低鋅旱地土壤水分對小麥產(chǎn)量和鋅利用的影響

李孟華， 于 榮， 楊月娥， 王朝輝*

(1西北農(nóng)林科技大學資源環(huán)境學院，陜西楊凌 712100; 2農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與新型肥料創(chuàng)制重點實驗室，山東臨沭 276700;3 國家緩控釋肥工程技術(shù)研究中心，山東臨沭 276700)

?

低鋅旱地土壤水分對小麥產(chǎn)量和鋅利用的影響

李孟華1,2,3， 于 榮1， 楊月娥1， 王朝輝1*

(1西北農(nóng)林科技大學資源環(huán)境學院，陜西楊凌 712100; 2農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與新型肥料創(chuàng)制重點實驗室，山東臨沭 276700;3 國家緩控釋肥工程技術(shù)研究中心，山東臨沭 276700)

旱地; 缺鋅土壤; 有效鋅; 水分; 冬小麥

我國小麥種植區(qū)主要分布于北方石灰性土壤上。石灰性土壤高pH和碳酸鈣含量、低有機質(zhì)含量等導致土壤有效鋅含量低，處在缺鋅或潛在缺鋅水平。黃土高原土壤有效態(tài)鋅一般低于0.5mg/kg的缺鋅臨界值[1-3]，伴隨水分供應(yīng)不足，使兩者成為限制小麥產(chǎn)量和鋅營養(yǎng)品質(zhì)的重要因素。

土施鋅肥是提高土壤有效鋅含量和改善作物鋅營養(yǎng)的簡單有效措施，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用，并取得了一定的效果。在土耳其等極度缺鋅的土壤上，土施鋅肥可顯著提高小麥產(chǎn)量或籽粒鋅含量[4-5]。我國田間試驗也表明，土施鋅肥對小麥產(chǎn)量或籽粒鋅含量有不同幅度提高[6-10]。但在西北地區(qū)的試驗結(jié)果卻表明，盡管土施鋅肥使土壤有效鋅含量顯著提高，但對小麥產(chǎn)量或籽粒鋅含量的提高卻不明顯[11-12]。干旱地區(qū)石灰性土壤鋅有效性

低，除了土壤pH值和CaCO3含量較高外，土壤水分不足也可能是一個很主要的因素[13]。汪洪等[14]對玉米的研究表明，鋅和水分處理對玉米植株鋅吸收量有明顯的交互作用。因此，本研究選取西北旱地典型缺鋅區(qū)，研究土施鋅肥條件下，補充灌水對小麥產(chǎn)量及鋅利用的影響，對進一步認識旱地土壤鋅的有效性，調(diào)控土施鋅肥的效果有重要意義。

1　材料與方法

1.1試驗區(qū)概況

圖1　試驗區(qū)2010年7月至2012年6月各月降水量Fig.1　Monthly precipitation from July 2010 to June 2012 at the experiment site

表1　試驗點土壤基本性狀

1.2試驗設(shè)計

試驗采用裂區(qū)設(shè)計，鋅肥為主處理，設(shè)兩個水平: 0(Zn0)、50kg/hm2ZnSO4·7H2O(Zn50); 灌水為副處理，第一季在冬小麥返青期(2011年3月13日)灌水20mm，第二季在孕穗期(2012年4月27日)灌水30mm，氮磷鉀肥在播前一次施入，用量分別為N180kg/hm2、P2O575kg/hm2、K2O75kg/hm2，分別以尿素、磷酸二銨、硫酸鉀為肥源。小區(qū)田間排列采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，每處理重復4次，第一季小區(qū)面積31.5m2(4.5m×7m)，播量150kg/hm2，第二季小區(qū)面積32m2(4m×8m)，播量187.5kg/hm2。小麥品種均為晉麥47，田間管理均與當?shù)剞r(nóng)戶相同。

1.3樣品采集與測定

在小麥成熟期，每個小區(qū)割取兩個1m×1m樣方，曬干后脫粒計算產(chǎn)量。在每個小區(qū)隨機選取約100株小麥，將小麥植株連根拔起后沿根莖結(jié)合處將根剪斷，留地上部混合作為一個分析樣品，并將其分為莖葉、穎殼、籽粒三部位。取各部位樣品用去離子水清洗后105℃殺青30min，65℃烘干至恒重，用碳化鎢球磨儀(萊馳MM400，德國)磨細，密封保存，備用。

在各小區(qū)選取3點，采集0—20cm土壤樣品，樣品混勻自然風干后磨細，過1mm尼龍網(wǎng)篩，備用。

植物樣品用HNO3-H2O2微波消解儀(屹堯WX-8000，中國)消解，原子吸收分光光度計(日立Z-2000，日本)測定消解液中的鋅，計算植物鋅含量，以烘干重表示。土壤樣品有效鋅用DTPA溶液(DTPA0.005mol/L，CaCl20.01mol/L，TEA0.1mol/L，pH=7.3)浸提，液土比為2 ∶1，原子吸收分光光度計測定浸提液中的鋅，計算土壤有效鋅含量，以風干土重表示。

1.4數(shù)據(jù)計算與分析

試驗數(shù)據(jù)采用SAS8.1軟件進行統(tǒng)計分析，多重比較采用LSD法，差異顯著性水平為5%。

相關(guān)參數(shù)及其計算公式:

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

總鋅利用率(%)=[施鋅處理地上部總鋅累積量(g/hm2)-不施鋅處理地上部總鋅累積量(g/hm2)]/施鋅量(g/hm2)×100。

2　結(jié)果與分析

2.1灌水對小麥產(chǎn)量及收獲指數(shù)的影響

對小麥產(chǎn)量及收獲指數(shù)(表 2)的分析表明，第一季施鋅、灌水及施鋅條件下灌水對小麥產(chǎn)量、收獲指數(shù)均無顯著影響，平均產(chǎn)量和收獲指數(shù)約為5613kg/hm2和49%。第二季不同處理間小麥產(chǎn)量沒有顯著差異，施鋅對收獲指數(shù)也沒有顯著影響，但灌水提高了收獲指數(shù)，且施鋅條件下灌水處理達到顯著水平。

2.2灌水對小麥鋅含量的影響

比較不同處理小麥籽粒鋅含量發(fā)現(xiàn)，灌水有提高籽粒鋅含量的趨勢(表3)。不施鋅條件下，兩季籽粒鋅含量灌水處理比不灌水處理分別提高3.8%和16.3%; 施鋅條件下，分別提高8.8%和13.1%。兩季小麥籽粒鋅含量均是在施鋅條件下灌水處理達到最大值，分別是32.5和32.1mg/kg，較施鋅條件下不灌水處理提高9%、13%，較不施鋅條件下不灌水處理提高17.4%、42.3%，達到顯著水平。

在不施鋅條件下，灌水對小麥莖葉和穎殼的鋅含量幾乎沒有影響(表 3)。但在施鋅條件下，灌水有提高其鋅含量的趨勢，兩季莖葉、穎殼鋅含量在灌水條件下比不灌水分別提高48.4%和19.8%、4.1%和19.3%，兩季莖葉、穎殼鋅含量也是在施鋅條件下灌水達到最大值，比不施鋅條件下不灌水處理分別提高59.0%和18.1%、38.1%和44.8%，達顯著水平。

表2　灌水對小麥產(chǎn)量及收獲指數(shù)的影響

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理在0.05水平上差異顯著Valuesfollowedbydifferentsmalllettersinthesamecolumnaresignificantlydifferentat0.05levelamongtreatments.

表3　灌水對小麥各部位鋅含量的影響 (mg/kg)

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理在0.05水平上差異顯著Valuesfollowedbydifferentsmalllettersinthesamecolumnaresignificantlydifferentat0.05levelamongtreatments.

顯然，土壤水分的增加促進了小麥對鋅的吸收，使小麥各部位鋅含量都有不同程度的提高，尤其是在施鋅肥的情況下更加顯著。

2.3灌水對小麥鋅累積、分配及鋅肥利用效率的影響

灌水對小麥地上部鋅累積量的影響與對鋅含量的影響類似，有提高總鋅累積量的趨勢，尤其是第二季試驗(表4)。第一季在施鋅條件下，灌水使總鋅累積量提高10.1%。而在不施鋅條件下，灌水對總鋅累積量無顯著影響。第二季在施鋅條件下，灌水使總鋅累積量提高12.7%，不施鋅條件下總鋅累積量提高11.2%; 施鋅條件下灌水比不施鋅條件下灌水提高23.2%，比不施鋅條件下不灌水提高37.1%，達到顯著水平。

灌水對兩季鋅收獲指數(shù)的影響不一致(表4)。第一季灌水有降低鋅收獲指數(shù)的趨勢，尤其在施鋅條件下，灌水使施鋅及不施鋅小麥的鋅收獲指數(shù)顯著降低5.1%和2.0%; 而第二季灌水有提高鋅收獲指數(shù)的趨勢，施鋅及不施鋅情況下，灌水使鋅收獲指數(shù)分別提高2.1%和2.7%。

盡管是在缺鋅的土壤上，但鋅肥的總利用率依然很低，灌水有提高總利用率的趨勢(表4)。灌水后，第一季總鋅利用率由0.09%提高至0.25%，第二季總鋅利用率由0.33%提高至0.40%，灌水比不灌水分別提高177.8%和21.2%。

2.4灌水對小麥籽粒鐵元素及氮、磷、鉀含量的影響

對小麥籽粒鐵元素的測定結(jié)果表明，灌水對兩季的籽粒鐵含量影響不一致(表5)。灌水降低了第一季籽粒鐵含量，施鋅和不施鋅條件下，籽粒鐵含量分別降低1.6%、13.7%; 但卻提高了第二季籽粒鐵含量，施鋅和不施鋅條件下，籽粒鐵含量分別提高10.9%和3.9%。

灌水對小麥籽粒氮磷鉀含量沒有造成顯著影響。第一季灌水有提高鉀含量的趨勢，而第二季灌水則有提高磷含量的趨勢，兩季的氮、磷、鉀含量平均為22.2g/kg、1.92g/kg、3.01g/kg和23.2g/kg、2.89g/kg、3.37g/kg。2.5灌水對小麥收獲期土壤有效鋅(DTPA-Zn)的影響灌水對0—40cm土層有效鋅含量未造成顯著影響，但施鋅顯著提高了0—20cm土層有效鋅含量，兩季的有效鋅含量平均分別提高110%、233%，對20—40cm土層沒有顯著影響(表6)。

表4　灌水對小麥鋅累積、分配及利用效率的影響

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理在0.05水平上差異顯著Valuesfollowedbydifferentsmalllettersinthesamecolumnaresignificantlydifferentat0.05levelamongtreatments.

表5　灌水對小麥籽粒氮磷鉀含量的影響

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理在0.05水平上差異顯著Valuesfollowedbydifferentsmalllettersinthesamecolumnaresignificantlydifferentat0.05levelamongtreatments.

表6　灌水對收獲期不同深度土壤有效鋅含量(mg/kg)的影響

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理在0.05水平上差異顯著Valuesfollowedbydifferentsmalllettersinthesamecolumnaresignificantlydifferentat0.05levelamongtreatments.

3　討論與結(jié)論

兩季不同處理小麥各部位鋅含量均表現(xiàn)為籽粒>穎殼>莖葉，灌水或施鋅不同程度地提高了小麥各部分鋅含量。第一季灌水有提高小麥鋅含量的趨勢，施鋅條件下，灌水比不灌水使小麥籽粒鋅含量提高8.8%，不施鋅條件下提高3.8%，但均未達到顯著水平。而第二季施鋅條件下，灌水使籽粒鋅含量提高13.1%，達顯著水平。在冬小麥生長季降雨120mm的情況下，施硫酸鋅22.5kg/hm2并在春季灌水75mm(拔節(jié)期+開花期)，33個不同基因型小麥品種(品系)籽粒鋅含量增減不一，就不同基因型的平均值而言，灌水使籽粒鋅含量由31.1提高至34.1mg/kg，但差異不顯著[19]。土耳其的試驗結(jié)果表明，施鋅條件下灌水提高了灌漿期全株鋅含量，但成熟期籽粒鋅含量卻因品種、施鋅量的不同增減不一[18]，品種Kunduru1149在施鋅條件下，灌水提高了籽粒鋅含量，而品種Cakmak79的表現(xiàn)卻相反?？梢?，增加土壤水分可促進鋅在土壤的遷移[17]，使植物蒸騰作用增強，促進鋅從根系向地上部的長距離運輸，從而使植物地上部鋅含量增加，但灌水量、灌輸時期及小麥基因型不同，可能會造成不同的試驗結(jié)果。土壤水分對植物吸收利用土壤鋅的影響機制尚需要進一步研究[14,19]。

在該試驗條件下，小麥生長的關(guān)鍵期灌水對小麥產(chǎn)量、土壤有效鋅含量雖然沒有顯著影響，卻有提高小麥各部分鋅含量、鋅肥利用率的趨勢。因此，水肥結(jié)合對旱地石灰性土壤鋅和鋅肥有效性的的影響應(yīng)引起進一步重視，這對提高作物產(chǎn)量及鋅營養(yǎng)水平具有潛在意義。

[1]AllowayBJ.Soilfactorsassociatedwithzincdeficiencyincropsandhumans[J].EnvironmentalGeochemistryandHealth, 2009, 31(5): 537-548.

[2]劉合滿, 張興昌, 蘇少華. 黃土高原主要土壤鋅有效性及其影響因素[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報, 2008, 27(3): 898-902.

LiuHM,ZhangXC,SuSH.AvailablezinccontentandrelatedpropertiesofmainsoilintheLoessPlateau[J].JournalofAgro-EnvironmentScience, 2008, 27(3): 898-902.

[3]劉錚. 我國土壤中鋅含量的分布規(guī)律[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學, 1994, 27(1): 30-37.

LiuZ.RegularitiesofcontentanddistributionofzincinsoilsofChina[J].ScientiaAgriculturaSinica, 1994, 27(1): 30-37.

[4]CakmakI,KalayciM,KayaY, et al.Biofortificationandlocalizationofzincinwheatgrain[J].JournalofAgriculturalandFoodChemistry, 2010, 58(16): 9092-9102.

[5]YilmazA,EkizH,TorunB, et al.Effectofdifferentzincapplicationmethodsongrainyieldandzincconcentrationinwheatcultivarsgrownonzinc-deficientcalcareoussoils[J].JournalofPlantNutrition, 1997, 20(4-5): 461-471.

[6]余存祖, 劉耀宏, 戴嗚鈞, 彭琳. 陜西省土壤微量元素含量與微肥效應(yīng)[J]. 土壤通報, 1984,(6): 268-271.

YuCZ,LiuYH,DaiWJ,PengL.Contentanddistributionoftraceelementsandfertilizerefficiencyinsoilsofloessalregion[J].ChineseJournalofSoilScience, 1984,(6): 268-271.

[7]李強. 鋅對小麥生長及產(chǎn)量的影響[J]. 土壤肥料, 2004,(1): 16-18.

LiQ.Effectofzincfertilizeronthegrowthandyieldofwheat[J].SoilandFertilizer, 2004,(1): 16-18.

[8]汪洪, 劉新保, 褚天鐸, 等. 鋅肥對作物產(chǎn)量, 子粒鋅及土壤有效鋅含量的后效[J]. 土壤肥料, 2003,(1): 3-6.

WangH,LiuXB,ChuTD, et al.Residualeffectofzincapplicationoncropyield,zincconcentrationincropgrainandsoilavailablezinc[J].SoilandFertilizer, 2003,(1): 3-6.

[9]郝明德, 魏孝榮, 黨廷輝. 旱地小麥長期施用鋅肥的增產(chǎn)作用及土壤效應(yīng)[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2003, 9(3): 377-380.

HaoMD,WeiXR,DangTH.Effectoflong-termapplyingzincfertilizeronwheatyieldandcontentofzincindryland[J].PlantNutritionandFertilizerScience, 2003, 9(3): 377-380.

[10]張學軍, 王興仁, 張福鎖, 等. 寧夏揚黃新灌區(qū)微肥對春小麥的有效性及適宜用量的研究[J]. 土壤肥料, 2000,(6): 32-34.

ZhangXJ,WangXR,ZhangFS, et al.AvailabilityofmicronutrientfertilizerandsuitablerateinspringwheatofnewirrigationareaofNingxia,China[J].SoilandFertilizer, 2000, (6): 32-34.

[11]LuXC,CuiJ,TianXH, et al.Effectsofzincfertilizationonzincdynamicsinpotentiallyzinc-deficientcalcareoussoil[J].AgronomyJournal, 2012, 104(4): 963-969.

[12]WangJ,MaoH,ZhaoH, et al.DifferentincreasesinmaizeandwheatgrainzincconcentrationscausedbysoilandfoliarapplicationsofzincinLoessPlateau,China[J].FieldCropsResearch, 2012, 135: 89-96.

[13]CakmakI,YilmazA,KalayciM, et al.ZincdeficiencyasacriticalprobleminwheatproductioninCentralAnatolia[J].PlantandSoil, 1996, 180(2): 165-172.

[14]汪洪, 金繼運, 周衛(wèi). 不同水分狀況下施鋅對玉米生長和鋅吸收的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2003, 9(1): 91-97.

WangH,JinJY,ZhouW.Effectsofzincapplicationongrowthandzincuptakeofmaizeundersoilmoisturestress[J].PlantNutritionandFertilizerScience, 2003, 9(1): 91-97.

[15]于素華, 楊守祥, 劉春生, 劉方春. 水分淋洗下菜園土壤各形態(tài)鋅的遷移轉(zhuǎn)化特征[J]. 水土保持學報, 2006, 20(4): 31-34.

YuSH,YangSX,LiuCS,LiuFC.Movementandtransformationofzincformsinvegetablegardensoilsunderirrigationwater[J].JournalofSoilandWaterConservation, 2006, 20(4): 31-34.

[16]曹玉賢, 田霄鴻, 楊習文, 等. 土施和噴施鋅肥對冬小麥子粒鋅含量及生物有效性的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2010, 16(6): 1394-1401.

CaoYX,TianXH,YangXW, et al.EffectsofsoilandfoliarapplicationsofZnonwinterwheatgrainZnconcentrationandbioavailability[J].PlantNutritionandFertilizerScience, 2010, 16(6): 1394-1401.

[17]WarnckeDD,BarberSA.Diffusionofzincinsoil:I.Theinfluenceofsoilmoisture[J].SoilScienceSocietyofAmericaJournal, 1972, 36(1): 39-42.

[18]EkizH,BagciSA,KiralAS, et al.Effectsofzincfertilizationandirrigationongrainyieldandzincconcentrationofvariouscerealsgrowninzinc-deficientcalcareoussoils[J].JournalofPlantNutrition, 1998, 21(10): 2245-2256.

[19]張凱, 崔玉亭, 周順利. 等. 兩種水分條件下冬小麥籽粒部分微營養(yǎng)含量及其基因型差異研究[J]. 華北農(nóng)學報, 2008, 22(5): 19-23.

ZhangK,CuiYT,ZhouSL, et al.Studyofpartmicronutritioncontentsofwinterwheatgrainsandgenotypesdiversityundertwokindirrigationconditions[J].ActaAgriculturaeBoreali-Sinica, 2008, 22(5): 19-23.

Effectsofsoilmoistureonwheatgrainyieldandzincutilizationinzinc-deficientdrylandsoil

LIMeng-hua1,2,3,YURong1,YANGYue-e1,WANGZhao-hui1*

(1 Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China; 2 Key Laboratory of Plant Nutrition and New Fertilizers Creation,Ministry of Agriculture, Linshu, Shandong 276700, China; 3 National Engineering Technology Research Center For CRF,Linshu, Shandong 276700, China)

【Objectives】Zinc-deficientindrylandsoilcausedbyloworganicmatter,highpHandcalciumcarbonatecontents,alongwiththedeficiencyofwatersupplynotonlyconstrainsthewinterwheatgrowthandyield,butalsouptakeandutilizationofzinc(Zn).Therefore,atwo-yearfieldexperimentwascarriedoutonatypicalZn-deficientdrylandsoilwithirrigationtotheZn-appliedwinterwheatinthenorthwestpartofChinatoinvestigatetheeffectsofsoilmoistureonsoilZnavailability,wheatgrowth,yieldformation,uptakeandutilizationofZnandotherrelevantelements. 【Methods】ThefieldexperimentwasconductedinYongshouCountyofShanxiProvinceduring2010-2012.AsplitplotdesignwasusedwiththeZnapplicationratesof0and50kg/hm2asthemainplotfactors,theadditionandnoadditionofsupplementalirrigationassubplotfactors.Atmaturestage,sampleswerecollectedandmeasured,whichincludedgrainyield,cropbiomass,contentsofZn,nitrogen(N),Phosphorus(P),potassium(K)andFerrum(Fe)indifferentorgansorpartsofcrops.Zncontentwasalsodeterminedfor0-40cmlayersofsoil. 【Results】Resultsshowedthatirrigationof20to30mmwateratjointingorbootingstagehadnosignificanteffectsongrainyieldandsoilavailableZn(DTPA-Zn).However,ittendedtoincreasegrainZncontentsandZnfertilizeruseefficiency.ThegrainZncontentsincreasedby3.8%-16.3%and3.8%-13.1%,whensupplementalwasirrigationundernoZnandZnapplicationtreatments,respectively.Znuseefficiencyundersupplementalirrigationwasincreasedby21.2%-177.8%.SupplementalirrigationamountandtimealsoaffectedtheZnaccumulationanddistributionindifferentorgansorpartsofwinterwheat.TheZnharvestindexofZnandnoZnapplicationtreatmentswasdecreasedby5.1%and2.0%in2010-2011,increasedby2.1%and2.7%in2011-2012,respectively.EffectsofsupplementalirrigationonFeandmacro-elementN,PandKwerealsodifferentinbothyears.【Conclusions】OnZn-deficientdrylandsoil,supplementalirrigationshowednosignificanteffectsonwinterwheatgrainyieldandsoilavailableZncontents,however,itincreasedtheZncontentsindifferentorgansorpartsandZnfertilizeruseefficiency.ThisindicatesthatintegratedmanagementofwaterandfertilizerwithincreasingtheavailabilityofsoilZnandfertilizerZnshouldbegivenspecialattentions.EspeciallyindrylandareawithZn-deficientsoilsitisofpotentialsignificancefortheimprovementofZnnutritionlevelsforlocalcropsandpeople.Keywords:dryalnd;Zn-deficientsoil;availableZn;moisture;winterwheat

2014-08-11接受日期: 2015-01-05網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2015-07-02

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金； 農(nóng)業(yè)公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目(201303104, 201103003)； 農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)科研創(chuàng)新團隊建設(shè)計劃資助。

李孟華(1985—)，男，山東臨沂人，碩士研究生，主要從事新型肥料及套餐肥研究。E-mail:lmhll@126.com

E-mail:w-zhaohui@263.net

S512.1+1;S143.7+2

A

1008-505X(2016)02-0388-07