锌硼肥料在集约化种植土壤中的残效与累积效应研究——以孟加拉国洪积平原小麦-黄麻-水稻轮作系统为例

《Heliyon》：Application of zinc and boron fertilizers in field crops: Effectiveness of direct, residual and cumulative doses in an intensively cropped soil of Bangladesh

本研究针对孟加拉国钙质洪积平原土壤中锌(Zn)和硼(B)缺乏问题，通过两年田间试验探究了Zn、B肥料在小麦-黄麻-水稻轮作系统中的直接效应、残效与累积效应。结果表明：水稻和黄麻对Zn、B响应显著（增产达11%），而小麦增产不显著；一次性施用Zn 4 kg ha-1+B 1.5 kg ha-1或分次施用Zn 2 kg ha-1至前茬作物可获得与重复施肥相当的产量，且能提升作物组织Zn、B浓度。该研究为集约化农业中微量元素肥料的高效利用提供了成本优化方案。

　　

在孟加拉国密集的农业种植区，土壤微量元素缺乏正成为威胁粮食安全的隐形杀手。特别是钙质洪积平原土壤中，锌和硼的缺乏现象日益突出——超过70%的耕作土壤存在锌缺乏问题，而硼缺乏的严重程度紧随其后。这背后是土壤碱性过强（pH值高达8.2以上）和有机质含量低的双重困境，使得作物难以吸收这些关键微量元素。

面对这一挑战，Muhammad Sajidur Rahman团队在《Heliyon》上发表的研究，通过两年田间试验揭示了锌硼肥料在典型轮作系统中的奇妙旅程。研究人员选择小麦-黄麻-水稻这一典型轮作模式，在Rajbari地区的钙质暗灰色洪积土壤（Ishurdi系列，粘壤土质地）展开实验。该土壤初始锌含量仅0.44 mg kg^-1（远低于临界值0.80 mg kg^-1），硼含量0.26 mg kg^-1也处于缺乏状态，为研究提供了理想场地。

研究采用随机区组设计，创新性地设置了直接施用、残效利用和累积效应三种施肥策略。首茬小麦设置4个锌水平（0、2.0、4.0、6.0 kg ha^-1）与3个硼水平（0、1.5、3.0 kg ha^-1）的组合，后续作物则通过分割小区增加新鲜施肥处理，从而精准追踪养分在轮作系统中的迁移与利用效率。

关键技术方法

研究通过田间试验设计比较不同施肥策略，采用土壤理化分析（DTPA提取微量元素、热水提取硼）和植物组织分析（原子吸收光谱法测锌、Azomethine H比色法测硼），结合统计学分析评估产量与养分吸收响应，并利用水稻当量产量(REY)评估系统生产力。

3.1 产量响应：同种肥料，不同作物的差异反应

小麦作为轮作系统的开端，对锌硼肥料的反应出人意料。即使施用高达6 kg ha^-1锌和3 kg ha^-1硼，小麦籽粒产量也未出现显著增加，两年平均产量维持在3.0-3.2 t ha^-1。然而仔细观察发现，小麦秸秆产量对中低剂量锌硼（Zn₂B_1.5和Zn₄B_1.5）表现出显著响应，从4.16 t ha^-1增至5.0 t ha^-1。这一矛盾现象暗示：小麦品种BARI Gom 26可能具备较高的锌效率，其籽粒锌浓度（28-45 mg kg^-1）远高于临界值（10 mg kg^-1），导致产量对施肥不敏感，但养分在秸秆中的积累为后续作物提供了潜在肥源。

黄麻作为第二茬作物，开始展现出残效肥力的价值。残留的锌硼（特别是Zn₆B₃和Zn₄B_1.5）使纤维产量从2.3 t ha^-1显著提升至2.8 t ha^-1，与分次施用锌肥（每茬2 kg ha^-1）效果相当。但黄麻对硼肥添加始终无显著反应，表明这种作物对硼需求较低。

水稻作为轮作压轴作物，成为锌硼残效的最大受益者。残留的Zn₆B₃使稻谷产量从3.5 t ha^-1跃升至4.35 t ha^-1，增产率达11.3%。值得注意的是，一次性在前茬小麦施用Zn₄B_1.5或分两次在前两茬作物各施Zn 2 kg ha^-1，都能达到与每茬重复施肥相近的产量效果（3.96-4.17 t ha^-1）。

3.2 系统生产力：最优策略的经济账

通过水稻当量产量(REY)评估整个轮作系统的综合效益发现，残留Zn₆B₃处理以11.03 t ha^-1的最高系统产量领先，但与之相比，Zn₄B_1.5处理（10.87 t ha^-1）和分次施用锌肥策略（10.43-10.47 t ha^-1）在统计上无显著差异。这意味着农民可以选择一次性投入较高剂量或分次低剂量施用，都能获得相近的经济回报，为施肥策略提供了灵活性。

3.3 植物组织营养：养分利用的微观证据

作物组织分析进一步证实了锌硼在轮作系统中的迁移规律。小麦籽粒锌浓度随施肥量增加而上升（Zn₆B₃处理达45.3 mg kg^-1），但硼浓度仅在第二年才出现显著提升，可能与年度温度差异影响硼有效性有关。黄麻秆锌浓度对残效锌肥响应明显，而硼浓度始终无变化，再证黄麻对硼不敏感。水稻籽粒锌、硼浓度均随施肥处理提高，且残留高剂量处理（Zn₄B_1.5和Zn₆B₃）效果最佳，说明前茬施肥能持续改善稻米营养品质。

研究结论与意义

这项研究揭示了集约化轮作系统中微量元素管理的核心规律：作物对锌硼的需求存在显著种间差异，小麦作为锌高效作物可视为"养分中转站"，其未充分利用的锌硼能为后续喜锌作物（水稻、黄麻）提供有效补给。在钙质洪积平原土壤条件下，一次性施用Zn 4 kg ha^-1+B 1.5 kg ha^-1于首茬作物或分次施用Zn 2 kg ha^-1于前两茬作物，既能保证系统生产力，又可减少施肥次数，实现经济效益与资源效率的双赢。

该研究为南亚地区类似的集约化农业系统提供了重要借鉴：通过优化施肥策略，利用养分残效效应，可降低微量元素肥料投入成本20-30%。未来研究可进一步探索不同土壤类型和气候条件下锌硼残效的持久性，为精准农业管理提供更全面的科学依据。