我國主要麥區小麥籽粒鋅含量對葉噴鋅肥的響應

楊月娥, 王 森, 王朝輝, 劉 慧, 王 慧

(西北農林科技大學資源與環境學院， 陜西楊凌 712100)

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我國主要麥區小麥籽粒鋅含量對葉噴鋅肥的響應

楊月娥, 王 森, 王朝輝*, 劉 慧, 王 慧

(西北農林科技大學資源與環境學院， 陜西楊凌 712100)

【目的】我國小麥籽粒鋅含量普遍偏低，葉噴鋅肥是提高小麥籽粒鋅含量的重要措施，研究我國主要麥區小麥籽粒鋅含量對葉噴鋅肥的響應，對小麥科學施用鋅肥、 調控小麥籽粒鋅營養狀況有重要意義。【方法】本研究在我國14個省(市)主要麥區布置了30個田間試驗，在每個試驗點設置不噴鋅對照和葉面噴鋅兩個處理，以當地主栽小麥品種為供試作物，通過測定收獲期小麥產量、 各器官鋅含量，研究了葉噴鋅肥提高小麥籽粒鋅含量的效果、 區域差異及其與土壤主要理化性質、 小麥拔節前植株鋅含量的關系。【結果】 30個試驗點的結果顯示，葉面噴鋅對小麥籽粒產量、 生物量和收獲指數均無明顯影響，但籽粒鋅含量顯著提高，葉面噴鋅的籽粒鋅含量比對照平均提高5.2 mg/kg(17.5%)， pH<7.0的區域提高5.3 mg/kg(16.4%)， pH >7.0的區域提高5.2 mg/kg(18.4%)。小麥地上部鋅吸收與分配在兩個區域間沒有顯著差異，葉面噴鋅的小麥籽粒、 穎殼和莖葉平均鋅吸收量分別為255.5、 26.0和117.5 g/hm2，比對照增加19.4%、 28.7% 和99.2%; 鋅收獲指數為64.1%，比對照降低12.2%。籽粒鋅利用率和籽粒鋅強化指數也不受區域的影響，平均值鋅利用率為3.0%，鋅強化指數為3.8 mg/kg。無論葉面噴鋅與否，籽粒鋅含量和土壤有效鋅均呈顯著正相關，土壤有效鋅含量每升高1.0 mg/kg，籽粒鋅含量平均提高約4.0 mg/kg; 籽粒鋅含量和土壤pH呈顯著負相關，土壤pH每升高1個單位，籽粒鋅含量平均降低3.8 mg/kg; 籽粒鋅含量與土壤有機質沒有顯著相關性。小麥籽粒鋅含量與拔節前植株鋅含量極顯著正相關，拔節前植株鋅含量每升高1.0 mg/kg，籽粒鋅含量平均提高0.4 mg/kg?！窘Y論】 除葉面噴施鋅肥外，調節土壤酸堿性，提高土壤有效鋅含量，促進小麥生長前期植株對鋅的吸收對改善我國小麥鋅營養均具有重要意義。

小麥; 籽粒; 鋅含量; 有效鋅; pH; 有機質; 葉噴鋅肥

人體缺鋅是世界范圍內最常見的微量元素缺乏癥之一[1]。在中國，有將近1億人缺鋅，且大多分布于農村地區[2]，人體缺鋅主要是因為日常飲食攝入的鋅不足。小麥作為人類的主要糧食作物之一，是人體攝入熱量、 蛋白質、 微量元素等營養物質的重要來源[3]。在我國，小麥是僅次于水稻的第二大糧食作物，主產區在北方，總消費量占全國糧食總消費量的1/4左右。在很多發展中國家，小麥提供了人體每日所需熱量的比例約50%[3]。在中國，小麥及其加工食品在食物鋅供給中所占比例超過20%，在農村地區和中國北方這一比例更高[2]。然而，我國現階段小麥鋅營養水平不容樂觀，調研結果表明，我國小麥籽粒鋅含量平均值為2433 mg/kg[4-7]，遠低于推薦含量4060 mg/kg[3]。

解決缺鋅問題的途徑有多種，如生物強化、 飲食多樣化、 補充微量元素等。生物強化是最經濟有效的方法[2]。微量元素的生物強化主要方法有遺傳強化和農藝強化，雖然遺傳強化提出的高鋅育種工程前景美好[8-10]，但周期長、 見效慢，相比之下，以施鋅肥為代表的農藝強化措施見效更快[3]。鋅肥的施用方法主要分為土施和葉面噴施。在土耳其嚴重缺鋅的地區土施或葉噴硫酸鋅均可顯著提高小麥籽粒產量(23倍)和鋅含量(34倍)[11]，而在陜西關中地區，土施或葉噴鋅肥并未顯著影響小麥產量，卻不同程度地提高了小麥籽粒的鋅含量，葉噴的效果優于土施[12-13]，這與李孟華等[14]在黃土高原中部， Zhang等[15]在華北平原進行的噴鋅試驗結果一致。說明在潛在性缺鋅的土壤或石灰性土壤上，土施鋅肥提高籽粒鋅含量的作用不明顯。Zhang等[15]的葉噴鋅肥試驗在4個地點同時開展，發現在所有地點葉噴鋅肥均可顯著提高籽粒鋅含量，說明葉噴鋅肥是提高小麥籽粒鋅含量的一條有效途徑。

目前絕大部分葉噴鋅肥提高小麥鋅含量的田間試驗局限于個別地點，在我國的主要小麥產區，葉噴鋅肥是否能顯著提高小麥鋅含量？不同區域之間是否有差異？影響小麥籽粒鋅含量的主要因素是什么？尚沒有系統的研究報道。本研究通過在我國14個省(市)主要麥區的30個國家小麥產業技術體系綜合試驗站設置田間試驗，研究分析了葉噴鋅肥提高小麥籽粒鋅含量的效果，土壤理化性質、 小麥拔節前植株鋅含量與籽粒鋅含量的關系以及對葉噴鋅肥的影響，以期為探究有效提高小麥籽粒鋅含量的調控措施提供依據。

1　材料與方法

1.1試驗地點

本研究為同處理多點試驗，試驗地點分布于我國14個省(市)小麥主產區的30個國家小麥產業技術體系綜合試驗站，其中洛陽試驗站有旱地和水田兩個試驗。本研究依據土壤pH的不同將之分為兩個區域，即酸性和堿性土壤區。試驗點及土壤基礎理化性狀見表1。

1.2試驗設計與田間管理

在普施氮、 磷、 鉀肥的基礎上，設置對照(CK，不噴鋅肥，葉面僅噴施清水750 kg/hm2)和葉噴鋅肥(Zn， 0.4% ZnSO4·7H2O 750 kg/hm2)2個處理。氮、 磷、 鉀肥的施用均采用當地最佳施肥量和最佳施肥方式，噴鋅分別在小麥拔節中期和末期(抽穗前)進行，共2次。試驗用小麥品種為當地主栽品種，播種量和播種時期與當地大田相同。各試驗點的小區面積為1520 m2，同一地點試驗小區面積相同，完全隨機區組排列，每處理重復3次。

1.3樣品采集與測定

小麥播種前，在各試驗點的試驗地以“米”字型布點采集5份0—20 cm土層基礎土壤樣品，進行土壤基本理化性質的測定。

在小麥返青以后拔節之前采集小麥植株樣品，即在各小區內隨機采6株小麥地上部，合并作為一個樣品，稱總鮮重，然后隨機取100 g左右用蒸餾水沖洗干凈，90℃殺青30 min，70℃烘干稱重。小麥收獲前調查單位面積穗數，并在各小區內，避開小麥邊行和兩端，在不同行內隨機選取2個1 m長樣段，拔出小麥植株，沿根莖結合處剪去根系，留地上部分并將兩個樣段合并為一個樣品，接著沿穗下節處將莖葉和穗分開，風干并稱量。穗經脫粒后稱量籽粒風干重，分別取樣測定莖葉、 穎殼和籽粒的含水量。再從各器官風干樣中隨機取100 g左右用蒸餾水沖洗3次，烘干并將莖葉剪碎(大小約1 cm)，然后取上述洗凈烘干的莖葉(已剪碎)、 穎殼和籽粒樣品10 g左右，用碳化鎢球磨儀(萊馳MM400，德國)磨碎，密封保存。采樣后的小麥全區收獲，測定小區籽粒產量和生物量，以烘干重計。

土壤樣品風干、 磨細，過1 mm和0.15 mm尼龍篩，用以測定土壤基本理化性狀[16]和土壤有效鋅(DTPA-Zn)。土壤有效鋅用DTPA-TEA 溶液(DTPA 0.005 mol/L、 CaCl20.01 mol/L、 TEA 0.1 mol/L， pH = 7.3)浸提，液土比為2 ∶1，原子吸收分光光度計(日立Z2000，日本)測定。植物樣品用濃HNO3-H2O2消解液微波消解(屹堯WX8000，中國上海)， 原子吸收分光光度計測定鋅含量(以干重計)。

1.4數據處理

相關指標及其計算公式:

鋅收獲指數(%)=籽粒鋅累積量(g/hm2)/ 地上部鋅累積量(g/hm2)×100;

籽粒鋅強化指數[表示噴施1 kg/hm2純鋅引起的小麥籽粒鋅含量提高值(mg/kg)]=[噴鋅處理籽粒鋅含量(mg/kg)-對照籽粒鋅含量(mg/kg)]/噴鋅量(kg/hm2);

籽粒鋅利用率(%) =[噴鋅處理籽粒鋅累積量(g/hm2)-對照籽粒鋅累積量(g/hm2)]/ 噴鋅量(g/hm2)×100[17];

總鋅利用率(%) =[噴鋅處理地上部鋅累積量(g/hm2)-對照地上部鋅累積量(g/hm2)]/噴鋅量(g/hm2) × 100。

試驗數據用SPSS 17.0進行統計分析， LSD法進行多重比較，酸性土壤和堿性土壤間的差異用t檢驗，顯著性水平為5%。

圖1　葉噴鋅肥對小麥產量、生物量和收獲指數的影響Fig.1　Effects of the foliar Zn application on wheat grain yield, shoot biomass, and harvest index[注(Note): 圖中不同小寫字母表示處理之間差異顯著(P<0.05); 不同大寫字母表示酸性和堿性土壤區之間差異顯著 (P <0.05) Different small letters mean significant differences between the treatments at P<0.05, and different capital letters mean significant differences between the acid and alkaline soil regions at P <0.05. ]

2　結果與分析

2.1小麥產量、 生物量和收獲指數

根據土壤pH將我國主要麥區分pH<7和pH>7兩個區域，分析小麥籽粒產量、 生物量和收獲指數(圖1)，結果表明，3個指標在兩個區域間均沒有顯著差異，小麥籽粒產量均值分別為6.5 t/hm2和7.3 t/hm2，生物量均值為4.4 t/hm2和16.4 t/hm2，收獲指數均值為45.3%和44.5%。葉噴鋅肥對這3個指標也沒有顯著影響。pH<7的區域，葉面噴鋅與對照的籽粒產量、 生物量、 收獲指數分別為6.6 t/hm2、 14.4 t/hm2、 45.6%和6.4 t/hm2、 14.3 t/hm2、 45.1%、pH>7的區域，分別為7.4 t/hm2、 16.4 t/hm2、 44.9%和7.2 t/hm2、 16.4 t/hm2、 44.0%。

圖2　葉噴鋅肥對小麥籽粒、潁殼和莖葉鋅含量的影響Fig.2　Effects of the foliar Zn application on Zn concentrations of wheat grains, glumes and stems[注(Note): 圖中不同小寫字母表示處理之間差異顯著(P <0.05)， 不同大寫字母表示酸性和堿性土壤區之間差異顯著 (P <0.05) Different small letters mean significant differences between the treatments at P<0.05, and different capital letters mean significant differences between the acid and alkaline soil regions at P<0.05. ]

2.2籽粒、 穎殼、 莖葉鋅含量

pH<7和pH>7的區域小麥籽粒鋅含量存在顯著差異(圖2)，可以看出，pH<7的區域籽粒鋅含量顯著高于pH>7的區域，均值分別為37.0 mg/kg和31.8 mg/kg。兩個區域比較，其穎殼、 莖葉的鋅含量均值沒有顯著差異。葉噴鋅肥對籽粒、 穎殼和莖葉的鋅含量有顯著的提高作用，pH<7的區域3個器官鋅含量均值噴鋅與對照處理分別為39.7 mg/kg和34.4 mg/kg、 17.6 mg/kg和13.0 mg/kg、 19.2 mg/kg和11.0 mg/kg; pH>7的區域其平均值分別為34.4 mg/kg和29.2 mg/kg、 11.5 mg/kg和9.3 mg/kg、 17.6 mg/kg和8.2 mg/kg。將兩個區域進行總體分析表明，噴鋅與對照處理的籽粒鋅含量均值分別為36.8 mg/kg和31.6 mg/kg，噴鋅比對照提高了17.3%; 穎殼鋅含量均值分別為14.2 mg/kg和10.9 mg/kg，噴鋅提高了30.1%; 莖葉鋅含量均值分別為18.4 mg/kg和9.4 mg/kg，噴鋅提高了93.4%。

2.3小麥籽粒、 穎殼和莖葉鋅累積量

圖3顯示，兩個區域相比其籽粒、 穎殼和莖葉鋅累積量均無顯著差異，但葉噴鋅肥可以顯著提高小麥籽粒、 穎殼和莖葉鋅的累積量。在pH<7的區域，噴鋅與對照處理的鋅累積量均值籽粒分別為257.1 g/hm2和218.5 g/hm2，穎殼分別為28.0 g/hm2和20.7 g/hm2，莖葉分別為117.0 g/hm2和60.9 g/hm2; pH>7的區域噴鋅與對照處理鋅累積量均值籽粒分別為254.2 g/hm2和210.5 g/hm2，穎殼分別為24.5 g/hm2和19.8 g/hm2，莖葉分別為117.9 g/hm2和57.4 g/hm2。對兩個區域總體分析表明，噴鋅比對照的籽粒鋅累積量提高了19.4%， 穎殼鋅累積量提高了28.7%， 莖葉鋅累積量提高了99.2%。

2.4籽粒鋅利用率和地上部總鋅利用率

pH<7和pH>7兩個區域的小麥籽粒鋅利用率和地上部總鋅利用率均沒有顯著差異，籽粒鋅利用率均值分別為2.8%和3.2%，總鋅利用率均值分別為7.5%和8.0%。兩區域綜合分析表明，小麥籽粒鋅利用率平均值為3.0%，95%集中在0.1%6.3%之間(圖4a); 總鋅利用率平均值為7.8%，其中60%集中在4.2%10.4%之間(圖4b)。

2.5籽粒鋅收獲指數和籽粒鋅強化指數

pH<7 和pH>7兩個區域的小麥籽粒鋅收獲指數沒有顯著差異(圖5)，分別為68.2%和68.8%。而葉噴鋅處理的小麥籽粒鋅收獲指數顯著降低，總體上葉噴鋅后籽粒鋅收獲指數的均值比對照降低了8.8%。

圖6顯示，兩個區域的小麥籽粒鋅強化指數也沒有顯著差異，pH<7和pH>7區域分別為3.9 mg/kg和3.8 mg/kg。總體籽粒鋅強化指數的變幅為0.310.6 mg/kg，其中80%集中在1.65.7 mg/kg，平均值為3.8 mg/kg。

圖3　葉噴鋅肥對小麥籽粒、 潁殼和莖葉鋅累積量的影響Fig.3　Effects of the foliar Zn application on Zn uptakes by wheat grains, glumes and stems

注(Note)：圖中不同小寫字母表示處理之間差異顯著(P<0.05)， 不同大寫字母表示酸性和堿性土壤區之間差異顯著 (P<0.05) Different small letters mean significant differences between the treatments atP<0.05, and different capital letters mean significant differences between the acid and alkaline soil regions atP<0.05. ]

2.6小麥籽粒鋅含量與土壤理化性質的關系

2.6.1 表層(0—20 cm)土壤有效鋅與籽粒鋅含量的關系 分別分析pH<7和pH>7的區域， 其0—20 cm土層土壤有效鋅含量與籽粒鋅含量沒有明顯的相關性(圖7)，但如果將兩個區域綜合分析發現，無論噴鋅還是對照處理，兩者均呈顯著正相關關系(P<0.05)，說明籽粒鋅含量隨土壤鋅含量的增加而顯著升高。對照處理的籽粒鋅含量隨土壤有效鋅

圖4　葉噴鋅肥對小麥籽粒鋅利用率(a)和地上部總鋅利用率(b)的影響Fig.4　Effects of the foliar Zn application on wheat grain Zn utilization efficiency(a) and the shoot Zn utilization efficiency(b)

[ 注(Note): 在方框里的黑線和黑色虛線，方框下邊和上邊緣線，方框外的短棒分別代表了數據的中位數和平均數、 25%和75%分位數、 5%和95%分位數， 實心黑點代表小于5%和大于95%分位數的數據The solid and dash lines, lower and upper edges, bars and dots in and outside the boxes represent median and mean values, 25th and 75th, 5th and 95th, and <5th and >95th percentiles of all data, respectively.兩個區域之間差異不顯著There are no significant differences between acid and alkaline soil regions.]

圖5　葉噴鋅肥對小麥籽粒鋅收獲指數的影響Fig.5　Effects of the foliar Zn application on wheat grain Zn harvest index

注(Note)：圖中不同小寫字母表示處理之間差異顯著(P<0.05)， 不同大寫字母表示酸性和堿性土壤區之間差異顯著 (P<0.05) Different small letters mean significant differences between the treatments atP<0.05, and different capital letters mean significant differences between the acid and alkaline soil regions atP<0.05.]

圖6　葉噴鋅肥對小麥籽粒鋅強化指數的影響Fig.6　Effects of the foliar Zn application on wheat grain Zn biofortification index

注(Note)：在方框里的黑線和黑色虛線，方框下邊和上邊緣線，方框外的短棒分別代表了數據的中位數和平均數、 25%和75%分位數、 5%和95%分位數; 實心黑點代表小于5%和大于95%分位數的數據The solid and dash lines, lower and upper edges, bars and dots in and outside the boxes represent median and mean values, 25th and 75th, 5th and 95th, and <5th and >95th percentiles of all data, respectively.兩個區域之間差異不顯著There are no significant differences between acid and alkaline soil regions.]

含量每增加1.0 mg/kg而增加4.1 mg/kg; 噴鋅處理增加3.9 mg/kg。

2.6.2 土壤pH與籽粒鋅含量的關系土壤pH對籽粒鋅含量的影響在兩個區域間不盡一致(圖8)。pH<7.0的區域，籽粒鋅含量與土壤pH無顯著相關關系; pH>7.0的區域，pH每升高1個單位，噴鋅處理的籽粒鋅含量降低10.3 mg/kg。但總體分析表明，隨土壤pH升高，籽粒鋅含量顯著降低，pH每升高1個單位，噴鋅和對照處理的籽粒鋅含量分別降低3.8 mg/kg和3.7 mg/kg。

2.6.3 土壤有機質與籽粒鋅含量的關系在pH<7和pH>7兩個區域土壤有機質與籽粒鋅含量之間沒有明顯的相關關系(圖9)。綜合兩個區域的數據，二者之間也沒有相關關系。

2.6.4 拔節前小麥植株鋅含量與籽粒鋅含量的關系拔節前小麥植株鋅含量與籽粒鋅含量的分析表明， 在pH<7的區域，植株鋅含量與籽粒鋅含量呈極顯著正相關關系(P<0.01，圖10)。拔節前植株鋅含量每增加1.0 mg/kg，噴鋅與對照處理的小麥籽粒鋅含量分別增加0.44 mg/kg和0.45 mg/kg。而在pH>7的區域，籽粒鋅含量與植株鋅含量呈非線性關系，隨植株鋅含量的增加籽粒鋅含量先降低后升高。綜合分析表明，兩者仍呈極顯著正相關，拔節前植株鋅含量每增加1.0 mg/kg，噴鋅與對照處理的小麥籽粒鋅含量均增加0.44 mg/kg。

圖7　土壤有效鋅含量與小麥籽粒鋅含量的關系Fig.7　Relationships between soil available Zn content and wheat grain Zn concentration

3　討論

3.1葉噴鋅肥對小麥產量、 生物量的影響

圖8　0—20 cm表層土壤pH與小麥籽粒鋅含量關系Fig.8　Relationships between 0-20 cm soil pH and grain Zn concentration[注(Note): *—P <0.05; **—P<0.01.]

圖9　0—20 cm表層土壤有機質含量與小麥籽粒鋅含量關系Fig.9　Relationships between top 0-20 cm soil organic matter content and wheat grain Zn concentration[ 注(Note): *—P <0.05; **—P <0.01.]

各試驗地點的土壤有效鋅(DTPA-Zn)含量變幅為0.543.63 mg/kg(表1)，均高于土壤缺鋅臨界值0.5 mg/kg[18]，且葉噴鋅肥對小麥籽粒產量、 生物量和收獲指數均沒有顯著影響。不少研究證明，在缺鋅地區(DTPA-Zn<0.5 mg/kg)施用鋅肥可以提高小麥產量和生物量，且葉噴鋅肥對籽粒產量和生物量的提高效果不如土施鋅肥[11]。在安徽蒙城缺鋅土壤(DTPA-Zn 0.48 mg/kg)上小麥葉噴鋅肥也顯著提高了籽粒產量[19]。但包括中國在內的多個國家4年23個施鋅試驗的研究結果表明，只有在巴基斯坦(土壤DTPA-Zn介于0.300.71 mg/kg)土施鋅肥(ZnSO4·7H2O 50 kg/hm2)表現出顯著的增產效果，葉噴鋅肥(0.5% ZnSO4.7H2O)僅有增產趨勢[20]。在巴西(土壤pH 5.0，DTPA-Zn>1.0 mg/kg)，葉面噴鋅對產量及產量因素等農學指標沒有影響[21]。在中國曲周(DTPA-Zn 0.40 mg/kg)、 豐臺(DTPA-Zn 0.74 mg/kg)、 文縣(DTPA-Zn 0.72 mg/kg)和肥東(DTPA-Zn 1.59 mg/kg)4個試驗地點葉噴鋅肥對籽粒產量和生物量均沒有顯著影響[15]。因此，本研究中葉噴鋅肥無增產效果除與土壤有效鋅含量較高有關外，與葉噴鋅肥本身的增產作用較弱也有關系。此外，Hmslett等[22]用同位素標記法研究鋅在小麥植株體內的運輸轉移時發現，將鋅加入營養液中與噴施在葉面上相比，加入營養液中的小麥植株生長更旺盛，說明根系吸收的鋅或許對小麥植株生長更有利。

3.2小麥籽粒鋅含量和鋅肥利用率對葉噴鋅肥的響應

圖10　拔節前植株鋅含量與籽粒鋅含量關系Fig.10　Relationships between shoot Zn concentration before jointing and grain Zn concentration[ 注(Note): *—P<0.05; **—P<0.01.]

大量研究表明，在土壤缺鋅地區(DTPA-Zn<0.5 mg/kg)葉噴鋅肥能夠大幅度提高小麥籽粒鋅含量[11]。在潛在性缺鋅地區(DTPA-Zn 0.51.0 mg/kg)，葉噴鋅肥也能顯著提高小麥籽粒鋅含量，黃土高原地區(DTPA-Zn 0.450.74 mg/kg)的噴鋅試驗結果表明，每公頃噴施1.0 kg純鋅可使小麥籽粒鋅含量提高6.713.0 mg/kg[14]，且效果優于土施。在本研究中，所有試驗點土壤有效鋅均在缺鋅臨界值0.5 mg/kg[18]以上，葉噴鋅肥顯著提高了籽粒鋅含量，與不噴鋅相比，噴鋅后籽粒鋅含量平均提高了5.2 mg/kg，提高幅度為17.5%。因此，葉噴鋅肥提高小麥籽粒鋅含量的效果在潛在性缺鋅地區和不缺鋅地區均表現明顯，具有良好的地域適應性。我國小麥籽粒鋅含量較低，為2433 mg/kg[7]，遠低于推薦含量4060 mg/kg[3]。葉噴鋅肥對改善這種現狀有重要意義。

籽粒鋅強化指數、 籽粒鋅利用率、 總鋅利用率均為評價鋅肥利用效率的重要參數，對指導鋅肥施用有重要意義。本研究中，小麥籽粒鋅利用率平均值為3.0%(圖4)，雖然與李孟華[14]在黃土高原的試驗結果(6.0%9.4%)相比較低，但遠遠高于土施鋅肥。地上部總鋅利用率變幅較大，平均值為7.8%。籽粒鋅強化指數平均值為4.4 mg/kg，說明每公頃小麥葉噴1.0 kg純鋅，籽粒鋅含量平均提高4.4 mg/kg。且這些參數在酸性和堿性土壤區域之間也無顯著差異，具有較好的穩定性。

3.3小麥籽粒鋅含量與土壤理化性質、 生長前期植株鋅的關系

除作物本身遺傳特性和施肥等因素外，環境因素對小麥籽粒鋅含量也有顯著影響，甚至有研究表明環境因子對籽粒鋅含量的影響超過基因型[23-25]。本研究為同處理多點試驗，每個試驗點均選取當地最適品種和最佳施肥量，以便在作物生長良好的基礎上，重點關注土壤對小麥籽粒鋅的影響，以期明確小麥籽粒鋅含量的主要影響因子和影響規律。

土壤微量元素的生物有效性受制于土壤理化性質，如pH、 CaCO3含量、 有機質、 土壤水分和有效氮、 磷、 鉀含量等[26-28]。在本研究中籽粒鋅含量與土壤有效鋅含量、 土壤pH顯著相關。籽粒鋅含量與土壤pH和有效鋅含量的關系均可用直線方程描述，且從決定系數和顯著性來看前者(R2=0.283**，不噴鋅，圖8)強于后者(R2=0.181*，不噴鋅，圖7)，說明土壤pH對籽粒鋅含量的影響大于土壤有效鋅。但通常認為土壤pH是有效鋅的主導因素，主要通過影響土壤有效鋅含量來間接影響小麥籽粒鋅含量。所以在本研究結果中土壤pH可能比土壤有效鋅的作用更大，是影響小麥籽粒鋅含量的主導因素。在Duffner 等研究土壤pH對鋅吸收影響的盆栽試驗中， 發現DTPA-Zn含量與小麥地上部鋅吸收量有很好的相關性，且根系表面吸附鋅受到pH的強烈控制[29]，說明土壤pH可以直接影響小麥根系對鋅的吸收。此外，土壤pH對鋅的生物有效性影響很大。一些對土壤pH沒有影響的農藝措施，如耕作方式不能增加籽粒鋅含量[30]; 而能夠改變土壤pH的農藝措施，如長期施用氮肥可降低土壤pH[31]，并增加土壤有效鋅含量[32]; 大氣CO2濃度升高會降低根際土壤pH，增加土壤微量元素的有效性[33]，這也從側面證明了土壤鋅有效化過程中pH的重要性。若不考慮土壤pH而單純土施鋅肥，鋅肥利用率會很低[14]，如石灰性土壤施入的鋅肥有很大一部分會轉化為礦物態鋅，或與碳酸鹽、 氧化錳結合，難以被作物吸收利用，造成鋅肥資源浪費。因此，調節土壤pH，使土壤鋅充分活化，對作物吸收利用土壤自身的鋅源至關重要。

本研究中土壤有機質與籽粒鋅含量無顯著相關關系，這與王昌全[34]在西昌市對土壤有效鋅含量與有機質的關系的研究結果類似。但也有研究指出，土壤有機質會影響有效鋅的含量及形態[35]。如Kamali等[36]在石灰性土壤中加入有機肥后，土壤有效鋅含量顯著增加，可能是有機質的加入改良了土壤質地和pH，活化了土壤鋅，提高了鋅的生物有效性。

本研究還發現，拔節前小麥植株鋅含量與籽粒鋅含量極顯著正相關?；貧w分析表明，拔節前植株鋅含量每增加1.0 mg/kg，小麥籽粒鋅含量增加0.4 mg/kg。葉噴鋅肥對這種關系沒有影響，說明小麥生長前期吸收累積的鋅可以在一定程度上決定籽粒鋅含量水平。此外，總體上葉面噴鋅的籽粒鋅含量均值為36.8 mg/kg，比不噴鋅平均提高5.2 mg/kg，即噴鋅處理的籽粒鋅含量有14.1%(5.2 mg/kg)是由鋅肥提供的，余下的85.9%(31.6 mg/kg)來自土壤鋅，其通過根系吸收運輸或地上部累積再轉移進入籽粒，即在葉噴鋅肥的條件下土壤鋅有效性和小麥植株體內鋅的運輸分配轉移仍然對籽粒鋅累積至關重要。因此，改善土壤鋅有效性，或通過早期葉噴鋅肥增加鋅的供應，可促進生長前期小麥植株鋅累積，對提高小麥籽粒鋅含量有重要意義。

4　結論

全國主要麥區30個地點的田間試驗結果表明，葉噴鋅肥對小麥籽粒產量、 生物量、 收獲指數沒有影響，但可顯著提高籽粒鋅含量，總體上，葉面噴鋅的籽粒鋅含量平均比不噴鋅提高5.2 mg/kg(17.5%)，pH<7.0的區域提高5.3 mg/kg(16.4%)，pH>7.0的區域提高5.2 mg/kg(18.4%)。兩個區域間小麥鋅吸收與分配沒有顯著差異，葉面噴鋅的小麥籽粒、 穎殼和莖葉的平均鋅吸收量分別比不噴鋅增加19.4%、 28.7%和99.2%，鋅收獲指數比不噴鋅降低12.2%。兩區域間籽粒鋅利用率、 籽粒鋅強化指數也沒有明顯差異。土壤有效鋅和籽粒鋅含量呈顯著正相關，總體上有效鋅含量每升高1.0 mg/kg，籽粒鋅含量平均提高4.0 mg/kg。土壤pH和籽粒鋅含量呈顯著負相關，pH每升高1個單位，籽粒鋅含量平均降低3.8 mg/kg。拔節前小麥植株鋅含量與籽粒鋅含量呈極顯著正相關，拔節前植株鋅含量每升高1.0 mg/kg，籽粒鋅含量平均提高0.4 mg/kg，葉面噴鋅與否對上述相關關系沒有影響。土壤有機質含量與籽粒鋅含量沒有相關性?？梢?，除葉面噴施鋅肥外，調節土壤酸堿性，提高土壤有效鋅含量，促進小麥生長前期的植株鋅吸收對改善我國小麥鋅營養也有重要意義。

致謝： 感謝國家小麥產業技術體系30個綜合試驗站及各位協作人員的支持與合作。

[1]Welch R M, Hart J J, Norvell W A,etal. Effects of nutrient solution zinc activity on net uptake, translocation, and root export of cadmium and zinc by separated sections of intact durum wheat (TriticumturgidumL-var durum) seedling roots [J]. Plant and Soil, 1999, 208(2): 243-250.

[2]Ma G S, Jin Y, Li Y P,etal. Iron and zinc deficiencies in China: what is a feasible and cost-effective strategy? [J]. Public Health Nutrition, 2008, 11(6): 632-638.

[3]Cakmak I. Enrichment of cereal grains with zinc: Agronomic or genetic biofortification? [J]. Plant and Soil, 2008, 302(1): 1-17.

[4]張明艷, 郁一凡, 封超, 等. 不同基因型小麥籽粒、 面粉和麩皮中 Ca 和 Zn 含量的差異[J]. 麥類作物學報, 2011, 31(2): 240-245.

Zhang M Y, Yu Y F, Feng C,etal. Differences of calcium and zinc content among flour, grain, and bran of different wheat varieties [J]. Journal of Triticeae Crops, 2011, 31(2): 240-245.

[5]傅兆麟, 李明艷, 郭孫黎, 等. 黃淮麥區主要小麥種質資源鋅含量測定報告[J]. 北京農業, 2007, (9): 1-4.

Fu Z L, Li M Y, Guo S L,etal. The measurement report of seed Zn content of the main wheat idioplasm resources in Huang huai wheat area [J]. Beijing Agriculture, 2007, (9): 1-4.

[6]Zhang Y, Song Q C, Yan J,etal. Mineral element concentrations in grains of Chinese wheat cultivars [J]. Euphytica, 2010, 174(3): 303-313.

[7]Liu H, Wang Z H, Li F C,etal. Grain iron and zinc concentra-

tions of wheat and their relationships to yield in major wheat production areas in China [J]. Field Crops Research, 2014, 156: 151-160.

[8]Bouis H E, Welch R M. Biofortification-A sustainable agricultural strategy for reducing micronutrient malnutrition in the global south [J]. Crop Science, 2010, 50 (Suppl. 1): 20-32.

[9]Cakmak I, Pfeiffer W H, McClafferty B. Biofortification of dur-

um wheat with zinc and iron [J]. Cereal Chemistry, 2010, 87(1): 10-20.

[10]Pfeiffer W H, McClafferty B. HarvestPlus: Breeding crops for better nutrition [J]. Crop Science, 2007, 47 (Suppl. 3): 88-105.

[11]Cakmak I, Kalayci M, Kaya Y,etal. Biofortification and locali-

zation of zinc in wheat grain [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2010, 58(16): 9092-9102.

[12]李秀麗, 曹玉賢, 田霄鴻, 等. 噴鋅方法對小麥籽粒不同脫皮組分中鋅與植酸及蛋白質分布的影響[J]. 西北農林科技大學學報(自然科學版), 2011, 39(8): 81-89.

Li X L, Cao Y X, Tian X H,etal. Effect of Zn application methods on distribution of Zn, phytate and protein in wheat pearling fractions [J]. Journal of Northwest A&F University (Natural Science Edition), 2011, 39(8): 81-89.

[13]楊習文, 田霄鴻, 陸欣春, 等. 噴噴鋅肥對小麥籽粒鋅鐵銅錳營養的影響[J]. 干旱地區農業研究, 2010, (6): 95-102.

Yang X W, Tian X H, Lu X C,etal. Effect of foliar zinc application on the Fe, Mn, Cu, and Zn nutrition of wheat grain [J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2010, (6): 95-102.

[14]李孟華, 王朝輝, 王建偉, 等. 低鋅旱地噴鋅方式對小麥產量和鋅利用的影響[J]. 植物營養與肥料學報, 2013, 19(6): 1346-1355.

Li M H, Wang Z H, Wang J W,etal. Effect of Zn application methods on wheat grain yield and Zn utilization in Zn-deficient soils on dryland [J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2013, 19(6): 1346-1355.

[15]Zhang Y Q, Sun Y X, Ye Y L,etal. Zinc biofortification of wheat through fertilizer applications in different locations of China [J]. Field Crops Research, 2012, 125: 1-7.

[16]鮑士旦, 土壤農化分析[M]. 北京, 中國農業出版社, 2000.

Bao S D. Soil analysis method[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2000.

[17]Wang J W, Mao H, Zhao H B,etal. Different increases inmaize and wheat grain zinc concentrations caused by soil and foliar applications of zinc in Loess Plateau, China [J]. Field Crops Research, 2012, 135: 89-96.

[18]劉錚, 我國土壤中鋅含量的分布規律[J]. 中國農業科學, 1994, 27(1): 30-37.

Liu Z. The distribution of zinc concentration in soils of China [J]. Scientia Agricutura Sinica, 1994, 27(1): 30-37.

[19]張文凱. 葉面噴噴鋅肥對小麥產量和效益的影響[J]. 河北農業科學, 2008, 12(3): 89-90.

Zhang W K. Effect of spraying zinc fertilizer on yield and economical profit of wheat[J]. Journal of Hebei Agricultural Sciences, 2008, 12(3): 89-90.

[20]Zou C Q, Zhang Y Q, Rashid A,etal. Biofortification of wheat with zinc through zinc fertilization in seven countries [J]. Plant and Soil, 2012, 361(1-2): 119-130.

[21]Zoz Tiago, Steiner Fábio, Fey Rubens,etal. Response of wheat to foliar application of zinc [J]. Ciencia Rural, 2012, 42(5): 784-787.

[22]Haslett B S, Reid R J, Rengel Z. Zinc mobility in wheat: Uptake and distribution of zinc applied to leaves or roots [J]. Annals of Botany, 2001, 87(3): 379-386.

[23]Gomez-Becerra H F, Yazici A, Ozturk L,etal. Genetic variat-

ion and environmental stability of grain mineral nutrient concentrations inTriticumdicoccoidesunder five environments [J]. Euphytica, 2010, 171(1): 39-52.

[24]Joshi A K, Crossa J, Arun B,etal. Genotype× environment interaction for zinc and iron concentration of wheat grain in eastern Gangetic plains of India [J]. Field Crops Research, 2010, 116(3): 268-277.

[25]Zhang Y, Shi R, Rezaul K M,etal. Iron and zinc concentrationsin grain and flour of winter wheat as affected by foliar application [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2010, 58: 12268-12274.

[26]Alvarez J M, Lopez-Valdivia L M, Novillo J A,etal. Comparisonof EDTA and sequential extraction tests for phytoavailability prediction of manganese and zinc in agricultural alkaline soils [J]. Geoderma, 2006, 132(3): 450-463.

[27]Obrador A, Alvarez J M, Lopez-Valdivia L M,etal. Relationshipsof soil properties with Mn and Zn distribution in acidic soils and their uptake by a barley crop [J]. Geoderma, 2007, 137(3): 432-443.

[28]Rashid A, Ryan J. Micronutrient constraints to crop production in soils with mediterranean-type characteristics: a review [J]. Journal of Plant Nutrition, 2004, 27(6): 959-975.

[29]Duffner A, Hoffland E, Weng L P,etal. Predicting zinc bioava-

ilability to wheat improves by integrating pH dependent nonlinear root surface adsorption [J]. Plant and Soil, 2013, 373(1-2): 919-930.

[30]李峰, 田霄鴻, 陳玲, 等. 栽培模式, 施氮量和播種密度對小麥子粒中鋅, 鐵, 錳, 銅含量和攜出量的影響[J]. 土壤肥料, 2006, (2): 42-46.

Li F, Tian X H, Chen L,etal. Effect of planting model, N fertilization, and planting density on concentration and uptake of Zn, Fe, Mn, and Cu in grains of winter wheat [J]. Soil and Fertilizer, 2006, (2): 42-46.

[31]Zhang H M, Wang B R, Xu M G. Effects of inorganic fertilizer inputs on grain yields and soil properties in a long-term wheat-corn cropping system in south China [J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2008, 39(11-12): 1583-1599.

[32]楊麗娟, 李天來, 劉妤, 等. 長期施用有機肥和化肥對菜田土壤鋅有效性的影響[J]. 土壤通報, 2005, 36(3): 395-397.

Yang L J, Li T L, Liu S,etal. Effect of long-term fertilization on the availability of Zn in vegetable soil [J]. Chinese Journal of Soil Science, 2005, 36(3): 395-397.

[33]任思榮, 朱建國, 李輝信, 等. 大氣 CO2濃度升高對稻田土壤中微量元素的影響[J]. 生態環境, 2007, 16(3): 982-986.

Ren S R, Zhu J G, Li H X,etal. Effect of free-air CO2enrichment (FACE) on microelements in paddy soil [J]. Ecology and Environment, 2007, 16(3): 982-986.

[34]王昌全, 李冰, 龔斌, 等. 西昌市土壤 Fe, Mn, Cu, Zn 有效性評價及其影響因素分析[J]. 土壤通報, 2010, 41(2): 447-451.

Wang C Q, Li B, Gong B,etal. Study on the bioavailability and impact factors of Fe, Mn, Cu and Zn in the soils of Xichang City [J]. Chinese Journal of Soil Science, 2010, 41(2): 447-451.

[35]Behera S K, Singh M V, Singh K N,etal. Distribution variab-

ility of total and extractable zinc in cultivated acid soils of India and their relationship with some selected soil properties [J]. Geoderma, 2011, 162(3-4): 242-250.

[36]Kamali S, Ronaghi A, Karimian N. Soil zinc transformations as affected by applied zinc and organic materials [J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2011, 42(9): 1038-1049.

Response of wheat grain Zn concentration to foliar sprayed Zn in main wheat production regions of China

YANG Yue-e, WANG Sen, WANG Zhao-hui*, LIU Hui, WANG Hui

(CollegeofResourcesandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

【Objectives】Wheat grain zinc (Zn) concentration is generally low in China, and foliar application of Zn fertilizers is an important approach of increasing the grain Zn concentration. Therefore, researches and knowledge on response of wheat grain Zn concentration to foliar Zn application are of great importance for reasonable application of Zn and improving wheat grain Zn nutrition in China.【Methods】Thirty field trials were conducted to study effects of the foliar Zn application on the wheat grain Zn concentrations, their differences between acid and alkaline soil regions, and the relation of grain Zn concentrations to main soil properties and the wheat shoot Zn concentration before the jointing stage in 14 provinces in major wheat production areas of China.【Results】Results from the thirty field trials show that the foliar Zn application has no effect on grain yields, biomass amounts and harvest indies of wheat, but significantly increases the grain Zn concentrations by an average of 5.2 mg/kg (17.5%), with a 5.3 mg/kg (16.4%) increase in acid soil regions and a 5.2 mg/kg(18.4%) increase in alkaline soil regions. There are no significant differences between Zn uptakes and distribution of wheat in the acid and alkaline soil regions. Compared with the control, the foliar Zn application increases Zn uptakes of wheat grains, glumes, and stems by 19.4%, 28.7% and 99.2%, and up to 255.5, 26.0 and 117.5 g/hm2respectively. The Zn harvest index of wheat under the foliar Zn application is 64.1%, 12.2% lower than the control. The grain Zn recovery rates and grain Zn biofortification indices are nearly the same in the acid and alkaline regions, with averages of 3.0% and 3.8 mg/kg respectively. A significant positive correlation (P<0.05) is found between soil DTPA-Zn and the grain Zn concentration, with the grain Zn concentration increased by 4.0 mg/kg for each 1.0 mg/kg increase of DTPA-Zn, while a significant negative correlation (P<0.001) is found between top 0-20 cm soil pH and the grain Zn concentration, with the grain Zn concentration decreased by 3.8 mg/kg for one unit topsoil pH rise. The grain Zn concentration is also significantly (P<0.001) correlated with the shoot Zn concentration before the jointing stage, with each 1.0 mg/kg increase of the shoot Zn concentration resulting in 0.4 mg/kg grain Zn concentration increase. There is no significant correlation between topsoil organic matter contents and grain Zn concentrations. 【Conclusions】Apart from the foliar Zn application, regulation of soil pH, increase of soil available Zn and promotion of wheat Zn uptake at the early growth stages are also important for increasing wheat grain Zn level in China.

wheat; grain; Zn concentration; soil available Zn; soil pH; soil organic matter; foliar Zn application

2014-12-22接受日期: 2015-04-22網絡出版日期: 2015-11-24

現代農業(小麥)產業技術體系(CARS-3-1-31); 農業科研杰出人才及其創新團隊培養計劃項目資助。

楊月娥(1987—)，女，河北衡水人，碩士研究生，主要從事小麥微量元素營養施肥研究。E-mail: 1085185035@qq.com

Tel: 029-87082234, E-mail: zhwang@263.net

S512.1062; S143.7+2

A

1008-505X(2016)03-0579-11