兼顾江汉平原水稻产量和品质提高的优化施锌量研究

刘 越，周 梦，3，罗海伟，党程成，郝蓉蓉，胡玉婷，严 鹏，陈龙周，刘洋旋，田小海

（1.长江大学 农学院，湖北 荆州 434025；2.长江大学 主要粮食作物产业化湖北省协同创新中心，湖北 荆州 434025；3.大悟楚才高中，湖北 孝感 432000；4.湖北省智慧农业有限公司，湖北 武汉 430000）

水稻是重要的粮食作物，在我国有近1/2 的人口以稻米为主食，水稻生产对保障我国粮食供给具有重要意义[1-2]。水稻生产优质化的全面推进，宣告了产量加品质双目标时代的到来，在产量稳定的前提下人们更加关注稻米的品质[3]。研究发现，锌是对水稻产量、品质影响较大的微量元素，土壤缺锌会使作物生长停滞、植株矮小，从而影响作物生长和产量的提高[4]。施用锌肥后水稻茎蘖数、穗颖花数、灌浆结实率、千粒质量提高，空壳率降低，最终产量提高4.68%～7.34%[5]。在粳稻不同生育时期施锌肥，发现锌可以提高产量，提高稻米的糙米率、整精米率、总淀粉含量、胶稠度、直链淀粉含量和糊化温度，降低垩白度[6-7]。江汉平原属于典型的冲积和湖积平原，土壤缺锌十分广泛。因此，施锌成为一项普遍提倡的水稻栽培技术措施。目前，关于锌对水稻产量的影响研究已有大量报道[4-11]，对品质的影响研究较少[6-8]，且主要针对粳稻进行研究[6-7]，但针对籼稻品种探讨基施不同用量锌肥对产量和品质的影响研究尚未见报道。此外，水稻产量和品质的最优施锌量之间是否存在一个重合值尚不明确。为此，选用4 个水稻品种（2个常规稻、2 个杂交稻），设置4 个施锌量，研究不同施锌量下水稻产量和品质的变化，为水稻高产高效栽培提供一定的理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

本试验于2022 年在湖北省荆州市长江大学农学院试验基地（30°21′22″N、112°8′26″E）进行。试验地土壤基础地力：有效磷含量30.4 mg/kg、速效钾含量115.7 mg/kg、有机质含量31.18 g/kg、硝态氮含量2.2 mg/kg、铵态氮含量49.7 mg/kg、全氮含量1.94 g/kg、全磷含量2.23 g/kg、全钾含量12.15 g/kg，pH 值7.26。土壤有效锌含量为0.54 mg/kg，属于潜在缺锌地块。

供试水稻品种有4 个，其中，2 个为优质常规稻品种，分别为立香85、象牙香占；2 个为普通杂交稻品种，分别为合两优927、昌两优8 号。锌肥为中化产颗粒锌（纯锌含量≥25%），复合肥为丰乐一亩田（N∶P2O5∶K2O=22∶8∶12）。

1.2 试验设计

采用双因子裂区随机区组试验，主区为施锌（纯锌）量，分别为0 kg/hm2（CK）、7.5 kg/hm2（Zn1）、15 kg/hm2（Zn2）和30 kg/hm2（Zn3）；副区为品种，分别为立想85、象牙香占、合两优927、昌两优8 号。小区长2 m、宽3 m，每个处理3 次重复，共48 个小区。合两优927、昌两优8 号于5 月21 日播种，立香85 和象牙香占于5 月25 日播种，所有品种均于6 月18日人工移载，株、行距分别为20、20 cm，常规稻每穴3株，杂交稻每穴2 株。移栽前，锌肥和复合肥混匀作基肥一次性施入，复合肥施用量为45.5 kg/hm2。各处理间采用PVC 隔离板进行隔离，隔离板埋入深度约25 cm，单独排灌，以防肥水渗漏。田间按照当地大田常规栽培管理，及时防治病虫草害。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 水稻产量及其构成因素 水稻成熟后，排除边际效应，每小区随机选取3穴无病虫害植株，自然晾干至含水量为13%左右进行脱粒、考种，测定有效穗数、穗颖花数、结实率、千粒质量；收获小区所有植株，晒干称质量，然后计算产量。

1.3.2 品质

1.3.2.1 加工品质 稻谷晒干风选后，按照NY/T 593—2013 用稻谷出米率检测仪（JDMZ100，北京东孚久恒仪器技术有限公司）和碎米分离器（JFQS-13×20，台州市粮仪厂）测定稻米糙米率、精米率、整精米率。

1.3.2.2 外观品质 稻谷脱壳加工成精米后，使用大米外观品质检测仪（JDMZ12，北京东孚久恒仪器技术有限公司）测定稻米垩白度、垩白粒率。

1.3.2.3 蒸煮和食味品质 按NY/T 2639—2014 测定稻米直链淀粉含量。参考NY/T 2639—2014 标准，采用澳大利亚Newport Scientific 仪器公司生产的Super-3 型RVA（Rapid viscosity analyzer）快速测定稻米淀粉黏滞特性（RVA 谱），运用TWC（Thermal cycle for windows）配套软件进行分析，测定峰值黏度、热浆黏度、最终黏度、崩解值、消减值和糊化温度。

1.3.2.4 营养品质 采用凯氏定氮法测定米粉中N含量，N含量乘以折算系数5.95转换为粗蛋白含量。蛋白质组分测定参考徐庆国等[12]的方法，稍加改动。用分光光度计在595 nm 处比色，根据牛血清蛋白标准溶液绘制标准曲线，计算蛋白质组分含量。

1.3.3 籽粒锌含量 水稻收获晒干后脱粒，然后去壳磨成米粉，采用GB/T 5009.14—2017《食品中锌的测定》中的干法灰化-火焰原子吸收法测定糙米、精米中的锌含量。

1.4 数据处理

采用Excel 2019 对试验数据进行处理；采用DPS 7.5软件通过LSD法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同施锌量下水稻产量及其构成因素分析

2.1.1 产量 如表1所示，品种、施锌量及二者交互作用对水稻产量的影响均达到极显著水平。各水稻品种产量均随施锌量的增加呈先上升后降低的趋势，其中立香85 在Zn1—Zn3 处理下分别较CK 增产18.6%、28.8%、13.6%，以Zn2 处理增产效果最好；昌两优8 号在Zn1—Zn3 处理下分别较CK 增产7.6%、10.9%、5.9%，以Zn2 处理产量最高；象牙香占、合两优927 分别在Zn1、Zn2 处理下产量最高，与CK 相比产量分别增加19.7%、8.1%，均在Zn3 处理下产量最低，产量降低的原因主要是穗颖花数降低。不同水稻品种间产量表现为合两优927＞昌两优8 号＞象牙香占＞立香85，除合两优927 和昌两优8号差异不显著外，其他品种均达到显著水平。

表1 不同施锌量下水稻产量及其构成因素Tab.1 Rice yield and its component under different zinc application rates

2.1.2 产量构成因素 由表1可知，品种、施锌量对水稻有效穗数、穗颖花数、结实率的影响均达到极显著水平，品种与施锌量的交互作用对有效穗数、穗颖花数、结实率的影响均达到显著或极显著水平。

随着施锌量增加，各水稻品种有效穗数、穗颖花数、结实率整体上均呈现先升高后降低的趋势，千粒质量在各处理间总体上无显著差异（表1）。其中，立香85、合两优927、昌两优8号在Zn2处理下有效穗数最高，CK 最低，有效穗数分别较CK 提高了31.6%、14.9%、14.0%；象牙香占有效穗数在CK下最低，Zn3 处理下最高，较CK 提高了17.5%，但3 个施锌处理间无显著差异。除象牙香占在Zn1处理下穗颖花数、结实率最高外，其余各水稻品种穗颖花数、结实率整体上均以Zn2 处理下最高；千粒质量表现为立香85在Zn3处理下最低，Zn1处理下最高，其余3个品种各处理间整体上无显著差异。从不同施锌处理间的变化程度来看，产量的提高主要得益于有效穗数、穗颖花数、结实率的提高。不同品种间比较，有效穗数以立香85 最高，穗颖花数、结实率、千粒质量均以合两优927最高。

综合水稻产量及其构成因素来看，施用锌可以优化水稻产量构成因素，进而提高产量，以Zn1—Zn2处理较优。

2.2 不同施锌量下稻米品质分析

2.2.1 加工品质和外观品质 由表2可知，品种、施锌量对稻米糙米率、精米率、整精米率和垩白度的影响均达到极显著水平；品种与施锌量的交互作用对稻米精米率、整精米率、垩白粒率和垩白度的影响也均达到极显著水平，对糙米率的影响达到显著水平。

表2 不同施锌量下稻米加工品质及外观品质Tab.2 Rice processing quality and appearance quality under different zinc application rates %

从加工品质来看，各水稻品种的糙米率、精米率、整精米率均随着锌肥施用量的增加总体上呈现先升高后降低的趋势（表2）。其中，立香85 和象牙香占的糙米率在Zn2 处理下最高，均为76.9%，合两优927、昌两优8 号的糙米率均以Zn1 处理最高，分别为78.7%、77.9%；精米率表现为立香85 和合两优927 在Zn2 处理下最高，象牙香占在Zn1 处理下最高，均在CK 下最低，昌两优8 号精米率在各处理间差异不显著；整精米率表现为立香85 在Zn1 处理下最高，较CK 提高了6.6%，象牙香占、合两优927、昌两优8 号均在Zn2 处理下最高，分别为58.4%、59.5%、55.5%，分别较CK 提高了5.8%、8.6%、8.6%。总体而言，各水稻品种在Zn1 和Zn2 处理下加工品质较优。不同水稻品种间糙米率表现为合两优927＞昌两优8 号＞象牙香占＞立香85；精米率表现为合两优927＞昌两优8号＞象牙香占＞立香85；整精米率表现为合两优927＞立香85、象牙香占＞昌两优8号。

各水稻品种的外观品质在不同施锌量下有所不同（表2）。象牙香占、昌两优8 号垩白粒率和垩白度在各处理间均无显著差异；立香85垩白粒率和垩白度均随施锌量的增加呈现先降低后增加的趋势，以Zn2 处理最低，分别较CK 降低了75.0%、83.3%；合两优927垩白粒率随着施锌量的增加而降低，在Zn3 处理下最低，较CK 降低了91.5%，垩白度以CK 最高，各施锌处理间差异不显著。不同品种间垩白粒率和垩白度均表现为合两优927＞立香85＞象牙香占、昌两优8 号，除象牙香占和昌两优8 号差异不显著外，其余品种间差异均达到显著水平。综上，施锌对稻米外观品质的影响因品种而异，综合所有品种来看，适量施锌可以降低稻米垩白粒率和垩白度，以Zn1和Zn2处理效果较好。

2.2.2 蒸煮和食味品质

2.2.2.1 直链淀粉含量 从图1 可以看出，施锌量对各品种稻米直链淀粉含量均有显著影响。不同施锌处理下直链淀粉含量的表现因品种而异。其中，立香85 和昌两优8 号直链淀粉含量均表现为随着施锌量的增加先升高后降低，立香85 以Zn1 处理最高，为18.9%，昌两优8 号以Zn2 处理最高，为20.9%，与CK 相比分别提高了4.0%、10.6%；象牙香占以CK 直链淀粉含量最低，Zn3 处理最高，分别为19.0%、21.3%；合两优927 直链淀粉含量表现为随着施锌量的增加而增加，以CK 最低，Zn3处理最高，较CK 提高了13.3%。从品种来看，4 个水稻品种直链淀粉含量介于18.4%～20.8%，品种间直链淀粉含量表现为立香85＞象牙香占＞合两优927＞昌两优8号，各品种直链淀粉含量差异均达到显著水平。综合所有品种表现可以看出，适量施锌可以提高稻米直链淀粉含量。

图1 不同施锌量下稻米直链淀粉含量Fig.1 Amylose content of rice under different zinc application rates

2.2.2.2 淀粉RVA 谱特征值 由表3 可知，施锌量对淀粉峰值黏度和崩解值的影响均达到显著水平，但对热浆黏度、最终黏度、消减值、糊化温度均无显著影响；品种、品种与施锌量的交互作用对峰值黏度、热浆黏度、消减值、崩解值均有极显著影响；品种对糊化温度也有极显著影响。

表3 不同施锌量下稻米淀粉RVA谱特征值Tab.3 Characteristic values of RVA spectrum of rice starch under different zinc application rates

如表3 所示，合两优927 的峰值黏度和崩解值随着施锌量的增加而降低，在CK 下最高，其他3 个品种的峰值黏度、崩解值均随施锌量的增加总体上呈先升高后降低的趋势，整体上以Zn1处理最高；热浆黏度在各品种间表现有所差异，合两优927 各施锌处理间无显著差异，立香85、象牙香占和昌两优8号均随施锌量的增加总体上呈先上升后降低的趋势；最终黏度表现为立香85 以CK 最低、Zn3 处理最高，象牙香占以Zn1 处理最高，合两优927 和昌两优8 号不同施锌处理间差异均不显著；消减值表现为立香85和合两优927在CK 下最低，象牙香占在Zn1和Zn2 处理下较低，昌两优8 号在Zn1 处理下最低；不同施锌处理对糊化温度的影响较小，除合两优927 表现为Zn3 处理下最低外，其余品种不同施锌处理间均无显著差异。

不同品种间比较，峰值黏度以立香85 最高，象牙香占最低；热浆黏度、最终黏度均以合两优927最高，象牙香占最低；消减值以合两优927 最高，立香85 最低；崩解值和糊化温度均以立香85 最高，分别以合两优927、昌两优8号最低（表3）。

2.2.3 营养品质 表4方差分析结果表明，品种、施锌量及两者的交互作用对稻米粗蛋白、清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白含量的影响均达到显著或极显著水平。

表4 不同施锌量下稻米粗蛋白及其组分含量Tab.4 Rice crude protein and its components contents under different zinc application rates %

由表4 可知，与CK 相比，施锌可以在一定程度上提高稻米粗蛋白及其组分的含量，各品种粗蛋白含量均随着施锌量的增加呈先升高后降低的趋势。其中，立香85、合两优927占均以Zn1处理粗蛋白含量最高，分别为11.8%、10.4%，与CK 相比增加了4.4%、9.5%；象牙香占和昌两优8号均在Zn2处理下粗蛋白含量最高。不同品种间粗蛋白含量表现为立香85＞象牙香占＞昌两优8号＞合两优927，整体介于9.7%～11.0%。

从蛋白质组分来看，各水稻品种稻米清蛋白含量介于0.10%～0.36%，球蛋白含量为0.46%～0.66%，醇溶蛋白含量为0.07%～0.25%，谷蛋白含量为4.8%～6.1%（表4）。其中，谷蛋白含量最高且变化范围最大，各蛋白质组分含量表现为谷蛋白＞球蛋白＞清蛋白＞醇溶蛋白。大部分品种清蛋白和球蛋白含量均以Zn2 处理最高；除昌两优8 号外，其余各品种醇溶蛋白含量均在CK 下最低；谷蛋白含量整体上以Zn1 处理最高。上述结果表明，一定范围内增施锌可以提高稻米粗蛋白及其组分的含量，以Zn1—Zn2处理效果较好。

2.3 不同施锌量下稻米锌含量分析

2.3.1 糙米锌含量 如表5 可知，品种及品种与施锌量的交互作用对水稻糙米锌含量的影响均达到极显著水平。各水稻品种糙米锌含量均随着施锌量的增加呈现先增加后降低的趋势。其中，立香85和合两优927 均在Zn1 处理下糙米锌含量最高，分别为23.1 mg/kg 和19.8 mg/kg；象牙香占和昌两优8号均以Zn2 处理最高，分别较CK 提高了19.0%和18.0%，均以CK 最低。由上述结果可以看出，施锌可以提高水稻糙米锌含量，以Zn1、Zn2 处理效果较好。从品种来看，4 个水稻品种糙米锌含量介于15.0 ～23.1 mg/kg，各品种间糙米锌含量表现为立香85＞合两优927＞象牙香占＞昌两优8 号，除象牙香占与合两优927 差异不显著外，其他品种间差异均达到显著水平。

表5 不同施锌量下稻米籽粒锌含量Tab.5 Zinc content of rice grain under different zinc application rates mg/kg

2.3.2 精米锌含量 表5 方差分析结果表明，品种对水稻精米锌含量的影响达到显著水平，施锌量、品种与施锌量的交互作用对水稻精米锌含量的影响均达到极显著水平。总体而言，各品种精米锌含量均随施锌量的增加先上升后下降。立香85、象牙香占、合两优927 均以Zn2 处理下精米锌含量最高。其中，立香85 在Zn2 处理下精米锌含量为15.2 mg/kg，较CK 提高了14.3%，在CK 下最低；象牙香占3 个施锌处理精米锌含量分别较CK 提高了4.8%、10.3%、8.7%；合两优927 施锌处理较CK 增加了6.8%～18.0%。昌两优8号在Zn1处理下精米锌含量最高，为14.0 mg/kg，各施锌处理间无显著差异。可见，施锌可以提高精米中的锌含量，以Zn1、Zn2处理效果较好。从品种来看，各品种精米锌含量在12.0～15.7 mg/kg，不同品种精米锌含量表现为合两优927＞立香85＞象牙香占、昌两优8 号，说明合两优927有较强的锌积累能力。

2.3.3 糙米、精米锌含量之间的比较 从表5 可以看出，不同施锌处理各水稻品种糙米锌含量均大于精米锌含量。总体上，糙米锌含量以Zn2处理最高，精米锌含量除立香85 外也总体以Zn2 处理最高。其中，象牙香占在Zn2 处理下糙米锌含量为20.0 mg/kg，精米锌含量为13.9 mg/kg，糙米锌含量较精米提高了43.9%；合两优927在Zn2处理下糙米锌含量比精米提高24.2%；昌两优8号在Zn2处理下糙米锌含量为17.7 mg/kg，是精米的1.27 倍。各品种间糙米和精米锌含量均表现为糙米大于精米，糙米锌含量较精米提高18.6%～71.1%，提高幅度表现为立香85＞象牙香占＞合两优927＞昌两优8号，说明锌在糊粉层中有一定的积累。

3 结论与讨论

合理的施锌量是水稻高产优质的重要栽培措施，锌肥用量过多或过少都会影响水稻生长。因此，找到适宜水稻生长的最佳施锌量尤为重要。研究发现，锌肥可提高水稻产量，主要表现在有效穗数和穗粒数增加[13-19]；在缺锌地块上施锌可以提高土壤锌的有效性，通过有效穗数和千粒质量的增加来提高产量[20-21]。对于水稻品质而言，研究发现，施用锌肥可以提高稻米的糙米率和整精米率[22]。龚玉琴等[23]通过在不同条件下施锌，发现锌肥可以改善稻米加工品质和外观品质。黄锦霞等[24]也认为，施锌可以增加整精米率，同时降低垩白粒率。本研究发现，随着施锌量增加，水稻产量呈先升高后降低的趋势，整体以Zn1—Zn2 处理产量较高，增产主要归因于有效穗数、穗颖花数、结实率的提高。在各项品质指标中，主要指标如整精米率、垩白粒率、淀粉RVA谱特征值、粗蛋白及其组分含量虽然在个别品种间存在一些偏差，但大多数品种的表现均表明其存在优化施锌量，且与产量的较优施锌量相吻合，即Zn1—Zn2 处理（7.5～15 kg/hm2）。在生物富集方面，施锌具有明显的锌营养强化效果，施锌后糙米和精米的锌含量均有所提高，各品种整体上以Zn1—Zn2 处理籽粒锌含量较高，糙米锌含量较CK增加了2.5%～19.0%，精米锌含量较CK 增加了1.5%～18.0%。此外，不同施锌处理各水稻品种糙米锌含量均大于精米，整体上以Zn2处理糙米、精米锌含量最高，且常规稻的增幅高于杂交稻。

综上，从本研究多方面的结果来看，在江汉平原潜在缺锌地区既有利于水稻增产又有利于稻米品质改善的施锌量“重合”为7.5～15 kg/hm2（Zn1—Zn2处理）。

致谢：植物组织锌含量测定在长江大学农学院土壤肥料研究组周建利老师指导下完成；田间试验得到包一志等人大力支持。在此一并表示诚挚谢意！