陶焱金，井凌琨，王琪，胡江鵬，杜森，萬(wàn)亞男*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，農(nóng)田土壤污染防控與修復(fù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2.全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，北京 100026）

鋅是人類和作物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的一種微量元素，在維持生理功能方面具有重要作用[1]。鋅存在于人體的各個(gè)器官中，參與多種酶及DNA 和RNA 的合成，發(fā)揮著維持神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和調(diào)節(jié)生殖激素分泌等作用[2?3]。人體缺鋅會(huì)影響智力、免疫系統(tǒng)和生長(zhǎng)發(fā)育[4]。在植物體內(nèi)，鋅參與了葉綠素合成、光合作用及呼吸作用等關(guān)鍵生理過(guò)程[5]。作物缺鋅會(huì)導(dǎo)致葉片失綠、葉脈出現(xiàn)黃斑、葉形變小、生長(zhǎng)緩慢等[6]。劉錚[7]將土壤有效態(tài)鋅含量分為5級(jí)，繪制了全國(guó)土壤有效態(tài)鋅含量圖，而我國(guó)小麥主要產(chǎn)區(qū)土壤屬于缺鋅土壤。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，大量元素肥料的施用及連續(xù)多年高產(chǎn)也會(huì)導(dǎo)致農(nóng)田土壤中微量元素鋅的缺乏[8]。同時(shí)，有研究表明我國(guó)約有1 億人群鋅攝入不足[9]，而造成人體缺鋅的主要原因之一是長(zhǎng)期大量食用鋅含量較低的谷物[10]。張躍強(qiáng)[11]測(cè)定了我國(guó)不同地區(qū)991 份小麥樣品，發(fā)現(xiàn)小麥籽粒中鋅含量平均值僅為23.3 mg·kg?1，難以滿足人體的鋅營(yíng)養(yǎng)健康需求。因此，大力發(fā)展富鋅農(nóng)產(chǎn)品對(duì)于提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和改善人體健康具有重大意義。

為了實(shí)現(xiàn)小麥鋅生物強(qiáng)化的目的，可以通過(guò)選育富集鋅的小麥品種等生物技術(shù)手段和外源施鋅肥等農(nóng)業(yè)措施來(lái)提高小麥籽粒鋅含量。選育富集鋅的小麥品種是一個(gè)復(fù)雜且耗時(shí)的過(guò)程，而且新品種可能會(huì)因?yàn)橥寥冷\含量偏低而難以發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。施用鋅肥是一個(gè)很好的農(nóng)藝措施，可以克服土壤鋅不足，在短時(shí)間內(nèi)顯著增加作物籽粒中的鋅含量[12]。研究表明，對(duì)小麥進(jìn)行土壤施用和葉面噴施鋅肥均可以促進(jìn)小麥生長(zhǎng)，增加小麥籽粒中鋅含量[13]。通過(guò)合理施用鋅肥對(duì)小麥進(jìn)行生物強(qiáng)化有助于提高籽粒鋅含量并改善人體鋅營(yíng)養(yǎng)健康。因此，本研究通過(guò)查閱文獻(xiàn)，構(gòu)建了我國(guó)小麥鋅肥施用情況數(shù)據(jù)庫(kù)，分析了我國(guó)小麥籽粒鋅含量特征以及鋅肥施用對(duì)小麥籽粒鋅含量的影響，旨在為小麥鋅生物強(qiáng)化和鋅肥合理施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 文獻(xiàn)查閱

本研究通過(guò)文獻(xiàn)查閱和篩選，收集了全國(guó)范圍內(nèi)小麥鋅肥施用量和籽粒鋅含量數(shù)據(jù)。文獻(xiàn)來(lái)源是中國(guó)知網(wǎng)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)和萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)，文獻(xiàn)數(shù)據(jù)主要為近30 年的數(shù)據(jù)。以“小麥”和“鋅”為關(guān)鍵字，發(fā)表時(shí)間選擇1990—2021 年，共檢索得到1 786 條結(jié)果。篩選的原則如下：試驗(yàn)為大田試驗(yàn)，無(wú)污水灌溉，采樣點(diǎn)遠(yuǎn)離污染源，農(nóng)田土壤符合我國(guó)土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，小麥均為成熟期采樣。經(jīng)過(guò)篩選，獲得關(guān)于小麥?zhǔn)┯猛庠翠\以及籽粒鋅含量的可用文獻(xiàn)46 篇，將一個(gè)處理視為一組數(shù)據(jù)，根據(jù)施肥方式分類，最終獲得：210 組小麥鋅肥施用數(shù)據(jù)，包括104 組土壤施用數(shù)據(jù)、85 組葉面噴施數(shù)據(jù)以及21 組土壤施用+葉面噴施數(shù)據(jù)；296 組小麥籽粒鋅含量數(shù)據(jù)，包括86 組不施鋅肥時(shí)小麥籽粒鋅含量數(shù)據(jù)和210 組施用鋅肥時(shí)小麥籽粒鋅含量數(shù)據(jù)。其中鋅肥施用時(shí)小麥籽粒鋅含量數(shù)據(jù)中，有104 組為土壤施用數(shù)據(jù)，85 組為葉面噴施處理數(shù)據(jù)，21組為土壤施用+葉面噴施處理數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)文獻(xiàn)收集獲得的數(shù)據(jù)，分別計(jì)算外源鋅投入量、籽粒鋅含量增率和鋅肥利用率。計(jì)算公式如下：

式中：I為外源鋅投入量，kg·hm?2；Wn為外源鋅肥的鋅含量，g·kg?1；Qn為鋅肥施用量，kg·hm?2。

式中：C′為籽粒鋅含量增率，%；C為鋅肥施用時(shí)籽粒鋅含量，mg·kg?1；Cck為對(duì)照組籽粒鋅含量，mg·kg?1。

式中：E為鋅肥利用率，%；Y為鋅肥施用時(shí)籽粒產(chǎn)量，kg·hm?2；Yck為對(duì)照組籽粒產(chǎn)量，kg·hm?2。

對(duì)外源鋅投入量、小麥籽粒鋅含量、籽粒鋅含量增率、鋅肥利用率等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（包括樣本量、最小值、最大值、分位值、平均值及標(biāo)準(zhǔn)差），數(shù)據(jù)分析與繪圖軟件為Excel 2016、SPSS 25和Origin 2019b。

2 結(jié)果與討論

2.1 我國(guó)小麥鋅肥施用方式、鋅投入量及鋅肥品種

小麥鋅肥施用方式主要有土壤施用、葉面噴施以及土壤施用+葉面噴施。土壤施用一般指將鋅肥均勻撒到農(nóng)田并使用機(jī)械翻耕，或者是將鋅肥溶入水以便更均勻噴施到土壤上；葉面噴施一般是指將鋅肥溶入水中，在小麥生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，如拔節(jié)期、開(kāi)花期和乳熟期對(duì)葉片進(jìn)行噴施，溶液鋅濃度一般為0.3%～0.5%；土壤施用+葉面噴施則是兩者的結(jié)合[14]。

鋅肥投入量的統(tǒng)計(jì)分析如表1 所示，幾種施用方式下，鋅的投入量均呈偏態(tài)分布。土壤施用鋅肥時(shí)，投入量為2.16～33.8 kg·hm?2（以Zn 計(jì)，下同）；葉面噴施鋅肥時(shí)，溶液鋅濃度范圍為0.1%～0.4%，且最常用的濃度是0.3%，鋅投入量為0.23～3.62 kg·hm?2；土壤施用+葉面噴施鋅肥時(shí)，投入量為5.54～16.5 kg·hm?2。土壤施用時(shí)鋅的投入量大于葉面噴施處理，其算術(shù)均值和中位數(shù)分別是葉面噴施處理的8.03倍和9.19倍。

表1 不同施用方式下鋅肥投入量（kg·hm?2，以Zn計(jì)）Table 1 Zinc fertilizer inputs under different application approaches（kg·hm?2，based on the weight of Zn）

通過(guò)文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，硫酸鋅和氧化鋅是我國(guó)最常見(jiàn)的鋅肥，此外還有螯合態(tài)鋅肥（EDTA?Zn）和含鋅復(fù)合肥料等。其中，硫酸鋅作為可溶性鋅肥能迅速提高土壤溶液中鋅濃度，而氧化鋅是一種不溶于水的鋅源，其溶解性主要取決于土壤酸堿性，在酸性土壤中氧化鋅能迅速轉(zhuǎn)化為可溶態(tài)形式[15]。104組土壤施用鋅肥數(shù)據(jù)中，使用納米氧化鋅和螯合態(tài)鋅的均只有1組，其余的鋅源是一水硫酸鋅或七水硫酸鋅。85 組葉面噴施和21組土壤施用+葉面噴施數(shù)據(jù)中，均只有1 組使用納米氧化鋅，其余的鋅源是一水硫酸鋅或七水硫酸鋅。

2.2 我國(guó)小麥籽粒鋅含量特征及環(huán)境影響因素

小麥籽粒鋅含量的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如表2和圖1所示。由圖表可以看出，無(wú)論是否施用鋅肥，小麥籽粒鋅含量均呈偏態(tài)分布。不施鋅肥時(shí)小麥籽粒鋅含量范圍為14.6～50.0 mg·kg?1，其中有76.7%的數(shù)據(jù)分布在20～35 mg·kg?1，數(shù)據(jù)分布相對(duì)集中。Cakmak[12]認(rèn)為籽粒鋅含量在40～60 mg·kg?1時(shí)鋅營(yíng)養(yǎng)水平最佳，但不施鋅肥時(shí)95.3%籽粒鋅含量低于40 mg·kg?1，因此難以滿足大量食用小麥的人群的鋅營(yíng)養(yǎng)需求。土壤施用鋅肥時(shí)小麥籽粒鋅含量范圍為17.7～59.0 mg·kg?1，其中有62.5% 的數(shù)據(jù)分布在20～35 mg·kg?1，85.6%的小麥籽粒鋅含量低于40 mg·kg?1；葉面噴施鋅肥時(shí)小麥籽粒鋅含量范圍為17.0～84.6 mg·kg?1，有24.7%的數(shù)據(jù)分布在35～40 mg·kg?1，38.8%小麥籽粒鋅含量高于40 mg·kg?1；土壤施用+葉面噴施處理時(shí)小麥籽粒鋅含量范圍為24.0～70.9 mg·kg?1，有76.2%小麥籽粒鋅含量高于40 mg·kg?1。

表2 不同施用方式下小麥籽粒鋅含量（mg·kg?1）Table 2 Zinc content in wheat grains under different application approaches（mg·kg?1）

由表2 可知，我國(guó)小麥籽粒鋅含量平均值在不施用鋅肥、土壤施用、葉面噴施以及土壤施用+葉面噴施鋅肥時(shí)分別為26.2、29.9、40.4 mg·kg?1和46.6 mg·kg?1。Wang 等[16]分析了來(lái)源于13 個(gè)國(guó)家的619 個(gè)小麥籽粒鋅含量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)施用鋅肥使籽粒鋅含量均值從28.96 mg·kg?1增加到36.61 mg·kg?1，其中土壤施用、葉面噴施以及土壤施用+葉面噴施時(shí)籽粒鋅含量平均值分別為29.39、42.30 mg·kg?1和40.45 mg·kg?1。Zou 等[17]在7 個(gè)國(guó)家共23 個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行了小麥鋅生物強(qiáng)化試驗(yàn)，結(jié)果表明不施用鋅肥、土壤施用、葉面噴施以及土壤施用+葉面噴施鋅肥時(shí)小麥籽粒鋅含量平均值分別為27.4、30.5、48.0 mg·kg?1和49.0 mg·kg?1，土壤施用+葉面噴施時(shí)籽粒鋅含量略高于葉面噴施，與本研究結(jié)果一致。綜合考慮成本與收益，通過(guò)葉面噴施鋅肥來(lái)提高籽粒鋅含量的方式更值得推薦。

小麥籽粒鋅含量受到土壤中含鋅量、pH 值、方解石含量、碳酸氫鹽含量和有效磷含量等影響[18]。土壤中有效態(tài)鋅主要包括鋅離子（Zn2+）、螯合態(tài)鋅和有機(jī)態(tài)鋅，植物缺鋅時(shí)的土壤可能存在以下一種或多種情況：土壤全鋅含量低，碳酸鹽含量高，有機(jī)質(zhì)含量較高（>3%），中性或堿性pH，有效態(tài)磷含量高，長(zhǎng)期漬水等[19]。小麥品種不同也是造成鋅含量差異的重要原因之一[20]，作物育種長(zhǎng)期以產(chǎn)量為導(dǎo)向，而忽略了提高新品種的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，已有研究發(fā)現(xiàn)自20 世紀(jì)60 年代以來(lái)小麥籽粒中礦物質(zhì)含量持續(xù)下降[21]。此外，底肥的種類和施用量的不同也可能對(duì)小麥的增鋅效果產(chǎn)生影響，有研究發(fā)現(xiàn)鋅肥配合適量氮肥可以更高效提高小麥籽粒鋅含量[22]，在開(kāi)花期后較低的磷肥施用量（<50 kg·hm?2）促進(jìn)了鋅的累積及其向籽粒的轉(zhuǎn)移，而較高的磷肥用量（>50 kg·hm?2）則降低了植物體內(nèi)的鋅含量[23]。

2.3 我國(guó)小麥籽粒鋅含量增率

土壤施用鋅肥時(shí)，有94.2%的研究結(jié)果表現(xiàn)為籽粒鋅含量的增加（6 組數(shù)據(jù)中小麥籽粒鋅含量與對(duì)照相比沒(méi)有增加，籽粒鋅含量增率視為0），而葉面噴施處理和土壤施用+葉面噴施處理均不同程度地增加了小麥籽粒的鋅含量。從表3 可以看出，不同施肥方式下小麥籽粒鋅含量增率均呈偏態(tài)分布。土壤施用鋅肥使小麥籽粒鋅含量提高了0～94.7%，算術(shù)平均值與中位數(shù)分別為24.6%和15.2%，有43 組數(shù)據(jù)的籽粒鋅含量增率小于10%；葉面噴施處理使小麥籽粒鋅含量提高了4.40%～175%，算術(shù)平均值與中位數(shù)分別為47.2%和40.0%；土壤施用+葉面噴施處理使小麥籽粒鋅含量提高了27.7%～130%，算術(shù)平均值與中位數(shù)分別為62.6%和56.9%。由此可以看出，土壤施用+葉面噴施處理對(duì)于提升小麥籽粒鋅含量的效果最佳，其次是葉面噴施處理。

表3 不同施用方式下小麥籽粒鋅含量增率（%）Table 3 Increase rate of zinc content in wheat grain under different application approaches（%）

研究表明，土壤施用鋅肥可改善土壤有效鋅供給，緩解小麥鋅吸收不足時(shí)的抑制效應(yīng)，促進(jìn)生長(zhǎng)并提高產(chǎn)量，而葉面噴施鋅可以更顯著地提高籽粒鋅含量[24]。葉面噴施鋅肥提高小麥籽粒鋅含量的效果優(yōu)于土壤施用鋅肥，可能是因?yàn)殇\元素在小麥韌皮部具有較高的流動(dòng)性[25]，葉面噴施鋅肥能將小麥中有效鋅含量維持在較高的水平，使鋅更容易地轉(zhuǎn)運(yùn)到籽粒中。而土壤施用的鋅肥易受土壤因素影響，中性或石灰性土壤施用鋅肥易導(dǎo)致Zn2+被固定，使鋅肥生物有效性降低[26]。土壤中的Zn2+被植物根系吸收后需要經(jīng)過(guò)木質(zhì)部負(fù)載轉(zhuǎn)移到韌皮部，經(jīng)過(guò)多種生理生化反應(yīng)后，部分鋅才能轉(zhuǎn)運(yùn)到籽粒中累積[27]。鋅肥在土壤中的空間分布及其與根系的接觸面也影響鋅肥的有效性[28]。我國(guó)小麥主產(chǎn)區(qū)華北平原土壤有效鋅含量低且成熟階段氣候干燥，也限制了小麥生育后期根對(duì)鋅的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)[29]。曹玉賢等[30]研究發(fā)現(xiàn)施用鋅肥后土壤有效鋅含量顯著提高，但小麥籽粒鋅含量沒(méi)有顯著提高，而在小麥生長(zhǎng)后期葉面噴施鋅肥可以提高小麥籽粒的鋅含量。

對(duì)小麥籽粒鋅含量增率與外源鋅投入量進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果如圖2所示。隨著施鋅量的增加，小麥籽粒鋅含量增率呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)。土壤施用鋅肥時(shí)，小麥籽粒鋅含量增率與鋅投入量呈顯著正相關(guān)（P<0.05），線性回歸方程為y=0.737 8x+15.572；葉面噴施鋅肥時(shí)，小麥籽粒鋅含量增率與鋅投入量也呈顯著正相關(guān)（P<0.01），線性回歸方程為y=16.391x+21.438。因此可以得到，每公頃鋅投入量增加1 kg，小麥籽粒鋅含量分別提高0.74%（土壤施用）和16.39%（葉面噴施）。而土壤施用+葉面噴施鋅肥時(shí)，小麥籽粒鋅含量增率與鋅投入量無(wú)顯著相關(guān)性。

圖2 小麥籽粒鋅含量增率與外源鋅投入量的相關(guān)性分析Figure 2 Correlation analysis of zinc content increase rate in wheat grain with exogenous zinc input

2.4 鋅肥的利用率

鋅肥土壤施用、葉面噴施以及土壤施用+葉面噴施時(shí)，分別有72.1%、67.9%和71.4%的小麥呈現(xiàn)出增產(chǎn)效果。不同施肥方式下小麥籽粒鋅肥利用率的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如表4 所示，鋅肥的利用率均呈偏態(tài)分布。土壤施用時(shí)鋅肥的利用率為0～5.69%，算術(shù)平均值與中位數(shù)分別為0.59%和0.24%；葉面噴施時(shí)鋅肥的利用率為0～34.2%，算術(shù)平均值與中位數(shù)分別為7.27%和4.03%；土壤施用+葉面噴施時(shí)鋅肥的利用率為0.20%～2.38%，算術(shù)平均值與中位數(shù)分別為0.94%和0.68%。由此可見(jiàn)，土壤施用和土壤施用+葉面噴施處理的鋅利用率較低，葉面噴施鋅肥的鋅利用率最高。葉面噴施鋅肥的利用率算術(shù)平均值和中位數(shù)分別是土壤施用處理的12.3倍和16.8倍。

表4 不同施用方式下鋅肥的利用率（%）Table 4 Utilization efficiency of zinc fertilizer under different application approaches（%）

鋅肥的利用率與小麥產(chǎn)量、小麥籽粒中鋅含量和鋅肥施用量有關(guān)。王孝忠等[31]通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，土壤施用鋅肥提高小麥產(chǎn)量的效果最佳，而且在一定范圍內(nèi)，增產(chǎn)率隨著土壤施用鋅肥量增加而增加。葉面噴施鋅肥對(duì)小麥增產(chǎn)效果不明顯，可能是因?yàn)殇\肥施用量較低且易受氣候影響，葉面吸收的鋅不易轉(zhuǎn)運(yùn)到小麥根部，難以滿足根部對(duì)鋅的需求[14]。有研究表明小麥的產(chǎn)量和籽粒中鋅含量呈負(fù)相關(guān)[32]，也有研究表明小麥的產(chǎn)量和籽粒中鋅含量之間呈正相關(guān)關(guān)系[33]，若小麥籽粒中鋅含量上升但產(chǎn)量下降也可能導(dǎo)致鋅肥利用率下降。陸欣春等[22]的研究表明，土壤施用鋅肥雖然顯著提高了土壤有效鋅含量，但小麥籽粒鋅含量及產(chǎn)量沒(méi)有顯著增加，鋅肥的利用率偏低。鋅在小麥籽粒中的積累很大程度上依賴于生殖階段營(yíng)養(yǎng)組織中鋅的再轉(zhuǎn)運(yùn)[34]，葉面噴施鋅肥能維持小麥營(yíng)養(yǎng)組織中較高濃度的鋅，顯著促進(jìn)小麥籽粒鋅的生物強(qiáng)化[20]。同時(shí)，噴施鋅肥時(shí)施用量相對(duì)偏低，因此鋅肥的利用率較高。李孟華等[35]的研究也表明在低鋅旱地葉面噴施鋅肥的鋅利用率遠(yuǎn)高于土壤施用和土壤施用+葉面噴施，葉面噴施時(shí)鋅肥的利用率為6.02%～9.40%，是土壤施用鋅肥的80倍左右。

2.5 不同地區(qū)鋅肥施用效果

本研究還分析了鋅肥施用對(duì)不同試驗(yàn)地點(diǎn)（陜西、河北和河南）小麥籽粒鋅含量的影響，結(jié)果如表5所示。在陜西，對(duì)照組小麥籽粒鋅含量明顯低于河北和河南，土壤施用鋅肥未能明顯提高籽粒鋅含量，可能是土壤鋅含量較低，且影響土壤有效鋅的因素較多，有研究表明在西北缺鋅區(qū)不適合通過(guò)土壤施用鋅肥來(lái)提高小麥籽粒鋅含量[35]，而葉面噴施及土壤施用+葉面噴施鋅肥均使籽粒鋅含量增率超過(guò)60%。在河北，土壤施用鋅肥時(shí)籽粒鋅含量增率較低，葉面噴施及土壤施用+葉面噴施鋅肥時(shí)籽粒鋅含量和籽粒鋅含量增率均較高。在河南，不同鋅肥施用方式均使籽粒鋅含量超過(guò)了40 mg·kg?1，且土壤施用+葉面噴施鋅肥的效果顯著優(yōu)于葉面噴施。上述3 個(gè)地區(qū)小麥鋅肥利用率最高的方式均為葉面噴施。

表5 鋅肥施用對(duì)陜西、河南和河北地區(qū)小麥籽粒鋅含量的影響Table 5 Effects of zinc fertilizer application on zinc content in wheat grains in Shaanxi,Henan and Hebei provinces

3 結(jié)論

本研究通過(guò)對(duì)我國(guó)小麥鋅肥施用狀況以及鋅肥施用方式對(duì)小麥籽粒鋅含量的影響進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和相關(guān)性分析，得到以下結(jié)論：

（1）我國(guó)小麥鋅肥施用方式主要有土壤施用、葉面噴施以及土壤施用+葉面噴施，且土壤施用時(shí)鋅的平均投入量（12.6 kg·hm?2）為葉面噴施（1.57 kg·hm?2）處理的8.03倍。

（2）葉面噴施及土壤施用+葉面噴施鋅肥可有效提高小麥籽粒鋅含量，不同施肥方式下小麥籽粒鋅含量平均增率排序?yàn)橥寥朗┯?葉面噴施（62.6%）>葉面噴施（47.2%）>土壤施用（24.6%）。土壤施用或葉面噴施鋅肥時(shí)，小麥籽粒鋅含量增率與外源鋅投入量均呈顯著正相關(guān)。

（3）土壤施用及土壤施用+葉面噴施時(shí)鋅肥的平均利用率較低（0.59%、0.94%），而葉面噴施時(shí)鋅肥平均利用率較高（7.27%）。