長(zhǎng)期施用氮磷肥對(duì)旱地冬小麥籽粒產(chǎn)量和鋅含量的影響

惠曉麗，王朝輝,2，羅來超，馬清霞，王森，戴健，靳靜靜

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長(zhǎng)期施用氮磷肥對(duì)旱地冬小麥籽粒產(chǎn)量和鋅含量的影響

惠曉麗1，王朝輝1,2，羅來超1，馬清霞1，王森1，戴健1，靳靜靜1

（1西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100；2西北農(nóng)林科技大學(xué)/旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100）

【目的】小麥?zhǔn)侵袊?guó)北方地區(qū)的主要糧食作物，主要種植在低鋅的石灰性土壤上，其籽粒鋅含量普遍偏低，因此小麥籽粒鋅營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化是近年研究的熱點(diǎn)。小麥氮磷與鋅的吸收利用存在互作效應(yīng)。利用從2004年起在中國(guó)西北旱地潛在缺鋅的石灰性土壤上開展的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，研究長(zhǎng)期氮磷施用下的小麥產(chǎn)量與鋅含量的變化?！痉椒ā刻镩g試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)不施肥（CK）、單施氮肥（N160，施160 kg N·hm-2）、單施磷肥（P100，施100 kg P2O5·hm-2）和氮磷配施（N160P100，施160 kg N·hm-2、100 kg P2O5·hm-2）4個(gè)處理。于2012—2016年連續(xù)4年進(jìn)行田間取樣，分析小麥的生物量、產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成，及鋅含量與鋅吸收和分配?！窘Y(jié)果】與不施肥相比，長(zhǎng)期單施氮肥使小麥穗數(shù)降低9%，籽粒產(chǎn)量和地上部生物量均降低12%，而籽粒鋅含量由不施肥處理的29.4 mg·kg-1提高到42.8 mg·kg-1，提高幅度為46%，籽粒和地上部的鋅吸收量分別增加29%和37%，地上部的氮鋅比和磷鋅比分別降低13%和45%；長(zhǎng)期單施磷肥使小麥穗數(shù)、籽粒產(chǎn)量和地上部生物量分別增加18%、15%和16%，籽粒鋅含量、籽粒和地上部的鋅吸收量卻分別降低31%、19%和17%，同時(shí)地上部的氮鋅比和磷鋅比分別提高19%和83%；氮磷配施的小麥穗數(shù)、籽粒產(chǎn)量和地上部生物量也顯著增加，增加幅度分別為40%、46%和38%，籽粒和地上部的鋅吸收量還分別提高36%和34%，但籽粒的鋅含量?jī)H降低8%，同時(shí)地上部的氮鋅比和磷鋅比分別提高43%和27%。與單施磷肥相比，氮磷配施不僅提高了籽粒產(chǎn)量，還提高了籽粒鋅含量，主要原因是施用氮肥能夠增加小麥鋅吸收，減緩了磷肥對(duì)小麥鋅吸收的抑制作用。【結(jié)論】在生產(chǎn)實(shí)踐中，單施氮肥雖可以提高小麥籽粒的鋅含量，達(dá)到食物鋅營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化的目的，但長(zhǎng)期單施氮肥會(huì)導(dǎo)致土壤養(yǎng)分不平衡，不利于維持和提高小麥產(chǎn)量。長(zhǎng)期單施磷肥雖能夠提高小麥籽粒產(chǎn)量，但抑制小麥鋅吸收，不利于籽粒鋅累積，降低籽粒含量。因此，在黃土高原旱地石灰性土壤上，建議合理進(jìn)行氮磷配施，以保證小麥生產(chǎn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。

氮肥；磷肥；冬小麥；籽粒；產(chǎn)量；鋅含量

0 引言

【研究意義】人類鋅營(yíng)養(yǎng)元素缺乏是全球普遍存在的問題[1]。鋅可以促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育，協(xié)調(diào)身體免疫功能，同時(shí)還參與多種酶合成，是人類必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素。缺鋅會(huì)引發(fā)一系列疾病，如侏儒癥、食欲不良、消化系統(tǒng)癌、潰瘍、腹瀉、視力下降等[2-4]。在中國(guó)約有1億人缺鋅[5]。小麥?zhǔn)鞘澜缰饕募Z食作物之一，在發(fā)展中國(guó)家，提供人體50%日常熱量攝入[6]。小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)非常重要，它不僅決定了農(nóng)民的收入，而且影響著以面食為主人群的營(yíng)養(yǎng)健康。中國(guó)是小麥主產(chǎn)國(guó)之一，小麥總產(chǎn)達(dá)到1.30億噸[7]。中國(guó)居民尤其是農(nóng)村人群，主要通過食用小麥制品來獲取鋅營(yíng)養(yǎng)元素[8]。LIU等對(duì)中國(guó)320個(gè)小麥品種，655份籽粒樣品調(diào)查發(fā)現(xiàn)，中國(guó)小麥籽粒鋅含量平均為30.4 mg·kg-1，其中88%的小麥籽粒鋅含量低于人體營(yíng)養(yǎng)健康推薦量（40—60 mg·kg-1）[9]，說明中國(guó)小麥籽粒鋅含量普遍較低。因此，不僅要增加產(chǎn)量，提高籽粒鋅含量也是中國(guó)小麥生產(chǎn)的重點(diǎn)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】一些學(xué)者認(rèn)為，產(chǎn)量高時(shí)由于稀釋作用，小麥籽粒鋅含量降低，產(chǎn)量低時(shí)由于養(yǎng)分富集效應(yīng)，籽粒鋅含量增加[10-12]。氮磷肥施用是影響小麥籽粒產(chǎn)量的重要因素之一，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中合理的氮肥和磷肥施用，可以增加小麥產(chǎn)量，使產(chǎn)量保持在較高的水平[13-14]。但對(duì)小麥鋅營(yíng)養(yǎng)的影響卻不一致。多數(shù)研究認(rèn)為，施用氮肥的小麥籽粒鋅含量提高，與施氮量呈正顯著相關(guān)，而施用磷肥的籽粒鋅含量卻降低，與施磷量呈負(fù)顯著相關(guān)[15-20]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，對(duì)小麥氮、磷、鋅營(yíng)養(yǎng)方面的研究，主要基于氮與鋅肥配施、磷與鋅肥配施，或只考慮氮肥或磷肥用量變化，引起的作物鋅吸收、轉(zhuǎn)移與含量變化。然而，長(zhǎng)期氮磷肥單施、配施對(duì)小麥產(chǎn)量和鋅營(yíng)養(yǎng)累積影響的報(bào)道缺乏?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究利用從2004年起在中國(guó)西北旱地潛在缺鋅石灰性土壤上開展的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，分析了氮磷肥單施、配施對(duì)小麥各器官鋅含量和鋅吸收的影響，并從籽粒產(chǎn)量的變化，探討了長(zhǎng)期施用氮磷肥料對(duì)小麥產(chǎn)量和籽粒鋅累積的影響，以期為旱地石灰性土壤上小麥鋅營(yíng)養(yǎng)調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

長(zhǎng)期定位試驗(yàn)始于2004年10月，位于陜西楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)作一站（34°16′ N, 108°04′ E）。該地區(qū)地處渭河三級(jí)階地，海拔525 m，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬春易旱，屬典型的旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。多年平均氣溫12.9℃，年蒸發(fā)量1 400 mm，60年（1957—2016）年均降水量579 mm，約60%的降水集中在小麥?zhǔn)斋@后的7—9月份的休閑期（圖1）。試驗(yàn)區(qū)地勢(shì)平坦，土壤類型是黃土母質(zhì)上發(fā)育的土墊旱耕人為土（紅油土屬），土壤基礎(chǔ)肥力見表1。

本文在試驗(yàn)進(jìn)行的2012—2016年連續(xù)取樣測(cè)定。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)4次，小區(qū)面積40 m2（4 m×10 m）。參考當(dāng)?shù)厥┓柿浚僋 160 kg·hm-2，P2O5100 kg·hm-2），設(shè)置的4個(gè)氮磷肥處理組合如表1。氮肥用尿素（含N 46%），磷肥用重過磷酸鈣（含P2O546%），兩者均作為基肥，于冬小麥播種前一次性撒施地表，旋耕翻入耕層土壤。由于當(dāng)?shù)赝寥啦蝗扁?，故不施用鉀肥。供試小麥為?dāng)?shù)爻Ｒ?guī)品種小偃22，2012—2016四年的播量依次分別是150、195、135和135 kg·hm-2，行距15 cm，播種深度5 cm。耕作制度為冬小麥-夏季休閑，每年10月上、中旬播種，來年5月末或6月初收獲。全生育期無(wú)灌溉，按當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶習(xí)慣進(jìn)行田間管理。

圖1 小麥休閑期、生長(zhǎng)季和2004—2016年楊凌的平均月降水量

表1 2004年和2013年0—20 cm土層的基本理化性質(zhì)

“原點(diǎn)”指2004年10月長(zhǎng)期定位試驗(yàn)開始時(shí)，其他為2013年10月試驗(yàn)開始時(shí)，測(cè)定的土壤基本理化性狀。處理中字母N和P后數(shù)值分別指施N和P2O5的量（kg·hm-2），如N160P0表示施N 160 kg·hm-2且不施磷肥?！皑C”未檢出

“Origin” refers to the soil physical and chemical properties in October 2004 when the long-term experiment initiated, and others are that measured in October 2013 when the present study started. Treatments were defined with the letter “N” (for N) or “P” (for P2O5) plus its application rate (kg·hm-2). For instance, N160P0 indicates 160 kg·hm-2of N but no phosphorus fertilizer applied. “–”, not determined

1.2 樣品采集與測(cè)定指標(biāo)

小麥?zhǔn)斋@時(shí)，每小區(qū)隨機(jī)均勻選4個(gè)1 m2（1 m×1 m）樣方，收割地上部，自然風(fēng)干，脫粒機(jī)脫粒，稱籽粒的風(fēng)干重。取部分籽粒于65℃烘干至恒重，測(cè)定含水量，計(jì)算籽粒產(chǎn)量，以干重表示。

同時(shí)采用盲抽法，在每小區(qū)隨機(jī)均勻選100穗小麥，連根拔起，用不銹鋼剪刀在根莖結(jié)合處剪去根系，植株地上部分為莖葉和穗，混合后作為該小區(qū)的植物分析樣品。樣品自然風(fēng)干，穗手工脫粒，分為籽粒和穎殼（含穗軸）。取部分莖葉、穎殼和籽粒樣品，用去離子水清洗3次，于90℃預(yù)烘30 min，65℃烘干至恒重，測(cè)定風(fēng)干樣品的含水量。烘干樣品用碳化鎢球磨儀（Retsch MM400，德國(guó)）粉碎，密封保存，備用。

植物全氮和全磷含量，用H2SO4-H2O2消解，連續(xù)流動(dòng)分析儀（AA3，德國(guó)）測(cè)定；全鋅含量，用HNO3-H2O2微波消解儀（Anton Paar Multiwave Pro Microwave Reaction System，奧地利）消解，電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（Thermo Fisher ICAP Q ICP-MS，美國(guó)）測(cè)定，氮、磷、鋅含量均以干重表示。

鋅吸收量（g·hm-2）= 生物量（kg·hm-2）×鋅含量（mg·kg-1）/ 1000[18]；

鋅收獲指數(shù)（%） = 籽粒鋅吸收量（g·hm-2）/ 地上部鋅吸收量（g·hm-2）× 100[17,20];

氮（磷）鋅比 = 氮（磷）含量（g·kg-1）/ 鋅含量（mg·kg-1）× 1000[21-23]。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

用DPS 7.05軟件進(jìn)行方差分析，采用最小極差法（Least Significant Difference，LSD）進(jìn)行多重比較，顯著性水平為5%。

2 結(jié)果

2.1 長(zhǎng)期施用氮磷肥對(duì)冬小麥產(chǎn)量和生物量的影響

從4年試驗(yàn)的平均結(jié)果（表2）看，與不施肥相比，單施氮肥會(huì)降低小麥籽粒產(chǎn)量，4年平均降幅為12%，表明在黃土高原旱地長(zhǎng)期單施氮肥，會(huì)導(dǎo)致土壤養(yǎng)分不平衡，不利于小麥產(chǎn)量形成，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。而單施磷肥和氮磷配施較不施肥，卻使籽粒產(chǎn)量提高，4年平均分別提高15%和46%。其中，單施磷肥的小麥籽粒產(chǎn)量相對(duì)于氮磷配施處理，2012—2013年略高，但未達(dá)到顯著水平，此后3年均顯著低于氮磷配施處理，且產(chǎn)量逐年下降。說明在該地區(qū)土壤供磷能力是一個(gè)重要的養(yǎng)分限制因子，磷和氮的不平衡是嚴(yán)重影響作物產(chǎn)量的一個(gè)重要因素。

與不施肥相比，長(zhǎng)期單施氮肥的小麥穗粒數(shù)和千粒重?zé)o顯著差異，但穗數(shù)卻平均降低9%。單施磷肥的小麥千粒重、穗數(shù)平均分別提高3%和18%。氮磷配施的穗粒數(shù)、穗數(shù)平均分別提高10%和40%，千粒重年際間存在差異，但平均降低4%。表明在該地區(qū)氮肥和磷肥的施用主要通過影響穗數(shù)來影響產(chǎn)量。

長(zhǎng)期單施氮肥可以降低小麥生物量，4年平均較不施肥低12%，2012—2013、2014—2015年達(dá)到顯著。長(zhǎng)期單施磷肥和氮磷配施能提高小麥生物量，4年平均與不施肥相比分別提高16%和38%。其中，單施磷肥的小麥生物量相對(duì)氮磷配施處理，2012—2013年略高，此后3年降低，2014—2015、2015—2016年降低達(dá)到顯著水平。進(jìn)一步說明在該地區(qū)長(zhǎng)期單施氮肥不利于小麥生物量的形成，土壤供磷能力是該地區(qū)作物生長(zhǎng)的關(guān)鍵養(yǎng)分限制因子，施用磷肥能夠增加小麥生物量，并且氮磷配施相對(duì)于單施磷肥更有利于小麥生物量形成。

不同施肥處理對(duì)小麥?zhǔn)斋@指數(shù)的影響存在差異。就4年平均結(jié)果看，與不施肥相比，單施氮肥和單施磷對(duì)小麥?zhǔn)斋@指數(shù)無(wú)顯著影響，但單施磷肥2013—2014年顯著提高，2014—2015年顯著降低；氮磷配施的平均值及2012—2013、2014—2015、2015—2016年的收獲指數(shù)均顯著提高。表明氮磷配施能夠提高小麥干物質(zhì)向籽粒的分配比例，有利于干物質(zhì)向籽粒的累積，因而提高產(chǎn)量。

此外，4年中2012—2013年各處理的穗粒數(shù)、生物量和籽粒產(chǎn)量相對(duì)偏低。主要原因是2012—2013年小麥生育期降雨少（162 mm），僅占生育期平均降雨的61%，且分布不均，特別是孕穗期（4月），降雨量?jī)H有13.2 mm，而灌漿期（5月）降雨量多達(dá)136.4 mm，占整個(gè)生育期降雨的84%，不利于籽粒灌漿和產(chǎn)量形成。說明在西北旱地，不僅充足的降水是保證小麥高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的主要因子，降水的生育期分布對(duì)小麥生物量、籽粒產(chǎn)量也會(huì)產(chǎn)生重要影響。

2.2 長(zhǎng)期施用氮磷肥對(duì)冬小麥鋅含量的影響

4年的平均結(jié)果（表3）表明，與不施肥相比，長(zhǎng)期單施氮肥能顯著提高小麥營(yíng)養(yǎng)器官和籽粒的鋅含量，4年平均分別提高63%和46%；長(zhǎng)期單施磷肥可以降低小麥營(yíng)養(yǎng)器官和籽粒的鋅含量，4年平均分別降低27%和31%。與不施肥相比，氮磷配施處理的營(yíng)養(yǎng)器官鋅含量和籽粒鋅含量雖然4年平均降低12%和8%，但營(yíng)養(yǎng)器官的鋅含量2012—2013、2013—2014年顯著降低，2014—2015年卻顯著提高，籽粒的鋅含量2012—2013、2013—2014年顯著降低，2014—2015、2015—2016年卻無(wú)顯著變化。此外，與單施磷肥處理相比，氮磷配施的營(yíng)養(yǎng)器官和籽粒鋅含量，4年平均分別提高21%和32%，且除2012—2013年?duì)I養(yǎng)器官外，其余均達(dá)到顯著。可見，施用氮肥能提高小麥籽粒的鋅含量，施用磷肥卻降低籽粒鋅含量，而氮磷配施時(shí)氮肥能夠減緩磷肥對(duì)小麥籽粒鋅含量的不利影響。

表2 長(zhǎng)期施用氮磷肥對(duì)小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成、生物量和收獲指數(shù)的影響

每一年度數(shù)據(jù)和平均值后不同字母表示不同處理差異顯著（LSD法，<0.05）。下同

Different letters after measured values of each year and that of the mean indicate significant difference among treatments (LSD method,<0.05). The same as below

2.3 長(zhǎng)期施用氮磷肥對(duì)冬小麥鋅吸收量及鋅分配的影響

由表4可知，單施氮肥和氮磷配施還能提高小麥籽粒鋅吸收量，與不施肥相比，4年平均分別提高29%和36%。單施氮肥在2014—2015、2015—2016年提高顯著，配施磷肥在2013—2014、2014—2015、2015—2016年提高顯著。單施磷肥也使小麥籽粒鋅吸收量降低，4年平均較不施肥低19%，2013—2014、2014—2015年降低作用顯著。說明氮肥不論是單施還是與磷肥配施均能夠提高小麥籽粒鋅吸收量，促進(jìn)小麥籽粒鋅的累積，而單施磷肥卻不利于小麥籽粒鋅的累積。

表3 長(zhǎng)期施用氮磷肥對(duì)小麥鋅含量的影響

營(yíng)養(yǎng)器官鋅含量是作物莖葉和穎殼鋅含量的加權(quán)平均值。每一年度數(shù)據(jù)和平均值后不同字母表示不同處理差異顯著（LSD法，<0.05）

Zn concentration in vegetative organsis the weighted mean of that in straw and glume. Different letters after measured values of each year and that of the mean indicate significant difference among treatments (LSD method,< 0.05)

表4 長(zhǎng)期施用氮磷肥對(duì)小麥鋅吸收量和鋅收獲指數(shù)的影響

同樣，單施氮肥和氮磷配施也提高了小麥地上部鋅吸收量，與不施肥相比，4年平均分別提高37%和34%，而且單施氮肥在2013—2014、2014—2015、2015—2016年提高達(dá)到顯著，配施磷肥在2014—2015、2015—2016年提高達(dá)到顯著（表4）。單施磷肥小麥地上部鋅吸收量也降低，4年平均較不施肥低17%，2013—2014年達(dá)到顯著。說明氮肥不論是單施還是與磷肥配施均可以提高小麥地上部鋅吸收量，促進(jìn)小麥地上部鋅累積，減緩磷肥對(duì)小麥地上部鋅累積的不利影響。

盡管單施氮肥的小麥鋅收獲指數(shù)2012—2013年顯著提高（表4），2013—2014、2014—2015年顯著降低，單施磷肥處理的2012—2013年顯著降低，氮磷配施處理的2013—2014、2015—2016年顯著提高，但從4年的平均結(jié)果看，與不施肥相比，長(zhǎng)期施氮磷肥對(duì)小麥鋅收獲指數(shù)無(wú)顯著影響，與單施磷肥相比，氮磷配施可以提高小麥鋅收獲指數(shù)，促進(jìn)鋅由小麥營(yíng)養(yǎng)體向籽粒的轉(zhuǎn)移。

2.4 長(zhǎng)期施用氮磷肥對(duì)冬小麥氮鋅比和磷鋅比的影響

氮鋅比、磷鋅比是植物體內(nèi)氮鋅、磷鋅營(yíng)養(yǎng)平衡的重要指標(biāo)[21-23]，可以說明是氮與鋅或磷與鋅相互作用，反映作物氮磷鋅養(yǎng)分相對(duì)吸收的情況。4年平均的結(jié)果（表5）表明，與不施肥相比，單施氮肥能降低小麥地上部氮鋅比和磷鋅比，4年平均分別降低13%和45%；單施磷肥和氮磷配施可以提高地上部氮鋅比、磷鋅比，單施磷肥處理的平均分別提高19%和83%，氮磷配施處理的平均分別提高43%和27%。但與單施磷肥處理相比，氮磷配施的地上部磷鋅比4年平均卻降低31%。說明單施氮肥可以促進(jìn)小麥地上部鋅相對(duì)氮、磷的吸收，而磷肥不論是單施還是與氮肥配施，均抑制了小麥地上部鋅相對(duì)氮、磷的吸收，但氮磷配施能夠減緩單施磷肥對(duì)小麥鋅吸收的不利影響。

表5 長(zhǎng)期施用氮磷肥對(duì)小麥地上部氮鋅比和磷鋅比的影響

3 討論

3.1 長(zhǎng)期施用氮磷肥與冬小麥產(chǎn)量

氮是限制小麥生長(zhǎng)的主要營(yíng)養(yǎng)因子，合理施用氮肥可以提高小麥的光合能力，增加有效分蘗，從而提高小麥產(chǎn)量[24]。但本研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期單施氮肥的冬小麥產(chǎn)量顯著降低。主要原因是長(zhǎng)期單施氮肥作物帶走了土壤中的磷，引起土壤供磷不足，如2013年該處理播前0—20 cm土層土壤速效磷含量?jī)H有1.8 mg·kg-1（表1），導(dǎo)致小麥分蘗減少，分蘗成穗率低，穗數(shù)和生物量下降，從而籽粒產(chǎn)量降低。南方紅壤土上1990年開始的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)顯示，連續(xù)單施氮肥10年后的小麥產(chǎn)量較不施肥顯著降低，甚至絕收[25]。黃土高原黑壚土上1978年開始的定位試驗(yàn)也表明，在連續(xù)單施氮肥22年后（2001年）的小麥產(chǎn)量與不施肥相比顯著降低[26]。此外，黃土高原石灰性土壤上1984年開始的定位試驗(yàn)顯示，單施氮肥（120 kg N·hm-2）的小麥產(chǎn)量，1991年和2001年較不施肥分別高80%和9%，而2011年卻低12%，比氮磷配施的3年依次低58%、51%和66%[27]。說明長(zhǎng)期單施氮肥導(dǎo)致的土壤磷素過度消耗、氮磷營(yíng)養(yǎng)不平衡是制約小麥產(chǎn)量提高的主要原因。

小麥?zhǔn)菍?duì)磷反應(yīng)較敏感的作物，在土壤速效磷含量低的土壤或重施氮肥輕施磷肥的地區(qū)，合理配施磷肥能有效促進(jìn)作物根系生長(zhǎng)，提高作物對(duì)土壤水分和養(yǎng)分的利用，增強(qiáng)光合作用能力，增加干物質(zhì)累積量，提高穗粒數(shù)、千粒重和穗數(shù)，從而增加其產(chǎn)量[28-30]。在本研究中，長(zhǎng)期單施磷肥與不施肥相比可以提高冬小麥的產(chǎn)量，并且增產(chǎn)效應(yīng)在2012—2013、2013—2014年達(dá)到顯著。長(zhǎng)期單施磷肥的小麥表現(xiàn)出增產(chǎn)，主要是施磷提高了小麥穗數(shù)，但其并不穩(wěn)產(chǎn)，在有些年份增產(chǎn)效應(yīng)并未達(dá)到顯著。在淮北平原的砂姜黑土、白散土和灰潮土上，長(zhǎng)期單施磷肥（60 kg P2O5·hm-2），冬小麥14年的平均產(chǎn)量也較不施肥分別提高49%、57%和39%[25]。但在黃土高原石灰性土壤上1984年開始的定位試驗(yàn)顯示，單施磷肥（60 kg P2O5·hm-2）的小麥產(chǎn)量，在1991和2001年與不施肥無(wú)顯著差異，而在2011年卻降低了29%[27]。說明要維持作物長(zhǎng)期高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)必須平衡施肥，連續(xù)偏施任何一種養(yǎng)分都會(huì)對(duì)作物產(chǎn)量造成不利影響。

本試驗(yàn)條件下，氮磷配施與不施肥相比顯著提高了小麥產(chǎn)量，4年的增產(chǎn)效應(yīng)均達(dá)到顯著，主要原因是氮磷配施不僅增加了穗數(shù)、穗粒數(shù)，還提高了收獲指數(shù)，有利于干物質(zhì)向籽粒的累積，與單施磷肥相比，能更好的增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。在該地區(qū)1990— 2002年的定位研究也顯示，氮磷配施（165 kg N·hm-2，132 kg P2O5·hm-2）的小麥持續(xù)增產(chǎn)，且年際間波動(dòng)較小[31]。與此類似，對(duì)中國(guó)1981年來70多個(gè)長(zhǎng)期定位研究總結(jié)發(fā)現(xiàn)，氮磷肥配施和氮磷鉀肥配施相對(duì)不施肥均可增產(chǎn)，并且氮磷鉀肥配施相對(duì)氮磷肥配施能更好的增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)[32]?？梢?，在土壤不缺鉀的黃土高原旱地，氮磷配施是保證高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的重要措施。

3.2 長(zhǎng)期施用氮磷肥與冬小麥鋅含量

近年來，施用氮肥提高小麥籽粒鋅含量的作用引起了人們的重視，認(rèn)為主要原因是施用氮肥能夠促進(jìn)小麥根系鋅吸收，增強(qiáng)根系鋅向地上部轉(zhuǎn)移，提高地上部鋅吸收量，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)器官中更多的鋅向籽粒再轉(zhuǎn)移，從而使籽粒鋅含量提高[33-36]。本研究也顯示，單施氮肥可以提高小麥籽粒鋅含量。但從研究結(jié)果總體來看，長(zhǎng)期單施氮肥并沒有提高小麥鋅的收獲指數(shù)、促進(jìn)地上部鋅向籽粒的分配，而是通過增強(qiáng)鋅相對(duì)于氮、磷的吸收，提高地上部鋅吸收總量，才使籽粒鋅含量得以提高。另外，單施氮肥的小麥產(chǎn)量4年平均降低12%，產(chǎn)量降低引起的養(yǎng)分富集效應(yīng)，也應(yīng)是籽粒鋅含量提高的重要原因。此外，2012—2013年單施氮肥的小麥地上部鋅吸收量并沒有提高，可能與這一年生育期降雨嚴(yán)重偏少有關(guān)，特別是孕穗期（4月），降雨量?jī)H有13.2 mm，降水少影響了小麥對(duì)鋅的吸收。這與我們?cè)诤档匦←溤兴肫谘a(bǔ)充灌水，提高籽粒鋅含量的試驗(yàn)結(jié)果一致[37]，表明在旱地石灰性土壤上，改善小麥生育期土壤水分供應(yīng)情況對(duì)提高小麥鋅營(yíng)養(yǎng)水平也具有重要意義。

在本研究中，單施磷肥使小麥籽粒鋅含量降低，與其他多數(shù)小麥試驗(yàn)的結(jié)果一致[18-20,23,39]，但也有一些研究發(fā)現(xiàn)施磷肥提高了小麥籽粒鋅含量[40]。關(guān)于施用磷肥降低小麥籽粒鋅含量的原因和機(jī)制，可能與施用磷肥引起的作物根系形態(tài)變化有關(guān)，也可能是施磷導(dǎo)致與作物根系共生的菌根數(shù)量減少，影響了根系對(duì)鋅的吸收能力[40-41]。還有研究發(fā)現(xiàn)施磷可以降低根系分泌活化土壤鋅的低分子有機(jī)酸，從而減少了作物的鋅吸收[42]。此外，也有研究認(rèn)為是因?yàn)槭┝状龠M(jìn)了作物生長(zhǎng)，小麥籽粒產(chǎn)量顯著提高，引起了養(yǎng)分稀釋效應(yīng)，導(dǎo)致籽粒鋅含量降低[39]。從本試驗(yàn)的結(jié)果可知，單施磷肥盡管沒有顯著降低小麥鋅收獲指數(shù)、不影響地上部鋅向籽粒的分配，但地上部鋅相對(duì)于氮、磷的吸收卻受到抑制，地上部鋅吸收量、籽粒鋅吸收量顯著降低。而且籽粒產(chǎn)量，與不施肥相比4年平均提高15%。說明單施磷肥一方面通過抑制鋅的吸收降低小麥籽粒鋅含量，另一方面也會(huì)因產(chǎn)量提高引起的養(yǎng)分稀釋效應(yīng)降低小麥籽粒的鋅含量。

與單施磷肥一樣，氮磷配施與不施肥處理相比，也使小麥籽粒鋅含量顯著降低。主要原因是氮磷配施不僅抑制了小麥地上部鋅相對(duì)于氮、磷的吸收，而且還顯著提高了籽粒產(chǎn)量，引起了養(yǎng)分的稀釋效應(yīng)。但與單施磷肥處理相比，氮磷配施能顯著降低地上部磷鋅比，提高地上部鋅吸收量、鋅收獲指數(shù)，從而顯著提高小麥籽粒鋅含量。說明氮磷肥配施能夠減緩單施磷肥引起的小麥鋅相對(duì)于磷吸收受到的抑制，減緩磷肥對(duì)小麥鋅累積的不利影響。因此，在西北黃土高原旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的目標(biāo)，應(yīng)該考慮氮磷肥配施，以減少磷肥對(duì)作物鋅含量的不利影響。華北地區(qū)的田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施198 kg N·hm-2、120 kg P2O5·hm-2時(shí)，小麥籽粒鋅含量和產(chǎn)量顯著增加，進(jìn)一步提高氮肥用量，產(chǎn)量和籽粒鋅含量增加不顯著[15]。在黃土高原旱地的研究表明，降水正常的年份，氮磷用量為160 kg N·hm-2、50—100 kg P2O5·hm-2時(shí)，小麥籽粒產(chǎn)量可維持在5 900—6 400 kg·hm-2、鋅含量32—35 mg·kg-1的較高水平，再增加氮肥量，籽粒鋅含量雖可提高，但產(chǎn)量增加不明顯[18]。因此，為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的目標(biāo)，該地區(qū)小麥?zhǔn)┑繎?yīng)保持在160 kg N·hm-2左右，施磷量保持在50—100 kg P2O5·hm-2。

4 結(jié)論

在本試驗(yàn)條件下，長(zhǎng)期施用氮磷肥顯著影響小麥籽粒的產(chǎn)量和鋅累積量。單施氮肥可以促進(jìn)小麥鋅吸收，提高籽粒鋅含量，但它卻降低小麥穗數(shù)，不利于籽粒產(chǎn)量形成。單施磷肥雖然提高了籽粒產(chǎn)量，卻抑制了小麥鋅吸收，不利于籽粒鋅累積，降低籽粒鋅含量。氮磷配施與單施磷肥相比，不僅提高了籽粒產(chǎn)量，還提高了籽粒鋅含量，減少了磷肥對(duì)作物鋅含量的不利影響。因此，黃土高原旱地小麥生產(chǎn)中為保證高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)，需氮磷肥合理配施以改善籽粒鋅營(yíng)養(yǎng)。

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（責(zé)任編輯 李云霞）

Winter Wheat Grain Yield and Zn Concentration Affected by Long-Term N and P Application in Dryland

HUI XiaoLi1, WANG ZhaoHui1,2, LUO LaiChao1, MA QingXia1, WANG Sen1, DAI Jian1,JIN JingJing1

(1College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University / Key Laboratory of Plant Nutrition and Agro-environment in Northwest China, Ministry of Agriculture, Yangling 712100, Shaanxi;2Northwest A&F University/ State Key Laboratory of Crop Stress Biology in Arid Areas, Yangling 712100, Shaanxi)

【Objective】 Wheat is one of the main cereal crops in northern China, and mainly grown in calcareous soils with low available zinc (Zn) , thus its grain Zn concentration generally is low. Nutrient biofortification of Zn in wheat grain has attracted great attention in recent years. Zn absorption and utilization of wheat are affected by the interaction between Zn and nitrogen (N) or phosphorus (P). Present study was based on a long-term fertilization experiment initiated in 2004 and on the potentially Zndeficient and calcareous soil in dryland areas of northwestern China. Changes of yield and Zn concentration in grain of wheat affected by N and P application were investigated. 【Method】 The field experiment was carried out in a completely randomized block design with four treatments: control (CK, no fertilizer added), mono N application (N160, 160 kg N·hm-2), mono P application (P100, 100 kg P2O5·hm-2) and combined of N and P fertilization (N160P100, 160 kg N·hm-2, 100 kg P2O5·hm-2). Plant samples were collected to analyze the wheat biomass, grain yield and yield components, and Zn concentration, Zn uptake and distribution in wheat during four cropping seasons from 20122016.【Result】 Compared with the control, the N mono-application decreased the spike number of wheat by 9% and the grain yield and shoot biomass both by 12%, but increased the grain Zn concentration from 29.4 mg·kg-1to 42.8 mg·kg-1and by 46%, enhanced Zn uptake in grain and shoot, respectively, by 29% and 37%, and reduced the N /Zn and P/Zn ratios in shoot, respectively, by 13% and 45%. The P mono-application increased spike number, grain yield and shoot biomass, respectively, by 18%, 15% and 16%, but decreased grain Zn concentration and Zn uptake in grain and shoot, respectively, 31%, 19% and 17%, with the N/Zn and P/Zn ratios in shoot increased, respectively, by 19% and 83%. The N and P application also significantly increased the spike number, grain yield and shoot biomass, respectively, by 40%, 46% and 38%, enhanced Zn uptake in grain and shoot, respectively, by 36% and 34%, but decreased grain Zn concentration by 8%, with the N /Zn and P/Zn ratios in shoot increased, respectively, by 43% and 27%. Compared with the mono P, the N and P application not only increased grain yield, but also elevated the grain Zn concentration, as the result of the enhanced wheat Zn uptake and the weakened P inhibition on Zn uptake. 【Conclusion】 Although N application could increase the grain Zn concentration of winter wheat to achieve crop nutrient biofortification, the long term of mono N application is not a conducive way to sustain and increase the wheat grain production due to the nutrient imbalance in soil. The mono P application could increase the wheat grain yield, but suppress the Zn uptake, then depress the grain Zn accumulation and decrease the grain Zn concentration. Therefore, it is suggested that the N and P fertilizers should be applied together to ensure the wheat production with high yield and high quality in dryland of the Loess Plateau.

N fertilizer; P fertilizer; winter wheat; grain; yield; Zn concentration

2017-01-20；接受日期：2017-03-10

國(guó)家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201303104）、國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-3-1-31）、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)人才支撐計(jì)劃

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