靳靜靜， 王朝輝,2*， 戴 健， 王 森， 高雅潔， 曹寒冰， 于 榮

(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)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西楊凌 712100)

合理施用氮、 磷肥不僅是農(nóng)作物增產(chǎn)的關(guān)鍵，也是影響微量元素營養(yǎng)的重要因素。前人研究工作指出，增施氮肥常會增加冬小麥籽粒的鋅含量，而增施磷肥則降低其含量。Erenoglu等[8]通過水培研究發(fā)現(xiàn)，增加氮肥可促進(jìn)根系對鋅的吸收以及鋅由根部向地上部的轉(zhuǎn)移，其增量分別達(dá)3倍和8倍，也可促進(jìn)營養(yǎng)組織的鋅向籽粒轉(zhuǎn)移。盆栽試驗(yàn)也表明，在供鋅充足的情況下，施氮量較高時(shí)營養(yǎng)器官的鋅向籽粒的轉(zhuǎn)移率以及小麥籽粒鋅的收獲指數(shù)分別為60%和80%，均高于施氮量較低的處理[9]。Kutman等[10]進(jìn)行的盆栽試驗(yàn)表明，鋅肥供應(yīng)充足時(shí)，增施氮肥小麥籽粒鋅含量可提高50%以上，且籽粒鋅含量與氮含量具有明顯的相關(guān)性。Xue等[11]的田間試驗(yàn)結(jié)果表明，與不施氮或施氮(N)99 kg/hm2相比，施氮198 kg/hm2小麥籽粒鋅含量從21.5 mg/kg提高到30.9 mg/kg。郭九信等[12-13]的田間試驗(yàn)顯示，與施氮180 kg/hm2相比，施氮 300 kg/hm2時(shí)，水稻和小麥籽粒鋅含量分別增加1%和23%。黃德明等[14]的盆栽試驗(yàn)表明，小麥地上部鋅含量隨施磷量的增加而明顯降低，降幅可達(dá)50%以上。買文選等[15]的田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨施磷量的增加，冬小麥籽粒鋅含量顯著降低，與不施磷相比，施磷(P2O5)150 kg/hm2其鋅含量減少18%。趙榮芳等[16]的長期定位試驗(yàn)表明，長期施用磷肥顯著降低收獲期冬小麥籽粒鋅含量，與不施磷相比，施磷 67.5和135 kg/hm2其鋅含量分別減少了27%和33%，且籽粒磷含量與鋅含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.99**)。Zhang等[17]田間試驗(yàn)研究顯示，隨著磷肥用量增加，小麥籽粒產(chǎn)量呈升高趨勢，籽粒鋅含量顯著降低，由不施磷的29.5 mg/kg減少到施磷400 kg/hm2的13.0 mg/kg。但也存在一些相反觀點(diǎn)，劉世亮等[18]的盆栽試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在同一施鋅條件下，施用磷肥降低了小麥莖葉的鋅含量，提高了籽粒鋅含量。

這些研究多數(shù)是培養(yǎng)試驗(yàn)或一年田間試驗(yàn)結(jié)果，氮素、 磷素長期供應(yīng)不足或過量又會如何影響小麥對鋅的吸收或向籽粒的分配？籽粒鋅含量與氮、 磷含量的關(guān)系又如何呢？因此本文基于王朝輝等在黃土高原南部進(jìn)行的9年長期定位試驗(yàn)，研究了氮肥、 磷肥用量對冬小麥籽粒鋅含量的影響及籽粒鋅含量與氮、 磷吸收與分配的關(guān)系，以期為有效調(diào)控冬小麥籽粒鋅含量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 小麥?zhǔn)┑吭囼?yàn) 采用單因素完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置5個(gè)氮水平，分別為 N 0、 80、 160、 240、 320 kg/hm2，每個(gè)處理重復(fù)4次。氮肥用普通尿素(含N 46%)、 磷肥用重過磷酸鈣(含P2O546%)，氮肥和磷肥P2O5100 kg/hm2在冬小麥播種前撒施并與0—20 cm的耕層土壤混勻。氮、 磷用量均涵蓋了當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶習(xí)慣的較低和較高用量。由于土壤不缺鉀，不施用鉀肥，與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民種植習(xí)慣一致，也不施有機(jī)肥。

1.2.2 小麥?zhǔn)┝琢吭囼?yàn) 采用單因素完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置5個(gè)磷水平，分別為 P2O50、 50、 100、 150、 200 kg/hm2，每個(gè)處理重復(fù)4次。氮肥(N 160 kg/hm2)和磷肥在冬小麥播種前撒施并與0—20 cm的耕層土壤混勻。同樣不施用鉀肥和有機(jī)肥等其它肥料。

1.3 樣品采集與測定

小麥成熟后，每個(gè)小區(qū)割取4個(gè)1 m2(1 m×1 m)樣方，曬干后，用小區(qū)種子脫粒機(jī)(QKT-320 A型，中國)脫粒計(jì)算樣方產(chǎn)量，然后根據(jù)樣方產(chǎn)量換算成公頃產(chǎn)量。在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)均勻選取約100株小麥，將小麥植株連根拔起后用不銹鋼剪刀沿根莖結(jié)合處將根剪去，留地上部混合作為一個(gè)分析樣品，分為莖葉、 穎殼和籽粒3部分，并計(jì)算產(chǎn)量構(gòu)成因素。按器官分別取部分分析樣品用去離子水迅速清洗后在90℃下殺青30 min，65℃烘干至恒重，用碳化鎢球磨儀(Retsch MM400，德國)磨細(xì)，自封袋密封保存，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(jì)(日立Z-2000，日本)測定消解液中的全鋅含量。植物樣品全氮和全磷含量用H2SO4-H2O2消解，連續(xù)流動分析儀(AA3)測定。

2004年播前土壤樣品的有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法測定；pH用水土比2.5 ∶1浸提，pH計(jì)測定；全氮采用濃硫酸消煮，凱氏定氮儀測定；硝態(tài)氮、 銨態(tài)氮采用1 mol/L KCl溶液(土液比1 ∶10)浸提，流動分析儀測定；速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用1 mol/L 中性NH4OAc溶液浸提，火焰光度計(jì)法測定；DTPA-Zn采用pH為7.3的二乙三胺五乙酸-氯化鈣-三乙醇胺 (DTPA-CaCl2-TEA)緩沖溶液浸提，原子吸收分光光度計(jì)測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS 8.1(Statistical Analysis System)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Excel 2007作圖，多重比較采用LSD(Least Significant Difference)法，差異顯著性水平為5%。

相關(guān)參數(shù)及其計(jì)算公式：

地上部氮(磷)吸收量(kg/hm2)=[籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)×籽粒氮(磷)含量(g/kg)+莖葉生物量(kg/hm2)×莖葉氮(磷)含量(g/kg)+穎殼生物量(kg/hm2)×穎殼氮(磷)含量(g/kg)]/1000

地上部鋅吸收量(g/hm2)=[籽粒產(chǎn)量( kg/hm2)×籽粒鋅含量(mg/kg)+莖葉生物量(kg/hm2)×莖葉鋅含量(mg/kg)+穎殼生物量(kg/hm2)×穎殼鋅含量(mg/kg)]/1000

鋅收獲指數(shù)(%)=籽粒鋅吸收量(g/hm2)/地上部鋅吸收量(g/hm2)×100

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對冬小麥籽粒產(chǎn)量與穗數(shù)的影響

表1 不同氮肥用量對冬小麥穗數(shù)及籽粒產(chǎn)量的影響(20112013年)

2.2 施氮量對小麥籽粒鋅含量及鋅吸收與利用的影響

雖然第二年鋅吸收量較低，且隨施氮量的增加，增幅較小(圖1b)，但兩年小麥籽粒鋅含量的增加幅度卻一致(圖1a)。對小麥鋅收獲指數(shù)的計(jì)算發(fā)現(xiàn)，施氮0、 80、 160、 240和320 kg/hm2，前后兩年的鋅收獲指數(shù)分別為79%、 77%、 77%、 78%、 76%和65%、 71%、 72%、 74%、 77%?？梢?，隨施氮量的增加，第一年鋅收獲指數(shù)呈降低趨勢，第二年卻有增加趨勢，這說明在第二年小麥鋅吸收量低的情況下，施用氮肥促進(jìn)了鋅從營養(yǎng)器官向籽粒的轉(zhuǎn)移。

圖1 施氮量對冬小麥籽粒鋅含量(a)和地上部鋅吸收量(b)的影響(20112013年)Fig.1 Effects of N rates on grain Zn concentration (a) and Zn uptake in aerial plant part (b) of winter wheat in the crop years from 2011 to 2013

2.3 小麥籽粒中氮含量與鋅含量、 地上部氮吸收量與鋅吸收量的關(guān)系

圖2 小麥籽粒氮含量與鋅含量的關(guān)系(a)及地上部氮吸收量與鋅吸收量的關(guān)系(b)(20112013年)Fig.2 Relationship between grain Zn and N concentrations (a), and uptakes of Zn and N in aerial plant part (b) of winter wheat in the crop years from 2011 to 2013

2.4 施磷量對冬小麥籽粒產(chǎn)量及穗數(shù)的影響

2.5 施磷量對小麥籽粒鋅含量及鋅吸收與利用的影響

表2 不同磷肥用量對冬小麥穗數(shù)及籽粒產(chǎn)量的影響(20112013年)

圖3 施磷量對冬小麥籽粒鋅含量(a)和地上部鋅吸收量(b)的影響(20112013年)Fig. 3 Effects of P rates on grain Zn concentration (a) and Zn uptake in aerial plant part (b) of winter wheat in the crop years from 2011 to 2013

圖4 小麥籽粒磷含量與鋅含量的關(guān)系(a)及地上部磷吸收量與鋅吸收量的關(guān)系(b)(20112013年)Fig. 4 Relationship between grain Zn and P concentrations (a), and uptakes of Zn and P in aerial plant part (b) of winter wheat in the crop years from 2011 to 2013

2.6 小麥籽粒中磷含量與鋅含量、 地上部磷吸收量與鋅吸收量的關(guān)系

隨施磷量增加，地上部鋅吸收量沒有明顯變化(圖3b)，籽粒鋅含量卻顯著降低(圖3a)，且籽粒鋅含量與磷含量呈顯著負(fù)相關(guān)(圖4a)，但地上部鋅吸收量與磷吸收量沒有明顯相關(guān)性(圖4b)。對小麥籽粒鋅收獲指數(shù)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，施磷0、 50、 100、 150和200 kg/hm2，兩年籽粒鋅收獲指數(shù)平均值分別為77%、 76%、 75%、 75%和75%，隨施磷量增加，鋅收獲指數(shù)呈降低趨勢。這說明作物體內(nèi)磷的存在并不一定影響鋅的吸收，之所以籽粒鋅含量降低是因?yàn)榱子绊懥虽\在作物體內(nèi)向籽粒的轉(zhuǎn)移。

3 討論

3.1 施氮量對旱地冬小麥籽粒產(chǎn)量、 鋅吸收與利用的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，施用氮肥提高了旱地冬小麥籽粒鋅含量和地上部鋅吸收量，兩者與施氮量均呈極顯著的正相關(guān)，籽粒鋅含量與氮含量、 地上部鋅吸收量與吸氮量間也呈極顯著的正相關(guān)，證明施用氮肥對提高小麥籽粒鋅含量具有正面效應(yīng)。植物對鋅的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)主要是通過鋅鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ZIP)等轉(zhuǎn)運(yùn)[20]。增施氮肥能明顯提高小麥灌漿后期的谷氨酸脫氫酶(GDH)的活性[21]，增加小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，提高植物體內(nèi)鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的活性，促進(jìn)鋅在木質(zhì)部和韌皮部的轉(zhuǎn)運(yùn)和再轉(zhuǎn)運(yùn)[8-9,22]，因此，籽粒鋅和氮含量呈顯著正相關(guān)[9,22]，施用氮肥不僅可促進(jìn)旱地冬小麥對氮的吸收，也促進(jìn)了對鋅的吸收和利用。也有不少研究表明，改善鋅營養(yǎng)同樣會促進(jìn)作物對氮的吸收利用，鋅對氮也有明顯的正效應(yīng)[23]，氮、 鋅具有明顯的正交互作用，且這種作用主要是通過作物體內(nèi)蛋白質(zhì)含量對氮、 鋅營養(yǎng)改變的響應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。

3.2 施磷量對旱地冬小麥籽粒產(chǎn)量、 鋅吸收與利用的影響

隨施磷量的增加，小麥籽粒鋅含量顯著降低，籽粒鋅亦與磷含量呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，但地上部鋅吸收量沒有明顯變化，且與磷吸收量無明顯相關(guān)。趙榮芳等[16]和Zhang等[17]的研究也有類似結(jié)果?？赡苁且?yàn)槭┝罪@著提高了小麥籽粒產(chǎn)量和地上部生物量，卻對地上部鋅吸收量沒有明顯影響，所以在鋅吸收量不變的情況下，由小麥生物量和籽粒產(chǎn)量的增加引起的養(yǎng)分稀釋效應(yīng)可能是小麥籽粒鋅含量降低的主要原因，這與趙榮芳等[16]的研究結(jié)果一致。也有人提出施用磷肥可降低根際VA菌根侵染，抑制根系對鋅的吸收[35]，從而導(dǎo)致籽粒鋅含量顯著降低。但本研究的結(jié)果顯示，隨施磷量的增加，小麥地上部的鋅吸收量并不降低，而是籽粒對鋅的收獲指數(shù)呈降低趨勢，買文選等[15]和Zhang等[17]的研究也得出了同樣的結(jié)果。說明施磷量的增加并不一定影響作物對鋅的吸收，之所以籽粒鋅含量降低可能是因?yàn)槭┝缀笞魑矬w磷的增加影響了鋅在作物體內(nèi)從營養(yǎng)體向籽粒的轉(zhuǎn)移。鋅由營養(yǎng)體向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)極其復(fù)雜，一方面施磷引起莖葉等營養(yǎng)體的磷增加，可能會因磷和鋅的結(jié)合固定，而影響鋅向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)； 另一方面含磷物質(zhì)植酸是鋅在種子中貯存的主要形式，其數(shù)量增加也會促進(jìn)鋅在籽粒的累積[31]。因此，增加施磷如何影響鋅在作物體內(nèi)向籽粒的轉(zhuǎn)移及其在籽粒中的累積還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

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