋅量一半的情況下增施1/3的氮肥提高了水稻對鋅的吸收、轉運、分配和鋅收獲指數。在供鋅充足的情況下，施氮量較高時營養器官的鋅向籽粒的轉移率以及小麥籽粒鋅的收獲指數較施氮量較低的處理分別提高60%和80%［4］。Kutman等［36］的試驗結果表明，當供鋅量（ZnSO4·7H2O 0.5μmol/L）充足時，高氮用量（N 4.5 mmol/L）能使小麥78%的地上部總鋅量分配到籽粒中，而低氮用量（N 0.5 mmol/L）只有59%分配到籽粒中，說明較高的氮鋅配施比例更能促進鋅向籽粒的轉移，提高籽粒鋅累積量。然而，氮肥的用量并不是越高越好，有文獻報道，隨著氮肥用量的增加，水稻籽粒中的鋅含量呈現先增加后降低的趨勢［64］。因此，在協調氮肥用量、氮鋅配施比例以及鋅肥施用效果最大化方面還有待進一步研究。

5.4 氮鋅配施方式

氮鋅配施方式不同可影響作物的生長發育及對氮、鋅的吸收利用。研究發現，與氮肥配施時，鋅肥的施用方式可顯著影響水稻的產量和水稻植株各器官的鋅含量和鋅累積量，通常是鋅肥土施的增產效果優于葉面噴施，而葉面噴施對提高水稻植株各器官的鋅含量方面則顯著優于土施，不同的鋅肥施用方式對水稻各器官鋅含量的影響大小表現為：鋅肥土施+葉面噴施>葉面噴施>土施>對照［46，68］。此外，氮鋅無論以何種方式配施，籽粒能否富集鋅以及富鋅效果如何也是關注的熱點之一。Kutman等［15］研究發現，氮肥與鋅肥在提高小麥籽粒鋅含量方面存在協同效應，但Zhang等［69］的研究表明，與單獨噴施Zn（0.3% ZnSO4·7H2O）相比，噴施0.3% ZnSO4·7H2O+1%尿素并未顯著提高籽粒鋅含量，并指出可能是由于噴施氮肥濃度較低所致；李宏云等［37］研究也發現，噴施0.3% ZnSO4·7H2O+1.7%尿素與單獨噴施0.3%ZnSO4·7H2O相比，前者并未顯著提高籽粒鋅含量，說明該試驗條件下鋅與氮肥配合噴施并未表現出明顯的協同效應；在土施氮肥的基礎上噴施鋅肥對于提高籽粒鋅含量及鋅生物有效性的作用上效果明顯。在土壤潛在缺鋅地區，噴施鋅肥可顯著提高小麥籽粒鋅含量，提高幅度為47%；而在土施氮肥基礎上噴施鋅肥提高籽粒鋅含量的效果更顯著，提高幅度可達59%。

綜上所述，氮鋅配施效果因作物種類、土壤性質、氮鋅配施比例及配施方式的不同而存在差異，因此，生產中應對比不同土壤類型上的施用效果，根據不同作物和不同試驗條件確定適宜的氮鋅配施比例及配施方式，為氮鋅科學配施，實現高產高效提供理論依據。

6 展望

氮鋅科學配施能夠促進作物高產、優質，然而有關氮鋅配施的最優比例、作用機理等目前尚不明晰，且氮鋅配施技術還有待進一步優化。因此，未來的研究還需要強化以下幾方面工作。

（1）區域作物專用氮鋅配施技術。作物類型及品種、土壤類型和肥力、氮鋅配施比例、鋅肥的施用方式等均是影響氮鋅配施效果的重要因素。因此，針對不同區域、不同作物開展氮鋅配施技術研究，對進一步提高氮、鋅利用率和促進高產優質、節肥增效具有重要意義。

（2）氮鋅協同增效機理。目前關于氮鋅配施的研究多集中在效果驗證方面，而有關氮鋅協同吸收及有效性的機理，氮鋅配施對品質、氮肥高效利用的影響機理以及氮鋅在土壤中的交互作用機制等方面的研究尚缺乏或不夠深入，加強氮鋅互作機理研究，為氮鋅高效利用、農產品品質提升、新型肥料產品研發提供理論依據。

（3）氮鋅配施方式及新型肥料產品開發。目前主要通過氮鋅分別施用（氮鋅噴施/氮鋅土施/土施氮肥+噴施鋅肥）以及氮鋅物理混配施用而實現，這一過程不但增加了勞動力投入和生產成本，而且容易因施用不均勻造成鋅肥在土壤中的局部過量或不足。因此，在現有技術和研究的基礎上明確氮鋅適宜的配施方式，開發新型含鋅肥料產品，在解決鋅肥施用不均勻問題的同時發揮氮鋅的正交互作用，提高肥料利用率，實現增效減施、節肥增產。