铜、锌肥对优质稻桂育9号的影响效应研究

李 虎，陈传华，刘广林，吴子帅，罗群昌，朱其南，李秋雯

（广西农业科学院 水稻研究所/广西水稻遗传育种重点实验室/广西水稻优质化育种研究人才小高地，广西 南宁 530007）

【研究意义】植物生长发育所需的铜、锌等微量元素较少，但却是植物生长发育必不可少的元素，在植物的不同生育时期发挥着重要作用[1-2]。铜是植物正常生命活动所必需的微量矿质元素，广泛参与各种生命活动，铜是蛋白质的重要辅助因子，参与呼吸代谢中的氧化还原反应和光合作用的电子传递过程。锌是植物体内多种酶的组成成分，不仅参与生长素的合成，并与植物体内叶绿素的合成和碳水化合物的转化有关，充足的锌元素供给能促进植物的光合作用，有利于提高光合效应，从而影响植物生长和产量形成[3-4]。同时，锌也是养分的管理者，能协调营养元素在作物体内的分配，将氮磷钾分配到作物需要的部位[5]，对稻米品质改良与稻谷产量的提高有一定的作用[6]。可见，铜、锌元素对水稻生长发育的影响不容忽视，探索水稻铜、锌肥最佳施用量具有重要意义。【前人研究进展】锌对作物生长发育的影响有不少报道[7-8]，适量施用锌肥可以改善稻米品质，超量使用锌肥则可能降低水稻产量和品质[9]，锌元素缺乏会导致水稻的抗逆性和分蘖能力减弱，产量降低[10]。锌在土壤中的含量无论是偏少，还是偏多，都会对水稻生产造成严重的危害，锌过量甚至导致水稻颗粒无收[11]。铜是植物生长发育所必须的微量营养元素，参与作物的生理生化反应，低浓度的铜对植物生长是有益的，合理施用铜肥可以有效提高水稻产量[12]，过量的铜会导致植株生长缓慢，根的生长和伸长受到抑制，叶面积减小，叶片失绿，导致植物的水分代谢、化合作用、呼吸作用等各种生理代谢发生紊乱[13]，从而抑制植物对养分的吸收[14]。通常铜、锌肥的施用主要是靠根部施肥和叶面施肥，叶面施肥又称根外施肥，即通过叶面喷施来补充植物所需的营养元素，从而起到调节植物生长、补充所缺元素、防早衰和增加产量及改善品质的作用[15]。【本研究切入点】广西是水稻的主产区，优质稻种植面积连年增长，减肥控药技术在生产上逐步推广。但是因品种和土壤等因素差异，单纯依靠减施大肥，忽略中微量元素肥的重要作用，并不能完全保证水稻的产量和品质。目前，广西在水稻生产上对铜、锌肥的应用研究相对较少。为此，研究铜、锌叶面肥在广西当地水稻的合理施用，能够与减肥控药技术形成优势互补，对保证水稻产量和品质具体重要意义。【拟解决的关键问题】本试验通过铜离子溶液浸种和叶面喷施铜、锌肥，研究其对水稻桂育9号种子发芽率、产量及米质的影响，以期为广西水稻生产科学施用铜、锌肥提供参考依据和数据支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试水稻品种为桂育9 号；供试肥料为单一铜离子微量元素肥和单一锌离子微量元素肥，规格（每100 mL（±5%））分别为460 mg Cu、550 mg Zn，均为活性态液体肥，由中山市立恒生物科技有限公司提供。

1.2 试验设计

发芽率试验于2019年2月在广西农业科学院水稻研究所实验室内进行，选取饱满无杂质种子100粒装网袋在室温条件下用铜离子溶液浸种48 h，浓度设4.6 mg/L（M1）、9.2 mg/L（M2）、13.8 mg/L（M3）和空白对照（M0）4 个处理，每12 h 换水，浸种完毕室温条件下温水浸洗，用棉质毛巾包裹催芽，每个处理3 次重复；种植试验于2019年3—7月在广西农业科学院水稻研究所试验基地进行，试验田土壤pH 6.1、有机质22.5 g/kg、全N 1.55 g/kg、有效P 48.8 mg/kg、速效K 82 mg/kg、总Cu 33.2 mg/kg、有效态Zn 11.6 mg/kg。采用裂区试验设计，主处理（A）为锌喷施量，设8.25 g/hm2（A1）、16.5 g/hm2（A2）和24.75 g/hm2（A3）3 个水平，每hm2对水450 L喷施，喷施时期为抽穗开花前；副处理（B）为是否喷施铜肥，设不喷施（B0）和分蘖期每hm2对水450 L喷施6.9 g/hm2铜离子肥（B1）2个水平；设一个空白对照CK。试验共7个处理，重复3次，共21 个小区，随机区组排列，每小区面积8.328 m2（3.47 m×2.40 m），保护行6 行。采用秧畦育秧，移栽时按照常规密度人工插秧，每蔸2苗。常规肥料、水分、病虫草害防治等其他田间管理按常规方法进行。

1.3 项目测定及方法

1.3.1 发芽率 浸种16 h和35 h分别记录发芽率，发芽率为测试种子发芽数占测试种子总数的百分比。

1.3.2 产量与产量构成因素 于水稻成熟期，分小区全部收割晒干风净后折算成每公顷产量，调查有效穗。取各小区代表性植株3株进行室内考种，考查穗数、穗粒数、千粒质量、结实率、株高和穗长。

1.3.3 分蘖动态和成穗率 各小区选取同一方向第3 行连续标记10 株，栽插后7 d 至分蘖下降，非高峰期每7 d调查1次（包括主茎），高峰期每3 d调查1次，记录分蘖。

1.3.4 叶面积指数 在水稻拔节期、抽穗初期、抽穗末期和乳熟期，用LAI-2200C冠层分析仪测定叶面积指数（LAI）。

1.3.5 叶绿素含量 叶绿素SPAD值：用便携手持式叶绿素测定仪（SPAD-502plus）于拔节期、抽穗初期、抽穗末期和乳熟期测定。

1.3.6 米质和精米铜、锌元素含量 收获的稻谷室内贮藏3 月后，按GBT17891—2017 要求测定糙米率和整精米率，分别用浙江托普云农科技股份有限公司TP-JLG-2018 砻谷机和日本株式会社科学研究所Kett检验用小型精米机仪器进行测定；采用杭州万深检测科技有限公司SC—E型大米外观品质检测分析仪系统测定粒长、长宽比、垩白度、垩白率指标；采用日本佐竹SATAKE RLTA10B—KC 食味仪测定直链淀粉含量和蛋白质。精米铜、锌元素含量委托谱尼测试技术有限公司检测。

1.4 数据统计分析

采用Excel 2003进行数据整理，DPS v7.05软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 铜离子溶液浸种对桂育9号发芽率的影响

由表1可知，铜离子溶液浸种16 h统计，M1、M2、M3处理均能够极显著提高种子发芽率，分别比对照提高4.0%、4.7%和3.7%，其中M2处理的效果最好，其次为M1处理；35 h统计结果表明，M1、M2处理能够显著提高种子发芽率，均比对照提升3.3%，M3 处理提升效果最差，与对照差异不显著；可见，M2 处理浓度在提高发芽率的同时可提升种子发芽整齐度，在所有处理中表现最好，过高浓度的铜离子溶液对发芽率的提升效果减弱。

表1 铜离子溶液浸种对桂育9号发芽率的影响Tab.1 Effect of seed soaking with copper ion solution on germination rate of Guiyu 9

2.2 铜、锌肥的施用对桂育9号经济性状及产量的影响

由表2可知，随着锌离子喷施量的增加，有效穗、成穗率、千粒质量、穗长、结实率、产量呈逐渐升高趋势，锌离子喷施量增加至24.75 g/hm2后，产量开始下降，其他指标差异不明显，其中A2 处理的产量显著高于其他处理；铜肥的施用，有效穗、成穗率、穗粒数、结实率、产量有明显提升，千粒质量显著下降，其他指标差异不明显；铜锌肥互作条件下，各处理的穗长、穗粒数均比对照有所提升，千粒质量除A1B1 处理外均比对照有所提升，A2B1 处理穗粒数、穗长、结实率为各处理最高，分别达到172.23 粒、25.99 cm、73.42%，且穗粒数、穗长显著高于对照，A2B1 处理产量最高，达到6 535.88 kg/hm2，比对照提升6.44%，同一锌离子水平下，喷施铜离子的各处理穗粒数、结实率、产量均优于未喷施处理；由方差分析结果（F值）可知，施锌量对产量有显著影响；铜离子施用与否对千粒质量有显著影响。综上可见，施锌量过高会导致产量下降，施用适量铜离子可以提高产量；铜锌肥的合理施用，可以提高桂育9号的千粒质量、每穗粒数、穗长和结实率，从而获得大穗、重穗，进而获得高产。

表2 不同施锌量和铜肥施用与否对桂育9号经济性状及产量的影响Tab.2 Effects of different zinc application and whether to apply copper fertilizer on economic characters and yield of Guiyu 9

2.3 铜、锌肥的施用对桂育9号叶面积指数的影响

由表3可知，施锌量对拔节期、抽穗末期、乳熟期的叶面积指数影响不显著，抽穗初期A2处理的叶面积指数最低，且显著低于A3 处理；铜锌互作条件下，各处理在抽穗初期存在显著差异，其他时期差异不显著，抽穗初期叶面积指数变幅为5.07～5.71，A2B1 处理最低，显著低于A1B1 和A3B0 处理，与对照CK差异不显著，而A2B1处理的产量为各处理中最高，因此，抽穗初期的叶面积指数大小可能与产量有关。

表3 铜、锌肥的施用对桂育9号叶面积指数的影响Tab.3 Effect of copper and zinc application on leaf area index of Guiyu 9

2.4 铜、锌肥的施用对桂育9号叶绿素含量（SPAD）的影响

由表4可知，各处理的叶绿素含量均在抽穗期达到最高，后随叶片枯黄逐渐下降，A2处理的叶绿素含量在拔节期最低，抽穗初期最高，提升速度最快，各处理在各生育期均未出现显著差异；铜锌互作条件下，乳熟期各处理的叶绿素含量均低于对照CK，铜锌肥的施用可能对水稻有缩短生育期、促早熟的作用。

2.5 铜、锌肥的施用对桂育9号米质的影响

由表5可以看出，随着锌离子喷施量的增加，蛋白质、糙米率、整精米率、粒长、长宽比、直链淀粉含量升高，锌离子喷施量增加至24.75 g/hm2后，糙米率、整精米率、粒长、长宽比、直链淀粉含量开始下降，A2、A3的糙米率和整精米率显著高于A1处理，A2的粒长显著高于A1、A3处理。喷施铜离子的各处理，糙米率比不喷施的有显著性提高，整精米率提高较明显，垩白粒率、垩白度和蛋白质有所下降。铜锌离子互作条件下，各处理糙米率变幅为69.50%～75.33%，整精米率变幅为52.18%～58.89%，粒长变幅为6.31～6.42 mm，其中A1B0 处理各指标均最低，A2B1 处理的糙米率和整精米率最高，除A1B0 外其他各处理在这3个指标上均比对照有不同程度提高。由方差分析结果（F值）可知，施锌量对糙米率、整精米率、粒长有显著影响；施用铜离子与否对糙米率有显著影响；两者互作对糙米率有显著影响；对其他指标影响不显著。综上可见，适宜的施锌量可以提高桂育9号的糙米率、整精米率和粒长，但过高的施锌量会导致米质变差；配合喷施铜离子可降低垩白粒率和垩白度，亦有提高整精米率作用，A2B1处理是综合米质最优的喷施组合。

表4 铜、锌肥的施用对桂育9号叶绿素含量（SPAD）的影响Tab.4 Effect of copper and zinc application on chlorophyll content（SPAD）of Guiyu 9

表5 铜、锌肥的施用对桂育9号米质的影响Tab.5 Effect of copper and zinc application on the quality of Guiyu 9 rice

2.6 铜、锌肥施用后桂育9号精米铜、锌含量对比

由表6 可以看出，在喷施铜锌肥后，精米铜含量各处理比对照均有不同程度下降，其中A1B0 处理的下降程度达到了显著水平，且随着施锌量的升高，精米铜含量的下降趋势有所减弱，同一施锌量水平下，喷施铜离子的各处理比未喷施处理的精米铜含量有所降低；各处理精米锌含量在不喷施铜离子溶液时，均比对照的含量低，但在喷施铜离子后，精米锌含量均比对照有不同程度的提升；A2B1 和A3B1 处理的表现较好，精米铜含量分别比对照降低7.67%和4.77%，精米锌含量分别比对照提升9.00%和7.77%。说明单独喷施锌离子可以降低精米铜含量，但同时可能导致锌含量下降；配合喷施铜离子会促进精米铜、锌元素吸收。

表6 铜、锌肥施用后桂育9号精米铜、锌含量对比Tab.6 Comparison of copper and zinc contents in polished rice of Guiyu 9 after application of copper and zinc fertilizers

3 讨论与结论

近几年，随着大米市场消费风格的转变，消费者开始注重稻米的品质、食味和安全性，少施用化肥、农药的优质大米产品受到消费者的追捧。对稻米生产和研发者而言，积极探索需肥少、抗性好的氮高效优质品种和研发配套的双减种植模式尤为重要。当前广西乃至全国的水稻田经过多年的耕种，已经出现大肥过量中微量元素缺乏的情况，多数农田单纯依靠增施氮磷钾已不能提高和改善水稻的产量和品质。因此，生产上应重视中微量元素在水稻中的关键作用，研究合理施用铜、锌等中微量元素肥料来提高水稻产量和品质，以此来弥补因减施大肥造成的产量和品质下降。

当前对水稻施用铜、锌元素肥的研究比较多[16-19]。张珍淑等[20]通过基施锌肥与常规施肥对比试验发现，基施锌肥能显著增加水稻分蘖，较常规施肥处理增加22.8%，但对水稻穗长和株高影响程度不显著，主要是通过显著增加水稻有效穗来增产，穗粒数和千粒质量影响较小。杨培权等[21]研究基施锌肥对水稻生长和产量影响发现，基施锌肥后能够显著增加水稻的有效穗数、穗粒数和千粒质量，分别较不施肥增产64.0%、63.0%。廖文强[22]研究发现，在土壤有效锌低的地区，与不施锌肥相比，施锌量越多水稻增产效果越显著，锌肥土施+叶面喷施效果最佳，平均增产10.2%。陈仕高等[23]研究发现，在有效锌含量为3 mg/kg左右的土壤上，施用锌肥能增产5%左右，提高籽粒锌含量。如果稻米中含一定量的锌、钼、锰、铜等微量元素，有利于垩白粒率和垩白面积的降低，从而改善稻米品质[6]。梁卓发等[24]研究发现施用锌肥能促进水稻株高生长，提高分蘖、有效穗、实粒数、千粒质量，本研究结果与其基本一致。另外，还有研究[25]认为施用锌肥具有提高水稻颖花数、穗长、促早熟的作用，适量的锌肥通过提升香气和口感等方面来提高稻米品质[26]。水稻施用铜肥与不施用铜肥相比，有效穗、成穗率、每穗实粒数、结实率、产量有不同程度提高[27]。由此可见，水稻施用铜、锌肥不仅能促进水稻的正常生长发育，而且对水稻产量也有明显的积极影响，是一项投入少，效益高的技术[28]。

本研究选用桂育9 号作为试验材料，分析叶面喷施铜肥和锌肥对其产量和米质等的影响以及铜离子溶液浸种对种子发芽率的影响。桂育9 号很可能属于氮高效品种，对氮肥施用不敏感，产量在低氮情况下仍能保持较高水平[29]。研究结果表明：铜离子溶液浸种时，M2 处理浓度可提高种子发芽率和发芽整齐度，铜离子浓度过高对发芽率的提升效果下降。大田喷施铜锌肥时，随着锌离子喷施量的增加，有效穗、成穗率、千粒质量、穗长、结实率、蛋白质、产量、糙米率、整精米率、粒长、长宽比、直链淀粉含量升高，锌离子喷施量增加至24.75 g/hm2后，产量、糙米率、整精米率、粒长、长宽比、直链淀粉含量开始下降，锌离子用量过高会导致产量下降，施用适量铜离子可以提高产量；铜锌肥的合理施用，可以提高桂育9 号的千粒质量、每穗粒数、穗长和结实率，从而获得大穗、重穗，进而获得高产。喷施铜离子处理比未喷施处理的有效穗、成穗率、穗粒数、结实率、产量有明显提升，千粒质量显著下降，糙米率显著提高，整精米率提高较明显，垩白粒率、垩白度和蛋白质有所下降。铜锌肥互作条件下，各处理的穗长、穗粒数均比对照有所提升，同一锌离子水平下，喷施铜离子的各处理穗粒数、结实率、产量均优于未喷施处理，除A1B0 处理外其他各处理糙米率、整精米率和粒长比对照有不同程度提升。铜、锌肥对叶面积指数和叶绿素含量影响低于预期，叶面积指数仅在抽穗初期存在显著差异，品种高产量形成需要最适宜叶面积指数，过高过低都会影响产量[29]，A2B1 处理的抽穗初期叶面积指数最小，但最接近该品种高产形成所需的最适值，故产量最高，而A3B0 处理抽穗初期叶面积指数虽然最大，但是偏离最适值也最大，因此产量最低；叶绿素含量在各生育期处理间均未出现显著差异，可能跟品种有关或喷施时期与测定时间太近，效果不显著，需要进一步开展试验确定。单独喷施锌离子可以降低精米铜含量，同时可能导致锌含量下降，配合喷施铜离子可以促进精米铜、锌元素吸收，这可能是由于在某种特定条件下，籽粒对铜和锌的吸收具有相对平衡性，过高的外源锌在没有与之相匹配的铜的参与下并不能提高籽粒锌含量，反而可能抑制籽粒对锌的吸收，同时抑制籽粒对铜的吸收，喷施铜后对籽粒吸收铜抑制效果减弱，其具体作用机理需进一步开展相关试验明确。综上可见，通过喷施适量的铜、锌元素可有效提高水稻产量和改善米质，有必要做好宣传与指导工作，使这项技术措施能够在广西水稻生产上得到推广应用。

9.2mg/L浓度铜离子溶液（M2处理）浸种，可有效提高水稻种子发芽率和发芽整齐度；大田喷施铜锌肥，综合产量和米质指标表现，水稻在分蘖期喷施6.9 g/hm2铜离子（每hm2对水450 L）和抽穗开花前喷施16.5 g/hm2锌离子（每hm2对水450 L），即A2B1组合条件下，经济性状最佳，品质最优，产量最高。