葉廷紅，張 賡，李小坤*

（1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江中下游耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/華中農(nóng)業(yè)大學(xué)微量元素 研究中心，湖北 武漢 430070；2.全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，北京 100026）

鋅（Zn）是動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中必需的微量元素之一。在植物中，鋅是許多酶的組成成分，對(duì)蛋白質(zhì)合成、碳水化合物代謝、細(xì)胞分裂、基因表達(dá)等過(guò)程具有重要作用［1］，植物缺鋅時(shí)常常出現(xiàn)植株矮小、生長(zhǎng)緩慢。同時(shí)，鋅也與人體健康密切相關(guān)［2-3］，缺鋅會(huì)使人體生長(zhǎng)發(fā)育遲緩、免疫力低下、生殖功能下降，產(chǎn)生智力障礙，甚至出現(xiàn)不孕等一系列疾?。?］。人體自身不能合成鋅元素，只能通過(guò)食物來(lái)補(bǔ)充，當(dāng)人體每天攝入的鋅含量超過(guò)15mg 時(shí)才能滿足正常生命活動(dòng)需求［5］，因而提高食物中的鋅含量至關(guān)重要。水稻是世界上半數(shù)以上人口的主食，其產(chǎn)量和品質(zhì)備受關(guān)注，關(guān)于鋅肥在水稻上的施用也已成為水稻研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)［6-7］。全球約50%的谷物產(chǎn)區(qū)土壤有效鋅缺乏［8-9］，由土壤缺鋅引起的稻米鋅含量低又將導(dǎo)致人體缺鋅普遍。因此，了解水稻鋅營(yíng)養(yǎng)，掌握鋅肥高效施用技術(shù)對(duì)提高水稻產(chǎn)量和籽粒鋅含量具有重要意義。本文綜述了鋅對(duì)水稻的作用、水稻施鋅效應(yīng)以及鋅肥的施用方法，提出了鋅肥高效施用技術(shù)，并對(duì)水稻鋅營(yíng)養(yǎng)研究進(jìn)行了展望。

1 鋅在水稻中的營(yíng)養(yǎng)功能

鋅是許多酶的組成成分和活化劑，超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（POD）等酶中都含有鋅［10］，施鋅后水稻根、葉中SOD 活性比不施鋅增加243.48%、172.77%，POD 活性比不施鋅增加43.60%和75.35%［11］，有利于增強(qiáng)細(xì)胞的清氧能力，保證細(xì)胞免受活性氧的破壞，促進(jìn)水稻生長(zhǎng)［12］。鋅與蛋白質(zhì)代謝密切相關(guān)，缺鋅時(shí)蛋白質(zhì)合成受阻；研究證明，稻株缺鋅導(dǎo)致核糖核酸酶活性提高，核糖核酸降解加快，蛋白質(zhì)含量下降［13］。鋅參與了植物體內(nèi)的生長(zhǎng)素代謝，鋅能促進(jìn)吲哚和絲氨酸合成色氨酸，而色氨酸是生長(zhǎng)素的前身；缺鋅時(shí)，吲哚乙酸合成銳減，抑制了色氨酸轉(zhuǎn)化為生長(zhǎng)素，植物生長(zhǎng)發(fā)育緩慢甚至出現(xiàn)停滯狀態(tài)［14］。鋅會(huì)影響植物體內(nèi)的碳水化合物代謝，因?yàn)殇\能增加植物體內(nèi)葉綠素的含量，并催化葉綠素的光合反應(yīng)［15］，研究表明，缺鋅時(shí)，水稻葉綠素含量會(huì)減少31%，光合會(huì)降低12%［16］；鋅也是植物碳酸酐酶（CA）的輔因子，在光合作用過(guò)程中，H2O 和CO2能 在CA 催 化 下 形 成HCO3-［17］，同 時(shí)CA 也可捕捉光呼吸過(guò)程釋放的H2CO3，釋放CO2，為光合作用提高底物［18］。鋅能明顯影響水稻的生殖生長(zhǎng)，施鋅后水稻有效穗增加10.2%，穗粒數(shù)增加7.0%［19］。此外，鋅還能提高植物的抗逆性，當(dāng)水稻處于澇、旱、鹽、冷等不良環(huán)境時(shí)，體內(nèi)活性氧會(huì)增加［20］，破壞細(xì)胞膜透性，降低植物的抵抗能力，而鋅能維持細(xì)胞膜的完整，避免蛋白質(zhì)和膜脂被過(guò)氧化。

2 稻田土壤鋅含量及水稻缺鋅診斷

稻田土壤有效鋅含量是判斷土壤是否缺鋅的重要指標(biāo)，當(dāng)土壤有效鋅（DTPA-Zn）含量低于土壤缺鋅臨界值0.5mg/kg 時(shí)，植物生長(zhǎng)受到抑制［21］。土壤有效鋅含量受到土壤pH 值、土壤類型、土壤全鋅含量、有機(jī)質(zhì)含量、土壤含水量、土壤溫度等因素的影響［22-23］，其中，pH 值對(duì)土壤有效鋅含量的影響最為突出，研究表明，pH 值增加一個(gè)單位，土壤溶液鋅離子濃度會(huì)降低4～10倍［24］。一般認(rèn)為，在pH 值＞6.5 的土壤中易缺鋅，水稻土pH 值大于7.2 時(shí)，水稻易發(fā)生缺鋅［25］。不同土壤類型的鋅含量有差異，主要是因?yàn)槠浒l(fā)育母質(zhì)不同［21］；在低有機(jī)質(zhì)含量、低土壤含水量、低土壤溫度條件下，土壤有效鋅含量一般較低［22-23］。此外，注重養(yǎng)分間的協(xié)調(diào)也是提高鋅有效性的重要措施，在一定范圍內(nèi)，土壤鋅有效性與土壤全氮、全磷、有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)關(guān)系［26］，但大量施用磷肥或土壤磷含量過(guò)高時(shí)，會(huì)抑制作物對(duì)鋅的吸收從而導(dǎo)致缺鋅［27］。

水稻是對(duì)鋅敏感的作物，通?？勺鳛榕袛嗤寥烙行т\豐缺的指示植物。水稻缺鋅常出現(xiàn)在移栽后2～4 周，表現(xiàn)為僵苗或稻縮苗，具體癥狀為新葉基部發(fā)白，生長(zhǎng)緩慢；老葉沿中脈向兩側(cè)發(fā)褐，嚴(yán)重時(shí)有褐色斑點(diǎn)［28］；老根變黑，新根不長(zhǎng)或生長(zhǎng)遲緩；稻株矮小，不發(fā)生分蘗或很少分蘗，甚至枯萎死去。

3 水稻施鋅效應(yīng)

3.1 施鋅對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

土壤缺鋅會(huì)嚴(yán)重制約作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量的提升。根據(jù)土壤中鋅的供給情況和農(nóng)作物對(duì)缺鋅的敏感程度，可將鋅肥應(yīng)用效果分為3 區(qū)：鋅肥顯效區(qū)（有效態(tài)鋅低于0.5mg/kg），農(nóng)作物常有缺鋅癥狀，鋅肥效果顯著；鋅肥有效區(qū)（有效態(tài)鋅含量0.5～1.0mg/kg），農(nóng)作物潛在缺鋅，施鋅有效；鋅肥可能有效區(qū)，土壤有效態(tài)鋅低于缺鋅臨界含量，但田間試驗(yàn)少，有待進(jìn)一步驗(yàn)證［21］。因此，鋅肥施用效果與土壤有效鋅含量密切相關(guān)［29］，當(dāng)土壤有效鋅含量較高時(shí)，鋅不是水稻增產(chǎn)的限制因子，鋅肥施用對(duì)水稻增產(chǎn)效果并不顯著，有時(shí)可能還會(huì)造成毒害［30］。此外，鋅肥施用效果還與施用方式、施用量、施用時(shí)期以及不同年代氣候、產(chǎn)量水平和農(nóng)藝措施等有關(guān)。

鋅肥施用效果受施鋅量影響較大［7，19，30-35］（圖1）。隨著鋅肥用量增加，水稻增產(chǎn)率上升，但當(dāng)鋅肥用量超過(guò)50kg/hm2時(shí)，可能會(huì)對(duì)水稻造成毒害而導(dǎo)致減產(chǎn)［30］。不同施鋅條件下，水稻增產(chǎn)率在2%～30%［19，30，32，36］，變異較大。這主要是因?yàn)椴煌緟^(qū)土壤有效鋅含量相差較大，導(dǎo)致鋅肥效應(yīng)不同。例如，四川省水稻施鋅增產(chǎn)4.6%［37］，貴州省增產(chǎn)達(dá)8.4%［32］，江蘇省增產(chǎn)13.0%［30］。鋅肥施用效果具有年際效應(yīng)，由于不同年代下氣候、土壤肥力、產(chǎn)量水平、作物品種、農(nóng)藝措施差異較大，不同年代鋅肥施用效果也有差異［38］（圖2）。從20 世紀(jì)70年代到2013 年，鋅肥基施增產(chǎn)效果從29.7%降至6.0%，呈現(xiàn)逐年降低的趨勢(shì)，一方面可能是因?yàn)殇\肥后效大，前一年施用的鋅肥殘留導(dǎo)致土壤鋅含量提高，鋅不再是最小限制因子；其次是耐低鋅品種更替。

圖1 鋅肥施用量對(duì)水稻增產(chǎn)率的影響

圖2 不同年代下施鋅增產(chǎn)率［38］

鋅肥施用方式也會(huì)影響施鋅效果［7，33，37，39-40］（圖3）。鋅肥施用方式主要有土施（基施）、葉面噴施、種子處理。與葉面施鋅相比，土壤施鋅增產(chǎn)效果最佳；土壤施用與葉面噴施相結(jié)合也能達(dá)到較好的增產(chǎn)效果。此外，施鋅對(duì)不同季型水稻的增產(chǎn)效果也有差異。根據(jù)湖北省126 個(gè)施鋅試驗(yàn)，早、中、晚稻平均增產(chǎn)分別為12.6%、10.8%、8.2%［41］，早稻顯著高于晚稻，一般認(rèn)為是早春氣溫低，土壤有效鋅含量低，早稻施肥效果較顯著［42］。需要注意的是，鋅肥利用率不高，第一季水稻鋅肥利用率僅為0%～3.5%［41-42］，存在后效，在施肥用量大時(shí)尤為明顯。因此，鋅肥可隔年施用，避免造成作物鋅中毒［35］。

圖3 鋅肥施用方法對(duì)水稻增產(chǎn)率的影響

3.2 施鋅對(duì)稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

水稻是我國(guó)主要糧食作物之一，水稻籽粒鋅含量一般在8～53mg/kg［29，43-44］。土壤鋅含量是導(dǎo)致稻米鋅含量差異的主要原因，同一水稻品種生長(zhǎng)在不同鋅含量土壤上其籽粒鋅濃度在8～47mg/kg［29］。施肥也會(huì)影響稻米籽粒鋅含量，施鋅量增加，籽粒鋅含量提高［30］，但鋅肥的不同施用方法對(duì)水稻籽粒中鋅濃度的貢獻(xiàn)率不同［39，45］（圖4），與土施鋅肥相比，葉面噴施鋅肥使籽粒鋅濃度提高幅度更大。葉面噴施鋅肥能顯著提高籽粒鋅含量可能是因?yàn)楸苊饬虽\被復(fù)雜的土壤所固定吸附，同時(shí)也減少了植物體鋅向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)距離，提高了鋅肥施用的生物有效性。此外，土施鋅肥和葉面噴施相結(jié)合也能顯著提高稻米鋅含量，提高稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)［46］，但這種方式成本較高，農(nóng)民可能難以接受。水稻籽粒鋅含量還與鋅離子活度密切相關(guān)，隨鋅離子活度下降，水稻籽粒含鋅量降低，當(dāng)鋅離子活度為10.3 時(shí)，碧玉早糯籽粒鋅含量最高，鋅離子活度超過(guò)或低于此值均會(huì)降低籽粒鋅含量［47-48］，因此，增加環(huán)境中的鋅離子活度，有利于改善水稻的鋅營(yíng)養(yǎng)，提高水稻籽粒的鋅含量。

圖4 鋅肥施用方法對(duì)水稻籽粒鋅含量的影響［39，45］

在追求高鋅含量稻米的同時(shí)，稻米鋅的生物有效性也備受關(guān)注［49-50］。稻米中的植酸含量是影響籽粒鋅有效性的重要因素之一［51-52］，植酸含量高的稻米鋅的有效性低，因?yàn)橹菜釙?huì)與鋅形成絡(luò)合物，影響人體吸收鋅［50］。施肥會(huì)影響稻米中植酸含量，研究表明，磷肥施用會(huì)提高籽粒植酸含量7%～64%，降低鋅的有效性［52］；而鋅肥施用可以使水稻籽粒植酸含量降低14.8%～30.4%，也能使米飯中鋅的生物有效性提高52%［45］。此外，鋅肥施用還能降低水稻籽粒中重金屬的含量，保障糧食安全［53-54］。鋅降低重金屬污染可能是因?yàn)殇\與某些重金屬具有相似的原子半徑，施鋅后通過(guò)離子間的拮抗作用來(lái)減少水稻對(duì)重金屬特別是鎘的吸收［53］。但也有研究表明，鋅對(duì)水稻籽粒鎘富集具有多重效應(yīng)，當(dāng)土壤鎘含量中等或較低時(shí)，施鋅會(huì)增加籽粒鎘含量；而鎘含量較高時(shí)，施鋅能降低籽粒鎘含量［55-56］。因此，在鎘污染稻區(qū)，鋅肥施用應(yīng)協(xié)調(diào)好鋅與鎘的關(guān)系。

綜上，在土壤有效鋅含量較低的土壤上，施用鋅肥可以滿足作物正常生長(zhǎng)對(duì)鋅的需求，從而保證水稻產(chǎn)量，且土壤施鋅增產(chǎn)效果更佳。若要進(jìn)一步增加籽粒中鋅含量，提高稻米品質(zhì)，可采用葉面噴施鋅肥［57］，且在花前1 周和花期多次噴施更能提高籽粒鋅含量［58-59］。而要在增加產(chǎn)量的同時(shí)增加籽粒中鋅含量最有效的方法是土施和葉面噴施相結(jié)合［46］。

4 鋅肥在水稻上的施用技術(shù)

4.1 鋅肥種類

鋅肥可分為無(wú)機(jī)鋅和有機(jī)鋅，無(wú)機(jī)鋅主要包括硫酸鋅、氯化鋅、氧化鋅、碳酸鋅等；有機(jī)鋅是指有機(jī)配體形成的絡(luò)合物或螯合物，如氨基酸鋅復(fù)合物［60］、葡萄糖酸鋅等。在糧食生產(chǎn)中，通常所用的鋅肥是硫酸鋅。隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，將鋅添加到大量元素肥料中使之成為復(fù)合肥也逐漸發(fā)展起來(lái)，例如氮鋅復(fù)合肥、磷鋅復(fù)合肥、鉀鋅復(fù)合肥等已應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。此外，含鋅的包膜肥料也正在開(kāi)發(fā)，對(duì)水稻而言，濃度為1.0%硫酸鋅包衣尿素最為經(jīng)濟(jì)和實(shí)用，能使水稻增產(chǎn)28%，籽粒鋅含量增加到35mg/kg 以上［61］。

4.2 鋅肥施用方法

鋅肥施用方法包括土壤施用、葉面噴施和種子處理3 種。鋅肥作為基肥施用時(shí)，一般在秧苗移栽前均勻撒施并深翻，可將鋅肥與生理酸性肥料混合施用，但不宜與磷肥混施，以免生成水稻難以吸收利用的磷酸鋅而降低肥效，也不可與堿性肥料一起使用，因?yàn)殇\在堿性條件下易被固定［62］。水稻田適宜鋅肥用量在15～45kg/hm2［31-32，35］，具體根據(jù)土壤有效鋅情況而定。但當(dāng)用量超過(guò)45kg/hm2時(shí)可能出現(xiàn)鋅中毒［30，32］。葉面噴施也是鋅肥施用的主要方式之一，但一般只作為追肥施用，可在分蘗期、齊穗期連續(xù)噴施2～3 次為好［59］。噴施濃度在0.1%～0.5%ZnSO4·7H2O 之間，一般選擇無(wú)風(fēng)的晴天傍晚噴施較好，在有露水的早晨或雨天噴肥，都會(huì)降低效果甚至無(wú)效。此外，還可采用種子處理的方式，包括浸種、拌種及蘸秧根，浸種和拌種主要是解決秧苗缺鋅，蘸秧根主要是為了緩解秧苗移栽后在短期內(nèi)缺鋅，但它們均不能滿足水稻后期對(duì)鋅的需求，且采用種子處理時(shí)硫酸鋅濃度要控制好，以免對(duì)種子造成毒害或傷苗，一般采用0.1%硫酸鋅溶液。

4.3 鋅肥高效施用技術(shù)

水稻施鋅具有顯著的增產(chǎn)效果，且能改善稻米品質(zhì)，但應(yīng)科學(xué)合理施肥。水稻施鋅肥要掌握以下技術(shù)要求：首先，要遵循適量早施的原則。鋅肥的施用應(yīng)采用測(cè)土配方施肥技術(shù)，根據(jù)水稻養(yǎng)分需求和土壤養(yǎng)分供應(yīng)情況，適量補(bǔ)充鋅肥；因水稻缺鋅主要發(fā)生在苗期和分蘗期，且營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期施鋅增產(chǎn)效果較好，因此水稻施鋅以早為好。其次，基施和追施相結(jié)合，基施時(shí)要均勻撒施，注意與其他肥料的配合施用；后期可根據(jù)水稻生長(zhǎng)情況適當(dāng)追肥，以葉面噴施為主，從而提高籽粒鋅含量。再則，注重養(yǎng)分的相互作用，適量的氮磷肥和有機(jī)肥有助于水稻對(duì)鋅的吸收［31，62-64］。但需要注意，鋅肥后效穩(wěn)長(zhǎng)，一般2～3 年施用一次即可。

5 問(wèn)題與展望

鋅缺乏已成為影響人體健康的重要問(wèn)題，也是國(guó)際Harvest Plus 計(jì)劃中最重要的研究目標(biāo)。水稻施鋅可以提高產(chǎn)量和籽粒鋅含量，保證糧食安全和提高稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，但鋅肥在水稻中的施用仍然存在一些問(wèn)題。首先，由于種植制度的改變、施肥量及水稻產(chǎn)量的提高，過(guò)去的土壤有效鋅臨界指標(biāo)已不能滿足目前的生產(chǎn)需要，而目前關(guān)于全國(guó)范圍內(nèi)稻田土壤鋅營(yíng)養(yǎng)狀況還不明確，難以根據(jù)測(cè)土結(jié)果進(jìn)行推薦施肥，嚴(yán)重限制了鋅肥在水稻上的應(yīng)用。其次，鋅肥的施用方法還存在一定限制。土壤施用鋅肥的效果受土壤條件的影響很大，土壤高CaCO3含量、高pH 值、低有機(jī)質(zhì)含量等都會(huì)增加鋅肥被土壤固定的程度，降低其有效性；而葉面噴施又無(wú)法滿足根系對(duì)鋅的需求，增產(chǎn)效果低。因此，如何通過(guò)營(yíng)養(yǎng)調(diào)控或栽培措施調(diào)控實(shí)現(xiàn)施鋅提質(zhì)增產(chǎn)雙重效應(yīng)還有待進(jìn)一步的研究。再則，水稻植株各部位的鋅含量以籽粒最低［31］，難以滿足人體對(duì)鋅的需求，如何通過(guò)各種技術(shù)增加鋅向水稻籽粒中的分配，提高籽粒鋅含量，實(shí)現(xiàn)水稻籽粒鋅的強(qiáng)化還具有較大的發(fā)展空間。