旱地小麥鋅吸收轉移與籽粒鋅含量的關系

關鍵詞： 旱地；小麥；籽粒鋅；吸收轉移；土壤有效鋅；鋅形態(tài)

鋅是植物和人體必需的微量營養(yǎng)元素，在細胞發(fā)育和新陳代謝中起著重要作用[1]。人體缺鋅會導致生長緩慢、智力發(fā)育遲緩、免疫力下降，以及DNA損傷和癌癥風險增加等。小麥作為三大糧食作物之一，提供全球人口20% 的膳食熱量和蛋白質需求。在以小麥為主食的地區(qū)，可提供人體鋅攝入量40%以上[2]。然而，世界近50% 的谷物種植區(qū)土壤有效鋅含量低，導致谷物鋅含量較低[3]。我國小麥籽粒鋅含量較低，平均為20～30 mg/kg，遠低于人類營養(yǎng)健康推薦的含量值40～60 mg/kg[4?5]，不能滿足人體鋅營養(yǎng)需求。因此，通過農藝生物強化措施提高小麥籽粒鋅含量，對緩解人體鋅營養(yǎng)不良問題有重要意義。

土施鋅肥是增加作物鋅吸收，改善作物缺鋅最直接有效的措施。河北曲周的田間試驗表明，在有效鋅為0.45 mg/kg 的土壤上，施鋅（Zn） 34.1 kg/hm²使第一季小麥籽粒鋅含量提高5.7%～134.0%，達57.1 mg/kg，第二季籽粒鋅含量提高20.7%～141.8%，達63.1 mg/kg，施鋅量每增加1.0 kg/hm²，籽粒鋅含量平均提高1.1mg/kg[6]；江蘇如皋田間試驗表明，在有效鋅為1.4 mg/kg 的土壤上，施鋅67.9 kg/hm²使第一季小麥籽粒鋅含量提高37.4%，達63.2 mg/kg，第二季籽粒鋅含量提高81.8%，達58.0 mg/kg，施鋅量每增加1.0 kg/hm²，籽粒鋅含量平均提高0.4 mg/kg[7]；土耳其科尼亞的研究表明，在有效鋅為0.12 mg/kg的土壤上施鋅22.6 kg/hm²，籽粒鋅含量提高80.0%，僅達18.0 mg/kg，施鋅量每增加1.0 kg/hm²，籽粒鋅含量平均提高0. 4 m g / k g [ 8 ]；陜西永壽的試驗表明，在有效鋅為0.37 mg/kg 的石灰性土壤上，施鋅34.2 kg/hm²使第一季小麥籽粒鋅含量提高32.0%，達19.8 mg/kg，第二季籽粒鋅含量提高44.0%，達32.1 mg/kg，施鋅量每增加1.0 kg/hm²，籽粒鋅含量平均提高0.22 mg/kg[9]?？梢姡鞯攸c增施鋅肥對小麥籽粒鋅含量的影響存在差異。

土壤鋅的有效性是影響小麥鋅營養(yǎng)的主要原因，與土壤pH、CaCO₃、有機質及土壤全鋅含量有關，有效鋅含量高低直接影響小麥籽粒鋅含量[10]。一般而言，土壤鋅有效性在酸性土壤中較高，在中性和堿性土壤中由于鋅的絡合作用產生氫氧化物沉淀和鋅的吸附固定作用，降低鋅的活性[11?12]。另外，鋅有效性還與土壤全鋅及不同鋅形態(tài)有關，土壤全鋅中90% 的鋅固定在氧化物和硅酸鹽礦物中，有效性較低[13?14]。土壤中的鋅以水溶態(tài)、交換態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)、松結有機態(tài)、氧化錳結合態(tài)、緊結有機態(tài)及殘渣態(tài)形式存在，其中，水溶態(tài)和交換態(tài)鋅最容易被植物直接吸收利用，氧化錳結合態(tài)和碳酸鹽結合態(tài)為重要的鋅庫[15?16]。除土壤因素外，小麥籽粒鋅含量還與根系鋅吸收及鋅從營養(yǎng)器官向籽粒的轉移分配有關[17?18]。河北曲周的試驗表明，施鋅34.1 kg/hm²使兩季小麥花前鋅吸收量分別提高166.3% 和193.4%，達506 和672 g/hm²，對籽粒鋅累積貢獻度平均為129.2%，花后鋅吸收量分別提高288.3% 和333.2%，達299 和364 g/hm²，對籽粒鋅累積貢獻度平均為72.7%[6]。河北的另一研究表明，施鋅7.7 kg/hm²，小麥花前鋅吸收量提高28.6%，達240.5 g/hm²，花后鋅吸收量提高20.1%，達103.64 g/hm²，對籽粒鋅累積貢獻度分別為112.8%和48.6%[19]?？梢?，施鋅后小麥籽粒鋅含量提升與花前和花后鋅吸收轉移及土壤鋅有效性有關。

黃土高原旱地石灰性土壤上，有效鋅含量低于0.5 mg/kg，增施鋅肥后小麥籽粒鋅含量未達到營養(yǎng)推薦值40～60 mg/kg[9]。這與土壤有效鋅及小麥鋅吸收轉移是否有關？土施鋅肥如何影響小麥花前花后鋅吸收轉移？對土壤有效鋅及不同鋅形態(tài)的影響如何？土壤有效鋅及不同鋅形態(tài)的變化與小麥鋅吸收轉移是什么關系？這些問題還缺乏系統(tǒng)研究。因此，通過黃土高原旱地小麥鋅肥用量定位試驗，研究石灰性土壤上土施鋅肥對小麥產量、籽粒鋅含量及花前花后鋅吸收轉移的影響，分析小麥鋅吸收轉移與鋅肥用量、土壤不同鋅形態(tài)及0—100cm 不同土層土壤有效鋅含量的關系，以期為調控旱地小麥鋅吸收轉移與籽粒鋅含量提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

在陜西省永壽縣御駕宮村（34°43′N，108°10′E，海拔972 m） 開展田間試驗，年平均氣溫10.5℃、降雨量537 mm。試驗始于2017年，本研究分別在2021—2022和2022—2023年兩個小麥生長季采集植物和土壤樣品。兩個生長年份的休閑期（小麥播前的7—9月） 和生育期（10月—次年6月） 降水量如圖1所示。該地區(qū)土壤為石灰性土壤，0—20 cm 土壤的理化性質如表1 所示。

1.2 試驗設計與樣品采集測定

1.2.1 試驗設計 試驗采用完全隨機設計，設置5 個鋅（Zn） 水平：0、6.8、13.6、20.5 和27.3 kg/hm²，每個處理5 次重復，每小區(qū)均施N 180 kg/hm²、P₂O₅100 kg/hm²。供試氮、磷、鋅肥分別為尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P₂O₅ 12%）、七水硫酸鋅（ZnSO4·7H2O，Zn 22.75%）。自2017 年起，每年氮、磷和鋅肥均于小麥播前一次性撒施，然后旋耕20 cm 與表土混合。小區(qū)面積為128 m²（16.0 m ×8.0 m）。種植制度為冬小麥?夏休閑。小麥品種為‘洛旱6 號’，每年10 月中上旬播種，次年6 月中上旬收獲，根據天氣條件適當調整每年播期，播量135～195 kg/hm²，常規(guī)平作條播。行距15 cm，播種深度5 cm，整個生育期無灌溉，其他田間管理與農戶一致。

1.2.2 小麥植物樣品采集與測定 于小麥開花期（5月初） 和收獲期（6 月中旬），在每個小區(qū)隨機選取長勢均勻的區(qū)域分別采集15 和100 株，連根拔起，用不銹鋼剪刀于根莖結合處將根剪下，記錄莖數和穗數后，分別剪至1 cm 樣段，混合均勻，裝入已編號的塑料袋中，稱量鮮重；成熟期小麥地上部分為莖葉和穗，待樣品風干后，稱量莖葉和穗風干重并記錄，手工脫粒，稱量籽粒重，穎殼重為穗重和籽粒重的差值，稱取約35 g 莖葉、穎殼、籽粒和穗依次用自來水和蒸餾水清洗3 遍，于65℃ 烘干至恒重，測定含水量。烘干樣品用研磨儀（Retsch MM400，德國，氧化鋯罐） 研磨并密封保存。稱取0.2000～0.2500 g 研磨樣品，用濃HNO₃?H₂O₂ 法微波消解，電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS，美國） 測定消解液中的鋅濃度。收獲期，于每個處理所在小區(qū)隨機收獲4 個1.0 m ×1.0 m 的樣方小麥，風干脫粒后于65℃ 烘48 h，測定小麥產量[20]。

1.2.3 土壤樣品采集處理與測定 小麥成熟期，在每個小區(qū)隨機選擇5 個采樣點，于小麥行間分別采集0—20、20—40、40—60、60—80 和80—100 cm土層土壤樣品，去除雜質，混合均勻后裝入塑料袋密封保存。土樣風干后，研磨過1 mm 和0.15 mm 尼龍網篩。過1 mm 篩的土樣用以測定硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀含量，和有效鐵、錳、銅、鋅含量及pH，過0.15 mm 篩土樣用來測定有機質和全氮含量。土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和有效磷分別采用1 mol/L KCl 和0.5 mol/L NaHCO₃ 浸提，連續(xù)流動分析儀（SEAL Analytical AA3，德國） 測定。土壤速效鉀采用1 mol/L 的NH₄OAc 浸提，火焰光度計（SherwoodM410，英國） 測定。土壤有效鐵、錳、銅、鋅采用DTPA-TEA 浸提，原子吸收分光光度計（Z-2000，Hitachi，日本） 測定。土壤有機質和全氮采用全自動碳氮分析儀（Primacs SNC 100-IC-E，荷蘭） 測定。土壤pH 用自動pH 分析計測定，水土比為2.5∶1.0[21]。

土壤全鋅含量采用高氯酸和王水消化后測定。土壤鋅形態(tài)分級采用前人[22?24]的方法，具體步驟如下：將2.0 g 土樣（0.15 mm） 加入50 mL 的聚氯乙烯離心管中，分別用不同的浸提劑依次提取以下組分。1） 水溶態(tài)鋅 20 mL 去離子水（pH 7.0） 在室溫（25℃） 下震蕩30 min，漂洗；2） 交換態(tài)鋅 20mL 1.0 mol/L Mg（NO₃）₂ （pH 7.0） 在室溫（25℃） 下震蕩30 min，漂洗；3） 碳酸鹽結合態(tài)鋅 20 mL 1.0mol/L CH₃COONa·H₂O （pH 5.0） 在室溫（25℃） 下震蕩30 min，漂洗；4） 松結有機態(tài)鋅 40 mL 0.1 mol/LNa₄PO₇ （pH 10.0） 在室溫（25℃） 下震蕩40 min，漂洗；5） 鐵錳氧化物結合態(tài)鋅 40 mL 0.25 mol/LHONH3Cl 在室溫（25℃） 下震蕩1 h，漂洗；6） 緊結有機態(tài)鋅 先用3 mL 30% H₂O₂ （pH 2.0） 在85℃下氧化至干燥，再加入5 mL 30% H₂O₂ （pH 2.0）在85℃ 下氧化至干燥，然后加入25 mL 1.0 mol/LMg（NO₃）₂ （pH 7.0） 在室溫（25℃） 下震蕩30 min，漂洗；7） 殘渣態(tài)鋅 由土壤全鋅與上述各鋅形態(tài)之和的差值計算。各形態(tài)鋅的浸提液均過0.22 mm 濾膜，然后用原子吸收光譜儀測定（Z-2000，Hitachi，日本）。

1.3 數據計算與統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2019 進行數據處理，Origin2021 作圖，IBM SPSS Statistics 26 進行方差分析和相關回歸分析，隨機森林分類模型分析土壤不同形態(tài)鋅對小麥花前花后鋅吸收轉移的影響。相關指標計算如下：

花前鋅吸收量=花期地上部（莖葉、穗） 鋅吸收量；

花期地上部鋅吸收量=莖葉鋅含量×莖葉生物量+穗鋅含量×穗生物量；

花后鋅吸收量=成熟期地上部（莖葉、穎殼、籽粒） 鋅吸收量?花期地上部（莖葉、穗） 鋅吸收量；

花后鋅轉移量=花期地上部（莖葉、穗） 鋅吸收量?成熟期器官（莖葉、穎殼） 鋅吸收量；

花后鋅轉移效率（%）=花后鋅轉移量/花期地上部（莖葉、穗） 鋅吸收量×100；

花后鋅轉移貢獻率（%）=花后鋅轉移量/籽粒鋅吸收量×100；

花后鋅吸收貢獻率（%）=花后鋅吸收量/籽粒鋅吸收量×100；

成熟期地上部鋅吸收量=籽粒鋅含量×籽粒產量+莖葉鋅含量×莖葉生物量+穎殼鋅含量×穎殼生物量。

式中，吸收量、轉移量單位為g/hm²，含量單位為mg/kg，產量和生物量單位為kg/hm²。

2 結果與分析

2.1小麥產量和籽粒鋅含量與施鋅量的關系

始于2017年的鋅肥用量定位試驗結果表明，隨施鋅量增加，2022和2023年小麥產量均無顯著變化，籽粒鋅含量有顯著提高（圖2）。2022和2023年小麥平均產量分別為10587和7163kg/hm²，兩年平均為8672 kg/hm²。回歸分析結果表明，2022年施鋅量24.9 kg/hm² 時，小麥籽粒鋅含量最高為31.1 mg/kg，比不施鋅處理增加44.7%；2023年施鋅量27.0 kg/hm²時，籽粒鋅含量最高為34.7 mg/kg，比不施鋅增加38.2%；由兩年數據平均得出，施鋅量25.6 kg/hm²時，籽粒鋅含量最高33.6 mg/kg，比不施鋅增加42.4%，施鋅量每增加1.0 kg/hm²，籽粒鋅含量均提高0.7 mg/kg?？梢姡诤档厥倚酝寥郎?，施鋅雖未提高小麥產量，卻顯著增加了小麥籽粒鋅含量。

2.2 小麥花前花后鋅吸收及花后鋅轉移對鋅肥用量的響應

施鋅顯著提高了小麥花前鋅吸收量和花前吸收的鋅在花后向籽粒的轉移量（表2），與不施鋅相比，2022 和2023年花前鋅吸收量分別提高38.8%～83.7% 和13.4%～49.0%，花后鋅轉移量分別提高36.0%～73.9% 和13.0%～39.6%?；貧w分析結果表明，2022年，施鋅量27.3 kg/hm²時，小麥花前鋅吸收量最大350.2 g/hm²，比不施鋅增加79.8%，花后鋅轉移量最大269.1 g/hm²，比不施鋅處理增加71.6%。2023年，施鋅量27.3 kg/hm²時，花前鋅吸收量最大331.9 g/hm²，比不施鋅處理增加55.1%，花后鋅轉移量最大237.4 g/hm²，比不施鋅處理增加43.7%。施鋅肥后小麥花后鋅吸收量僅在2023年顯著提高，鋅肥用量為20.5 kg/hm²時達到顯著，比不施鋅處理增加66.0%；施鋅顯著降低了花后鋅吸收對籽粒鋅的貢獻率，2022和2023年鋅肥用量為27.3 kg/hm²時，花后鋅吸收貢獻率比不施鋅分別降低48.7% 和49.7%。從兩年均值來看，施鋅對小麥花后鋅吸收量、鋅轉移效率及花后鋅轉移量對籽粒的貢獻率均無顯著影響，但使花后鋅吸收量對籽粒的貢獻率顯著降低48.8%。可見，土施鋅肥在提高旱地小麥花前鋅吸收量和花后向籽粒的轉移量的同時，降低了小麥花后鋅吸收對籽粒鋅的貢獻。

2.3 小麥花前花后鋅吸收及花后鋅轉移與籽粒鋅含量的關系

相關分析發(fā)現（圖3），2022 年小麥籽粒鋅含量與花前鋅吸收量、花后鋅轉移量及成熟期地上部鋅吸收量均呈極顯著正相關；回歸分析結果表明，三者每增加100 g/hm²，籽粒鋅含量分別提高6.4、8.5 和0.6 mg/kg。2023年的結果相似，三者每增加100 g/hm²，籽粒鋅含量分別提高9.8、17.3 和9.1 mg/kg。從兩年平均值來看，小麥籽粒鋅含量與花前鋅吸收量、花后鋅吸收量、花后鋅轉移量及成熟期地上部鋅吸收量均呈顯著或極顯著正相關，四者每增加100 g/hm²，籽粒鋅含量分別提高7.7、112.1、11.3 和7.6 mg/kg。籽粒鋅含量與花后鋅轉移貢獻率呈正相關，花后鋅轉移貢獻率每增加1. 0%，籽粒鋅含量可提高0.96 mg/kg，籽粒鋅含量與花后鋅吸收貢獻率顯著負相關，花后鋅吸收貢獻率每增加1.0%，籽粒鋅含量降低1.46 mg/kg?？梢?，小麥花前花后鋅吸收、地上部鋅累積、轉移分配是影響小麥籽粒鋅含量的重要因素。

2.4 土壤有效鋅對鋅肥用量的響應

施用鋅肥顯著提高了土壤有效鋅含量（圖4），2022和2023年施鋅處理0—20 cm 土層有效鋅最高分別達9.47和8.93 mg/kg，較不施鋅處理分別增加12.3和10.9倍；兩年平均為9.2 mg/kg，較不施鋅處理增加11.6 倍。兩年平均結果的回歸分析表明，施鋅量每增加1.0 kg/hm²，土壤有效鋅增加0.07 mg/kg。兩年施鋅處理20—40cm 土層土壤有效鋅含量分別最高達2.50 和4.64 mg/kg，增加8.3 和13.9 倍；兩年平均為3.57 mg/kg，增加11.3倍，施鋅量每增加1.0 kg/hm²，土壤有效鋅含量增加0.03 mg/kg。兩年施鋅處理40—60 cm 土層土壤有效鋅含量分別最高達0.61 和0.61 mg/kg，增加了4.1 和5.1 倍；兩年平均為0.54 mg/kg，增加了4.4倍，施鋅量每增加1.0 kg/hm²，土壤有效鋅含量增加0.004 mg/kg。兩年施鋅處理60—80 cm 土層土壤有效鋅含量分別最高達0.25 和0.31 mg/kg，增加1.5 和2.1 倍；兩年平均為0.28 mg/kg，增加1.8倍，施鋅量每增加1.0 kg/hm²，土壤有效鋅含量增加0.002 mg/kg。兩年施鋅處理80—100 cm 土層土壤有效鋅含量分別最高達為0.27 和0.30 mg/kg，增加1.7 和2.0 倍；兩年平均為0.29 mg/kg，增加1.9倍，施鋅量每增加1.0 kg/hm²，有效鋅含量增加0.002 mg / kg?？梢姡┯娩\肥顯著促進了鋅在土壤中以有效鋅的形式積累，且表層0—40 cm 土壤有效鋅增幅顯著高于60—100cm 土層，是后者的2.8 倍。

2.5 小麥花前花后鋅吸收及花后鋅轉移與土壤有效鋅的關系

相關分析結果（圖5） 表明，2022和2023年各土層土壤有效鋅含量與小麥花前鋅吸收量、花后鋅轉移量、成熟期地上部鋅吸收量及籽粒鋅含量均呈顯著或極顯著正相關，與花后鋅吸收貢獻率呈顯著負相關，但與小麥花后鋅吸收量和花后鋅轉移貢獻率無顯著相關性。兩年平均結果的回歸分析表明，表層0—20 和20—40 cm 土壤有效鋅含量每增加1.0mg/kg，花前鋅吸收量分別增加15.8 和36.7 g/hm²，花后鋅轉移量增加10.6 和24.7g/hm²，地上部鋅吸收量增加15.7 和36.9 g/hm²，籽粒鋅含量增加1.2 和2.7 mg/kg，花后鋅吸收貢獻率降低1.3 和2.9 個百分點；深層40—60、60—80 和80—100 cm 土壤有效鋅含量每增加1.0 mg/kg，花前鋅吸收量分別增加204.5、625.7 和501.8 g/hm²；花后鋅轉移量增加138.2、421.7 和338.1 g/hm²；地上部鋅吸收量增加214.8、633.1 和501.7 g/hm²，籽粒鋅含量增加15.6、46.9 和37.5 mg/kg，花后鋅吸收貢獻率降低16.9、49.3 和38.7 個百分點。綜上，隨施鋅量增加，各土層有效鋅含量增加，但40 cm 以下土層的有效鋅含量增加引起的小麥鋅吸收、轉移及籽粒鋅含量的增幅較大，而花后鋅吸收量和花后鋅轉移貢獻率均與土壤有效鋅的變化無明顯關系。

2.6 土壤鋅形態(tài)對鋅肥用量的響應

2022和2023兩年收獲期土壤采樣檢測結果表明，隨施鋅量增加，土壤不同形態(tài)鋅含量顯著提高（圖6）。施鋅處理0—20 cm 土層土壤水溶態(tài)鋅含量兩年平均值最高達0.17 mg/kg，較不施鋅處理增加54.5%；20—40 cm 土層達0.14 mg/kg，增加75.0%，回歸分析結果表明，施鋅量每增加1.0 kg / h m ²，0—20 cm 和20—40 cm 土層土壤水溶態(tài)鋅均增加0.0004 mg/kg。施鋅處理0—20 cm 土壤碳酸鹽結合態(tài)鋅含量兩年平均值最高達5.24 mg/kg，增加1178.0%；20—40 cm 土層達1.89 mg/kg，增加551.7%，施鋅量每增加1.0 kg/hm²，0—20cm 和20—40 cm 土層土壤碳酸鹽結合態(tài)鋅含量分別增加0.04 和0.01mg/kg。施鋅處理0—20cm 土壤松結有機態(tài)鋅含量兩年平均值最高達5.70 mg/kg，增加214.9%；20—40 cm 達3.11 mg/kg，增加90.8%，施鋅量每增加1.0kg/hm²，0—20 cm 和20—40 cm 土層土壤松結有機態(tài)鋅含量分別增加0.03 和0.01 mg/kg。施鋅處理0—20 cm 土層土壤氧化錳結合態(tài)鋅含量兩年平均值最高達15.52 mg/kg，增加345.9%；20—40 cm 達9.37 mg/kg，增加183.9%，施鋅量每增加1.0 kg/hm²，0—20 cm 和20—40 cm 土層氧化錳結合態(tài)鋅分別增加0.10 和0.05 mg/kg。施鋅處理0—20 cm 土壤緊結有機態(tài)鋅含量兩年平均值最高達1.13 mg/kg，增加91.5%；20—40 cm 土層達0.86 mg/kg，增加34.4%，施鋅量每增加1.0 kg/hm²，0—20 cm 和20—40 cm 土層土壤緊結有機態(tài)鋅分別增加0.004 和0.002 mg/kg。施鋅處理0—20 cm 土壤殘渣態(tài)鋅含量兩年平均值最高達56.57 mg/kg，增加23.7%；20—40 cm 土層達56.80 mg/kg，增加24.3%，施鋅量每增加1.0 kg/hm²，兩個土層殘渣態(tài)鋅含量均增加0.08 mg/kg。可見，石灰性土壤中，氧化錳結合態(tài)鋅含量最高，其次為松結有機態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)、緊結有機態(tài)和水溶態(tài)鋅，施鋅使碳酸鹽結合態(tài)鋅含量增幅最大，水溶態(tài)鋅最小，且0—20 cm 土層土壤鋅含量增幅是20—40cm 土層的2～3倍。

2.7 小麥花前花后鋅吸收及花后鋅轉移與土壤鋅形態(tài)的關系

隨機森林因子重要性排序分析結果表明，土壤不同形態(tài)鋅對小麥花前花后鋅吸收轉移貢獻度不同（圖7）。氧化錳結合態(tài)鋅對小麥花前鋅吸收量的貢獻最大，其次為碳酸鹽結合態(tài)鋅，回歸分析結果表明，兩者每增加1.0 mg/kg，花前鋅吸收量分別增加12.6 和31.6 g/hm²；緊結有機態(tài)鋅對花后鋅吸收量的貢獻最大，鋅含量每增加1.0 mg/kg，花后鋅吸收量增加15.8 g/hm²；碳酸鹽結合態(tài)鋅對花后鋅轉移量的貢獻最大，鋅含量每增加1.0 mg/kg，花后鋅轉移量增加23.0 g/hm²；碳酸鹽結合態(tài)鋅對地上部鋅吸收量的貢獻最大，其次為氧化錳結合態(tài)鋅、松結有機態(tài)鋅、緊結有機態(tài)鋅，四者每增加1.0 mg/kg，地上部鋅吸收量分別增加31.7、12.5、36.7 和276.1 g/hm²；碳酸鹽結合態(tài)鋅對籽粒鋅含量貢獻最大，其次為氧化錳結合態(tài)鋅和松結有機態(tài)鋅，三者每增加1.0 mg/kg，籽粒鋅含量分別增加1.9、0.8和2.3 mg/kg。綜上表明，碳酸鹽結合態(tài)鋅、氧化錳結合態(tài)鋅、松結有機態(tài)鋅和緊結有機態(tài)鋅對小麥花前花后鋅吸收及花后鋅轉移及籽粒鋅含量提升有重要作用。

3 討論

3.1 旱地小麥花前花后鋅吸收及花后鋅轉移與籽粒鋅含量的關系

本研究表明，黃土高原旱地石灰性土壤上施用鋅肥使小麥花前鋅吸收量和花前吸收的鋅在花后向籽粒的轉移量分別顯著提高25.5%～65.6% 和24.2%～56.3%。河北保定試驗表明，隨著施鋅量增加，小麥花前鋅吸收量提高17.3%～29.4%，花后鋅轉移量提高20.3%～34.1%[19]；曲周試驗表明，施鋅后兩個小麥生長季花前鋅吸收量分別提高27.4%～166.3% 和27.1%～193.4%[6]。陜西楊凌的試驗也表明，在小麥灌漿前噴施鋅肥兩個生長季小麥花后鋅轉移量分別提高462.5%～668.8% 和314.6～475.6%[25]?？梢姡\肥施用能促進小麥花前鋅吸收，使營養(yǎng)器官鋅累積及其向籽粒的轉移量增加。另外，本研究發(fā)現，從兩年均值來看，施鋅沒有提高小麥花后鋅吸收量和花后吸收的鋅對小麥籽粒鋅的貢獻率。主要原因是在旱地條件下，小麥在生長后期降雨量較少，導致土壤水分缺乏，降低了土壤中鋅的有效性[26?28]，也影響花后根系的活力和養(yǎng)分吸收能力，降低鋅吸收能力。2023年小麥花后鋅吸收量在施鋅處理下增加，這是由于小麥生育后期降水多，籽粒鋅吸收量增加，提高了鋅的有效性，從而增強了小麥花后鋅吸收能力。如在本研究中，2022和2023年兩個生長季小麥播前的夏閑期降雨量分別為389 和317 mm，生育期降雨量分別為294和393 mm，生長后期降雨量分別為94 和198 mm，不利于小麥灌漿期對土壤鋅的吸收。對此，前人的研究并無類似報道。

籽粒鋅含量高低是小麥鋅吸收和轉移共同作用的結果。本研究還表明，隨著施鋅量增加，小麥花前鋅吸收量、花后鋅轉移量、花后鋅轉移對籽粒的貢獻率及成熟期地上部鋅吸收總量均與籽粒鋅含量呈顯著正相關。陜西楊凌和河北曲周的試驗結果也表明，小麥花前鋅吸收量和花后鋅轉移量與籽粒鋅含量顯著正相關[6， 25]。但本研究發(fā)現，2022 和2023年小麥花后鋅吸收量均與籽粒鋅含量相關不顯著，但就兩年平均結果的分析表明，小麥花后鋅吸收量與籽粒鋅含量呈正相關，表明在旱地條件下花后小麥鋅吸收受到抑制，其對籽粒鋅含量貢獻較小且因年季而變化。另外，在本研究中，花后鋅轉移效率和花后鋅吸收貢獻率均與籽粒鋅含量呈負相關。這應是一種表觀現象，因為隨著施鋅量的增加，小麥花后鋅轉移量增加，說明施鋅提高了花后鋅從營養(yǎng)器官向籽粒的轉移，從而提高了籽粒鋅含量，但花后鋅轉移效率是通過花后鋅轉移量與開花期小麥地上部鋅吸收量的比值計算的，轉移量增加24.2%～56.3%，吸收量增加25.5%～65.6%，吸收量的增加大于轉移量，所以隨著施鋅量增加，在籽粒含量提高的同時，鋅轉移效率降低，兩者表現出負相關。另外，隨著施鋅量增加，小麥籽粒鋅吸收量提高，花后鋅吸收量沒有增加，作為花后鋅吸收量和籽粒鋅吸收量比值的花后鋅吸收貢獻率因此降低，其與施鋅后籽粒鋅含量提高就表現出了負相關，也說明如果花后鋅吸收量能增加，從而提高花后鋅吸收貢獻率，可能會進一步提升旱地小麥籽粒的鋅含量?？梢?，通過提升小麥花前及花后鋅吸收量，從而提高小麥地上部鋅的吸收總量和花前吸收的鋅在花后向籽粒的轉移，是提高旱地石灰性土壤小麥籽粒鋅含量的關鍵。

3.2 旱地小麥花前花后鋅吸收及花后鋅轉移與土壤有效鋅的關系

本研究表明，施用鋅肥顯著提高土壤有效鋅含量，表層0—20 和20—40 cm 土壤有效鋅含量比不施鋅分別提高11.6 和11.3 倍，最高達9.20 和3.57 mg/kg，深層40—60、60—80 和80—100 cm 土壤提高4.4、1.8 和1.9 倍，最高達0.54、0.28和0.29 mg/kg。陜西長武18 年的長期定位試驗結果表明，多年連續(xù)施鋅使表層0—20 和20—40 cm土壤有效鋅含量分別提高357.8% 和95.5%，達2.6 和0.7 mg/kg，深層40—60、60—80 和80—100 cm 土壤分別提高13.9%、31.7% 和70.3%，達0.4、0.3 和0.3 mg/kg[29]。河北曲周兩年的試驗結果表明，施鋅使0—30 cm 土層土壤有效鋅含量增加86.2%，最高達17.5 mg/kg[30]。美國9 年14 個鋅肥試驗結果表明，隨著施鋅量的增加表層0—20 cm 土壤有效鋅含量顯著提高，達0.6～2.4 mg/kg[31]?？梢姡┯娩\肥提升了土壤有效鋅含量。另外，本研究中施鋅后土壤有效鋅含量表層0—20 和20—40 cm 增幅高于深層40—100 cm 土壤。這可能是因為在旱地石灰性土壤上，沒有灌溉條件，且有限的降雨量和高蒸發(fā)量導致結合耕作整地施入土壤的鋅主要分布在表層，使得表層土壤有效鋅大幅度提高，同時由于施鋅后作物主要由表層土壤中吸收有效鋅，而減少了對深層土壤有效鋅的吸收，從而使深層土壤在施用鋅肥后有效鋅含量也出現提升。

本研究表明，隨著施鋅量增加，小麥花前鋅吸收量、花后鋅轉移量、成熟期地上部鋅吸收量及籽粒鋅含量均與土壤有效鋅呈顯著正相關。河北曲周的試驗結果表明，施鋅使小麥花前鋅吸收量顯著提高，其與土壤有效鋅正相關[6]。北京海淀的試驗表明，土施鋅肥、土施+葉面噴鋅肥，使小麥籽粒鋅含量分別提高24.6% 和62.6%，且與土壤有效鋅呈正相關[32]。這表明，小麥花前吸收的土壤鋅及其在花后向籽粒的轉移對籽粒鋅含量提高有重要作用。本研究中，與表層土壤相比，深層土壤有效鋅每增加1.0 mg/kg 時，花前鋅吸收量、花后鋅轉移量、成熟期地上部鋅吸收量及籽粒鋅含量的增加值要高，表觀上看深層土壤對小麥鋅吸收的貢獻更大。然而，實際情況并非如此，施鋅使0—20 cm 和20—40 cm土壤有效鋅兩年均值提高幅度大于深層40—100cm。如以花前鋅吸收量為例，由于0—20 cm 和20—40 cm 土壤有效鋅每增加1.0 mg/kg，小麥花前鋅吸收量增加值分別為15.8 和36.7 g/hm²，增加總量分別為344.5 和328.3 g/hm²；深層40—60 cm、60—80cm 和80—100 cm 土壤有效鋅含量每增加1.0mg/kg，花前鋅吸收量增加值分別為204.5、625.7 和501.8 g/hm²，增加總量分別為305.1、301.6 和281.7g/hm²。所以，表層土壤有效鋅對小麥鋅吸收轉移及籽粒鋅含量提升的貢獻更大。同時，小麥根系主要分布在表層土壤，根系鮮重、表面積和根長密度大于深層土層[6， 28， 33]，因此，小麥根系分布與在表層的有效鋅分布高低耦合，也使得表層較高的土壤有效鋅對小麥的鋅吸收產生較大的貢獻。此外，本研究中，小麥花后鋅吸收量與土壤有效鋅無顯著相關性。這同樣是由于在旱地施鋅條件下，小麥生長后期降雨量少，影響了小麥對土壤有效鋅的吸收和利用，雖然土壤有效鋅達到了較高的水平，但小麥吸收利用的較少?？梢?，在旱地條件下，施用鋅肥雖然提高了土壤有效鋅含量，但只能促進小麥花前鋅吸收及花前吸收的鋅在花后向籽粒的轉移，但無法提高花后鋅吸收量。

3.3 旱地小麥花前花后鋅吸收及花后鋅轉移與土壤不同形態(tài)鋅的關系

本研究表明，施用鋅肥顯著提高了土壤各形態(tài)鋅含量，表層0—20 cm 土壤水溶態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)、松結有機態(tài)、氧化錳結合態(tài)和緊結有機態(tài)鋅含量比不施鋅增加54.5%～1178.0%，20—40 cm 增加34.4%～551.7%。陜西楊凌2 年試驗結果表明，在有效鋅為0.77 mg/kg 的土壤上，施鋅僅使表層0—20 cm 土壤松結有機態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)鋅分別增加75.0% 和53.0% [34]。陜西長武基于1984—2001 年開展的長期定位試驗，對2001 年土壤測定結果表明，在有效鋅為0.84 mg/kg 的土壤上，施鋅使松結有機態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)、氧化錳結合態(tài)和緊結有機態(tài)鋅含量分別提高14.0%～66.0%、25.0%～466.0%、50.0%～100.0% 和877.0%～1266.0%[35]。河南鄭州1 年試驗結果表明，在有效鋅為1.02 mg/kg 的土壤上，施鋅顯著提高了碳酸鹽結合態(tài)、松結有機態(tài)和殘渣態(tài)鋅[15]。可見，施用鋅肥可以提高土壤不同形態(tài)鋅的含量。本研究中，不同形態(tài)鋅含量增幅不一致，施用鋅肥使水溶態(tài)鋅增幅較小，最高僅達0.17mg/kg，這是由于其在土壤中鋅含量本身較低，施入鋅肥后，很快被植物直接吸收利用，而松結有機態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)和氧化錳結合態(tài)鋅含量增幅較大，分別達5.70、5.24 和15.52 mg/kg，是由于黃土高原旱地碳酸鈣含量較高，達261.0 g/kg，HCO3?濃度過高時，會抑制作物對鋅的吸收和向地上部轉移，使鋅肥施入土壤后大部分以碳酸鹽結合態(tài)存在[36]。同時，土壤中90% 以上的鋅被吸附固定在鐵錳氧化物、碳酸鹽和硅酸鹽礦物中，隨著施鋅量的增加，形成較多的氧化物和碳酸鹽[14]?？梢?，在黃土高原旱地石灰性土壤上，施用鋅肥后土壤中主要以碳酸鹽結合態(tài)、氧化錳結合態(tài)和松結有機態(tài)鋅的形式存在。

小麥鋅吸收轉移及籽粒鋅含量與土壤鋅形態(tài)及其含量密切相關。本研究中隨機森林模型結果表明，氧化錳結合態(tài)和碳酸鹽結合態(tài)鋅對小麥花前鋅吸收量貢獻顯著，其中，氧化錳結合態(tài)鋅貢獻最大；緊結有機態(tài)鋅對花后鋅吸收量貢獻顯著，其貢獻度也最大，碳酸鹽結合態(tài)鋅對花后鋅轉移量貢獻顯著，其貢獻度最大；碳酸鹽結合態(tài)、氧化錳結合態(tài)、松結有機態(tài)和緊結有機態(tài)鋅對成熟期地上部鋅累積量貢獻顯著，前三者對小麥籽粒鋅含量貢獻顯著，其中，碳酸鹽結合態(tài)對地上部鋅累積量和籽粒鋅含量均貢獻最大。表明從小麥整個生長期來看，氧化錳結合態(tài)、緊結有機態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)和松結有機態(tài)鋅對花前花后鋅吸收轉移、地上部鋅累積及籽粒鋅含量提升有重要作用。但在鋅營養(yǎng)供應中，水溶態(tài)和松結有機態(tài)鋅可直接被植物吸收利用，而碳酸鹽結合態(tài)、氧化錳結合態(tài)和緊結有機態(tài)鋅具有較強的可交換性及活性可作為潛在的鋅庫，可對水溶態(tài)和松結有機態(tài)鋅進行補充，在不同程度上反映土壤鋅的有效性，而以殘渣態(tài)形式存在的鋅主要被土壤膠體專性吸附或形成磷酸鹽沉淀，難以促進小麥鋅吸收利用[37?39]。因此，在旱地石灰性土壤上，施用鋅肥后碳酸鹽結合態(tài)、氧化錳結合態(tài)和緊結有機態(tài)鋅顯著增加，對小麥花前花后鋅吸收轉移、地上部鋅累積及籽粒鋅含量提升表現出較大貢獻，但其不能被植物直接吸收利用，只有在轉化為松結有機態(tài)和水溶態(tài)鋅后才能被植物吸收利用。

4 結論

黃土高原旱地石灰性土壤上，土施鋅肥顯著提高了小麥花前鋅吸收量、花后鋅轉移量，從而提高了小麥成熟期地上部鋅吸收量及籽粒鋅含量，對花后鋅吸收量的影響因年份而異，總體不顯著。施鋅提高了不同土層土壤有效鋅含量，特別是0—40 cm土層增幅較大，達3.57～9.20 mg/kg，這是花前鋅吸收、花后鋅轉移及籽粒鋅含量提升的主要原因。施鋅對土壤松結有機態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)和氧化錳結合態(tài)鋅提升幅度較大，其通過向水溶態(tài)鋅的轉化，維持了施鋅后土壤有效鋅提升，促進了小麥花前鋅吸收。生長后期干旱缺水影響了旱地小麥花后鋅吸收，抑制了施鋅后籽粒鋅含量的進一步提升，是制約旱地小麥籽粒鋅營養(yǎng)強化的關鍵。