镁锌肥施用时期对优质软米粳稻产量及稻米中6种元素吸收的影响

李军 邓先亮 朱兴敏 郭保卫 魏海燕张洪程

（扬州大学农业部长江流域稻作技术创新中心/江苏省作物遗传生理重点实验室，江苏扬州225009；第一作者：2482668680@qq.com，*通讯作者：wei_haiyan@163.com）

矿质营养元素 Mg、Zn、Mn、Ca、Cu 对人体的健康有极其重要的影响，如果摄入不足将会导致免疫功能下降，出现夜盲症等；若儿童缺乏，将会导致发育迟缓，反应迟钝等[1-4]。全世界将近30%的人口存在严重的营养缺失问题[5]，以植物性食物作为主食的地区问题更严重[6]。在亚洲，近50%的孕妇和40%的不孕妇患有缺铁性贫血，大量儿童和成人存在因矿质营养元素摄取不足而导致免疫系统严重失调的问题[7]。有关医学专家研究指出，解决人体中微量元素缺乏问题最好的方式就是从食物中获取[8]。在我国，水稻的种植面积和产量占我国粮食种植面积和总产量的30%和40%，更为重要的是我国人口食物的70%热量、大部分的蛋白质、大量的矿质营养元素来自于谷物类食物。我国有约60%的人口以稻米为主食，同时稻米也是人体向自然界摄入中、微量元素的重要途径。因此，研究稻米中N元素及矿质营养元素的变化及其影响因素具有重要意义。

含有一定量 Mg、Zn、Fe、Mn、Ca、Cu 元素的稻米，其外观品质、蒸煮食味品质、营养品质都有提高[9-11]。在水稻生育过程中追施微量元素肥料，可以显著提高稻米中矿质营养元素含量，改善稻米外观品质，且稻米中矿质营养元素含量与稻米中蛋白质含量存在线性正相关关系[11]。有研究[12-16]表明，在水稻生长发育过程中追施镁肥，可以提高稻米碾磨品质，降低垩白，提高食味值，提高稻米含氮量。镁元素是叶绿素的重要组成成分，镁元素缺失会减弱植物光合作用[16]。镁在植物中平均含量为0.2%，在植物生长初期，镁元素主要存在于叶片中，结实期大多镁元素会被转运到籽粒中[17]。锌对植物体内多达200种酶起到催化、调节、稳定的作用[18-19]。有研究[20-22]指出，锌元素可以维持细胞膜的稳定，对维持原生质功能的正常运转尤为重要。俄胜哲等[4]研究了不同氮、磷、钾肥用量对稻米中主要矿质营养元素的影响，表明适量的氮肥和钾肥可以提高稻米产量及主要矿质营养元素含量和积累量；磷肥降低了各元素含量和积累量，但提高了Mg元素的吸收与稻米产量。前人主要研究了镁锌元素对植物的生理作用和对稻米中矿质营养元素含量的影响，以及氮磷钾肥对稻米产量和稻米中主要矿质营养元素吸收的影响，但关于水稻不同生育期追施镁锌肥对稻米中N元素和矿质元素含量、积累量以及稻米产量的影响的系统研究报道很少。本研究利用江苏大面积种植的软米粳稻品种南粳9108和南粳505，研究镁锌肥追施时期对稻米中6种元素含量和积累量的影响，以期获得富含营养的优质软米粳稻的大田施肥措施。

1 材料与方法

1.1 试验地点及供试品种

试验于2015－2016年在扬州大学试验农场进行。土壤质地为沙壤土，地力平衡、中等，前茬小麦。试验田土壤主要理化性质为：pH 值 6．00，全氮 1．2 g/kg，碱解氮 95．64 mg/kg，速效钾 88．3mg/kg，速效磷 35．20 mg/kg；Mg、Zn 的有效含量分别为 43．41 mg/kg、0．85 mg/kg。

供试水稻品种为南粳9108和南粳505，分别属于迟熟中粳和中熟中粳品种。

1.2 试验设计与栽培管理

试验采用三因素裂区设计，肥料类型为主区，设置锌肥单施、镁肥单施、镁锌配施和不施镁锌肥（CK）4个水平；不同追施时期为副区，设置3个水平，分别为基肥（Ⅰ）、蘖肥（Ⅱ）和穗肥（Ⅲ）；品种为小裂区。同时设置空白小区（不施肥）。氮肥为尿素（含 N 46．4%）、磷肥为过磷酸钙（含P2O512%）、钾肥为氯化钾（含K2O 60%）。总施纯氮量为 270 kg/hm2，基肥∶分蘖肥∶穗肥=3∶3∶4，基肥、分蘖肥分别于移栽前1 d、移栽后1个叶龄施，穗肥于倒4叶和倒2叶期等量施入。N∶P2O5∶K2O=2∶1∶2，磷肥作基肥一次性施入，钾肥分基肥和促花肥2次等量施用。锌肥（ZnSO4·7H2O≥98%）施用量为3 kg/hm2，镁肥（MgSO4·7H2O≥98%）施用量为 30 kg/hm2，镁锌配施为镁肥30 kg/hm2+锌肥3 kg/hm2，基肥、蘖肥、穗肥分别于移栽前1 d、移栽后1个叶龄和倒4叶期追施。

5月24日播种，采用毯苗育秧，6月12日移栽，每丛栽插4株，株距13．2 cm，行距30．0 cm，每hm2插25．27万丛，小区面积16 m2。薄水移栽，移栽后去余补缺，精确基本苗数；分蘖期田间保持浅水层；于有效分蘖临界叶龄期的前1个叶龄开始搁田；拔节至成熟期采取湿润灌溉，干干湿湿；在收获前5～7 d断水。小区间筑双埂并用塑料薄膜包隔，单排单灌，防止肥水混窜，重复2次。其他田间管理措施同当地高产田。

1.3 测定项目与方法

稻米中N元素的测定：将精米磨粉留样，采用H2SO4－H2O2消化，半微量凯氏定氮法测定[24]。

稻米中微量元素含量测定：将精米磨粉留样，用微波消解系统（MARS6，美国CEM公司）对样品进行消解，利用全谱直读等离子体发射光谱仪（iCAP 6300，美国Thermo Fisher SCIENTIFIC公司）测定。

稻米产量测定：成熟期各小区割取100丛，去杂，测定水分，核收实产。

1.4 数据计算与统计分析

采用Microsoft Excel 2013进行数据的录入和计算，运用SPSS软件进行统计分析。元素积累量（g/hm2）=精米产量×元素含量。

2 结果与分析

2.1 锌肥追施时期对稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu元素含量和积累量的影响

2．1．1 对稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu 元素含量的影响

如图1所示，不同时期追施镁锌混合肥各处理元素含量南粳505要高于南粳9108，各处理元素含量均高于CK，作基肥施的处理含量最高，其次为作蘖肥追施的处理，作穗肥增施的处理效果最小，且2个参试品种变化趋于一致。基肥处理，南粳9108和南粳505稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu 含量都要显著高于 CK，较CK 分 别 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各处理元素含量较CK增加幅度都要高于南粳505。进一步对不同时期追施处理间各元素含量分析表明，N元素在锌肥作基肥和蘖肥处理间无显著差异，均显著高于作穗肥处理；Mg、Zn、Ca、Cu 元素含量，作基肥的处理要显著高于作蘖肥与穗肥的处理，且作蘖肥和作穗肥处理间无显著差异；Mn元素含量在作蘖肥处理与作基肥和作穗肥处理间无显著差异，且作基肥的处理要显著高于作穗肥的处理。

2．1．2 对稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu 积累量的影响

由表1可以看出，水稻产量在品种之间存在着极显著差异，南粳9108的产量显著高于南粳505；锌肥施用时期对水稻产量无显著影响；品种和施肥时期的互作对稻米产量的影响没有达到显著水平。各元素积累量在品种间存在极显著差异，同一施肥时期，南粳505的元素积累量要高于南粳9108，但在作基肥时，Mn元素积累量2个品种之间没有显著差异，而对于N元素而言，呈现相反的趋势。施锌肥的处理稻米中各元素积累量均高于CK，6种元素在锌肥作基肥施时的积累量达到最高，显著高于作蘖肥和穗肥的处理，但对于南粳9108而言N元素积累量作基肥的处理与作蘖肥的处理没有显著差异，但都显著高于作穗肥的处理；作蘖肥的处理各元素积累量显著高于作穗肥的处理；作穗肥时，对于南粳9108，Mg、Cu元素积累量与CK无显著差异，N、Zn、Mn、Ca 元素积累量均显著高于 CK，而对于南粳505，除N和Mn元素积累量显著高于CK外，Zn、Mn、Ca、Cu元素积累量与CK均无显著差异。施肥时期与品种的互作除对N元素积累量无显著影响外，对其他5种元素的积累量有显著或极显著的影响。

图1 锌肥追施时期对稻米中N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu含量的影响

2.2 镁肥追施时期对稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu元素含量和积累量的影响

2.2.1 对稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu 含量的影响

如图2所示，施镁肥的各处理元素含量都要高于CK，南粳505要高于南粳9108，作穗肥的处理元素含量最高，其次是作蘖肥的处理，且2个品种各元素含量变化趋于一致。作穗肥的处理，2个品种N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu的含量都显著高于CK，较CK分别增加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个品种均是Mn元素含量增幅最大。进一步对不同时期施肥处理间各元素含量分析表明，N、Zn、Mn、Ca、Cu 元素含量在镁肥作穗肥时要显著高于作基肥和蘖肥，且作基肥处理和作蘖肥的处理间元素含量无显著差异；Mg元素含量变化趋势，对于南粳9108，各施肥处理间的差异同 N、Zn、Mn、Ca、Cu元素含量，而对于南粳505，作蘖肥的处理与作基肥和穗肥的处理无显著差异，但作穗肥的处理要显著高于作基肥的处理。

2.2.2 对稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu元素积累量的影响

由表2可以看出，南粳9108稻米产量显著高于南粳505；不同施肥时期对稻米产量有显著影响，作穗肥时2个品种产量最高，且都显著高于其他处理，对于南粳9108，作蘖肥的处理水稻产量要显著高于作基肥的处理，而对于南粳505，作基肥的处理和作蘖肥的处理之间无显著差异；品种和施肥时期的互作对稻米产量的影响没有达到显著水平。除N元素积累量外，各元素积累量在品种之间存在显著或极显著差异，南粳505各元素积累量要显著高于南粳9108；不同时期施用镁肥，对稻米中各元素积累量都产生了极显著影响，2个品种各元素积累量均高于CK，在作穗肥时各元素积累量最高，与其他处理存在显著差异；作蘖肥的处理各元素积累量显著高于作基肥的处理；作基肥的处理，对于南粳9108来说，N、Ca、Cu元素含量与CK无显著差异，Mg、Zn、Mn元素含量均显著高于CK，而对于南粳505来说，N、Zn、Cu元素含量与CK相比无显著差异，Mg、Mn、Ca元素含量均显著高于CK。施肥时期与品种的互作效应对Mg、Ca、Cu元素积累量存在极显著影响，对N、Zn、Mn元素积累量无显著影响。

2.3 镁锌配施时期对稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu元素含量和积累量的影响

2.3.1 对稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu 含量的影响

如图3所示，不同时期施镁锌混合肥的各处理元素含量都要高于CK，南粳505要高于南粳9108，且作穗肥的处理含量最高，其次为作蘖肥的处理，2个品种变化趋于一致。南粳9108和南粳505作穗肥的处理各元素含量都显著高于 CK，N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu 元素含量较CK分别增加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个品种中，Mn元素含量增加最多。进一步对不同时期施肥处理间各元素含量分析表明，N元素含量，作基肥的处理和作穗肥的处理间无显著差异，但均显著高于作蘖肥的处理；Mg元素含量各处理间无显著差异；Ca元素含量作穗肥的处理要显著高于作基肥和作蘖肥的处理，且作基肥的处理和作蘖肥的处理之间无显著差异；对于南粳9108，作穗肥的处理Zn、Mn、Cu元含量要显著高于作基肥和作蘖肥的处理，且作基肥和作蘖肥的处理之间无显著差异，而南粳 505，Mn、Cu 元素含量各处理间无显著差异，Zn元素含量在作基肥和作穗肥的处理间无显著差异，但都显著高于作蘖肥的处理。

表1 锌肥追施时期对水稻产量及稻米N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu积累量影响

图2 镁肥追施时期对稻米中N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu含量的影响

2.3.2 对稻米中 N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu元素积累量的影响

由表3可以看出，南粳9108产量极显著高于南粳505；施镁锌混合肥时期对稻米产量也产生了极显著的影响，2个品种均在作穗肥时达到最高，作蘖肥的处理产量与作穗肥和作基肥的处理相比无显著差异，作穗肥的处理显著高于作蘖肥的处理，而作基肥的处理与作蘖肥的处理之间无显著差异；品种与施肥时期互作对6种元素积累量无显著影响。各元素积累量在品种之间存在极显著差异，除N元素积累量外，南粳505各元素积累量均高于南粳9108；施肥时期对各元素积累量也存在极显著影响，各元素积累量施肥处理均高于CK，2个品种都在作穗肥时各元素积累量达到最高；作基肥的处理，除南粳505 Mn元素积累量与作蘖肥的处理间差异不显著外，N、Mg、Zn、Ca、Cu 均显著高于作蘖肥的处理。

表2 镁肥追施时期对水稻产量及稻米N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu积累量的影响

图3 镁锌配施时期对稻米中N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu含量的影响

3 小结与讨论

3.1 锌肥追施时期对稻米中6种元素含量及积累量的效应

有研究指出，土壤pH值与土壤中锌的含量存在一定的相关性[24]，同时pH值影响着土壤中矿质营养元素的有效性[25]，进而影响水稻对矿质营养元素的吸收，追施锌肥改变了土壤的理化性质，从而可以促进水稻植株对矿质营养元素的吸收。同时，锌肥有促进水稻早发和促分蘖的作用[26]，说明水稻在整个生育前期可对锌肥产生响应。有研究[11]表明，追施微量元素肥料可以提高稻米中矿质营养元素，稻米中的矿质营养元素含量与稻米中蛋白质含量呈线性正相关，说明提高稻米矿质营养元素的同时，稻米中N元素含量也会相应提高。本试验结果与前人的研究结果相符，施锌肥处理稻米中各元素含量均以作基肥施时含量最高，说明在生育前期，水稻植株中积累了较多的Zn元素、N元素和矿质营养元素，在生育后期，Zn元素促进了植株中的矿质营养元素向稻米中转运，从而使得施锌肥处理稻米中6中元素含量较对照有所增加，且生育前期施锌肥的处理要高于生育后期施肥的处理；施锌肥处理稻米产量与对照相比没有显著提高，可能是由于水稻对锌肥的响应主要集中在生育前期，促进了水稻生育前期的干物质积累和分蘖发生，但无法稳定较高的分蘖数，导致最终茎蘖成穗率低，无法对产量产生显著影响，具体原因有待进一步研究。本研究表明，施用锌肥，6种元素含量都有提高的趋势，其中作基肥施的处理各元素含量都显著高于对照；施锌肥对水稻产量没有显著影响；锌肥作基肥和蘖肥施均能显著提高2个参试品种稻米中各元素的积累量，且以作基肥施的处理各元素积累量最高。

表3 镁锌配施时期对水稻产量及稻米N、Mg、Zn、Mn、Ca、Cu积累量的影响

3.2 镁肥追施时期对稻米中6种元素含量及积累量的效应

有研究表明，水稻在分蘖盛期至孕穗期缺Mg最为显著[27]，Mg对水稻叶绿素含量影响最明显的时期是拔节至抽穗期，随着镁肥用量的增加而增加[28]，说明水稻对镁肥的响应主要集中在生育中期；施镁肥可以提高稻米中的N元素和矿质营养元素含量[12-16]。本试验结果与前人的研究结果相符，水稻对镁肥的响应主要集中在生育中后期，水稻在中后期吸收较多镁元素，一方面促进了叶片的生长，增加了水稻生育后期的干物质积累，协调源库关系，增加了产量；另一方面，后期植株中较多的Mg元素积累促进Mg元素向稻米中转运，增加稻米中Mg元素及其他矿质营养元素含量。本研究表明，穗肥时期追施镁肥对各元素含量提升最为显著，稻米产量也显著提高；作蘖肥的处理亦能显著提高各元素积累量。

3.3 镁锌配施时期对稻米中6种元素含量及积累量的效应

稻米中锌含量与土壤中镁的含量呈显著正相关，这可能是由于N和Mn，K和Zn、Cu，Ca和Cu之间存在拮抗作用，Zn与Mg之间存在协同作用所致[29]。Mg、Zn这2种矿质营养元素具有相互促进吸收的作用，镁、锌肥混施同时也促进了N元素的吸收[26]，提高了水稻蛋白质含量。本研究结论与前人研究结果相符，镁、锌的互作效应体现在，同一施肥时期，镁锌混合肥对稻米产量和6种矿质营养元素含量、积累量的影响要高于单施锌肥和镁肥的处理。产量提高可能是由于镁锌互作促进了有效分蘖，提高了茎蘖成穗率，也有可能是由于互作效应提高了有关淀粉合成酶（ADPG焦磷酸化酶、淀粉合成酶、Q酶）的活性，促使干物质在生育后期向稻米中转运并且合成淀粉，从而提高了产量；由于镁锌的互作效应提高了水稻植株中各元素的含量，从而促使各元素向稻米中转运，提高了稻米中各元素含量，使得积累量也相应提高；穗肥时期追施镁锌混合肥稻米产量提高最为显著，最有可能是提高了水稻的高效叶面积率，达到扩源增库的效果。本研究表明，6种元素含量以镁锌混合肥作穗肥施时增加最显著，作基肥时次之，作蘖肥时增幅最小；不同时期施用镁锌混合肥显著提高了参试品种稻米中6种元素的积累量，以作穗肥施时最显著，其次是作基肥施的处理；作穗肥施显著提高了稻米产量，作基肥和蘖肥追施对水稻产量也有提升，但不显著，且两者之间的差异不显著。