锌是人体必需微量元素,全世界约有30亿人口存在锌缺乏问题。小麦及其制品是人体热量、蛋白质和锌铁等微量元素的重要来源,但其较低的锌含量及较高的植酸等抗营养因子含量,导致以其为主食人群普遍存在锌缺乏问题。目前,已有研究表明喷施锌肥能够有效实现小麦籽粒富锌目标(锌含量大于40 mg/kg),且锌肥与大量元素肥料配合施用被认为是提高锌肥施用的可行性,进而从根本上解决人群缺锌问题的重要措施。然而,虽然目前已有研究表明大量元素肥料(氮、磷或钾肥)供应对锌的吸收、转移、分配及籽粒锌累积均有一定的影响,但喷施条件下其与锌肥的相互作用研究较少,尤其是磷肥与喷锌配合对锌在小麦体内有效性及富锌效果的影响还未见报道。此外,查明目前常用农艺措施如水分管理、有机物料(秸秆)投入等对籽粒锌营养品质的影响,特别是氮肥减量施用对喷施锌肥富锌效果的影响,对实际生产中指导合理施用锌肥尤其是实现籽粒富锌目标具有重要意义。为此,本研究通过在麦玉轮作秸秆还田(三原)和小麦单作秸秆不还田(杨陵)的两个小麦种植体系中进行的田间试验以及水培试验,揭示了锌肥与氮、磷或钾肥配合喷施对籽粒锌营养品质的影响程度及机制,所得主要结果如下:(1)在小麦单作体系(冬小麦-夏休闲)水分管理措施(常规栽培、垄沟栽培和补灌)和不同氮肥用量(0、120、240 kg N/hm2)田间长期定位试验基础上,研究其中2个生长季(2009.10-2011.06)小麦籽粒微量元素营养品质。结果表明,与不施氮相比,施氮120或240 kg/hm2均能够显著增加小麦籽粒锌、铁、铜和蛋白质含量,2009-2010年生长季平均增幅分别为24.7%、39.2%、18.6%和23.9%,2010-2011年生长季平均增幅分别为8.9%、21.1%、10.5%和29.6%,但施氮降低了籽粒锰含量,两个生长季平均降低8.4%。垄沟栽培与常规栽培相比使籽粒锌、铁、锰和蛋白质含量分别增加13.2%、22.2%、4.4%和8.3%;补灌处理除有一定的增产作用外,对籽粒微量元素含量影响不大。籽粒植酸含量以及植酸与锌等微量元素的摩尔比在施氮后均显著降低。与过量施氮(240kg/hm2)相比,合理的氮肥用量(120 kg/hm2)对籽粒锌含量和生物有效性有一定的降低作用,因此通过减少施氮量来优化氮肥管理的同时,需采取施用锌肥等农艺措施提高小麦籽粒锌营养品质。(2)通过在麦玉轮作体系(秸秆还田)和小麦单作体系(秸秆不还田)进行的连续4年(2010.10-2014.06)的田间定位试验,研究了不同氮肥用量下锌肥与氮、磷及钾肥配合喷施对小麦籽粒锌等营养品质的影响。结果表明,锌肥单独或与氮、磷或钾肥配合喷施在2个小麦轮作体系中的不同氮肥用量下均能显著增加小麦籽粒锌含量,增幅分别为57%-140%、71%-144%、40%-106%或52%-172%。氮锌配合喷施在麦玉轮作体系下使锌含量进一步增加了9.5%,且其正交互作用显著(4.53mg/kg),钾锌配合喷施在小麦单作体系下使锌含量进一步增加了13.4%,且其正交互作用显著(8.14mg/kg),但磷锌配合喷施在小麦单作和麦玉轮作体系下使锌含量分别降低了13.7%和13.3%,且其负交互作用均显著(-4.27和-4.68mg/kg)。此外,锌肥单独或与氮、磷或钾肥喷施显著降低了植酸与锌的摩尔比,平均降幅分别为52.0%,53.1%、43.4%和63.5%。锌肥与氮、磷、钾分别配合喷施后对籽粒产量和其它营养品质均无显著的降低作用,且氮锌或钾锌配合喷施有增加蛋白质和钾含量以及铁和钙的含量和有效性的趋势,磷锌配合喷施有增加铁和钙有效性的趋势。可见,锌肥与钾、磷或氮肥配合喷施在不同农田管理措施下均可实现小麦籽粒富锌(锌含量大于40mg/kg),同时钾锌和氮锌配合喷施效果优于磷锌配合喷施。(3)在小麦单作体系下进行的连续4年(2010.10-2014.06)的田间试验的基础上,通过分析测定小麦各营养器官(叶片、颖壳和茎秆)锌含量,研究了锌与氮、磷或钾肥配合喷施对锌在成熟期小麦各部分的分配,以及花前和花后锌分配比例及其对籽粒锌累积的表观贡献率的影响。结果表明,喷施锌肥后锌含量提升幅度叶片最大(2.4-7.7倍),颖壳次之(2.0-4.7倍),茎秆最小(0.2-1.0倍),因此喷锌后锌在叶片和颖壳分配比明显提高。氮、磷或钾肥与锌肥配合喷施后亦主要影响叶片和颖壳锌含量,表现为氮锌和钾锌配合时有所增加,磷锌配合时有所降低。不喷锌时,籽粒锌同时来源于花前累积锌的再转移和花后锌吸收,且施氮能够增加花前累积锌向籽粒的再转移率及其对籽粒锌累积的贡献率。然而,籽粒锌累积在喷锌后完全来源于花后锌吸收,且花后锌吸收量及其向籽粒的转移量在氮锌配合喷施时比单独喷锌分别高出12和14g/hm2,在钾锌配合喷施时高出44和32g/hm2,但在磷锌配合喷施时分别降低37和18g/hm2。可见,喷氮、钾主要通过增加营养器官对锌的吸收及转移进一步提高籽粒锌含量,而喷磷通过降低营养器官对锌的吸收及转移降低籽粒锌含量。(4)在根系供磷水平不同(0、1000和2000μmol/l)的水培试验和土施氮肥用量不同(0、120和240kg/hm2)的田间试验条件下,分别研究磷与锌或氮肥配合喷施对小麦籽粒和各营养器官不同形态锌(可溶和非可溶性锌)含量的影响。结果表明,喷锌后小麦各部分锌含量的提高主要归因于可溶性锌含量的增加,因此可溶性锌含量占全锌的比例显著提高。在水培条件下喷锌提高不同形态锌含量的作用不受根系供磷浓度的影响,但磷锌配合喷施进一步降低了小麦籽粒、茎秆和颖壳可溶性锌含量,降幅分别为30.4%、32.8%和38.4%,同时提升了非可溶性锌占全锌的比例。在田间条件下,单独喷施磷肥使小麦籽粒、茎秆、叶片和颖壳可溶性锌含量降低18.5%、12.6%、7.5%和16.5%,而在磷锌配合喷施时较单独喷锌降低20.0%、25.6%、33.2%和32.1%。磷锌配合喷施还使叶片和颖壳非可溶性锌含量显著提高106%和46.6%,且其占全锌的比例分别增加10%-26%和10%-14%。此外,田间条件下土施氮肥对不同形态锌含量影响较小,但氮肥与磷锌配合喷施后可溶性锌含量及其占全锌的比例较磷锌配施有所增加。可见,根系供磷对小麦地上部锌有效性无抑制作用;但喷磷能够通过降低叶片和颖壳中锌的有效性来减少锌向籽粒的转移,而喷氮对这一过程有一定的缓解作用。(5)通过在麦玉轮作秸秆还田和小麦单作秸秆不还田条件下进行的连续2年(2012.10-2014.06)的田间试验,研究喷施不同形态锌肥(ZnSO4和Zn(Gly)2)或其与尿素配合喷施在常规施氮水平或不同减氮水平(麦玉轮作体系下减氮15%和30%,小麦单作体系下减氮50%和100%)下的籽粒富锌效果。结果表明,喷Zn(Gly)2在不同减氮水平下均能显著提高小麦籽粒锌含量,麦玉轮作和小麦单作体系下的增幅分别为88%和150%,且其富锌效果与喷ZnSO4大致相同。ZnSO4或Zn(Gly)2与尿素配合喷施后进一步增加了麦玉轮作体系下的小麦籽粒锌含量,平均增幅分别为13.5%和4.7%,但小麦单作体系下仅在减氮100%(不施氮)时使小麦籽粒锌含量增加10.7%和7.5%。同时,尿素与不同锌源肥料喷施有增加籽粒蛋白质、铁含量和铁生物有效性的趋势。减量施氮在喷ZnSO4时对籽粒锌含量的降低作用最显著,喷Zn(Gly)2时仅在高量减氮(麦玉轮作体系下减氮30%,小麦单作体系下减氮100%)时降低锌含量,而尿素与ZnSO4配合喷施在不同减氮处理下均对籽粒锌含量无降低作用。因此,在氮肥减量化条件下,为使小麦籽粒达到最佳富锌效果,需要将ZnSO4与尿素配合喷施,或喷施Zn(Gly)2。综上所述,锌肥与氮、磷或钾肥配合喷施在不同农田管理措施下均可实现小麦籽粒富锌(锌含量大于40 mg/kg),其中氮锌(麦玉轮作秸秆还田条件下)或钾锌(小麦单作秸秆不还田条件下)配合喷施可通过提高叶片对锌的吸收,以及花后营养器官吸收的锌向籽粒的转移,进而在籽粒富锌方面表现出显著的协同作用。氮(尿素)锌配合喷施亦可有效缓解氮肥减量造成的喷锌籽粒富锌效果的降低。根系供磷对喷施锌肥的籽粒富锌效果影响较小,而磷锌配合喷施可通过减少叶片对锌的吸收,以及锌从营养器官向籽粒的转移,因而在籽粒富锌方面表现出显著的拮抗作用。叶片和颖壳中非可溶性锌含量及其占全锌的比例增加,使叶片和颖壳中可溶性锌含量降低,即锌在营养器官中的生理活性下降,是导致磷锌配合喷施后锌从韧皮部向籽粒转移量及籽粒锌累积量显著降低的主要机制。可见,氮锌或钾锌配合喷施可作为实现小麦籽粒富锌的首选措施,而磷锌配合喷施能够产生拮抗作用,使得其富锌效果略低于单独喷施锌肥,因此有必要研究如何克服该降低作用,提高磷锌配合喷施的适用性。