鋅肥在水稻上的應用研究進展

楊波　靳輝勇　屠乃美　田茂成　田豐　周偉　李棟宇

摘 要：鋅是人體和動物不可缺少的微量元素，對植物體生長發育也具有重要的作用。水稻作為我國主要的糧食作物之一，為人體提供了大量的營養和能量，因此，生產優質高鋅稻米，關乎著國民的身體健康。文章綜述了鋅肥在水稻上的應用研究進展，包括鋅肥的種類、施用方法、肥效特點，鋅肥降低稻米重金屬的效果，以及鋅肥對土壤養分含量的影響。并針對目前的研究進展提出了一些問題和建議，以期為水稻生產中科學合理施用鋅肥提供參考。

關鍵詞：水稻；鋅肥；種類；肥效；土壤養分

中圖分類號： S511 文獻標識碼： A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2018.03.012

Abstract： Zinc was necessary for human beings and animals， and was very important for plant growth. Rice， which was one of the most important staple foods for people， provided a lot of nutrition and energy for people， so producing high quality and high zinc rice concerns people's health. In the current paper， progress of researches on zinc fertilizer application in rice was reviewed， including sorts， application method， fertilizer effect properties， effects of zinc fertilizer on soil nutrient content and reducing rice heavy metals. Finally some problems and suggestions of further study were put forward， which would provide reference for future researches on scientific application of zinc fertilizer in the production of rice.

Key words： rice； zinc fertilizer； sorts； fertilizer effect； soil nutrient content

鋅是人體必需的微量元素，在人體中含量極少，只有1.4～2.3 g，約為人體重的0.000 3%，但對于人的生長發育有著極其重要的作用，被稱為“生命之花”[1-3]。鋅參與人體內70多種酶的合成，是腦細胞生長的關鍵，與肝、消化道、皮膚、性腺的正常分泌息息相關[4-5]，鋅缺乏會導致消化功能減退、生長發育遲緩、免疫功能下降、智力發育障礙等[6-8]。鋅也是植物必需微量元素之一，對于提高作物產量和改善作物品質有著重要作用[9]。人體自身不能合成鋅，只能從日常食物中獲取，而水稻作為世界三大糧食作物之一，是我國最主要的糧食作物，更是我國人民獲取營養和能量的主要來源[10]。因此，如何提高水稻鋅含量，對我國糧食生產具有重要的意義，且關乎著人民的身體健康。

據統計，全球種植谷物的土地中有50%存在缺鋅的潛在危險。20世紀八十年代，第二次全國土壤普查結果顯示[11]，鋅是我國土壤第二大缺乏養分元素，缺鋅土壤比例占41.97%；而在1994年調查發現，全國土壤缺鋅范圍已擴大至61%，其中西北、華北和東北等旱作區土壤缺鋅分別達到80%，70%和60%；近年來，由于農業種植業結構調整、土地復種指數不斷提高、氮肥大量施用、酸性土壤過量施用石灰等，土壤缺鋅的現象更加普遍和嚴重[12-13]。施用鋅肥是平衡土壤養分、提高植物鋅元素含量的重要措施，在我國糧食生產中起著重要作用。

1 鋅肥的種類

鋅肥按其來源可分為無機鋅和有機鋅，無機鋅主要包括氯化鋅、硫酸鋅、碳酸鋅和氧化鋅等，而有機鋅是指有機配體形成的絡合物或螯合物，如葡萄糖酸鋅、蛋氨酸鋅等。在糧食生產中，通常所用的鋅肥是硫酸鋅。

2 鋅肥的施用方法

鋅肥的施用方法有四種[14-15]，即土施、葉面噴施、種子處理和蘸根。土施，即在土壤中直接施用，可撒施或條施，播種前或移栽前是土壤施鋅肥的最佳時間；葉面噴施，特別適用于蔬菜、果樹，而在大田作物中，葉面噴施鋅肥只是在植物出現缺鋅癥狀時作為應急措施應用，較土施相比增產效果不明顯，但是適時葉面噴施又可以預防和彌補早期缺鋅對作物生長和產量造成的影響；種子處理，可將鋅肥加適量水溶解后浸種或拌種，此種方法施入的鋅較少，效果不明顯，而用鋅肥作種子包衣是較新的種子處理方法，已在水稻上取得成功應用，目前這種方法已應用于玉米和其他植物的種子；蘸根，是將秧苗用鋅溶液蘸根，此方法與種子處理較為相似，效果不明顯，在實際生產中應用較少。

3 鋅肥的肥效特點

水稻對鋅肥十分敏感，在缺鋅的田塊上水稻易出現缺素癥狀[16]。鋅在水稻體內間接影響著生長素的合成，當水稻缺鋅時，生長停滯，植株矮小[17-18]。施用鋅肥時，鋅能促進水稻光合作用，另外鋅是多種酶的活化劑，能夠參與碳水化合物的轉化，增強莖稈強度，增加對病害的抵抗力，進而增強植株的抗逆性；同時，鋅也能促進水稻的根系生長，提高對土壤養分的吸收，提高水稻產量[19-21]。

施用適量的鋅肥不僅能夠促進水稻的生長，還能顯著提高水稻產量。孫蘭英等[22]研究表明，施用鋅肥能夠促進水稻生長發育，提高水稻產量，提高農民的經濟效益，當鋅肥的施用量為30 kg·hm-2時，效果最好。劉遠化等[23]發現施用鋅肥后，水稻的有效穗增加了5.6%～23.8%，有效分蘗明顯增加，產量增加了約9%。阮長春等[24]在鹽堿地上探究鋅肥對水稻產量性狀及產量的影響，結果表明，在水稻前期生長作用不明顯，而后期出現了顯著變化，產質量得到了明顯改善。孫麗華等[25]研究結果表明，天津市寶坻區鋅肥適宜施用量為22.5 kg·hm-2，此條件下，水稻的成熟期提前，株高、分蘗數、千粒質量、穗數、產量均得到了顯著提高。張美英[26]通過在缺鋅土壤上施用鋅肥，發現較不施鋅肥相比，水稻產量增加了511.1 kg·hm-2，經濟效益增加了973.67 元·hm-2。

不同的施肥方式所產生的效果也不盡相同。王孝忠等[27]通過總結1970—2013年內鋅肥在我國主要糧食作物小麥、玉米、水稻上的應用效果，結果表明，土施鋅肥在水稻上的增產效果最好，平均增產率達15%，葉面噴施和種子處理效果次之，增產率分別為9.8%，9.7%。馮緒猛等[28]探究了不同鋅肥施用方法對水稻產量和籽粒鋅含量的影響，研究結果表明，土施鋅肥平均增產效果顯著高于葉面噴施5.2%，而葉面噴施的葉片、莖稈、籽粒鋅含量較土施相比分別提高了224.6%，78.5%，12.1%。郭九信等[29]研究結果顯示，不同的施用方法對水稻產量和植株各器官富鋅能力均影響較大，其中土施鋅肥增產效果高于葉面噴施，而葉面噴施對于提高水稻植株各器官富鋅能力顯著優于土施。

4 鋅肥降低稻米重金屬含量的效果

目前，我國土壤重金屬污染現狀日趨嚴重。2006年據國家環保總局報告顯示，我國每年遭受重金屬污染的糧食達1 200萬t，造成的直接經濟損失超過200億元。2014年環境保護部和國土資源部《全國污染土壤狀況調查公報》指出，我國耕地土壤環境質量堪憂，全國土壤總的點位超標率為16.1%，而無機污染物超標點位數占全部超標點位的82.8%，其中鎘點位超標率為7.0%，位于無機污染物之首[30]。2015年十八屆五中全會，首次將“生態文明建設”列入十大目標，將“美麗中國”寫入規劃，又把“綠色發展”作入五大發展理念之一，足見我國對“生態環保、綠色發展”的高度重視。2016年，國務院印發的《土壤污染防治行動計劃》指出，當前我國土壤環境總體狀況堪憂，部分地區污染較為嚴重，已成為全面建成小康社會的突出短板之一[31]。因此，我國土壤污染防治，改善土壤環境質量，已經迫在眉睫。

在化學元素周期表中，鋅與鎘屬于同族元素，兩者原子結構相似，具有相似的地球化學和環境特性，離子半徑、電負性等化學性質都比較接近，植株對鋅鎘的吸收和積累存在一定的相互作用。大量研究表明，在鎘污染程度較低時，鋅與鎘表現為拮抗關系，但在鎘污染程度較高時，鋅與鎘則表現為協同關系或無交互作用[32]。因此，采取適宜的田間調控措施降低水稻對鎘的吸收和積累，是保障稻米安全的重要途徑。索炎炎等[33]在水稻生育后期葉面噴施鋅肥，發現植株各部位鋅含量顯著增加，而Fe、Mn、Cu等元素含量受到了不同程度的影響；糙米中鋅的含量與Mn、Cu、Mg呈顯著正相關。龍思斯等[34]在鎘污染的稻田中，對不同品種的水稻葉面噴施鋅肥，研究結果顯示，葉面鋅肥對籽實富集鎘的阻控效果較好，其中早稻株兩優819、早稻Y兩優792和晚稻農香130糙米中鎘的含量分別降低了46.43%，51.28%，50.92%。劉昭兵等[35]通過探究堿性廢棄物與鋅肥配施對酸性鎘污染稻田的修復效果，結果表明，第一季作物水稻和第二季作物油菜鎘的累積量均顯著下降，其中水稻糙米中鎘的含量降低率為27.1%～65.1%，這對于南方酸性土壤鎘污染治理具有重要的意義。張良運等[36]研究表明，葉面噴施鋅肥可以顯著降低污染稻田土壤中有效態Cd的含量，鈍化土壤中的Cd，從而抑制水稻對Cd的吸收。李明舉等[37]探究了不同施用量的鋅肥對土壤及稻米中鎘含量的影響，發現30 kg·hm-2的施用量對于降低水稻籽粒、秸稈和土壤中鎘的含量效果最好。

5 施用鋅肥對土壤養分的影響

土壤養分是由土壤提供的植物生長所必須的營養元素，是作物營養的主要來源，更是作物生長發育的物質基礎[38]。土壤養分按其化學形態可分為水溶態、代換態、礦物態、有機態4種形態，主要的指標有土壤有機質、全氮、有效磷和速效鉀等，其含量狀況由成土母質決定，同時又受人為施肥的影響[39]。Zn是植物生長所必需的微量元素，然而隨著農業生產條件的改善、農作物產量的逐年提高以及氮素化肥的大量施用，土壤 Zn 的消耗量也隨之增加，若不配施Zn肥，在高氮營養條件下則可誘發作物嚴重缺Zn[40]。施用鋅肥既增加了作物對土壤養分的利用，改善了作物營養，同時對土壤養分含量也產生了深遠的了影響。茹淑華等[41]通過大田試驗，探究了氮磷鉀與鋅肥配施對土壤肥力的影響，結果表明，耕層土壤全氮和全磷含量顯著提高；較只施用氮磷鉀肥相比，配施條件下0～20 cm耕作層土壤有效鉀和有效鋅含量均顯著增加，分別提高了9.1%和134.5%，20～40 cm耕作層土壤速效磷和有效鋅含量分別提高了25.7%和81.4%。郝明德等[42]探討了鋅肥在15 kg·hm-2施用量條件下土壤中養分含量的變化，結果發現，施用鋅肥提高了作物對土壤營養元素的吸收，改變了土壤養分的含量，其中有效鋅、有效銅、有效錳含量分別增加了394.6%，21.9%，5%，而有效鐵含量卻下降了5.4%。岳煥芳等[43]卻發現，施用鋅肥后土壤理化性質發生了較大的變化，其中全氮含量明顯增加，有效鋅含量提高了39%，極大地促進了作物對鋅的吸收。

6 問題與展望

鋅缺乏已成為影響人體健康的重要問題，也是國際Harvest Plus計劃中最重要的研究目標。采取農藝措施提高土壤中鋅的含量，是當前解決農田缺鋅問題的有效措施，也是生產高鋅稻米的重要手段。雖已有學者開展了相關研究，并提供了很多參考，但是通過總結鋅肥在水稻上的應用效果，發現還存在一些不足，有些問題還需要及時解決。

6.1 系統全面地開展土壤缺鋅狀況調查

雖然土壤缺鋅研究常見報道，但是目前僅局限于個別省份，全國范圍內的土壤普查近些年來并未開展。最近一次的全國土壤普查距今三十多年，作物布局由過去的計劃種植變成以市場為導向的多元化種植，肥料從以有機肥為主轉變成以化肥為主，除草劑和農藥用量也成倍增加，土壤環境發生了很大的變化，土壤缺鋅情況也有所轉變。掌握這些情況將會更加完備地解決我國水稻缺鋅問題。

6.2 進一步明確鋅元素作用機理

鋅在水稻體內吸收、分配及積累的代謝途徑仍不明確，相關基因功能也未完全解析；此外，一些鋅的運輸載體可能也會增加另一種有害金屬的吸收。若能進一步明確鋅元素作用機理，將會大大提高鋅肥在水稻上的應用效果。

6.3 拓寬研究思路

鋅肥能夠促進水稻生長發育，提高水稻對土壤養分的吸收，調節土壤養分，抑制水稻對重金屬的吸收，此類研究已經比較成熟。然而關于鋅肥的利用率以及鋅肥對稻米品質、土壤環境影響等的研究比較少見，并且以上幾項問題在農業生產中至關重要，故在今后的研究中，要拓寬研究思路，全面掌握鋅肥在水稻上的應用效果。

6.4 加強多學科協作與滲透

目前，如何提高水稻鋅含量，主要采取的是農藝措施，富鋅水稻品種的選育工作少有開展，生產優質高產抗病高鋅水稻新品種將對解決水稻缺鋅問題具有推動作用，高效農藝措施與高鋅水稻品種搭配使用將會對生產高鋅稻米具有重要的意義。

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