低锌旱地土壤水分对小麦产量和锌利用的影响

2016-08-24李孟华杨月娥王朝辉

植物营养与肥料学报 2016年2期

关键词：锌肥灌水籽粒

李孟华，于荣，杨月娥，王朝辉*

(1西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌 712100; 2农业部植物营养与新型肥料创制重点实验室，山东临沭 276700;3 国家缓控释肥工程技术研究中心，山东临沭 276700)

低锌旱地土壤水分对小麦产量和锌利用的影响

李孟华1,2,3，于荣1，杨月娥1，王朝辉1*

旱地; 缺锌土壤; 有效锌; 水分; 冬小麦

我国小麦种植区主要分布于北方石灰性土壤上。石灰性土壤高pH和碳酸钙含量、低有机质含量等导致土壤有效锌含量低，处在缺锌或潜在缺锌水平。黄土高原土壤有效态锌一般低于0.5mg/kg的缺锌临界值[1-3]，伴随水分供应不足，使两者成为限制小麦产量和锌营养品质的重要因素。

土施锌肥是提高土壤有效锌含量和改善作物锌营养的简单有效措施，已经在世界范围内被广泛应用，并取得了一定的效果。在土耳其等极度缺锌的土壤上，土施锌肥可显著提高小麦产量或籽粒锌含量[4-5]。我国田间试验也表明，土施锌肥对小麦产量或籽粒锌含量有不同幅度提高[6-10]。但在西北地区的试验结果却表明，尽管土施锌肥使土壤有效锌含量显著提高，但对小麦产量或籽粒锌含量的提高却不明显[11-12]。干旱地区石灰性土壤锌有效性

低，除了土壤pH值和CaCO3含量较高外，土壤水分不足也可能是一个很主要的因素[13]。汪洪等[14]对玉米的研究表明，锌和水分处理对玉米植株锌吸收量有明显的交互作用。因此，本研究选取西北旱地典型缺锌区，研究土施锌肥条件下，补充灌水对小麦产量及锌利用的影响，对进一步认识旱地土壤锌的有效性，调控土施锌肥的效果有重要意义。

1　材料与方法

1.1试验区概况

图1　试验区2010年7月至2012年6月各月降水量Fig.1　Monthly precipitation from July 2010 to June 2012 at the experiment site

表1　试验点土壤基本性状

1.2试验设计

试验采用裂区设计，锌肥为主处理，设两个水平: 0(Zn0)、50kg/hm2ZnSO4·7H2O(Zn50); 灌水为副处理，第一季在冬小麦返青期(2011年3月13日)灌水20mm，第二季在孕穗期(2012年4月27日)灌水30mm，氮磷钾肥在播前一次施入，用量分别为N180kg/hm2、P2O575kg/hm2、K2O75kg/hm2，分别以尿素、磷酸二铵、硫酸钾为肥源。小区田间排列采用完全随机区组设计，每处理重复4次，第一季小区面积31.5m2(4.5m×7m)，播量150kg/hm2，第二季小区面积32m2(4m×8m)，播量187.5kg/hm2。小麦品种均为晋麦47，田间管理均与当地农户相同。

1.3样品采集与测定

在小麦成熟期，每个小区割取两个1m×1m样方，晒干后脱粒计算产量。在每个小区随机选取约100株小麦，将小麦植株连根拔起后沿根茎结合处将根剪断，留地上部混合作为一个分析样品，并将其分为茎叶、颖壳、籽粒三部位。取各部位样品用去离子水清洗后105℃杀青30min，65℃烘干至恒重，用碳化钨球磨仪(莱驰MM400，德国)磨细，密封保存，备用。

在各小区选取3点，采集0—20cm土壤样品，样品混匀自然风干后磨细，过1mm尼龙网筛，备用。

植物样品用HNO3-H2O2微波消解仪(屹尧WX-8000，中国)消解，原子吸收分光光度计(日立Z-2000，日本)测定消解液中的锌，计算植物锌含量，以烘干重表示。土壤样品有效锌用DTPA溶液(DTPA0.005mol/L，CaCl20.01mol/L，TEA0.1mol/L，pH=7.3)浸提，液土比为2 ∶1，原子吸收分光光度计测定浸提液中的锌，计算土壤有效锌含量，以风干土重表示。

1.4数据计算与分析

试验数据采用SAS8.1软件进行统计分析，多重比较采用LSD法，差异显著性水平为5%。

2　结果与分析

2.1灌水对小麦产量及收获指数的影响

对小麦产量及收获指数(表 2)的分析表明，第一季施锌、灌水及施锌条件下灌水对小麦产量、收获指数均无显著影响，平均产量和收获指数约为5613kg/hm2和49%。第二季不同处理间小麦产量没有显著差异，施锌对收获指数也没有显著影响，但灌水提高了收获指数，且施锌条件下灌水处理达到显著水平。

2.2灌水对小麦锌含量的影响

比较不同处理小麦籽粒锌含量发现，灌水有提高籽粒锌含量的趋势(表3)。不施锌条件下，两季籽粒锌含量灌水处理比不灌水处理分别提高3.8%和16.3%; 施锌条件下，分别提高8.8%和13.1%。两季小麦籽粒锌含量均是在施锌条件下灌水处理达到最大值，分别是32.5和32.1mg/kg，较施锌条件下不灌水处理提高9%、13%，较不施锌条件下不灌水处理提高17.4%、42.3%，达到显著水平。

在不施锌条件下，灌水对小麦茎叶和颖壳的锌含量几乎没有影响(表 3)。但在施锌条件下，灌水有提高其锌含量的趋势，两季茎叶、颖壳锌含量在灌水条件下比不灌水分别提高48.4%和19.8%、4.1%和19.3%，两季茎叶、颖壳锌含量也是在施锌条件下灌水达到最大值，比不施锌条件下不灌水处理分别提高59.0%和18.1%、38.1%和44.8%，达显著水平。

表2　灌水对小麦产量及收获指数的影响

注(Note): 同列数据后不同小写字母表示不同处理在0.05水平上差异显著Valuesfollowedbydifferentsmalllettersinthesamecolumnaresignificantlydifferentat0.05levelamongtreatments.

表3　灌水对小麦各部位锌含量的影响 (mg/kg)

注(Note): 同列数据后不同小写字母表示不同处理在0.05水平上差异显著Valuesfollowedbydifferentsmalllettersinthesamecolumnaresignificantlydifferentat0.05levelamongtreatments.

显然，土壤水分的增加促进了小麦对锌的吸收，使小麦各部位锌含量都有不同程度的提高，尤其是在施锌肥的情况下更加显著。

2.3灌水对小麦锌累积、分配及锌肥利用效率的影响

灌水对小麦地上部锌累积量的影响与对锌含量的影响类似，有提高总锌累积量的趋势，尤其是第二季试验(表4)。第一季在施锌条件下，灌水使总锌累积量提高10.1%。而在不施锌条件下，灌水对总锌累积量无显著影响。第二季在施锌条件下，灌水使总锌累积量提高12.7%，不施锌条件下总锌累积量提高11.2%; 施锌条件下灌水比不施锌条件下灌水提高23.2%，比不施锌条件下不灌水提高37.1%，达到显著水平。

灌水对两季锌收获指数的影响不一致(表4)。第一季灌水有降低锌收获指数的趋势，尤其在施锌条件下，灌水使施锌及不施锌小麦的锌收获指数显著降低5.1%和2.0%; 而第二季灌水有提高锌收获指数的趋势，施锌及不施锌情况下，灌水使锌收获指数分别提高2.1%和2.7%。

尽管是在缺锌的土壤上，但锌肥的总利用率依然很低，灌水有提高总利用率的趋势(表4)。灌水后，第一季总锌利用率由0.09%提高至0.25%，第二季总锌利用率由0.33%提高至0.40%，灌水比不灌水分别提高177.8%和21.2%。

2.4灌水对小麦籽粒铁元素及氮、磷、钾含量的影响

对小麦籽粒铁元素的测定结果表明，灌水对两季的籽粒铁含量影响不一致(表5)。灌水降低了第一季籽粒铁含量，施锌和不施锌条件下，籽粒铁含量分别降低1.6%、13.7%; 但却提高了第二季籽粒铁含量，施锌和不施锌条件下，籽粒铁含量分别提高10.9%和3.9%。

灌水对小麦籽粒氮磷钾含量没有造成显著影响。第一季灌水有提高钾含量的趋势，而第二季灌水则有提高磷含量的趋势，两季的氮、磷、钾含量平均为22.2g/kg、1.92g/kg、3.01g/kg和23.2g/kg、2.89g/kg、3.37g/kg。2.5灌水对小麦收获期土壤有效锌(DTPA-Zn)的影响灌水对0—40cm土层有效锌含量未造成显著影响，但施锌显著提高了0—20cm土层有效锌含量，两季的有效锌含量平均分别提高110%、233%，对20—40cm土层没有显著影响(表6)。

表4　灌水对小麦锌累积、分配及利用效率的影响

注(Note): 同列数据后不同小写字母表示不同处理在0.05水平上差异显著Valuesfollowedbydifferentsmalllettersinthesamecolumnaresignificantlydifferentat0.05levelamongtreatments.

表5　灌水对小麦籽粒氮磷钾含量的影响

注(Note): 同列数据后不同小写字母表示不同处理在0.05水平上差异显著Valuesfollowedbydifferentsmalllettersinthesamecolumnaresignificantlydifferentat0.05levelamongtreatments.

表6　灌水对收获期不同深度土壤有效锌含量(mg/kg)的影响

注(Note): 同列数据后不同小写字母表示不同处理在0.05水平上差异显著Valuesfollowedbydifferentsmalllettersinthesamecolumnaresignificantlydifferentat0.05levelamongtreatments.

3　讨论与结论

两季不同处理小麦各部位锌含量均表现为籽粒>颖壳>茎叶，灌水或施锌不同程度地提高了小麦各部分锌含量。第一季灌水有提高小麦锌含量的趋势，施锌条件下，灌水比不灌水使小麦籽粒锌含量提高8.8%，不施锌条件下提高3.8%，但均未达到显著水平。而第二季施锌条件下，灌水使籽粒锌含量提高13.1%，达显著水平。在冬小麦生长季降雨120mm的情况下，施硫酸锌22.5kg/hm2并在春季灌水75mm(拔节期+开花期)，33个不同基因型小麦品种(品系)籽粒锌含量增减不一，就不同基因型的平均值而言，灌水使籽粒锌含量由31.1提高至34.1mg/kg，但差异不显著[19]。土耳其的试验结果表明，施锌条件下灌水提高了灌浆期全株锌含量，但成熟期籽粒锌含量却因品种、施锌量的不同增减不一[18]，品种Kunduru1149在施锌条件下，灌水提高了籽粒锌含量，而品种Cakmak79的表现却相反。可见，增加土壤水分可促进锌在土壤的迁移[17]，使植物蒸腾作用增强，促进锌从根系向地上部的长距离运输，从而使植物地上部锌含量增加，但灌水量、灌输时期及小麦基因型不同，可能会造成不同的试验结果。土壤水分对植物吸收利用土壤锌的影响机制尚需要进一步研究[14,19]。

在该试验条件下，小麦生长的关键期灌水对小麦产量、土壤有效锌含量虽然没有显著影响，却有提高小麦各部分锌含量、锌肥利用率的趋势。因此，水肥结合对旱地石灰性土壤锌和锌肥有效性的的影响应引起进一步重视，这对提高作物产量及锌营养水平具有潜在意义。

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Effectsofsoilmoistureonwheatgrainyieldandzincutilizationinzinc-deficientdrylandsoil

LIMeng-hua1,2,3,YURong1,YANGYue-e1,WANGZhao-hui1*

(1 Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China; 2 Key Laboratory of Plant Nutrition and New Fertilizers Creation,Ministry of Agriculture, Linshu, Shandong 276700, China; 3 National Engineering Technology Research Center For CRF,Linshu, Shandong 276700, China)

【Objectives】Zinc-deficientindrylandsoilcausedbyloworganicmatter,highpHandcalciumcarbonatecontents,alongwiththedeficiencyofwatersupplynotonlyconstrainsthewinterwheatgrowthandyield,butalsouptakeandutilizationofzinc(Zn).Therefore,atwo-yearfieldexperimentwascarriedoutonatypicalZn-deficientdrylandsoilwithirrigationtotheZn-appliedwinterwheatinthenorthwestpartofChinatoinvestigatetheeffectsofsoilmoistureonsoilZnavailability,wheatgrowth,yieldformation,uptakeandutilizationofZnandotherrelevantelements. 【Methods】ThefieldexperimentwasconductedinYongshouCountyofShanxiProvinceduring2010-2012.AsplitplotdesignwasusedwiththeZnapplicationratesof0and50kg/hm2asthemainplotfactors,theadditionandnoadditionofsupplementalirrigationassubplotfactors.Atmaturestage,sampleswerecollectedandmeasured,whichincludedgrainyield,cropbiomass,contentsofZn,nitrogen(N),Phosphorus(P),potassium(K)andFerrum(Fe)indifferentorgansorpartsofcrops.Zncontentwasalsodeterminedfor0-40cmlayersofsoil. 【Results】Resultsshowedthatirrigationof20to30mmwateratjointingorbootingstagehadnosignificanteffectsongrainyieldandsoilavailableZn(DTPA-Zn).However,ittendedtoincreasegrainZncontentsandZnfertilizeruseefficiency.ThegrainZncontentsincreasedby3.8%-16.3%and3.8%-13.1%,whensupplementalwasirrigationundernoZnandZnapplicationtreatments,respectively.Znuseefficiencyundersupplementalirrigationwasincreasedby21.2%-177.8%.SupplementalirrigationamountandtimealsoaffectedtheZnaccumulationanddistributionindifferentorgansorpartsofwinterwheat.TheZnharvestindexofZnandnoZnapplicationtreatmentswasdecreasedby5.1%and2.0%in2010-2011,increasedby2.1%and2.7%in2011-2012,respectively.EffectsofsupplementalirrigationonFeandmacro-elementN,PandKwerealsodifferentinbothyears.【Conclusions】OnZn-deficientdrylandsoil,supplementalirrigationshowednosignificanteffectsonwinterwheatgrainyieldandsoilavailableZncontents,however,itincreasedtheZncontentsindifferentorgansorpartsandZnfertilizeruseefficiency.ThisindicatesthatintegratedmanagementofwaterandfertilizerwithincreasingtheavailabilityofsoilZnandfertilizerZnshouldbegivenspecialattentions.EspeciallyindrylandareawithZn-deficientsoilsitisofpotentialsignificancefortheimprovementofZnnutritionlevelsforlocalcropsandpeople.Keywords:dryalnd;Zn-deficientsoil;availableZn;moisture;winterwheat

2014-08-11接受日期: 2015-01-05网络出版日期: 2015-07-02

现代农业产业技术体系建设专项资金；农业公益性行业科研专项经费项目(201303104, 201103003)；农业部农业科研创新团队建设计划资助。

李孟华(1985—)，男，山东临沂人，硕士研究生，主要从事新型肥料及套餐肥研究。E-mail:lmhll@126.com

E-mail:w-zhaohui@263.net

S512.1+1;S143.7+2

1008-505X(2016)02-0388-07