全球近一半种植谷类作物的土壤存在缺锌或潜在缺锌的问题,不仅影响到作物的产量,还影响到以谷物类作物为主食的人群锌营养健康。锌肥施用被认为是缩小缺锌土壤上作物产量差,改善作物锌营养和人体锌营养的有效方法之一。集约化生产体系中小麦玉米的产量大幅度提高,推荐的锌肥用量、土壤植株锌诊断指标都会有所不同。本论文基于华北平原石灰性土壤上高产小麦-玉米轮作体系,利用长期定位田间试验研究不同锌肥施用水平对小麦玉米产量和籽粒锌含量的影响,并建立了达到小麦玉米高产和籽粒高锌的土壤植株临界浓度,在此基础上进一步研究了锌从土壤到籽粒的过程以及锌肥施用对籽粒锌生物有效性的调控。主要研究结果如下:1.土施锌肥显著提高了小麦产量、土壤有效锌（DTPA-Zn）浓度、籽粒锌浓度和小麦各生育期干物质重和锌浓度。高产小麦在拔节期、扬花期、灌浆初期和灌浆末期获得地上部较高生物量植株锌临界浓度分别为36.8,31.6,26.9和29.5 mg kg^-1。获得小麦高产的植株锌临界浓度为29.4 mg kg^-1,土壤DTPA-Zn临界浓度为2.0 mg kg^-1。小麦籽粒锌达到生物强化目标值(45 mg kg^-1)的植株锌临界浓度为31.6 mg kg^-1,土壤DTPA-Zn临界为4.1 mg kg^-1。2.土施锌肥可以协同实现玉米高产和籽粒高锌含量,这取决于土壤中有效锌和植株锌含量。在玉米六叶期、大口期、吐丝期和灌浆期,获得较高地上部生物量累积的植株临界锌浓度分别为56.1,48.3,32.7和25.3 mg kg^-1。获得玉米高产土壤DTPA-Zn和植株锌临界浓度分别为4.7和33.5 mg kg^-1;获得玉米籽粒高锌的土壤DTPA-Zn和植株锌临界浓度分别为7.6和55.9 mg kg^-1。锌肥施用显著降低玉米秃尖,增加穗粒数是其提高产量的重要因素之一。3.小麦的根系干重,根长密度和根表面积随着锌肥施用量(0-50kg ha^-1ZnSO4·7H2O)的增加而增加,锌肥用量进一步增加会对根系生长有一定的抑制作用。锌肥施用提高了上层土壤（0-30cm）中的土壤有效锌与根系的匹配,促进了植株锌吸收。但降低了根系中锌向地上部的转移效率。籽粒中锌累积的贡献是以花前转移为主还是花后吸收为主取决于土壤中有效锌浓度,在华北平原石灰性土壤上,此有效锌的临界浓度（DTPA-Zn）为7.2 mg kg^-1。4.玉米的根系干重,总根长和总根表面积随锌肥施用量的变化规律与小麦类似。在玉米生育期内,锌吸收累积速率随施锌量的增加而增加,六叶至大口期和吐丝至灌浆期锌累积速率最高。锌肥的施用降低了锌从根系向地上部的转运效率,也降低了籽粒锌累积占整个地上部锌累积的比例。玉米弱势粒的灌浆过程由于锌肥的施入得以改善。5.通过土施锌肥的农学生物强化措施显著增加了小麦籽粒和各级面粉锌含量和生物有效性,而没有影响其他微量元素铁锰和铜在籽粒中的含量和生物有效性。全粉和粗粉中锌含量显著高于标准粉和精粉,但其锌的生物有效性和对人体的健康影响却不如标准粉和精粉高。这些结果表明,土施锌肥可以有效实现小麦籽粒锌的生物强化,改善人体健康。6.盆栽试验中,过量锌肥施用会造成锌毒害,降低株高和生物量,降低小麦苗期叶片SPAD,但叶片SOD酶活性却一直随施锌量的增加而增加。华北平原石灰性土壤上基于小麦苗期生物量的土壤（DTPA-Zn）和植株锌毒害临界浓度分别为43.0和221.9 mg kg^-1。