锌施用方法对Nizershail水稻产量与籽粒生物有效锌浓度的影响——基于移植Aman和Boro两季的研究

《International Journal of Agronomy》：Boosting Yield and Bioavailable Zinc Concentration in Nizershail Rice Grain Through Zinc Application Methods Grown in Both Transplant Aman and Boro Seasons

　　

专业摘要翻译 水稻缺锌不仅导致籽粒产量（GY）下降，还会引发人类锌（Zn）营养不良，因为水稻是孟加拉国居民的主食。本研究旨在通过锌施用方法，在移植Aman季和Boro季两个季节栽培Nizershail水稻，以提高其GY和生物有效锌（即籽粒锌浓度，GZC）。试验于孟加拉国农业大学农学田间实验室进行，采用随机完全区组设计（RCBD），设置9个处理：对照（不施锌）（T1，NoZn）；10 kg ha?1基施ZnSO4·7H2O（T2，10BZn）；10 kg ha?1基施ZnSO4·7H2O + 0.5%叶面喷施ZnSO4·7H2O（F）（T3，10BZnF）；T4，9BZnF；T5，8BZnF；T6，7BZnF；T7，6BZnF；T8，5BZnF；以及T9，F。叶面喷施在穗分化期进行。GZC按标准流程测定。10BZnF处理在两个季节均获得最高GY，Aman季和Boro季分别达到4.47和6.14 t ha?1，这主要得益于更多有效分蘖数和每穗粒数。尽管6BZnF处理的GZC最高（分别为34.80和33.69 mg kg?1），但其值与10BZnF处理无显著差异，后者在两季分别达到32.30和31.35 mg kg?1，较对照平均提高43.13%，同时保持了最高的GY。综上所述，10BZnF可能适用于在两个季节生产具有高GY和生物有效锌浓度的Nizershail水稻。

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研究背景与目的

水稻是全球数十亿人口的主食，但在淹水土壤中种植的水稻往往锌含量较低，导致人体锌摄入不足。锌缺乏会引发儿童生长迟缓、免疫力下降等多种健康问题。孟加拉国以大米为主食，但当地土壤普遍缺锌（低于临界值0.60 ppm），导致水稻产量和营养品质双双受限。Nizershail水稻因其优良的口感和品质深受上层社会喜爱，但由于产量较低，农民种植意愿不高。传统上该品种仅在Aman季种植，而Boro季水稻产量通常更高。通过光周期诱导现象，研究人员发现Nizershail水稻有可能在Boro季实现种植并提高产量。此外，农艺生物强化（agronomic biofortification）——即通过合理施用锌肥来提高可食用部分的锌含量——被认为是一种经济有效的策略。然而，如何在保证高产的同时提升籽粒锌浓度（GZC），仍是一个亟待解决的科学问题。因此，本研究旨在探究不同锌施用方法对Nizershail水稻在两个种植季节中GY和GZC的影响。

研究方法概述

研究在孟加拉国农业大学农学田间实验室进行，涵盖Aman季（2023年7月至10月）和Boro季（2024年1月至5月）。采用随机完全区组设计（RCBD），设3次重复，共9个处理：对照（不施锌）、不同剂量基施ZnSO₄·7H₂O（10至5 kg ha^?1）联合或不联合0.5%叶面喷施ZnSO₄·7H₂O，以及单独叶面喷施。叶面喷施在穗分化期（panicle initiation stage）进行。研究人员记录了干物质积累量（DM）、叶面积（LA）等生长指标，以及株高（PH）、有效分蘖数（ET）、每穗粒数（GPP）、千粒重（TGW）、GY、生物产量（BY）、收获指数（HI）和GZC。GZC采用原子吸收分光光度法（AAS）测定。数据分析在R Studio中进行，包括方差分析（ANOVA）、邓肯多重极差检验（DMRT）、相关性矩阵、热图和主成分分析（PCA）。

主要研究结果

干物质积累量（DM）：在两个季节中，T₃（10BZnF）处理在移栽后35天（DAT）、50 DAT和65 DAT均获得最高DM，显著高于对照（T₁），表明基施结合叶面喷施锌肥能有效促进植株生物量积累。

叶面积（LA）：同样，T₃处理在三个时间点均表现出最大LA，尤其在65 DAT时达2080.97 cm²（Aman季），说明充足的锌供应有利于叶片扩展和光合面积增加。

株高（PH）：锌施用方法对PH有显著影响。Aman季中T₃处理PH最高（117.7 cm），而对照最低（98.67 cm），锌可能通过促进生长素合成来影响茎秆伸长。

总分蘖数（TT）和有效分蘖数（ET）：T₃处理在两季中均产生最多的TT和ET，Aman季分别为14.00和13.45，Boro季分别为17.67和14.88，显著高于对照。锌参与多种生理过程，尤其是生长素代谢，从而促进分蘖形成。

每穗粒数（GPP）和千粒重（TGW）：T₃处理的GPP在两季均为最高（Aman季80.70，Boro季137.93），而TGW仅在Aman季受显著影响，T₃处理最高（18.88 g）。锌充足有利于花粉形成和受精，从而提高结实率。

籽粒产量（GY）：T₃处理在两季均获得最高GY，Aman季为4.47 t ha^?1，Boro季为6.14 t ha^?1，较对照分别增产约38%和23%。产量的提升主要归因于分蘖数和每穗粒数的增加。

籽粒锌浓度（GZC）：有趣的是，最高GZC出现在T₇（6BZnF）处理，Aman季为34.80 mg kg^?1，Boro季为33.69 mg kg^?1，但与T₃处理（32.30和31.35 mg kg^?1）无显著差异。对照处理GZC最低（18.75和17.46 mg kg^?1）。这表明中等剂量的锌基施配合叶面喷施能最有效地提高GZC。

稀释效应：研究发现，GY最高的处理（T₃）并未对应最高的GZC，而中等剂量处理（T₇）GZC最高。这种GY升高伴随GZC相对下降的现象被称为“稀释效应”（dilution effect），可能是因为高产条件下碳水化合物快速积累稀释了锌在籽粒中的浓度。

讨论与结论

讨论部分指出，锌通过促进生长素合成、增强光合作用和氮代谢等途径，全面改善了水稻的生长和产量构成因素。基施锌肥保证了根系在整个生育期的持续供应，而叶面喷施则在穗分化期直接将锌输送到生殖器官，二者协同作用实现了高产与高锌的双重目标。关于稀释效应，研究人员认为这是由于碳水化合物积累速率与锌转运速率不匹配所致，并建议未来可通过在灌浆期协调施用氮锌肥来缓解这一矛盾。结论部分推荐：在穗分化期采用10 kg ha^?1基施ZnSO₄·7H₂O联合0.5%叶面喷施ZnSO₄·7H₂O的方案，可在两个季节实现Nizershail水稻的最高GY，同时维持较高的GZC。单独叶面喷施0.5% ZnSO₄·7H₂O也可作为改善籽粒锌生物有效性的替代方案。进一步研究需探索更广泛种植条件下的最佳叶面锌施用量。