2个氮水平下不同施锌方式对覆膜水稻产量及锌吸收的影响

董瑜皎，袁 江，吕世华*

(1.四川省农业科学院土壤肥料研究所，四川 成都 610066; 2.中国农业大学资源环境学院，北京 100193)

【研究意义】随着对农业可持续发展研究的加强，针对中国水资源短缺，时空分布不均，南方季节性干旱频繁的现状，近年来水稻地膜覆盖旱作栽培技术得到了进一步的发展与推广，成为节水灌溉中的研究热点。对该技术节水保墒、稳产增产的效果及机制，一些学者也进行了较为详细的研究[1-4]。

随着农业生产条件的改善和作物产量的提高，改善作物品质更应受到重视。锌是动植物和人体所必需的微量元素[5]，当土壤供锌不足时，农作物的产量与品质会显著降低，对于依靠禾谷类作物为主食或居住在矿质元素不平衡甚至缺乏地区的人群，微量元素缺乏往往更容易发生[6]。人体缺锌会引起多种疾病，被列为发展中国家导致疾病和死亡的10个最重要影响因子的第5位[5]。目前中国人均锌日摄入量仅达到了标准每日锌供给量(RAD 12 mg)的80.4 %[5]，在一些贫困地区，小麦、水稻等粮食作物的籽粒是人体所需锌的主要来源，但籽粒中的锌含量普通较低，无法满足人们对锌的需求。为了改善粮食作物的锌营养品质，施用锌肥已引起普遍重视。

【前人研究进展】有学者指出锌缺乏主要发生在pH值大于7的石灰性土壤[7-8]，以及施磷过多的土壤[8-11]，国际水稻研究所提出土壤有效锌的最低临界指标为0.8 mg/kg[8,11]。有研究表明在水稻秧田基施锌肥可以提高秧苗素质，在水稻秧苗期喷施锌肥能增加株高和分蘖，提高成穗率，分蘖期喷施锌肥还能促根、壮根，增强碳酸同化，提高水稻产量[12-13]。在花前7 d追施锌肥可以使得糙米中锌的含量提高[12]，而喷施50 mg/kg浓度的锌肥，对糙米中的锌含量及水稻产量影响不显著[13]。【本研究切入点】目前关于在覆膜栽培条件下，不同施锌方式对水稻生产力和锌肥利用的研究仍较少。植株体内任何2种元素都存在着相互的影响，许多试验已经证实氮、锌配施对作物有明显的增产效果，氮肥施用也会影响籽粒的微量元素吸收积累[14-15]。水稻覆膜栽培条件下，随着氮肥施用量的增加水稻产量也会增加，当氮肥施用量达到150 kg/hm2后，产量增长缓慢[16]。而川中丘陵区农民习惯施氮量高于此量，故氮、锌配施下不同施氮水平对覆膜水稻的产量以及对锌肥的吸收利用影响如何，也是值得关注的问题。

【拟解决的关键问题】本研究旨在讨论不同施锌方式对覆膜栽培水稻生产力及锌肥利用的影响，为实现覆膜水稻的高产高效进一步提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2010-2011年在四川资阳雁江区响水村进行。试验地位于E104°34′，N30°05′，平均海拔为395 m，该地区平均降雨量为965.8 m，季节性暴雨突出，春旱严重。供试土壤为壤土，粘粒含量9.8 %， pH值7.4，有机质3.8 %，有效氮174.0 mg/kg，有效磷22.4 mg/kg，有效锌0.79 mg/kg。

试验为2因素设计：因素1是4种施锌方式：Zn0(作物不施锌肥)，ZnS(土壤中施入ZnSO4·7H2O 50 kg/hm2)，ZnL(叶面喷施0.3 %浓度的ZnSO4·7H2O)，ZnS+L(土壤施入50 kg/hm2ZnSO4·7H2O+叶面喷施0.3 %浓度的ZnSO4·7H2O)；因素2是2个氮水平：N120(覆膜栽培水稻推荐施氮120 kg/hm2)，N180(当地农民传统水稻种植施氮180 kg/hm2)。试验共8个处理，每个处理重复3次，共24个小区，随机区组排列。所有氮肥和75 kg/hm2P2O5、75 kg/hm2K2O作为基肥于水稻移栽前混施入土壤，锌肥在播种前撒施入土壤，喷施锌肥时要使所有叶片全部湿润但不形成水滴流走，分2次喷施，第一次在穗发育期之前，第二次在开花后一周。氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为氯化钾，锌肥为ZnSO4·7H2O。

1.2 栽培管理及取样测定

供试水稻品种是四川省农业科学院作物所选育的“川香8108”。 按照水稻覆膜节水抗旱高产技术规程[17]要求起厢、覆膜，其中厢面宽度145 cm，两厢之间开宽 20 cm左右、深15 cm左右的厢沟，将底肥施于厢面上，搁置2天待厢面水分较少时覆膜，地膜规格为宽2 m、厚度0.004 mm，地膜紧贴地面。采用旱育秧，待有两片完全叶开始移栽，移栽按“大三围”强化栽培要求，每3穴构成一个小三角形，每穴之间的距离为10～15 cm，每3个小三角形构成一个大三角形，他们之间距离为40～50 cm，移栽密度为18 0000 苗/hm2。整个生育期主要以雨水淋灌为主。

在水稻成熟期每处理取3丛进行室内拷种分析，分别测籽粒和秸秆中锌含量。用德国耶拿coN180rAA700原子吸收光谱仪测定锌含量[18]，用FOSS FIAstar 5000流动注射分析仪测定全氮含量，所有数据均采用DPS系统软件统计检验，用LSD法进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 施锌方式对覆膜水稻产量的影响

不同施锌方式覆膜水稻的秸秆生物量、籽粒产量、总生物量及经济系数差异不显著(表1)。N120水平覆膜水稻秸秆生物量稍高于N180水平，在Zn0、ZnS、ZnL ZnS+L 4种不同施锌方式下秸秆生物量分别高出了1.4 %、5.7 %、6.8 %和1.9 %。2种施氮水平下，覆膜水稻秸秆生物量均以ZnS+L处理最高，而Zn0处理不同施氮水平秸秆生物量的差异仅71 kg/hm2。 N180水平，Zn0处理秸秆生物量仅次于ZnS+L处理，其次分别为ZnS处理和ZnL处理。而N120水平下，施锌处理的秸秆生物量均高于不施锌处理，ZnS+L处理的秸秆生物量最高，其次是ZnS处理。

就覆膜水稻籽粒产量而言，相同氮水平不同施锌方式下均无显著差异。N120水平籽粒产量稍高于N180水平。其中Zn0处理，2个施氮水平籽粒产量相等，均为6585 kg/hm2。N120水平下，ZnS处理籽粒产量最高，达到6890 kg/hm2，其次是ZnS+L处理。N180水平下，Zn0处理水稻籽粒最高，其次是ZnS处理，且N120 ZnS处理的产量显著高于N180 ZnL和N180 ZnS+L处理。

覆膜水稻成熟期总生物量在不同施锌处理下差异不显著，以N120 ZnS处理和N120 ZnS+L处理最高，分别达到了12190和12018 kg hm-2。N120水平下Zn0、ZnS、ZnL和ZnS+L 4个不同施锌处理的覆膜水稻总生物量较N180水平分别高出了0.6 %、5.1 %、4.7 %和4.5 %。N180 ZnL处理的经济系数最高，达到了57.3 %，N180 ZnS+L处理的经济系数最低，仅54.5 %。在N120水平下，ZnS处理经济系数最高，达到56.6 %，Zn0处理次之，其次为ZnL和ZnS+L处理。

不同施锌方式下覆膜水稻的有效穗、成穗率有显著差异(表2)，且都表现出N120水平下，不同施锌方式处理的有效穗和成穗率高于N180水平的相同处理，2种施氮水平下，ZnS处理的有效穗和成穗率均最高，ZnL处理与ZnS+L处理间有效穗和成穗率差异不显著，其中N120 ZnS处理的有效穗和成穗率均最高，N120 ZnS+L处理次之，以N180 ZnS+L处理的有效穗和成穗率均最低。可见，施锌能够增加覆膜水稻的有效穗，其中ZnS处理能显著提高覆膜水稻的有效穗数，进而提高覆膜水稻的成穗率。N120水平相对于N180更能有效提高各施锌处理下覆膜水稻的有效穗和成穗率。

N120水平下覆膜水稻各个施锌处理的穗实粒数和结实率相对高于N180水平下相同处理，N120 Zn0处理的穗实粒数最高，N120 ZnS处理的结实率达到85.3 %为最高。不同施锌方式下覆膜水稻的穗实粒数和结实率差异不显著。N120水平下，ZnS处理的千粒重最高，ZnL处理次之，不同处理间差异不显著，均显著高于N180水平下的ZnS处理，相同施氮条件下的四个施锌处理间千粒重差异均不显著，这可能和品种的遗传力高有关。

2.2 施锌方式对覆膜水稻锌、氮吸收的影响

2.2.1 施锌方式对覆膜水稻锌吸收的影响 不同施锌方式覆膜水稻秸秆和籽粒中的锌含量如图1。覆膜水稻籽粒中的锌含量在N120和N180水平下，不同处理间差异均不显著，且都表现为ZnS+L处理的籽粒锌含量最高，分别为31.5和31.7 mg/kg。N120水平下，ZnL处理籽粒锌含量最低，较ZnS+L处理低3.4 mg/kg。N180 水平下籽粒锌含量表现为ZnS+L>ZnL>ZnS>Zn0，且不同施锌处理覆膜水稻籽粒中的锌含量均稍高于N120水平下的相同处理。N120 ZnS+L处理水稻秸秆的锌含量最高，达到37.2 mg/kg，分别高出Zn0处理和ZnS处理7.5和7.0 mg/kg，ZnL处理次之，秸秆锌含量为34.2 mg/kg。 而N180水平下，以ZnL处理秸秆的锌含量最高，达到33.9 mg/kg，其次是ZnS 和ZnS+L处理，Zn0处理秸秆锌含量最低仅为为30.7 mg/kg。其中Zn0处理和ZnS处理，N180水平下覆膜水稻秸秆的锌含量高于N120水平，而ZnL处理和ZnS+L处理，则表现为N120水平下秸秆锌含量更高。

表1 施锌方式对覆膜水稻成熟期各部位生物量的影响

注：同一列数据不同小写字母代表不同处理之间差异达到5 %显著水平， Zn0：作物不施锌肥，ZnS：土壤中施入ZnSO4·7H2O 50 kg/hm2，ZnL：叶面喷施0.3 %浓度的ZnSO4·7H2O，ZnS+L：土壤施入50 kg/hm2ZnSO4·7H2O+叶面喷施0.3 %浓度的ZnSO4·7H2O，N120：推荐施氮120 kg/hm2，N180：传统施氮180 kg/hm2，下同。

图1 施锌方式对覆膜水稻籽粒秸秆锌含量的影响Fig.1 Response of zinc content in film mulching rice grain and straw to supply of zinc solution

将收获后覆膜水稻秸秆和籽粒中的锌含量结合实际收获量换算成锌吸收量之后可以得到图2。施锌处理的覆膜水稻秸秆和籽粒锌吸收量均高于不施锌处理，N120水平下不同施锌方式水稻秸秆和籽粒的锌吸收量均相对高于N180水平下的相同处理。秸秆锌吸收量以N120 ZnS+L处理最高，为198.6 g/hm2。N120 ZnL处理次之，达到174.5 g/hm2，且N120 ZnS+L处理秸秆锌吸收量显著高于其余6个处理。N120 Zn0处理的秸秆锌吸收量最低，仅为152.2 g/hm2。可见喷施锌肥对促进覆膜水稻秸秆的锌吸收有利。不同施锌处理下覆膜水稻籽粒锌吸收量差异不显著。以N120 ZnS+L处理最高，籽粒锌吸收量为212.2 g/hm2，N120 ZnS处理次之，为199.9 g/hm2，N180 ZnS+L处理锌吸收量也达到了198.1 g/hm2，其余各处理的差异不大。即土施锌肥更利于促进覆膜水稻籽粒对锌的吸收。地上部分总的锌吸收量各个不同处理间差异不显著，N120 ZnS+L处理地上部分锌吸收量最高达到了410.8 g/hm2，其次是ZnL，以N120 Zn0处理最低，仅为336.3 g/hm2。

图2 施锌方式对覆膜水稻地上部分锌吸收量的影响Fig.2 Response of zinc uptake in film mulching rice shoot to supply of zinc solution

2.2.2 施锌方式对覆膜水稻氮肥利用的影响 覆膜水稻秸秆和籽粒的氮吸收量如图3所示。籽粒的氮吸收量高于秸秆的氮吸收量。各施锌处理水稻秸秆和籽粒中的氮吸收量均高于不施锌肥处理。N120水平下不同施锌方式覆膜水稻秸秆和籽粒中的氮吸收量均显著低于N180水平下的相同处理。以N180 ZnS+L处理的秸秆氮吸收量最高，为28.0kg/hm2，其次是N180 ZnL处理，为26.1 kg/hm2。N120水平下，ZnS+L处理的秸秆吸氮量最高，Zn0处理最低，仅为11.8 kg/hm2，比N180 ZnS+L处理少了6.1 kg/hm2。就籽粒氮吸收量而言，以N180 ZnS处理的籽粒氮吸收量50.5 kg/hm2为最高，其次是N180 ZnL处理，为50.3 kg/hm2。N180水平下的4个施锌处理籽粒氮吸收量都显著高于N120 Zn0、N120 ZnS、N120 ZnL处理。N120条件下，秸秆和籽粒的氮吸收量均表现为ZnS+L> ZnS> ZnL> Zn0。

表2 施锌方式对覆膜水稻产量构成因子的影响

表3 施锌方式对覆膜水稻地上部分吸氮量的影响

地上部分总吸氮量以N180 水平下的ZnS+L、ZnS、ZnL3个施锌处理较高，分别为76.3和77.4 kg/hm2，并显著高于 N120 水平下的各个处理。N120 Zn0处理地上部分总吸氮量最低，仅为43.8 kg/hm2。

由于生物量和干物质分配的差异导致了氮素分配的差异，即氮收获指数的差异，氮收获指数是指作物籽粒含氮量与地上部总吸氮量之比，表示水稻籽粒利用植株氮素的效率。不同施锌处理间覆膜水稻的氮收获指数差异并不显著，在63 %～73 %的范围之内，以N120 Zn0处理最高，为73.1 %，显著高于N180 ZnS+L处理。N180水平下也是Zn0处理的氮收获指数最高，即不施锌处理的氮收获指数高于施锌处理，表现为Zn0>ZnS>ZnL>ZnS+L。

3 讨 论

已有大量研究表明水稻施锌能提高籽粒产量[14-15,19-20]，这与锌是植株体内300多种酶的组成成分，参与生长素合成，促进结实期营养物质向籽粒运输有关[15,21]。本研究结果表明在覆膜栽培模式下，施锌后水稻秸秆和籽粒均增产但并不显著。且 N120水平下各施锌肥处理水稻秸秆生物量和籽粒产量均高于N180水平下相同处理，这和覆膜栽培能够在保证水稻产量的前提下减少氮肥施用量有关[22-23]。而不同施锌方式下水稻秸秆和籽粒产量也无显著差异。已有研究认为施锌通过增加水稻有效穗、穗实粒数和提高结实率达到增产的效果[24]，本研究在N120水平下不同施锌方式的有效穗和成穗率均高于N180水平，N120水平下施锌能够提高水稻的有效穗， 叶面喷施锌肥对其影响不显著，以ZnS能显著提高水稻有效穗。但不同施锌方式下覆膜水稻的穗实粒数和结实率差异不显著，这可能与覆膜栽培方式具有增温保墒的作用有关[16,23]，良好的水热条件也能够提高水稻的穗粒数，结实率等[3]，故缩小了不同施锌处理间的差异。有研究认为叶面喷施锌肥能够显著提高千粒重和结实率，从而增产[25-26]，本研究ZnL处理并未有显著表现，但ZnS+L处理在不同施氮水平下均可以提高覆膜水稻秸秆生物量。综合水稻成熟期各部位的生物量及总生物量，水稻秸秆生物量以Zn S+L处理最高，籽粒产量以ZnS最高。

国际水稻研究所提出土壤有效锌的最低临界指标为0.8 mg/kg[8]。种植在土壤不缺锌的水稻增施锌肥不能提高稻米中锌的含量，但是在缺乏该微量元素的土壤中施用是有效的[27]。本试验土壤有效锌为0.79 mg/kg，属于缺锌临界土壤，施用锌肥之后促进了水稻籽粒和秸秆对锌的吸收，印证了前人的结果[14,24]。已有研究表明在水稻孕穗期和开花后进行叶面喷施能够提高水稻籽粒中的锌含量，并优于土施，这可能是土施锌较易被复杂的土壤结构所固定，叶面喷施减少了植物体中锌往籽粒的转运距离，进而提高了生物有效性所致[15,24]。但本试验也在同样生育期喷施锌肥，结果却有所不同： ZnL处理提高了水稻秸秆中的锌积累量，ZnS提高了籽粒中的锌积累量，以ZnS+L处理的锌积累量最高。这一方面和籽粒秸秆中的锌含量有关，ZnS和ZnL在籽粒中的锌含量并无差异，ZnL处理的秸秆锌含量高于ZnS。另一方面和各处理的地上部生物量有关，ZnS的秸秆生物量和籽粒产量均高于ZnL。各处理覆膜水稻籽粒中的锌吸收量均稍高于秸秆中的锌吸收量，这应该和试验的供锌水平有关，有研究认为锌可以从衰老部位向生长旺盛的部位转移，在较低的供锌水平下，锌在水稻籽粒中的分配比例较高，在较高供锌水平下，锌在籽粒中的分配比例明显下降[28]。而供锌水平并不是越高越好，金灵娜等研究认为在锌源充足的情况下，旱稻对锌会无节制的吸收积累，即使已经产生毒害[29]。本试验供锌水平不高，故在籽粒中分配的比例较高。

施氮能够提高水稻产量，促进水稻对锌的吸收积累[14]，高施氮量更利于锌在植株体内的转移[20]。这与氮肥能够促进水稻根系对锌的吸收[14,30]，并提高植物体内锌转运蛋白活性，促进锌在木质部和韧皮部的转运和再转运[31-34]，从而增加籽粒的锌富集和提高蛋白质含量有关[14]。在本试验区在覆膜栽培模式下，N180水平籽粒中的锌含量较N120水平更高但差异不显著，最终以N120水平水稻地上部分锌积累量更大，这与N120处理地上部生物量高于N180而导致锌吸收量高有关。

而籽粒锌含量和氮含量之间极显著正相关，存在协同生理调控效应[15]，锌肥的施用也能够增加水稻植株对氮的吸收利用[32,35-36]。本试验在相同施氮水平下，各施锌处理秸秆和籽粒的吸氮量及地上部分总吸氮量均高于不施锌处理，说明覆膜水稻施锌对水稻秸秆籽粒的氮吸收有所影响，这与锌参加植物体内多种氮代谢酶活动有关[37-38]。有研究表明茎叶中的高氮残留会导致大量的氮素流失，而氮收获指数越高，秸秆中的氮素积累量越小，有利于提高水稻的产量，也可以减轻环境污染[39]。本试验N120水平下的各个施锌处理覆膜水稻的氮收获指数均高于N180水平下的各处理，可见多施氮肥并不意味着水稻籽粒利用氮素的效率高。ZnS处理氮收获指数稍高于其他2个施锌处理，而ZnS+L处理的氮收获指数最低，可能与该处理能提高秸秆收获量有关。总体而言以N120 ZnS处理更有利于覆膜水稻对氮肥的高效利用。

4 结 论

通过对土施锌肥，叶面喷施锌肥及土施+喷施种不同施锌方式，在推荐施氮(120 kg/hm2)和传统施氮(180 kg/hm2)下覆膜旱作水稻籽粒和秸秆收获量，锌吸收量，吸氮量等的研究，可以得出以下结论。

(1)覆膜栽培水稻施锌通过提高水稻有效穗来增产。在推荐施氮水平(120 kg/hm2)下，各施锌处理均能提高覆膜水稻产量，以土施锌肥为最优处理。不同施氮水平下土施+喷施处理均可以提高覆膜水稻秸秆的收获量，但籽粒产量没有提高，经济系数最低。

(2)推荐施氮水平(120 kg/hm2)更利于覆膜水稻地上部分对锌肥的吸收，施用锌肥之后促进了覆膜水稻籽粒和秸秆对锌的吸收，叶面喷施能促进覆膜水稻秸秆的锌吸收，土施能促进覆膜水稻籽粒的锌吸收，综合地上部分锌总吸收量以推荐施氮土施+喷施处理为最高。

(3)施锌对覆膜水稻秸秆籽粒的氮吸收有一定影响，各施锌处理秸秆和籽粒的吸氮量均高于不施锌处理。不同施锌处理间覆膜水稻的氮收获指数差异不显著，推荐施氮下的各个施锌处理氮收获指数均高于传统施氮的各处理，以土施锌肥处理氮收获指数最高，土施+喷施处理的氮收获指数最低。即多施氮肥并不能提高水稻籽粒对氮素的利用效率，以推荐施氮(120 kg/hm2)土施锌肥处理更利于覆膜水稻对氮肥的高效利用。