土壤和葉面施鋅對小麥農(nóng)藝性狀、籽粒產(chǎn)量和對鋅、鐵及硒微量元素濃度的影響

王瀾 夏海勇 孔瑋琳 賢偉華 馬國興 王子浩

摘要：鋅（Zn）是動植物和人體必需的微量元素，能預(yù)防肺炎等疾病和提高人體免疫功能。小麥作為中國主要糧食作物，為滿足人體對鋅的營養(yǎng)需求，提高小麥籽粒鋅含量十分必要。為給優(yōu)質(zhì)富鋅小麥生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐，通過在田間條件下進(jìn)行土壤和葉面施鋅試驗，研究其對小麥農(nóng)藝性狀和籽粒產(chǎn)量的影響，尤其是對籽粒鋅濃度的生物強(qiáng)化效果，以及對籽粒中其他2種有益微量元素（鐵和硒）的影響規(guī)律。結(jié)果表明：土施鋅肥使小麥穗數(shù)從447.0萬穗/hm2增加到511.5萬穗/hm2，增幅14.4%。土壤和葉面施Zn使得小麥籽粒產(chǎn)量從5419.5～6250.5 kg/hm2增加到6372.0～6811.5 kg/hm2，增幅5.2%～17.6%，對籽粒鐵和硒濃度均無顯著影響，有效提升籽粒Zn濃度，從34.0～39.6 mg/kg提高到44.6～46.6 mg/kg，增幅17.7%～32.9%，達(dá)到世界衛(wèi)生組織等機(jī)構(gòu)和科學(xué)家所推薦的生物強(qiáng)化目標(biāo)值（40～50 mg/kg）。因此，土壤和葉面施Zn提高小麥產(chǎn)量的同時，可以提升籽粒鋅營養(yǎng)品質(zhì)，是實現(xiàn)小麥提質(zhì)增效的有效途徑，建議大面積推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：小麥；微量元素；施肥；營養(yǎng)強(qiáng)化；提質(zhì)增效

中圖分類號：S512.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A論文編號：casb2020-0206

Effects of Soil and Foliar Zinc Application on Agronomic Traits， Grain Yield and Grain Zinc， Iron and Selenium Concentration of Wheat

Wang Lan1，2， Xia Haiyong1，2，3，4， Kong Weilin2， Xian Weihua5， Ma Guoxing6， Wang Zihao7， Zhang Rongting8， Li Haosheng2，4， Gong Kuijie2，4， Liu Kaichang2，3，4

（1College of Life Sciences， Shandong Normal University， Jinan 250014， Shandong， China； 2Crop Research Institute， Shandong Academy of Agricultural Sciences/Shandong Provincial Key Laboratory of Crop Genetic Improvement， Ecology and Physiology/National Engineering Laboratory for Wheat and Maize， Jinan 250100， Shandong， China； 3College of Agronomy， Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109， Shandong， China； 4Wheat Industrial Technology Research Institute of Heze， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100，Shandong， China；5Dongming County Bureau of Agriculture and Rural Affairs， Dongming 274500， Shandong， China； 6Yikangyuan Food Co.， Ltd.， Dongming 274507， Shandong， China；7Sinochem Agriculture Linyi R&D Center Co.， Ltd.，

Linyi 276000， Shandong， China；8Jinan Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250316， Shandong， China）

Abstract： Zinc （Zn） is an essential micronutrient element for the growth and development of animals， plants and the human body， which can prevent pneumonia and other diseases and improve human immune function. Wheat （Triticum aestivum L.） is a major food crop in China， to meet the nutritional demand of human body for Zn， it is necessary to increase the Zn concentration in wheat grains. To provide a theoretical basis and technical support for the production of high quality wheat grains enriched with Zn， effects of soil and foliar Zn application on agronomic traits， grain yield， and the concentration of Zn （in particular） and also other two beneficial micronutrients including iron （Fe） and selenium （Se） in wheat grains were investigated under field condition. The results showed that the number of wheat ears of per hectare increased from 4470 thousand to 5115 thousand by soil Zn application， with an increase of 14.4%. Soil and foliar Zn application increased the grain yields of wheat from 5419.5-6250.5 kg/hm2to 6372.0-6811.5 kg/hm2with an increase rate of 5.2%-17.6%. Simultaneously， it had non- significant effect on the concentration of Fe and Se in grains， but effectively increased the Zn concentration from 34.0-39.6 mg/kg to 44.6-46.6 mg/kg with an increase rate of 17.7%-32.9%， achieving the target value of biofortification recommended by the World Health Organization and other institutions and scientists （40-50 mg/kg）. Therefore， the application of Zn via soil and foliar spraying could improve the nutritional quality of grain Zn while increasing wheat yield， which is an effective way to improve the quality and efficiency of wheat production and is worth popularizing in large scale.

Keywords： Wheat； Micronutrient； Fertilization； Nutrition Fortification； Improve Quality and Efficiency

0引言

鋅（Zn）是植物、動物和人體生長發(fā)育不可或缺的微量元素。據(jù)報道，全球60億人口中有30%以上出現(xiàn)缺鋅癥狀，包括生長遲緩、厭食、味覺減退、腹瀉、肺炎、妊娠問題和其他一些免疫功能降低和代謝紊亂慢性疾病，特別是在發(fā)展中國家和農(nóng)村地區(qū)[1-2]。在中國，至少有1億人口，尤其是生活在農(nóng)村地區(qū)的孕期婦女和5歲以下兒童，長期處于缺鋅所導(dǎo)致的“隱性饑餓”狀態(tài)[3]。小麥?zhǔn)鞘澜缱钪饕募Z食作物之一，占人類每日能量攝取量的30%。據(jù)調(diào)查，中國小麥七個主產(chǎn)省份籽粒鋅含量的平均值僅為23.3 mg/kg，黃淮海平原小麥種植區(qū)的43個小麥品種籽粒鋅平均濃度僅為28.6 mg/kg，遠(yuǎn)低于世界衛(wèi)生組織、聯(lián)合國糧農(nóng)組織和比爾及梅琳達(dá)·蓋茨基金會HarvestPlus項目等機(jī)構(gòu)和科學(xué)家所推薦的40～50 mg/kg的生物強(qiáng)化目標(biāo)值[4-7]。除小麥籽粒中鋅濃度較低外，由于籽粒中一些植酸和酚類等抗?fàn)I養(yǎng)化合物的存在，導(dǎo)致鋅在人體消化道中的生物有效性較低。另外，在小麥磨粉加工過程中，由于去掉了鋅含量較高的麩皮和糊粉層，進(jìn)一步降低了鋅的含量，其鋅含量一般僅介于5～10 mg/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足面粉中15～30 mg/kg人體膳食鋅需求[8]?？紤]到小麥在中國消費(fèi)量較大，且長期處于缺鋅狀況的人口眾多，亟待通過提高小麥籽粒鋅含量來有效解決人體鋅營養(yǎng)不良的問題，市場需求空間巨大[9]。

山東省土壤類型大部分為堿性鈣質(zhì)土，土壤中的有效鋅含量普遍較低[10-11]。據(jù)全國第二次土壤調(diào)查結(jié)果表明，山東省一半以上的土壤缺鋅，從而限制小麥產(chǎn)量和籽粒鋅含量。山東省內(nèi)諸多以往研究表明，通過土壤和葉面施肥管理措施可以有效改善小麥缺鋅癥狀，提高籽粒產(chǎn)量，而對鋅濃度是否達(dá)到生物強(qiáng)化目標(biāo)值關(guān)注較少，即以往研究更多停留在施鋅矯正缺素癥狀和保證產(chǎn)量方面，而從人體鋅營養(yǎng)健康角度，對籽粒鋅營養(yǎng)品質(zhì)的研究相對缺乏[12-13]。隨著中國社會由溫飽向全面小康階段的轉(zhuǎn)變，吃得好，吃得健康，提高小麥籽粒鋅含量使其達(dá)到生物強(qiáng)化目標(biāo)值將越來越受到重視，人們對優(yōu)質(zhì)普惠農(nóng)產(chǎn)品的需求愈加迫切[14]。

山東省科技主管部門和諸多農(nóng)業(yè)企業(yè)已經(jīng)開始意識到發(fā)展優(yōu)質(zhì)富鋅小麥的重要性和廣闊前景。比如，2019年山東省農(nóng)業(yè)良種工程“優(yōu)質(zhì)專用小麥突破性新品種選育”申報指南中，明確提出選育富含鐵鋅的小麥新品種；2019年山東種業(yè)集團(tuán)與德州市合作大力推動實施營養(yǎng)型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化項目，以作物營養(yǎng)強(qiáng)化技術(shù)體系為核心，致力于提高糧食等作物中的人體必需微量營養(yǎng)素、健康功能因子的含量，通過在新品種育種、綠色農(nóng)藝與加工等方面進(jìn)行全產(chǎn)業(yè)鏈融合，建設(shè)33333.3 hm2營養(yǎng)強(qiáng)化作物種植推廣基地；山東玉杰面粉有限公司正在建設(shè)山東全谷物營養(yǎng)健康食品科技產(chǎn)業(yè)園，開發(fā)、推廣種植糊粉層含量高、富鋅、適合高糖人群食用的功能型小麥新品種及功能型面制品。

與鋅類似，鐵（Fe）也是動植物和人體必需的微量元素，其生物強(qiáng)化研究與應(yīng)用越來越受到重視[15]。硒在預(yù)防艾滋病、增強(qiáng)抗癌能力和提高人體免疫功能等方面有顯著作用，常被稱作“生命的火種”，增加小麥籽粒特別是面粉中的硒含量是人體補(bǔ)硒的有效策略[16]。我們前期研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴鋅在提高玉米籽粒鋅濃度的同時，對籽粒鐵含量也有一定增加作用[17]。

本研究通過在田間條件下進(jìn)行土壤和葉面施鋅，研究其對小麥農(nóng)藝性狀和籽粒產(chǎn)量的影響，尤其是對籽粒鋅濃度的生物強(qiáng)化效果，以及對籽粒中其他2種有益微量元素（鐵和硒）的影響，為優(yōu)質(zhì)富鋅小麥生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐，助力作物綠色高質(zhì)高效行動；這方面的研究對于保障糧食安全和改善山東省乃至全國以小麥為主食的人群微量元素缺乏現(xiàn)狀，具有重要的理論和應(yīng)用價值。

1材料與方法

1.1田間試驗

土施鋅肥試驗于2018—2019年在菏澤市東明縣麥豐小麥種植專業(yè)合作社進(jìn)行，供試品種為優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋型‘濟(jì)麥44’。共設(shè)2個處理（表1），對照為不施鋅肥，另一處理底施30 kg ZnSO4·7H2O/hm2，各處理種植小麥面積為3.3 hm2。播種前底施復(fù)合肥（N-P2O5-K2O， 15-15-15） 750 kg/hm2，拔節(jié)期追施尿素300 kg/hm2，其余管理措施同一般大田。成熟收獲時，每個處理隨機(jī)選取3個1 m2的樣點(diǎn)，即3次重復(fù)，測定小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。

葉面噴鋅試驗于2017—2018年在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院濟(jì)陽試驗示范基地進(jìn)行，供試品種為高產(chǎn)廣適型‘濟(jì)麥22’。共設(shè)3種處理（表1），除對照不噴外，其余2個處理用背負(fù)式噴霧器人工大面積連片噴灑，25 mL/m2，每個處理噴0.53 hm2；在小麥開花后，分別于2018年5月8日、5月17日、5月25日和5月31日各噴一次，共計噴4次。播種前底施復(fù)合肥（N-P2O5-K2O， 15-15-15） 750 kg/hm2，拔節(jié)期追施尿素300 kg/hm2，其余管理措施同一般大田。成熟收獲時，每個處理隨機(jī)選取5個1 m2的樣點(diǎn)，即5次重復(fù)，測定小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。

1.2鋅、鐵和硒微量元素含量的測定

將籽粒樣品于65～70℃烘干72 h，然后用不銹鋼研磨機(jī)（RT-02B，中國臺灣）粉磨。粉磨后的樣品經(jīng)微波消解后，鋅和鐵根據(jù)GB 5009.268—2016第二法，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀分析測定，硒根據(jù)GB 5009.268—2016第一法，用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀分析測定。

1.3數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用SAS 8.0進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA）和差異顯著性檢驗（LSD 0.05）。

2結(jié)果與分析

2.1土壤施鋅對小麥農(nóng)藝性狀的影響

產(chǎn)量三要素分別為穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，這三者對產(chǎn)量的形成至關(guān)重要。從表2看出，土施Zn肥對小麥穗粒數(shù)、千粒重和收獲指數(shù)均無顯著影響，而使得穗數(shù)由447.0萬穗/hm2顯著增加至511.5萬穗/hm2，籽粒產(chǎn)量也從5419.5 kg/hm2顯著增加至6372.0 kg/hm2，增幅分別達(dá)到14.4%和17.6%。因此，土施Zn肥通過增加穗數(shù)，可以有效提高小麥籽粒產(chǎn)量。

2.2土壤施鋅對小麥籽粒鋅、鐵和硒微量元素濃度的影響

土施Zn肥對小麥籽粒鐵和硒濃度無顯著影響（表3）。對照中的籽粒鋅濃度為39.6 mg/kg，在土施Zn肥后顯著提高至46.6 mg/kg，增幅達(dá)17.7%，達(dá)到了世界衛(wèi)生組織、聯(lián)合國糧農(nóng)組織和比爾及梅琳達(dá)·蓋茨基金會HarvestPlus項目等機(jī)構(gòu)和科學(xué)家所推薦的40～ 50 mg/kg的生物強(qiáng)化目標(biāo)值。由此證明，土施Zn肥可以有效提高籽粒鋅營養(yǎng)品質(zhì)。

2.3葉面噴鋅對小麥農(nóng)藝性狀的影響

由表4得出，小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和收獲指數(shù)基本不受葉面噴施的影響。不同的是，葉面噴Zn后，籽粒產(chǎn)量由6250.5 kg/hm2顯著增加至6811.5 kg/hm2，增幅達(dá)9.0%；葉面混合噴Zn和蔗糖同樣起到了提高籽粒產(chǎn)量的效果，使其顯著增加至6574.5 kg/hm2，增幅5.2%，但其增產(chǎn)效果不及單獨(dú)葉面噴Zn。由此證明，通過葉面施肥管理措施可以一定程度提高籽粒產(chǎn)量，但對與產(chǎn)量相關(guān)的其他農(nóng)藝指標(biāo)影響較小。

2.4葉面噴鋅對小麥籽粒鋅、鐵和硒微量元素濃度的影響

小麥籽粒鐵和硒濃度均不受葉面噴Zn、葉面混合噴Zn和蔗糖的影響（表5）。單獨(dú)噴Zn會使籽粒鋅濃度顯著提高，由對照的34.0 mg/kg增加至44.6 mg/kg，蔗糖與Zn混合噴施對提高籽粒鋅濃度的效果更佳，使其增加至45.2 mg/kg，增幅分別達(dá)31.2%和32.9%。葉面噴施處理均能使籽粒鋅濃度達(dá)到世衛(wèi)組織等機(jī)構(gòu)和科學(xué)家所推薦的生物強(qiáng)化目標(biāo)值（40～50 mg/kg），由此證明，葉面噴Zn同樣可以有效提高籽粒鋅營養(yǎng)品質(zhì)。

3討論與結(jié)論

本研究中，土壤和葉面施Zn均能一定程度增加小麥籽粒產(chǎn)量，增幅介于5.2%～14.4%（表2和表4），這可能與試驗土壤中本底有效態(tài)Zn含量較低有關(guān)。周偉[18]研究表明，缺Zn土壤施用鋅肥后，小麥籽粒產(chǎn)量提高。郝明德等[19]通過在黃土高原長達(dá)18年的鋅肥定位試驗研究發(fā)現(xiàn)，鋅肥施入后，小麥年均增產(chǎn)99.5 kg/hm2。而在陜西關(guān)中地區(qū)的試驗表明，土壤DTPA-Zn含量在0.65～0.67 mg/kg時，土施Zn肥對產(chǎn)量無明顯影響[20]。此外，絕大多數(shù)田間試驗表明，作物產(chǎn)量不會因葉面噴Zn而提高[2，5]。Zn噴施濃度過高（0.5%以上，w/v）會造成葉片灼燒，導(dǎo)致產(chǎn)量降低[21]?？傊?，土壤和葉面施Zn一般不會對小麥產(chǎn)量造成負(fù)面影響，在土壤和植株處于缺鋅狀況時則會表現(xiàn)出明顯增產(chǎn)作用，是避免出現(xiàn)缺Zn癥狀、保證和提高小麥產(chǎn)量的有效途徑。

不施Zn情況下，優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥‘濟(jì)麥44’籽粒鋅含量高于高產(chǎn)廣適型‘濟(jì)麥22’，不同品種之間存在差異；本研究通過大面積田間試驗示范證實，土施Zn肥和葉面噴鋅均使得供試小麥品種籽粒鋅含量超過40 mg/kg，即有效達(dá)到世衛(wèi)組織等推薦的生物強(qiáng)化目標(biāo)值[4-7]。我們前期研究表明，土壤施Zn的同時結(jié)合葉面噴鋅，能夠使得小麥籽粒鋅濃度接近或達(dá)到60.0 mg/kg[2]，鋅生物有效性也大幅提高，進(jìn)一步凸顯了這兩種技術(shù)措施在籽粒鋅營養(yǎng)強(qiáng)化方面的效果，可用來生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)富鋅功能食品（面粉、面條和面包等）。

玉米上的研究表明，葉面噴鋅能夠同時提高籽粒鐵含量，起到“一石二鳥”的作用[17]。本研究發(fā)現(xiàn)，不論土壤或葉面施Zn，對小麥籽粒鐵和硒含量均無顯著影響，即元素間不存在拮抗或協(xié)同增效作用。譚德水等[22]對山東省248戶農(nóng)民施肥情況調(diào)查表明，單獨(dú)施用中微量元素肥料的戶數(shù)不到10%，且近年來單獨(dú)施用微量元素肥料的農(nóng)戶一直在減少。因此，通過在尿素、復(fù)混肥和緩/控釋肥中添加微量元素，將有助于微肥的大范圍應(yīng)用。此外，葉面噴Zn的效果與噴施時期、濃度、次數(shù)和品種以及當(dāng)?shù)赝寥篮蜌夂颦h(huán)境條件等有關(guān)[21，23-25]，通過研發(fā)新型葉面鋅肥并借助無人機(jī)噴施技術(shù)大面積應(yīng)用，提高噴施效率，將有助于節(jié)本增效。

綜上，土壤和葉面施Zn使得小麥籽粒產(chǎn)量從5419.5～6250.5 kg/hm2增加到6372.0～6811.5 kg/hm2，增幅5.2%～17.6%，與此同時，有效提升籽粒Zn濃度，從34.0～39.6 mg/kg提高到44.6～46.6 mg/kg，增幅達(dá)17.7%～32.9%，達(dá)到世衛(wèi)組織等機(jī)構(gòu)和科學(xué)家所推薦的生物強(qiáng)化目標(biāo)值（40～50 mg/kg）。因此，土壤和葉面施Zn提高小麥產(chǎn)量的同時，可以提升籽粒鋅營養(yǎng)品質(zhì)，是實現(xiàn)小麥提質(zhì)增效的有效途徑，可用來生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)富鋅功能食品（面粉、面條和面包等），增加麥制品附加值，帶動種植戶和加工企業(yè)增收，建議大面積推廣應(yīng)用。

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