微量元素锌的应用

MingXianFan,Ph.D.Director,ChinaProgramZnNutrientInitiativeProgram国际锌协会中国锌营养项目主任樊明宪博士电话-mail:mfan@CropZincDeficienciesandZnFertilizer作物缺锌和锌肥土壤缺锌严重影响世界粮食和营养安全，造成严重人类健康后果。世界50%的农业土壤缺锌，是全球农业最缺乏的微量元素养分作物合理使用锌肥提高作物产量和效益，改善人类健康Balancedfertilizationisadynamic&developingconcept平衡施肥：一个动态，不断发展的理念限制养分对作物产量的影响作物产量限制养分锌的影响硫的影响钾的影响磷的影响增加氮的含量高产和集约化作物种植制度加大中微量元素需求集约式高产农业种植制度，容易发生中微量元素缺乏，限制作物产量和NPK肥料的增产效益Intensificationofagriculturalproductionandlargeamountofusingmacronutrientfertilizer,likeNPK,causeZndeficiencyinChina,whichlimitscropyieldsandpotentialefficiencyofNPKapplicationoncropproduction

NPK配施锌对提高养分利用率的影响…孟加拉水稻/小麦种植体系(Phillips,2006)只施NPKNPK+ZnNPK和Zn施用量(kgha-1)籽粒产量(Mtha-1)TreatmentYield(kg/ha)Ydincrease(kg/ha)(%)1.OPT最佳养分9258--2.OPT-N缺N6830-2428-26.23.OPT-P缺P6852-2407-264.OPT-K缺K7278-1981-21.45.OPT-S缺S8207-1052-11.46.OPT-Zn缺Zn7300-1959-21.27.CK0不施肥6447-2812-30.48.FP农民习惯施肥7422-1837-19.8Effectofbalancedfertilizationonmaizeyield,Heilongjiang,2005

Source:IPNIChinaProgram养分缺乏对中国黑龙江玉米产量的影响

锌的生理功能及其失调症状有效吸收形态:Zn2+生理功能： 作为碳酸酐酶的成分参与光合作用； 作为多种酶的成分参与代谢作用； 参与生长素的合成； 促进生殖器官的发育Associatedwith>50metalloproteins,includingDNARequiredforbiosynthesisofnucleicacids,aminoacids,andproteins,includingspecifichormonesDNAZinc植物中缺锌的影响：作物生长出现生理缺锌症状：生长矮小，节间短，分葉少，叶片脉间失绿白化干物质产量以及粮食、水果和根茎的农产品产量下降。作物产品的质量降低（如农产品锌和蛋白质的含量；水果大小和外观等）容易受到病虫害，重金属的毒害，抗性降低更容易受到高光强，高温，低温和干旱的伤害。

土壤中锌的生物有效性ZnZn石灰性土pH值高粘土有机质含量低土壤水分低，干旱低温有效P,Si高铁铝氧化物含量高增强锌吸附和沉淀；降低锌生物有效性降低植物锌吸收ZnZnZnCourtesyofProfIsmailCakmal,

SabanciUniversity降低土壤锌有效性的因素容易缺锌的土壤土壤增强土壤锌吸附和沉淀，降低锌生物有效性Theuptakeofmicro-nutrients(Zn,Fe,Mn)dependsgreatlyonroot‘health’.

植物根系生长直接影响微量元素Zn，Fe的吸收：

直接擒获，分泌酸，有机络合物帮助主动吸收BulkSoilRhizosphere4.45.8

6.4Saronetal.,etal.,1989;Comm.SoilSci.PlantAnal.20:271SoilpH:acriticalfactorreducingZnsolubility土壤pH对锌有效性的重要性土体根际土壤Havlinetal.,2005,p.250腐殖酸和螯合物能帮助金属离子向根运输，被作物吸收Source:Dr.Jin,2006全国第二次土壤调查以后，土壤缺锌更加普遍，土壤缺锌面积增加到61%中国土壤缺锌日益严重，面积扩大，分布更加广泛

1995-2004年间在CAAS实验室28258份土壤样本的测试结果以及1980-1985年间第二次土壤普查的结果缺锌土壤占比%估计的缺锌土壤面积：6000万公顷锌肥使用量：5-10千克锌Zn/公顷锌肥总需求量:300,000

-600,000吨/年

在全国20多个省（自治区、直辖市）共完成110个田间试验和130个大面积田间示范，评价主要作物对锌肥不同使用量、使用方法的技术效果，为制定主要作物科学施用锌肥推荐指标。+ZnCK国际锌协会-全国农技推广中心合作项目：推广灌溉施肥和旱作农业锌肥使用技术2011-2013

EffectofZnFertilizeronYield

锌肥对作物的增产效果

2011-2013YieldIncrease,%ApplicationofZnSO4.H2O15kg/haincreaseaverageyieldsat10.2%:fromCucumber4%tooilseed20%；EconomicReturnsofZnFertilizer各种作物施用锌肥的投入产出比

2011-13ValueIncreased/ZnCostZnfertilizerbringsignificanteconomicreturntofarmerswithaveragevalueincreasedtoinputCostratioof43.产出/投入比EffectofZnFertilizerbyApplicationMethodsinDemonstrationTrials

锌肥不同施用方法的示范试验YieldIncrease,%增产%ZnFertilizerDemonstration锌肥示范试验

Corn,Jilin吉林玉米

Rice,Sichuan四川水稻+ZnSO4CK(-ZnSO4)+ZnSO4CK(-ZnSO4)+ZnSO4-ZnSO46880kg/ha8660kg/ha+25%8580kg/ha6650kg/ha+22%WheatGrainZnConcentrationbyZnApplicationRatesZnConcentrations,mg/kg锌肥施用量对小麦含锌量的效应对照籽粒锌含量RiceTotalGrainNContentbyZnApplicationMethodsandRatesNUptake,kg/ha锌肥施用量和方法对水稻籽粒氮吸收量的效应土施叶面喷施土施+叶面喷施对照Average：RiceGrainNUptakeIncrease:13-20kg/haNFertilizerRate:180kg/haIncreaseNUseEfficiency:7–11%锌肥提高水稻氮肥吸收利用率：7-11百分点氮吸收量籽粒N吸收量农业部2012-15年科学施肥推荐指南

Znfertilizerisincludedinthe“MOAFertilizerRecommendationGuidelinefor2102SpringCropProduction”:ForRice,Cotton,Appleetc.cropsApply1-2kgZnSO4/mu(15-30kg/ha)(March28,2012)春季作物：水稻，油菜，棉花，苹果等：每亩施用硫酸锌1-2公斤ZnFertilizerisaddedtoMOAFertilizerRecommendationGuidelinefor2012SummerCropProduction”:ForCornandRicecrops,Apply1-2kgZnSO4/Mu(15-30kg/ha)(June28,2012)夏季作物：水稻，玉米等：每亩施用硫酸锌1-2公斤ZnFertilizerisrecommendedinthelatestMOAFertilizerRecommendationGuidelinefor2012Fall/WinterCropProduction”:ForWheat,Apply1-2kgZnSO4/Mu(15-30kg/ha);ForApply,Orange,Pear,Banana,Teaorchardapply1-1.5kgZnSO4/mu;Forpotato,1-2kgZnSO4/mu(15-30kg/ha)(September27,2012)秋/冬季作物：小麦，柑橘，梨，香蕉，茶叶等：每亩施用硫酸锌1-2公斤CopZnRequirement,ZnFertilizerUseandZnNutrientDemandinChina,2004-2020(1000tons)ZnDemand/Deficit2015:255kt2020:230kt1000TonsPer

YearRegionalPlantNutrientZincRequirementWorldwideAsiahasthelargestregionaldeficitaroundtheworldwithChinaandIndiainthelead全球各微量元素肥料市场增长趋势Zinc

FertilizerMarketVolumeWorldwide

2010-2017(1000tons)

世界各地区锌肥市场Region201020112012-e2017-pCAGR%2010-2017NorthAmerica85.491.297.1133.06.48Europe19.219.620.323.22.7APAC165.5176.1187.0259.16.74China68.573.178.6113.47.6India60.864.869.599.47.4ROW31.032.834.646.86.2Total:3013203394626.4Source:MarketandMarketAnalysis北美欧洲亚太地区其他地区中国印度总计ZnFertilizers锌肥ZnFertilizer锌肥%ofZn&othernutrients

锌含量ZincSulphateHeptahydrate(ZnSO4.7H2O)七水硫酸锌Zn-21%,S-15%ZincSulphateMonohydrate(ZnSO4.H2O)一水硫酸锌Zn-33%,S-15%ChelatedZincasZn-EDTAZn-12%ChelatedZincasZn-EDTAZn-9%ZincatedUrea锌强化尿素（富锌尿素）Zn-2%N-43%ZincatedPhosphate(suspension)锌强化磷肥Zn-19.4%P2O5-12.9%ZincOxide氧化锌Zn-60-80%ZincCarbonate(ZnCO3)碳酸锌Zn–52-56%ZincChloride(ZnCl2)氯化锌Zn–48-50%ZincoxysulphateZnO.ZnSO4

硫酸氧化锌Zn--

20-50%Ammoniatedzincsulphate氨化硫酸锌Zn-10%Zincpolyflavonoid聚黄腐酸锌Zn-5-10%SolubilityofMicronutrientFertilizers微量元素肥料水溶性无机化合物有机化合物水溶性水难溶性自然有机络合物合成有机螯合物SyntheticMetal-ammoniacomplexessuchasammoniatedZnsulfatearealsousedbythefertilizerindustry.Suchcomplexesappeartodecomposeinsoilsandprovidegoodagronomiceffectiveness.锌肥生物有效性决定于锌肥水溶性

ZnBioavailabilityDependsonFertilizerWaterSolubility玉米干物质重（克/盆40天）锌肥水溶性在50%以上可有效满足作物锌营养，矫正作物缺锌美国不同锌肥成本价格

CostofZincMaterials-October2007，$perunitZn微量养分肥料成本：氧化锌成本最低，硫酸锌2X，有机络合物10X,EDTA和其他螯合物20-40X氧化锌成本EffectsofZnSO4andZnO(appliedat10-11kgZnha-1)onGrainYields(tha-1)ofCropsonZnDeficientSoilsinIndia.FromMarschner,1993.In:ZincinSoilsandPlant,KluwerPublisherZnOorZnSO4??氧化锌和硫酸锌增产效果比较小麦小麦大麦大豆玉米水稻Table4clearlyshowsthattheZnsourceswithasmallparticlesize(–100mesh=150μ)arethemosteffective,independentlyoftheirwatersolubility.(ZnSO4iswatersoluble,ZnOisnot.)Thiswatersolubilitypartiallyoffsetstheeffectofthelargergranules,asshownbythedifferencebetweenyieldsofthe–10and+14applications.锌肥颗粒大小，水溶解性决定锌肥效果，微粒条件下，不同水溶性锌肥对作物吸收锌和产量效果类似颗粒大小通过筛锌使用量锌肥牧草产量锌吸收DiffusionofZnfromfertilizer(0.35mgZn)after28dincubation:Effectoffertilizercomposition–NP+Zn

不同锌肥在土壤中扩散移动：决定于肥料成分和土壤pHAcidsoilZnSO4=MAP+(1%)Zn>DAP+(1%)ZnNeutralsoil

ZnSO4=MAP+Zn>DAP+ZnCalcareoussoilZnSO4>MAP+Zn=DAP+ZnDegryseetal.,PlantandSoil2014ZnSO4

MAP+ZnDAP+ZnSolutioncompositionneargranulesuggests

solubilitycontrolbyZnphosphate(scholziteand/orhopeite)Effectoffertilizercomposition–NP+Zn

不同颗粒NP+Zn肥对牧草相对产量的效果：决定于肥料成分和pHPottrial(corn,7weeks)comparingeffectivenessofgranularNP+2%Znfertilizersinanon-calcareous,alkalinesoil(pH7.3)DatafromMortvedtandGiordano,JAgrFoodChem1969Effectoffertilizercompositionxplacement

不同锌肥在土壤中扩散移动：决定于肥料成分和施肥方式/地点ZnOZnSO41082110MixedSpotZnOZnSO4*Confirmedbychemicalextraction(~150µg/LZnin1mMCaCl2extractat21d)AcidsandysoilDay*<SpotEffectoffertilizercompositionxplacement

不同锌肥在土壤中扩散移动：决定于肥料成分和施肥方式/地点*Confirmedbychemicalextraction(5µg/LZnin1mMCaCl2extractat21d)ZnOZnSO4MixedZnOZnSO4Alkalinesoil1082110Day

*<PottrialswithbandedoruniformlymixedZnoxideorsulfateWheat,5w,soilpH6.8

Corn,45d,soilpH5.6

NosignificantdifferencebetweenZnOandZnSO4whenuniformlydistributedEffectoffertilizercompositionxplacement

不同锌肥在土壤中扩散移动：决定于肥料成分和施肥方式/地点McBeath&McLaughlin,PlantSoil2014Rosolem&Ferrari,R.Bras.Ci.Solo1998ZnFertilizerApplicationMethods

锌肥使用方法Soilapplication-(pre-plant).Applying20-50kg/haofzincsulphatemonohydratebeforeplanting土施：播种前，撒施每公顷20-50公斤硫酸锌Soilapplication-(atplanting).Bandingzincsulphatemonohydrateatplantingisanefficientmeansofdeliveringzinctotheplantsroots.Applyingat5-10kg/ha土施：播种时，条施每公顷5-10公斤硫酸锌，促进作物根系吸收Seeddressingwith2.2-4.4kgZnO/tonseeds;rootdippinginasuspensionof2-4%ZnObeforetransplanting,mayprovidesufficientZntomeetcroprequirement

锌肥种子/根系处理，2.2-4.4公斤ZnO/吨种子包衣，或2-4%ZnO溶液沾秧根或马铃薯种块，满足作物早期对锌的需要Foliarsprays.Applyat3weeksand5weeksafteremergence.Applyatank-mixof1kgzincsulphateheptahydrate/haplus1kg(NH4NO3+urea)/hain100Lwater/haplussurfactantat100mLof1000g/Lproduct/100Lofspraymixture叶面喷施：出苗后3和5星期，喷施每公顷100升硫酸锌-硝酸铵-尿素溶液（1公斤硫酸锌(ZnSO4.7H2O)+1公斤（硝酸铵+尿素）+100毫升表面吸附剂/100升或1-2%ZnO悬浮液Seed/seedlingenrichment–(fortransplantingcrops)Applying20-30kgZn/hatothenurserybed,andmixingwithtopsoilatseeding苗床富锌集中施：播种前，撒施每公顷20-30公斤锌（硫酸锌或氧化锌）WhichZnfertilizerformmoreeffectiveinincreasinggrainZn(amongZnO,ZnSO4,ZnCl,ZnEDTAandNano-ZnParticles)?不同锌肥叶面喷施对增加小麦Zn含量效果

氧化锌效果比硫酸锌和EDTA-Zn效果差螯合物可防止锌的土壤固定，促进锌的有效性；但EDTA-Zn不能被作为吸收PolarPores:MovementofsolutesinthecuticleMoistair:poresopen(swellingofthecuticle),Sizeof1-3nm.(Zn+20.072nmMg+20.064nm,Nitrate0.2nm,EDTA1.3nm，ZnO0.1nmUrea0.44nm)--+---+---+---+---+---+-++++++++---------++++pHandionformonuptakeofsolute:Zn+2Zn(OH)2H+OH-Schönherr2006GrainZnconcentrationmgkg-1DWZnApplicationTimesWhenappliedafterheadingstage,foliarsprayofZnSO4(butnotZnEDTA!)iseffectivetoincreasegrainZnupto75ppmCakmaketal.,2009小麦叶面喷施:硫酸锌比螯合物锌效果好锌肥使用时期对照中国不同锌肥叶面喷施对水稻籽粒锌浓度的效果：A糙米Zn浓度；B精米Zn浓度

EffectofdifferentformsoffoliarZnfertilizationonZnconcentrationinricegrain.(A)Znconcentrationinbrownrice.(B)Znconcentrationinpolishedrice.

DifferentlettersindicatesignificantdifferenceamongZntreatments(LSDtest(P=0.05).YanyanWei.,M.J.I.Shohag.,XiaoeYang2012.叶面喷施不同硫酸锌肥溶液pH加助剂（柠檬酸，尿素）对籽粒Zn含量的效果LEGEND:T1-Control;T2-ZnSO4.7H2O;T3-ZnEDTA;T4-ZnMate™;T5-ZincFulvate(Agrilibrium);T6-ZincGluconate;T7-ZincDextrose;T8-ZincANNGRO™;T9-ZICRON™-STheZnMate™treatmentwas6timesgreaterthanthecontrol.叶面喷施黄腐酸+有机酸锌对锌的吸收效果更好FulvicacidmoleculesMono/Di/Trivalentmetals黄腐酸是植物分解形成的小分子多功能基团有机化合物,能螯合金属离子形成水溶性螯合物,容易进入植株组织,同时具有生物活性和移动性.黄腐酸锌500克/亩/滴灌施肥对照黄腐酸金属黄腐酸+有机酸锌硫酸锌EDTA锌糖酮-锌微量元素肥料新产品开发Productionofpelletizedslow-releasemicronutrientfertilizers;Combininghumicacidwithmicronutrientsintoagranulated/liquidproductsIncorporationofmicronutrientsintopolymericphosphatesIncorparationofmicronutrientsintofluidfertilizersforalkalineandcalcareoussoils(fertigation)Developmentofsoil/crop-specificmicronutrientfertilizerproducts颗粒缓释微量元素肥料腐殖酸/有机酸微量元素肥料（固/液体）聚磷酸微量元素肥料（固/液体）液体/水溶性微量元素肥料适合pH高土壤（灌溉施肥）根据土壤/作物特性生产专用微量元素肥料智能聚磷酸铵微肥养分释放原理智能聚磷酸微肥养份释放是通过植物根系分泌酶和酸引发

植物生长过程中会根据自身生长，生理和营养需要分泌各种生化物到根际土壤，影响根际环境和养分生物有效性

智能聚磷酸微肥溶解于植物根系的分泌物智能聚磷酸微肥养份释放速率决定于植物根系生长和自身营养状况以及土壤环境。

聚磷酸铵微量元素肥料理化特性InorganicpolymersbasedonpolymericphosphatesAllconstituentsareplantnutrients:Micronutrients,PO4,MgHave-P-O-P-linearchainsthatfunctionascationexchangersformicronutrientcationsInsolubleinwater;solubleincitrateandDTPAMicronutrientsinAvailableformPowdery&non-hygroscopicMicronutrient:Zn,Fe,Mn,CuThecompoundisaZn,Fe,Mn,CuMgNH4polyphosphatewithacompositionof9.85%ZnO,3.70%Fe2O3,2.03%MnO2,0.73%CuO,0.49%MgO,13.5%NH4+,47.11%P2O5,and3.10%H2O.微量元素聚磷酸铵聚合物溶解特性Optimalweightratiointhereactionsystemwas3:1:0.5:0.25:0.125:8forZn:Fe:Mn:Cu:Mg:P.NewZnFertilizerApplicationMethods

新锌肥使用方法Zn-enrichedcompoundfertilizers–AddingZntoacidmacronutrientfertilizergranulesbyfullyincorporatingorcoatingZnfertilizerinto/ontoNP/NPKfertilizergranules生产富锌复合肥料：在复合肥料造粒过程，加入锌肥或包衣锌肥；酸性复合肥料可促进锌肥有效性和作物吸收Fertigation–ApplyingbothZnfertilizersandNPKfertilizerstogetherinirrigationwatertoimproveuniformdistribution,homogeneousmixing,greateravailabilityandreducedriskofdamagetoplants,esp.insemiaridandaridareas

灌溉施肥：把锌肥和酸性NPK肥料掺入灌溉水中，可促进锌肥均匀分布，均一混合，提高锌在干旱土壤有效性和作物吸收尿素微量元素复合肥富锌尿素富铜尿素富铁尿素氧化锌或硫酸锌和尿素生产成富锌尿素，提高尿素肥效EffectofZn-enrichedureaonGrainyieldandgrainZnconcentrationsofriceandwheatinIndia

Shivayetal.(2008b)

NutrCyclAgroecosyst加锌尿素对水稻和小麦产量和品质的效果:氧化锌和硫酸锌对作物增产效果同样好水稻小麦稻谷产量籽粒锌含量产量籽粒锌含量加锌尿素尿素美国液体肥料使用普遍，是水肥一体化的主要肥料，微量元素和大量元素混合配方肥料的最佳选择盐析温度比重水分含量肥料产品尿素硝酸铵聚磷酸铵硫代硫酸铵尿素硝酸铵聚磷酸铵NPKSZn复合肥氨化硫酸锌AddingZinctoLiquidNPKFertilizers富锌NPK液体肥料

Relativelylargeamountsofzincsulfatecanbedissolvedinaquaammoniatoprovidesolutionshavingsaltingouttemperaturesatabout0C,whichisdesignedtobemixedwithliquidAPPandUANforZn-NPKliquidfertilizer.Figure2.Effectoffertilizersourceondry-beanyieldsatPowell,Wyoming,Blaylock,1994.2000band32-0-020200band10-34-0+32-0-020201band10-34-0+13-0-0-15Zn1+32-0-020201broadcast34-0-0+0-46-0+ZnSO4液体肥料固体肥料硫酸锌+液氨配制成高浓度氨化硫酸锌溶液(NH3)2ZnSO4，用于聚磷酸铵和尿素硝酸铵混合成富锌NP/NPK液体肥料;增加了硫酸锌在液体肥料溶液中的溶解度固体肥料液体锌肥Micro500™Aproprietaryformulationofzinc,manganese,iron,copperandborontomaximizemicro-nutrientefficiency.(1.8%Zn,1.2%Mn,0.37%Fe,0.25%Cu,0.02B)高效多形态微量元素肥料美盛:加硫（锌）磷酸一铵肥料的特征和优势12-40-0-10S-1Zn（ZnO)1.每粒肥料都能均匀提供作物必需养分：N,P,S和Zn.2.肥料相互作用提高养分有效性和吸收3.两种形态硫，保证作物整个生长季节硫营养4.增产，增收，肥效好美可辛:加硫（锌）磷酸一铵肥料养分释放过程MicroEssentialSZ12-40-0-10-1:硫锌强化磷一铵CornFiveYearStudySZ-77locations玉米增产效应硫锌强化磷一铵磷一铵+硫酸锌磷一铵（对照）Day15Day45+NPS-Zn+MicroEssentials®SZ5AdvantagesofBentoniteSulphurHighAnalysisformulations65%Sand18%Zncontent.–Reducedfreight&Storagecosts

含量高，减低运输储存成本Lowproductioncosts–lowcostsulphurandZincnutrientwithhighvalue.

氧化锌和硫磺生产成本低HighValueSulphurandZincFertilizer.硫锌肥缓释价值高Sulphurnutrient–providesaseasonlongreleaseofsulphate.SoilAmendment-1kgproduces–3kgsulphuricacid(H²SO4). ImprovesPhosphate&MicronutrientavailabilityinCalcareousSoils.EfficientcarrierforMicronutrients,andothernutrients.膨润土硫磺微量元素（Zn)肥料优点硫磺和氧化锌均不溶于水，硫磺在土壤中吸水膨胀释放，经微生物氧化成硫酸，硫酸和氧化锌反应生成水溶性硫酸锌，提高硫和锌的生物有效性。微量元素养分的有效载体和活化剂Tiger65%S–18%Zinc（ZnO)SulphurZnEffectonCorn硫磺锌硫酸锌对照硫磺锌对玉米增产效果硫磺氧化成酸，提高微量元素氧化锌的有效性。

微量养分肥料用量小，不容易与作物根系充分接触，最好用来作包衣肥料或复合肥料微量养分肥料用作包衣肥料或复合肥料,可使微量养分施用均匀，与作物根系充分接触,促进养分吸收和作物生长溶解度低的微量元素肥料如氧化锌包膜肥料可起到缓释作用，增加肥料的安全性，缓释性DDPCoatingon150lb/ac34-17dryblend)ImprovedUptakeAdvantagesofZnDDP62%Zn

长效氧化锌粉剂肥料的优点：Formulatedasa

DryDispersiblePowderHighanalysis;高浓度，长效，使用方便，对作物无毒，伤害，可近根施用HighlyeffectiveformofZincfertiliserExcellentproductplacementHighlyefficientapplication~lowrateZnavailablewhencropneedsitVery