锌肥和石灰对双季稻产量及土壤肥力特性的影响

　　摘要：为探究锌肥和石灰对双季稻产量及土壤养分特性的影响，提出适合当地土壤和水稻种植条件的最佳施肥模式，本研究在南方典型双季稻种植区，设不施氮(PK)，无机肥(NPK)，无机肥+锌肥(NPK+Zn)，无机肥+石灰(NPK+CaO)，四种施肥处理。测定了水稻土壤有效锌、碱解氮、有效磷、pH，植株产量、氮素农学利用率等指标。结果表明:(1)施用锌肥(NPK+Zn)处理提高了双季稻实际产量，2017年早晚季提升幅度分别为，10.3%~56.9%、7.6%~41.7%。2018年早晚季提升幅度分别为17.6%~104.2%、8.5%~45.2%。而连年施用石灰则不利于双季稻产量提高，2018年NPK+CaO处理较NPK处理水稻有效穗显著下降，早晚季分别减产2.9%、9.2%。(2)NPK+Zn处理有效提高了土壤中速效养分含量，其中，有效磷含量比NPK处理早晚稻分别提高了29.2%和33.3%，有效锌含量较NPK处理显著提升了25.5%。NPK+CaO处理虽能显著提高土壤pH值，但土壤中有效锌含量较NPK处理显著下降了51.8%。(3)NPK+Zn相比NPK和NPK+CaO处理双季稻氮素农学利用率显著提高了57.3%和67.1%。NPK和NPK+CaO处理间无显著差异。综上所述，连年施用石灰显著降低了土壤中有效锌含量，且不利于水稻增产。缺锌土壤中施锌不仅能提高土壤速效养分含量和水稻氮素农学利用率，还可使水稻高产、稳产，锌肥+无机化肥为当地最佳施肥模式。

　　关键词：锌肥;石灰;双季稻;产量;有效锌

　　近年来，为追求高产稳产，盲目施用无机化肥，而忽视了中、微肥施用的重要性。加之高产品种、多熟制的推广，很大程度上使得土壤中、微量元素的缺乏，养分供给失去平衡，给将来粮食优质增产增收带来不可忽视的影响。水稻是典型的喜锌作物。有研究表明，配施锌肥会影响催化光合作用过程中碳酸酐酶活性，进而影响叶绿素形成[1]。另外锌肥有利于次生根的发生和根系的良好发育，增加水稻土壤有效锌含量和各器官锌含量的同时，还可调节氮代谢生理功能，有利于植株吸收土壤中养分[2-4]。但目前我国土壤缺锌现状日趋严重，缺锌土壤面积达4866.7万公顷，大约占耕地面积的40%[5]。

　　锌肥通过土壤施用、叶面喷施和种子处理在水稻上的平均增产率分别为15.0%、9.8%和9.7%[6]。但也有研究表明，施锌只增加了籽粒锌的富集，却对水稻产量的增加不显著[7]，主要是因为土壤缺锌程度决定了施用锌肥后增产效果。石灰可以改善土壤理化性质，提高土壤团聚体平均重量直径、水稳性团聚体数量和总孔隙度[8]，提升酸性水稻土壤pH，使水稻增产[9]。但也有研究表明，酸化程度较轻水稻土，添加石灰后伤害了水稻根系，且造成了土壤板结等问题，影响水稻生长，降低了水稻产量和生物量[10]。

　　土壤pH值与土壤有效锌关系密切，高pH会增加土壤对锌的吸附和固定，降低土壤中有效锌含量[11]。有研究表明，土壤pH值高低会影响土壤有效锌含量，高pH会降低土壤中Zn2+浓度，每当土壤pH增加一个单位时，锌的溶解度下降100倍。且Zn和Ca元素之间还存在明显的拮抗作用[12]。本研究以湖南浏阳地区典型双季稻红壤土为测试土壤，开展施用无机肥、石灰和锌肥对水稻产量和土壤养分含量的影响研究，比较不同肥料间的产量效应与土壤培肥效应，为本地区肥料合理施用提供参考依据。1材料与方法

　　1.1试验材料

　　试验于2017~2018年3~11月在浏阳市河东农场进行。供试土壤为红壤，基本理化性质为pH值6.1,有机质24.4g/kg，全氮(N)1.15g/kg，全磷(P)0.61g/kg，碱解氮149.0mg/kg，有效磷36.5mg/kg，速效钾132.6mg/kg，有效锌0.75mg/kg。供试早稻品种：中早39。供试晚稻品种：泰优390。供试肥料：氮肥为尿素(N：46%)，磷肥为过磷酸钙(P2O5：12%)，钾肥为氯化钾(K2O：60%)。锌肥为硫酸锌(纯锌含量：20.5%)，石灰(主要成分为CaO)。

　　1.2试验设计

　　试验采用随机区组设计，设置4个施肥处理，PK;NPK;NPK+Zn;NPK+CaO，3次重复。小区面积为128.25m2(9.5m×13.5m)，每个试验小区筑田埂(宽20cm，高30cm)，并用塑料薄膜包裹，防止小区串水串肥。双季早稻试验于4月6日播种，4月28日机插;双季晚稻试验于6月23日播种，7月16日机插。移栽株行距为早稻：14cm×21cm;晚稻：17cm×25cm。各处理氮肥按5：3：2分基肥、分蘖肥和穗肥3次施用。钾肥按基肥、分蘖肥=5：5分2次施用。锌肥、磷肥和石灰作为基肥一次性施入。病虫害等其它田间管理参照一般大田。

　　1.3测定项目与方法

　　1.3.1土壤养分含量

　　于水稻生长的5个关键时期(最高分蘖期、孕穗期、齐穗期、乳熟期和成熟期)，在各小区采用五点取样法取深度为20cm土样，3次重复。测定土壤碱解氮、有效磷、有效锌含量;有效锌采用DTPA-TEA浸提-AAS法，碱解氮采用碱解扩散法，有效磷采用HCl-H2SO4法测定[13]。

　　1.3.2水稻产量构成

　　成熟期每处理分别调查连续20蔸的有效穗数，3次重复，计算单穴有效穗数，每小区按平均有效穗数五点取样法各取5蔸，带回实验室考察每穗粒数、结实率和千粒重。每小区分别取5平方米的植株样，进行人工脱粒，测定实际籽粒产量，3次重复。

　　1.3.3氮素农学利用率(kg/kg)=(施氮区籽粒产量-无氮区籽粒产量)/施氮量[14]。

　　1.4数据处理

　　采用Excel2016、SPSS20.0软件进行数据整理统计和分析，方差分析采用Duncan法进行多重比较。

　　2结果与分析

　　2.1不同施肥处理对双季稻产量及产量构成的影响

　　NPK+Zn处理显著提高了两年的早晚稻实际产量。其中，2017年，NPK+Zn处理早稻实际产量较其他处理提升幅度在10.3%~56.9%之间，晚稻提升幅度为7.6%~41.7%。2018年，NPK+Zn处理早晚稻实际产量较其他处理提升幅度分别为17.6%~104.2%、8.5%~45.2%。另外，PK+CaO处理在2017年早晚稻实际产量均显著高于PK处理。从产量构成因素来看，NPK+Zn处理显著提高了植株的有效穗和结实率。

　　2.2不同施肥处理对土壤速效养分含量的影响

　　2.2.1不同施肥处理对土壤碱解氮含量的影响

　　除2017年早稻齐穗期和2018年早稻分蘖盛期外，NPK+Zn处理土壤碱解氮含量在生育前期均最高，而成熟期，NPK+Zn处理较NPK处理显著提高了早稻碱解氮含量，而晚稻差异不显著;较NPK+CaO处理，除2017年早稻孕穗期和2018年早稻分蘖盛期和晚稻乳熟期外，均有显著提高。NPK和NPK+CaO处理早稻成熟期土壤碱解氮含量差异不显著，但晚稻NPK处理显著高于NPK+CaO处理。

　　2.2.2不同施肥处理对土壤有效磷含量的影响

　　除2017年晚稻外，NPK+Zn和NPK+CaO处理早稻成熟期土壤有效磷含量均显著高于NPK处理，NPK+Zn处理成熟期土壤有效磷含量较NPK处理早晚稻分别提高了29.2%和33.3%。而NPK+Zn和NPK+CaO处理间差异不显著。

　　2.2.3不同施肥处理对土壤有效锌含量的影响

　　土壤中有效锌含量表现出NPK+Zn>NPK>PK>NPK+CaO的规律，且NPK+Zn处理土壤中有效锌含量最高，较NPK处理显著提升了25.5%。而NPK+CaO处理最低，相比NPK处理，土壤中有效锌含量显著下降了51.8%，且均达显著水平。由此可看出，施用锌肥能够显著提高土壤中有效锌含量，而施用石灰则相反。

　　2.3不同施肥处理对土壤pH值的影响

　　NPK+CaO处理显著提高了土壤pH，相比NPK和NPK+Zn处理两年早晚稻分别提高了6.4%和5.8%。而NPK和NPK+Zn处理间土壤pH差异不显著，但显著低于PK处理。

　　2.4不同施肥处理对水稻氮素农学利用率的影响从表6中可知，施用锌肥的NPK+Zn处理相比NPK和NPK+CaO处理提高了双季稻氮素农学利用率，分别提高了57.3%和67.1%，差异显著。NPK+CaO处理除2018年晚稻季显著低于NPK处理外，其余季别均差异不显著。

　　3讨论

　　3.1锌肥和石灰对水稻产量及氮素利用率的影响

　　锌作为水稻生长不可缺少的微量元素，在水稻生产中的作用不容忽视。施用锌肥能提高水稻产量[15-17]，且土施增产效果优于喷施，锌肥土施在水稻上的平均增产率为15.0%[4]。而刘铮等[18]根据土壤供锌情况和作物对缺锌的敏感程度，将中国锌肥分为了三个区，锌肥显效区(土壤有效锌<0.5mg/kg)、锌肥有效区(0.5~1.0mg/kg)和可能有效区。

　　本研究试验田有效锌含量0.75mg/kg，属缺锌土壤(国际水稻所提出的土壤有效锌临界值0.8mg/kg)，施用锌肥(NPK+Zn)处理提高了双季稻实际产量，2017年和2018年早晚季产量均有提升。进一步分析产量构成不难发现，锌肥主要增加了早稻结实率和晚稻千粒重，使水稻增产，这与郑甲成等[19]研究结果相同。锌参与生长素的合成，并与叶绿素的合成和碳水化合物的转化有关，能促进植物的光合作用，加速糖类代谢，使水稻结实率和千粒重提高。

　　本研究还发现，NPK+Zn处理较NPK和NPK+CaO处理水稻氮素农学利用率分别提高了57.3%和67.1%。其原因可能是在缺锌土壤中施用锌肥，能提高土壤中有效锌含量，从而为水稻植株提供充足锌营养。施用石灰的处理，在第一年与纯化肥处理产量差异不显著，但到第二年，显著降低了早晚稻有效穗数，水稻产量降低。

　　在本试验中施用锌肥增产效果好于石灰，原因可能是钙过剩会造成土壤中钾、钙、镁等营养元素平衡失调，从而抑制作物对其他元素吸收，导致作物减产[20];Fageria等[21]提出了水稻酸害的阈值(作物产量明显下降时的土壤pH)为4.9。在阈值下施用石灰主要是通过提高土壤pH，从而提高水稻产量。方克明等研究表明，平均750kg/hm2石灰可提升酸性水稻土壤pH值0.179，且每千克石灰增产稻谷0.83kg[22]。但对于土壤pH值较高土壤应谨慎施用石灰，补施锌肥。

　　3.2锌肥和石灰对水稻土养分含量的影响

　　大量研究表明，施用化肥能加速土壤中C、N和P的积累，也可增加土壤中速效养分含量[23-25]。本研究表明，施用锌肥显著提高了成熟期早稻碱解氮含量和早晚稻土壤有效磷含量。施用锌肥后，锌离子与有机物产生了螯合作用，降低了有机质对铵态氮的吸附作用，提高了NH4+含量，从而使土壤中碱解氮含量增加[26]。施用石灰较纯化肥处理显著提高了早稻季土壤中有效磷含量和早晚稻pH值,相比纯化肥和锌肥处理两年早晚稻pH分别提高了6.4%和5.8%;但显著降低了晚稻土壤中碱解氮含量。

　　何电源、蔡东[27-28]等研究也表明，酸性水稻土每亩施30~80kg石灰后，短期内可提高pH值0.5~1.5个单位，且施入石灰后，减少了土壤对P的吸附固定，降低了土壤对P的最大吸附容量，提高了P的平衡常数和缓冲指数，从而提高了土壤有效磷含量[11];但施用石灰会增加土壤中C、N的损失[8]。本研究还发现，土壤中有效锌含量为NPK+Zn>NPK>PK>NPK+CaO，施用锌肥能显著提高土壤中有效锌含量，而施用石灰显著降低了其含量。其原因可能是Zn和Ca元素之间存在拮抗作用[29-30];土壤高pH会增加土壤对锌的吸附和固定，降低土壤中有效锌含量。王秋菊等[31]研究也表明，石灰性土壤中缺锌现象严重，但具体机理还需进一步研究。

　　4结论

　　施用锌肥不仅提高早稻结实率和晚稻千粒重，使水稻显著增产，还提高了土壤中速效养分含量和水稻氮素农学利用率，特别是土壤有效锌含量显著增加。连年施用石灰能提高土壤pH值，但土壤有效锌含量显著下降。在缺锌土壤中配施锌肥能一定程度上改善水稻生理特性，提高土壤肥力，提高土壤中有效锌含量，最终实现增产。且缺锌的水稻土壤中需慎重施用石灰。综上所述，锌肥+无机化肥为当地最佳施肥模式。

　　参考文献：

　　[1]虞银江，廖海兵，陈文荣，等.水稻吸收、运输锌及其籽粒富集锌的机制[J].中国水稻科学，2012，26(3)：365-372.

　　[2]薛启，王康才，梁永富，等.氮锌互作对藿香生长、产量及有效成分的影响[J].中国中药杂志，2018，43(13)：2654-2663.

　　[3]刘琦，王张民，潘斐，等.大田条件下水稻锌营养强化方法探究及效果评估[J].土壤，2019，51(1)：32-38.

　　作者：郭荟，马国柱，屠乃美*，方畅宇，杨宁俊，陈威，邹燕，易镇邪