锌肥种类和施用方式对小麦生育期内土壤不同形态Zn含量的影响

国春慧，赵爱青，陈艳龙，田霄鸿，李宏云，李 硕

(西北农林科技大学 资源环境学院，农业部西北植物营养与农业环境重点实验室，陕西 杨凌 712100)

锌肥种类和施用方式对小麦生育期内土壤不同形态Zn含量的影响

国春慧，赵爱青，陈艳龙，田霄鸿，李宏云，李 硕

(西北农林科技大学 资源环境学院，农业部西北植物营养与农业环境重点实验室，陕西 杨凌 712100)

【目的】 研究Zn肥种类和施用方式对小麦生育期内土壤有效Zn(DTPA-Zn)和不同形态Zn含量的影响，为潜在缺锌石灰性土壤合理土施锌肥提供科学依据。【方法】 采用田间试验，以不施用Zn肥为对照，研究水溶态锌肥ZnSO4、螯合态锌肥ZnEDTA条施和均施后，小麦不同生育期株间土壤有效锌和不同形态Zn含量的动态变化，并对不同形态Zn含量与有效锌(DTPA-Zn)含量的相关性进行探讨。【结果】 施用2种锌肥总体上均增加了株间土壤中DTPA-Zn及各形态Zn含量，施用Zn肥后，土壤各形态Zn含量大小顺序依次为松结有机态Zn>碳酸盐结合态Zn>紧结有机态Zn>氧化锰结合态Zn>交换态Zn。在小麦不同生育时期，条施ZnSO4和ZnEDTA处理土壤DTPA-Zn均显著高于均施处理。相关分析表明，均施ZnSO4的条件下，土壤交换态Zn与DTPA-Zn呈显著正相关关系，均施ZnEDTA的条件下，土壤氧化锰结合态Zn与DTPA-Zn呈显著正相关关系。ZnEDTA施入土壤后，与不施锌肥相比，在小麦整个生育时期交换态Zn含量明显增大，而紧结有机态Zn含量则相对减少。条施锌肥处理提高了土壤DTPA-Zn及各形态Zn含量(紧结有机态Zn除外)，而且效果明显优于均施锌肥处理。【结论】 在潜在缺锌石灰性土壤中，将螯合态锌肥条施能明显增加土壤中潜在有效的锌组分，而且螯合态锌肥施入土壤后较高的DTPA-Zn含量可以维持至小麦收获后，保证了土壤有较长时间的供锌能力。

石灰性土壤；锌肥；施锌方法；土壤锌形态；土壤有效锌

土壤缺锌已成为全球广泛关注的微量元素缺乏症之一[1]。土壤缺锌、作物可食部分缺锌及人体缺锌重叠发生，三者之间存在密切的传递关系[2-4]。目前，施用锌肥是解决缺锌问题最为有效的方法[5-7]。然而，在石灰性土壤上，由于特定的土壤性状，如高pH、高CaCO3及低有机质含量等，使得施入土壤中的锌肥在短时间(7 d)发生剧烈化学固定，从而导致锌的无效化[8]。Lu等[9]研究表明，潜在缺锌石灰性土壤(土壤有效锌(DTPA-Zn))含量为0.67 mg/kg)上，土施ZnSO4后土壤DTPA-Zn含量能在较长时间(>639 d)维持较高水平(>1.0 mg/kg)。土壤有效锌含量与连续浸提的锌组分(交换态、松结有机态、碳酸盐结合态、氧化锰结合态、残渣态)间存在一定的相关关系。

目前，国内普遍将水溶态锌肥(ZnSO4·7H2O)作为锌源均匀施入土壤，而对于其他锌源或者施锌方法对石灰性土壤有效锌含量的影响研究还鲜有报道[10-11]。国外研究表明，在同等施肥水平下，由于螯合态锌肥施入土壤后不易被固定，从土壤到植物根部的移动性较强[12-16]。由于锌在石灰性土壤中的运移方式以扩散为主，而集中施锌可增加作物根际土壤有效锌含量，但关于集中施锌方式对土壤各形态锌含量及有效锌含量的影响报道较少[16-17]。因此，本研究在潜在缺锌石灰性土壤上进行冬小麦田间试验，设置水溶态锌肥(ZnSO4·7H2O)和螯合态锌肥(ZnEDTA)的不同施肥方式，通过动态监测土施锌肥第2季小麦不同生长时期土壤中交换态、松结有机态、碳酸盐结合态、氧化锰结合态、紧结有机态Zn及有效锌(DTPA-Zn)含量的变化，探讨不同施锌方式及锌源对石灰性土壤中小麦不同生育期各形态锌含量的影响，以及DTPA-Zn与各形态锌含量之间的关系，旨在为潜在缺锌石灰性土壤的科学施锌提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

田间试验于2012-10-2013-06在陕西杨凌西北农林科技大学农作一站进行，该地区属于半湿润易旱区，海拔525 m，年平均气温13 ℃，多年平均降水量600 mm。供试土壤类型属于褐土类黄土，于播种前采集表层0～20 cm土壤，风干、磨细过孔径2 mm 筛备用。播种前土壤理化性质为：pH 8.2，速效磷10.9 mg/kg，速效钾150 mg/kg，CaCO375.2 g/kg ，有机质 13.81 g/kg，阳离子交换量 24.2 cmol/kg，DTPA-Zn 0.82 mg/kg，全Zn 72.9 mg/kg。

1.2 试验设计

本研究同时进行2个锌肥的田间试验，且该研究为第2年的田间试验结果。试验一为水溶态Zn肥(ZnSO4·7H2O)试验，共设置3个处理：不施锌肥(CK)、均施Zn肥(M-ZnSO4)、条施Zn肥(B-ZnSO4)。试验采用随机区组设计，重复4次，共计12个小区，每个小区面积2 m×3 m=6 m2，处理之间垄宽20 cm，主区之间垄宽30 cm，区组之间留宽0.5 m的过道。在均施锌肥处理中，将ZnSO4·7H2O(以Zn计，下同)(20 kg/hm2)、尿素和过磷酸钙依次均匀撒施土壤表面，翻埋耙平后开沟播种；在条施锌肥处理中，先将基肥尿素和过磷酸钙依次均匀撒施土壤表面，翻埋耙平后开沟条施ZnSO4·7H2O(20 kg/hm2)，然后播种。

试验二为ZnEDTA试验，亦设置3个处理：不施锌肥(CK)、均施ZnEDTA(M-ZnEDTA)、条施ZnEDTA(B-ZnEDTA)，重复4次，ZnEDTA(以Zn计)施用量为4 kg/hm2。除ZnEDTA施入土壤之前要与适量土壤混匀外，均施ZnEDTA和条施ZnEDTA处理的田间排列、施肥操作等均与试验一相同。

小麦于2012-10-29采用点播法种植，每穴1粒种子，株距2 cm，行距20 cm，每个小区种植10行。试验中尿素和过磷酸钙用量分别为125 kg/hm2(以纯N计)和100 (以P2O5计) kg/hm2，供试小麦品种均为“小偃22号”，在小麦生长期内无灌溉，其他田间管理与当地管理措施一致。2013-06-07小麦成熟后收获，且试验所有田间操作均由人工完成。

1.3 土样采集及指标测定

分别在小麦幼苗期(2012-12-25)、分蘖期(2013-01-20)、返青期(2013-03-10)、拔节期(2013-04-10)、灌浆期(2013-05-10)及收获后(2013-06-10)，采集0～20 cm小麦株间土样，每小区4个样点构成混合样品，风干、研磨过孔径1 mm筛，备用。

土壤有效Zn(DTPA-Zn)含量采用DTPA浸提，原子吸收分光光度计(AA320CRT型)测定。土壤不同形态Zn含量参考魏孝荣等[18]和陆欣春等[19]连续浸提分级方法测定，土壤中锌可分为5种形态，分别为交换态Zn(Ex-Zn)、松结有机态Zn(Wbo-Zn)、碳酸盐结合态Zn (Carb-Zn)、氧化锰结合态Zn(OxMn-Zn)、紧结有机态Zn(Sbo-Zn)。

1.4 数据处理

试验数据用Microsoft Excel 2007和DPS(Data Processing System)7.05统计软件进行相关分析和方差分析，其中多重比较选用LSD法。

2 结果与分析

2.1 ZnSO4不同施用方式对土壤有效Zn及各形态Zn含量的影响

从表1可知，土施ZnSO4显著提高了土壤有效锌含量。在冬小麦整个生育期内，条施ZnSO4处理土壤有效锌含量均显著高于均施ZnSO4处理，而且其土壤有效态Zn平均含量是均施ZnSO4处理的 1.96 倍。此外，在冬小麦的不同生育时期土壤有效锌含量也存在较大差异，其中拔节期条施ZnSO4处理土壤有效态Zn含量最高。随着小麦生育时期的推移，均施ZnSO4处理土壤有效态Zn含量呈波动变化，分别在分蘖期、拔节期和收获期出现峰值。对于条施ZnSO4处理，在拔节期土壤有效锌含量达到最大值7.50 mg/kg，而其他时期土壤有效Zn含量之间无显著差异。

注：数据后标不同大写字母者表示不同时期差异显著(P<0.05)，标不同小写字母者表示施用方式间差异显著(P<0.05)。表2同。

Note:Different capital letters mean significant difference among different growth stages at 0.05 level.Different lowercase letters mean significant difference among different application methods at 0.05 level.The same for table 2.

图1显示，在小麦整个生育期内，施用ZnSO4后均提高了土壤不同形态Zn含量，而且随着时间的推移，不同形态锌含量也存在较大差异。施用ZnSO4处理的Ex-Zn含量均高于对照，而且条施ZnSO4处理增幅明显高于均施ZnSO4处理(灌浆期除外)，其中条施ZnSO4处理随着小麦生育时期的推移土壤Ex-Zn含量逐渐减小，到灌浆期达到最小，与幼苗期相比降低幅度达99.2%；而小麦收获后，条施ZnSO4处理土壤Ex-Zn含量却略有增高。CK和均施ZnSO4处理随着小麦生育时期的推移土壤Ex-Zn含量呈现先升高后降低再升高的趋势，均在分蘖期达到最大。在小麦整个生育期内，土壤Wbo-Zn、Carb-Zn、OxMn-Zn 含量均呈现为条施ZnSO4>均施ZnSO4>CK。此外，随着小麦生育时期的推移其总体呈现出先升高后降低的趋势，在返青期均达到最大，与幼苗期相比，返青期条施ZnSO4处理Wbo-Zn、Carb-Zn、OxMn-Zn含量增幅分别为63.9%，290%，357%，均施ZnSO4处理增幅分别为98.3%，111%，455%。各处理土壤Sbo-Zn含量在冬小麦整个生育期内呈波动变化，其中CK和均施ZnSO4处理的Sbo-Zn含量在小麦拔节期之后变幅较大，而条施ZnSO4处理的Sbo-Zn含量在小麦拔节期之前波动较大。

2.2 ZnEDTA不同施用方式对土壤有效Zn及各形态Zn含量的影响

表2显示，土施ZnEDTA显著提高了土壤有效Zn含量，并且在小麦整个生育期内，条施ZnEDTA处理土壤有效Zn含量均高于均施ZnEDTA处理。随着小麦生育期的推进，均施ZnEDTA处理土壤有效Zn含量呈波动性变化，并在拔节期达最大，而条施ZnEDTA处理土壤有效Zn含量在拔节期之前无显著差异，之后则随着小麦生长时期的推进呈降低趋势。

由图2可知，土施ZnEDTA明显提高了土壤各形态Zn(Sbo-Zn除外)的含量，总体趋势为条施ZnEDTA>均施ZnEDTA>CK。在冬小麦的不同生育时期土壤各形态Zn含量存在较大差异。土壤Ex-Zn含量在分蘖期之前逐渐增加，至分蘖期达到最大值，之后随着冬小麦生长逐渐减小，其中条施ZnEDTA处理土壤Ex-Zn含量从分蘖期到收获期降幅高达70%。土壤Wbo-Zn含量随着冬小麦的生长呈先升高后降低再升高的变化趋势，其在返青期均达到最大值，拔节期达到最小值；与幼苗期相比，返青期条施ZnEDTA和均施ZnEDTA处理的Wbo-Zn含量增幅分别为150%和84%。土壤Carb-Zn含量随着冬小麦生长均呈先升高后降低的趋势，其中条施ZnEDTA和均施ZnEDTA处理土壤Carb-Zn含量均在返青期达到最大值，而CK土壤Carb-Zn含量在拔节期达到最大值。随着冬小麦的生长，OxMn-Zn与Carb-Zn含量有着相似的变化趋势，且在返青期各处理OxMn-Zn含量达到最大值。随着冬小麦的生长，Sbo-Zn含量均呈波动变化。此外，同一生长时期土壤中不同形态Zn含量也存在较大差异，总体趋势为Wbo-Zn>Carb-Zn>Sbo-Zn>OxMn-Zn>Ex-Zn。

2.3 不同Zn肥施用方式下土壤有效锌与各形态锌的相关分析

2种锌肥不同施用方式下土壤有效Zn(DTPA-Zn)与各形态Zn含量的相关分析结果见表3。从表3可以看出，均施ZnSO4条件下，DTPA-Zn与Ex-Zn呈现显著正相关关系，与Wbo-Zn、Carb-Zn、OxMn-Zn相关性较低，与Sbo-Zn呈负相关关系；条施ZnSO4条件下，DTPA-Zn与Ex-Zn和OxMn-Zn呈负相关性；在各形态锌中，Ex-Zn与Wbo-Zn、Wbo-Zn与Carb-Zn和OxMn-Zn、Carb-Zn与OxMn-Zn均有显著正相关关系。均施ZnEDTA条件下，土壤DTPA-Zn与OxMn-Zn呈现显著正相关关系；Wbo-Zn与Carb-Zn呈极显著相关性，Wbo-Zn与OxMn-Zn、 Carb-Zn与OxMn-Zn均呈显著正相关关系。条施ZnEDTA条件下，Ex-Zn与Wbo-Zn、Wbo-Zn与OxMn-Zn均呈显著正相关关系，Ex-Zn与Carb-Zn、Carb-Zn与OxMn-Zn均呈极显著正相关关系。总体而言，施用Zn肥后DTPA-Zn与Ex-Zn在均施ZnSO4处理下呈现显著正相关性，与Wbo-Zn和Carb-Zn呈正相关性，与 OxMn-Zn在均施ZnEDTA处理下呈现显著正相关性，与Sbo-Zn呈现负相关性。

注： *表示相关性显著(P<0.05)；**表示相关性极显著(P<0.01)。

Note:* correlation is significant at (P<0.05);** correlation is extremely significant at (P<0.01).

3 讨 论

国外在石灰性土壤上的研究表明，当ZnEDTA与ZnSO4施用量相同时，前者的肥料利用率是后者的3～5倍[12-17,20]。然而，ZnEDTA肥效会受多种因素，如施用方式、土壤性质、气候、作物种类等的影响，因此明确ZnEDTA在我国小麦种植区土壤中的肥效表现具有重要意义。基于此，比较ZnEDTA与常用锌肥ZnSO4在土壤中迁移转化规律的异同，为ZnEDTA作为替代性锌源提供科学支撑，这是本研究的重要性之所在。

本研究中，与均施Zn肥处理相比，条施Zn肥的方式能显著提高土壤有效Zn(DTPA-Zn)含量。条施Zn肥是将Zn肥施入距表土20 cm的小麦播种行中，而均施Zn肥是将Zn肥与表层0～20 cm土体混匀。Zn在石灰性土壤中运移方式以扩散为主，速度较慢，且极易被土壤固定[18]。条施Zn肥因能减少土壤与Zn肥颗粒的接触面积而减缓对Zn肥的固定，因此条施Zn肥处理下土壤有效Zn含量显著高于均施Zn肥[21-23]。

本研究中，在小麦不同生育期内，2种施锌处理下土壤DTPA-Zn含量的动态变化存在明显差异。条施Zn肥处理下，土壤DTPA-Zn含量在小麦拔节期达到最大值，其他时期DTPA-Zn含量总体差异不大；均施Zn肥处理下，土壤DTPA-Zn含量在小麦生育期呈先升高后降低的趋势，且均在小麦拔节期达到峰值。土壤DTPA-Zn与不同形态Zn含量的相关分析表明，条施Zn肥条件下，Wbo-Zn、Carb-Zn、OxMn-Zn这3种形态Zn主要通过影响Ex-Zn、Wbo-Zn、Carb-Zn含量来间接影响土壤DTPA-Zn含量。这3种形态Zn可能是作为土壤有效锌的一个Zn库，从而相互转化，此消彼长，呈现一种动态平衡。因此，土壤DTPA-Zn含量在小麦生育期内相对稳定。在均施Zn肥处理中，Ex-Zn直接影响土壤DTPA-Zn含量，而Ex-Zn是有效性最高且最易被植物吸收的Zn形态，相对稳定性较差[24]。因此，均施ZnSO4处理下由于Ex-Zn含量变化使得DTPA-Zn含量呈波动性变化。施用Zn肥处理的土壤DTPA-Zn含量在小麦拔节期均达到最大值，这可能是由于该时期小麦根系生长加快，根系呼吸作用加强，释放CO2及根系分泌的有机酸增多，因此可能促进了不同形态Zn间的相互转化及锌向根系的扩散[25-28]。

本研究中，2种锌源对土壤各形态Zn含量的影响有明显差异。ZnSO4施入土壤后明显增加了Ex-Zn、Wbo-Zn、Carb-Zn、OxMn-Zn、Sbo-Zn含量；而ZnEDTA施入土壤后明显增加了Ex-Zn含量，且Ex-Zn含量增幅高于ZnSO4处理，降低了Sbo-Zn含量，而对Wbo-Zn、Carb-Zn、OxMn-Zn含量无显著影响。有研究表明，Ex-Zn是有效性最高的一种Zn形态，被植物体直接吸收利用，而Wbo-Zn作为Ex-Zn的一个Zn库，能向Ex-Zn转化[1]。本研究中，ZnEDTA处理土壤Sbo-Zn含量降低，该Zn组分有效性最低，基本属于无效组分[11,29]。由此可知，在石灰性土壤上，ZnEDTA一方面可以使土壤保持较高的Ex-Zn含量，另一方面可以通过将无效组分(Sbo-Zn)向有效性更高的组分(Ex-Zn)转化从而提高土壤有效Zn含量。因此，在石灰性土壤上，即使ZnEDTA施用量较低，也能使土壤有效Zn含量维持较高的水平。然而，ZnSO4和ZnEDTA 2种锌源对植物体Zn吸收的影响还有待于进一步的研究探讨。

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Effects of Zn source and application method on contents of different Zn forms during wheat growth

GUO Chun-hui,ZHAO Ai-qing,CHEN Yan-long, TIAN Xiao-hong,LI Hong-yun,LI Shuo

(CollegeofNaturalResourceandEnvironment,NorthwestA&FUniversity/KeyLaboratoryofPlantNutritionandtheAgri-EnvironmentinNorthwestChina,MinistryofAgriculture,Yangling,Shaanxi712100,China)

【Objective】 This study investigated the effects of Zn source and application method on contents of soil available Zn (DTPA-Zn) and different Zn forms at wheat growth stages (Seedling,tillering,regreening,jointing,filling and harvesting) to improve Zn utilization efficiency in potentially Zn deficient calcareous soil.【Method】 The field experiment was conducted using two Zn sources (ZnEDTA and ZnSO4) and two application methods (Broadcast and Band) to analyze contents of Zn (DTPA-Zn) and different Zn forms,and their correlations by comparing with control treatment without Zn fertilization at different growth stages of wheat.【Result】 Soil Zn fertilizers (ZnEDTA or ZnSO4) application significantly increased the contents of soil DTPA-Zn and other Zn forms.The decreasing order of Zn forms was Zn weakly bound to organic matter (Wbo-Zn)>carbonate bound Zn (Carb-Zn)>Zn strongly bound to organic matter (Sbo-Zn)>manganese oxides bound Zn (OxMn-Zn)>exchangeable Zn (Ex-Zn).The banded ZnEDTA and ZnSO4increased soil DTPA-Zn by 2 and 1.2 times compared to that in the broadcast treatments,respectively.Soil Ex-Zn and OxMn-Zn contents showed significantly positive correlation with soil DTPA-Zn.Compared to the control,ZnEDTA application significantly increased Ex-Zn concentration and reduced Sbo-Zn concentration.On the other hand,compared to the broadcast application,the banded Zn application significantly increased the contents of soil DTPA-Zn and Zn fractions except for Sbo-Zn.【Conclusion】 In potentially Zn-deficient calcareous soil,the banded ZnEDTA application significantly increased the content of potentially available Zn,and the efficiency of ZnEDTA could last to the harvest sate of wheat.

calcareous soil;Zn fertilizer;Zn fertilizer application methods;Zn fractions;soil DTPA-Zn

2014-01-10

国家自然科学基金项目(41371288)

国春慧(1987-)，女，内蒙古赤峰人，硕士，主要从事旱地养分调控研究。E-mail:guochunhui2011@126.com

田霄鸿(1967-)，男，甘肃天水人，教授，博士，博士生导师，主要从事旱地土壤养分管理研究。 E-mail:txhong@hotmail.com

时间:2015-06-10 08:40

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.07.018

S143.7

A

1671-9387(2015)07-0185-07

网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150610.0840.018.html