人体至少需要22种基本矿质养分以维持其机体基本代谢需求。铁、锌等微量元素缺乏,“隐性饥饿”,已成为世界范围内普遍存在的营养问题。水稻是我国和世界居民所需营养的主要来源之一,提高水稻等主粮的矿质营养品质是当前作物科学研究的一个重要领域。籽粒矿质元素积累是一个涉及根系吸收、地上部运输、营养器官再转运、籽粒贮藏等多器官、组织协作的复杂生理过程。氮素对水稻籽粒矿质元素积累有重要影响,但目前尚缺少植株水平的氮素调控机制研究。本研究采用田间试验和盆栽试验,设置不同氮肥运筹和氮素水平,分析氮肥对水稻不同器官中氮、磷、钾、钙及铁、锌等9种矿质元素积累和分布规律的影响,比较叶片、叶鞘和颖壳三种源器官在矿质元素积累和再转运上的异同及其对籽粒的贡献,探查氮素效应对水稻矿质营养品质的影响及生理机制,以期为水稻高产与优质协调的栽培技术研究提供参考。主要结果如下:1.揭示了不同氮肥运筹下,水稻不同器官中矿质元素积累和分布规律。以20个水稻品种为试验材料,设置不施氮处理(CK)和两种不同氮肥运筹的高氮处理(一次性基施,N10-0;前肥后移,N5-5)共三个氮肥措施,测定不同氮肥运筹下水稻地上部各器官氮、磷、钾、钙、镁、铁、锌、锰、铜等9种元素浓度及积累量。结果表明,(1)高氮处理提高了水稻成熟期各营养器官中氮、镁及铁、锌、锰、铜等6种矿质元素浓度,促进了各元素的吸收。高氮处理下,特别是前肥后移处理能增加各矿质元素在水稻叶片、叶鞘等营养器官的积累比例,促进了营养器官中矿质元素的积累。(2)高氮处理降低了 9种矿质元素的收获指数,影响了矿质元素向籽粒的再转运过程。同等高氮水平下,相比于一次性基施,前肥后移处理增加了钾、钙、镁、铁、锌、锰和铜7种矿质元素收获指数,且显著提高了钾、钙和锌元素的收获指数。(3)高氮处理促进了水稻糙米中氮、钾、钙和锰浓度的提升,促进矿质元素的吸收和向地上部的转运,但对向籽粒的再转运作用较小,从而导致水稻籽粒磷、镁、铁、锌、铜等矿质元素浓度降低。2.明确了颖壳等营养器官在籽粒矿质元素积累中的贡献及其对氮素的响应。以淮稻5号为材料,设置低、中、高(LN、MN、HN)三种氮素处理进行盆栽试验,测定不同氮素水平下水稻叶片、叶鞘和颖壳三种源器官矿质元素积累和再转运量,估算叶片、叶鞘和颖壳对籽粒矿质元素的贡献率。结果表明,(1)水稻颖壳对籽粒氮、镁、锌三种元素具有较高的贡献率,分别为5.96%、12.56%、12.34%,但对籽粒磷、钾、铜三种元素的贡献率较低,分别为0.99%、3.90%、3.05%。水稻颖壳中钙和铁元素浓度和积累量在灌浆期间不断增加,没有发生向籽粒再转运。(2)随着施氮水平的提高,显著增加了水稻成熟期叶片、叶鞘和颖壳等营养器官中氮、钙、镁及铁、锌、锰、铜等矿质元素浓度。(3)增施氮肥显著提高了叶片和叶鞘中氮、钙、铁、锰元素,以及颖壳中磷、铁、锰元素的净积累量。(4)施氮降低了颖壳氮、镁、锌、钾、铜的贡献率,但提高了磷的贡献率。在增氮水平下,尤其在高氮处理下显著降低了水稻叶片和叶鞘各元素的贡献率,表明高氮能显著影响矿质营养由营养器官向籽粒的再转运过程。3.揭示了施氮方式对水稻籽粒矿质元素在糙米和精米之间的分布特征。以20个水稻品种为材料,设置不施氮处理(CK)和两种不同氮肥运筹处理(一次性基施,N10-0;前肥后移,N5-5)。同时,以淮稻5号为材料,设置低、中、高3个氮素水平的盆栽试验,测定了水稻籽粒矿质元素浓度及植酸磷积累的动态变化,分析不同氮素条件对水稻籽粒不同部位,尤其是可食部分矿质营养浓度及植酸磷积累的影响。结果表明,(1)同等高氮条件下,相比于一次性基施,氮前肥后处理移提高了水稻糙米中磷、钾、钙、镁、锌和铜等矿质元素浓度,降低了糙米铁和锰微量元素浓度。此外,前肥后移处理在整体上降低了水稻精米中各元素浓度。(2)随着氮素水平的增加,水稻糙米中磷和铁元素浓度呈下降趋势,但低氮和中氮处理间未达到显著水平。糙米中镁和锰元素浓度随着氮素水平的增加呈上升趋势,而钾、钙、锌和铜元素浓度在三种氮素水平下呈先上升后降低趋势;增加氮素水平显著降低了精米中钾和镁元素浓度和分布,提高了锌元素浓度及分布比例,此外精米中磷、钙、铁、锰和铜元素浓度及分布均在中氮水平达到最大。综合以上结果,氮素对水稻籽粒矿质营养品质具有显著的影响。施氮能提高水稻叶片、叶鞘及颖壳等营养器官中矿质元素,特别是铁、锌元素的浓度与积累量,但过量施氮能抑制矿质营养向籽粒的再转运过程,降低水稻籽粒矿质营养浓度。本研究结果为调控水稻矿质营养品质的氮肥施用技术研发提供了理论参考。