鎂鋅肥施用時期對優(yōu)質軟米粳稻產(chǎn)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(wèi) 魏海燕張洪程

（揚州大學農(nóng)業(yè)部長江流域稻作技術創(chuàng)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(yǎng)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(xiàn)夜盲癥等；若兒童缺乏，將會導致發(fā)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(yǎng)缺失問題[5]，以植物性食物作為主食的地區(qū)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(yǎng)元素攝取不足而導致免疫系統(tǒng)嚴重失調的問題[7]。有關醫(yī)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(chǎn)量占我國糧食種植面積和總產(chǎn)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(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)元素含量，改善稻米外觀品質，且稻米中礦質營養(yǎng)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(fā)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(nèi)多達200種酶起到催化、調節(jié)、穩(wěn)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(wěn)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(yǎng)元素的影響，表明適量的氮肥和鉀肥可以提高稻米產(chǎn)量及主要礦質營養(yǎng)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(chǎn)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(yǎng)元素含量的影響，以及氮磷鉀肥對稻米產(chǎn)量和稻米中主要礦質營養(yǎng)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(chǎn)量的影響的系統(tǒng)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(yǎng)的優(yōu)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(nóng)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(qū)設計，肥料類型為主區(qū)，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(qū)，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(qū)。同時設置空白小區(qū)（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(qū)面積16 m2。薄水移栽，移栽后去余補缺，精確基本苗數(shù)；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(jié)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(qū)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?shù)馗弋a(chǎn)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(tǒng)（MARS6，美國CEM公司）對樣品進行消解，利用全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀（iCAP 6300，美國Thermo Fisher SCIENTIFIC公司）測定。

稻米產(chǎn)量測定：成熟期各小區(qū)割取100叢，去雜，測定水分，核收實產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)計算與統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2013進行數(shù)據(jù)的錄入和計算，運用SPSS軟件進行統(tǒng)計分析。元素積累量（g/hm2）=精米產(chǎn)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?；侍幚?，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(chǎn)量在品種之間存在著極顯著差異，南粳9108的產(chǎn)量顯著高于南粳505；鋅肥施用時期對水稻產(chǎn)量無顯著影響；品種和施肥時期的互作對稻米產(chǎn)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(xiàn)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(chǎn)量顯著高于南粳505；不同施肥時期對稻米產(chǎn)量有顯著影響，作穗肥時2個品種產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量極顯著高于南粳505；施鎂鋅混合肥時期對稻米產(chǎn)量也產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(yǎng)元素的有效性[25]，進而影響水稻對礦質營養(yǎng)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(yǎng)元素的吸收。同時，鋅肥有促進水稻早發(fā)和促分蘗的作用[26]，說明水稻在整個生育前期可對鋅肥產(chǎn)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(yǎng)元素，稻米中的礦質營養(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)元素，在生育后期，Zn元素促進了植株中的礦質營養(yǎng)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(chǎn)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(fā)生，但無法穩(wěn)定較高的分蘗數(shù)，導致最終莖蘗成穗率低，無法對產(chǎn)量產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(jié)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(yǎng)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(xié)調源庫關系，增加了產(chǎn)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(yǎng)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(chǎn)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(xié)同作用所致[29]。Mg、Zn這2種礦質營養(yǎng)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(xiàn)在，同一施肥時期，鎂鋅混合肥對稻米產(chǎn)量和6種礦質營養(yǎng)元素含量、積累量的影響要高于單施鋅肥和鎂肥的處理。產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量，作基肥和蘗肥追施對水稻產(chǎn)量也有提升，但不顯著，且兩者之間的差異不顯著。