Zn作为必需微量营养元素,在人体生长发育过程中起着重要作用,人体Zn缺乏已受到全世界普遍关注。在土壤-植物-动物(人)连续系统中,土壤Zn缺乏是导致作物可食部分Zn含量低下,最终导致人体Zn缺乏的重要原因。在我国,小麦作为北方人口的主食,主要分布在北方的石灰性土壤地区,该地区土壤有效Zn含量多处于Zn潜在缺乏水平(DTPA-Zn含量0.5~1.0 mg kg-1),生产的小麦籽粒Zn营养品质低下,难以满足人体对Zn的营养需求,进而对该地区人群的身体健康构成严重威胁。因此,提高石灰性土壤Zn有效性,对于改善小麦Zn吸收及小麦籽粒Zn营养品质,最终缓解以小麦为主食人群的Zn缺乏具有重要意义。植物根系对Zn的吸收不仅取决于土壤有效Zn含量的高低,还与Zn在土壤中的扩散迁移能力有关。尽管土施Zn肥是一种有效地提高石灰性土壤有效Zn含量的重要措施,但是其对于Zn在土壤扩散迁移影响甚微,最终导致对小麦Zn吸收及籽粒Zn营养品质的改善效果不佳。研究发现,新鲜有机物料腐解产生的活性有机碳组分如溶解性有机质能与土壤Zn离子发生络合或者螯合作用生成可溶性有机Zn复合物,进而显著提高土壤Zn的有效性和移动性。农作物秸秆还田作为减少环境污染、提高能源转化效率、维持和改善农田土壤质量和生产力的重要措施在我国已得到广泛应用。然而,关于农作物秸秆降解产生的活性有机碳组分对于石灰性土壤外源Zn有效性和形态转化、Zn扩散迁移规律及其冬小麦Zn吸收和籽粒Zn营养品质的影响,目前鲜有报道。因此,本研究通过4个培养和为期两年的田间试验探究了秸秆还田对石灰性土壤有效Zn含量、Zn扩散迁移规律及形态转化、小麦Zn吸收及籽粒Zn生物有效性的影响。主要结果如下:(1)田间填埋培养试验探究了秸秆还田对石灰性土壤DTPA-Zn含量及外源Zn老化的影响。结果表明,单独秸秆还田对石灰性土壤有效Zn含量(DTPA-Zn)及土壤Zn各形态组分没有产生显著影响,而单独施Zn显著提高土壤DTPA-Zn及各组分Zn含量,其中松结有机态Zn(Lom-Zn)含量提高了近4倍。与单施Zn肥相比,尽管秸秆还田与Zn肥配施对土壤DTPA-Zn、各形态Zn及外源Zn肥无效化比率的影响不显著,但通过微孔扩散模型计算发现秸秆还田与Zn肥配显著提高了土壤Zn的表观扩散系数和老化速率。(2)半扩散池室内模拟试验研究了秸秆还田和外源施Zn对石灰性土壤Zn扩散迁移的影响。结果表明,单独秸秆还田不会对石灰性土壤DTPA-Zn扩散迁移产生影响。虽然单施Zn肥显著提高了土壤DTPA-Zn含量及DTPA-Zn的扩散迁移能力,但在培养45 d里土壤DTPA-Zn主要被限制在离施肥区15 mm以内,而且整个装置中外源Zn的DTPA-Zn回收率也不足40%。当秸秆还田和Zn配施时,培养45 d土壤DTPA-Zn的最远扩散距离可达20 mm,而且整个装置外源Zn肥的DTPA-Zn回收率提高到了45%。此外,对lom-zn进行分组发现,秸秆还田配施zn肥较单独施zn显著增加了有效性较高的富里酸结合态zn组分的含量,这可能是导致土壤dtpa-zn扩散迁移能力和外源zn肥dtpa-zn回收率提升的主要原因。(3)室内模拟试验评价了不同有机质含量的石灰性土壤上外源zn有效性及形态转化对秸秆还田的响应。结果表明,375℃高温处理是一种有效的移除石灰性土壤有机质,但不会对其他土壤性质产生显著影响的方法。有机质移除75%以后,土壤dtpa-zn含量随着lom-zn含量的减小而显著降低,表明石灰性土壤原有有机质决定着石灰性土壤有效zn含量的高低。外源施zn显著的提高土壤dtpa-zn、lom-zn含量及土壤zn转移因子,但随着时间推移提升效果均逐渐降低,这是由于施入石灰性土壤(特别是有机质含量相对较低的土壤)的外源zn随着时间推移逐渐被碳酸盐矿物和粘土矿物(蒙脱石)吸附固定进而转化为无效态zn。此外,在土施zn条件下,秸秆还田显著提高了土壤zn转移因子,降低了zn分配指数,表明秸秆还田促进了土壤无效态zn向有效态zn组分的转化,进而极大地抑制了石灰性土壤上外源zn的无效化过程,这种抑制效果在有机质含量相对较高的土壤上表现更为明显。(4)田间填埋培养试验评价了不同有机物料对于石灰性土壤外源zn有效性及形态转化的影响。结果表明,在土施zn肥的条件下,外源有机物料添加均可以有效的提高石灰性土壤dtpa-zn、lom-zn含量及土壤zn转移因子,降低土壤zn分配指数,而且各有机物料表现为鸡粪>玉米秸秆=生物菌肥>黄腐酸。尽管鸡粪和生物菌肥改善石灰性土壤外源zn有效性效果较好,但是综合考虑环境和经济效益,农作物秸秆配合土施zn肥仍是提高潜在缺zn石灰性土壤zn有效性的最佳选择。(5)两年的冬小麦田间试验研究了秸秆还田和外源施zn对石灰性土壤zn有效性及冬小麦zn吸收的影响。试验结果表明,单独秸秆还田没有对土壤有效zn、各形态zn含量及小麦zn吸收量产生影响。单施zn肥土壤dtpa-zn、lom-zn含量及zn转移因子均提高1倍以上,但小麦zn携出量仅提高了5%,而且zn肥当季利用率及dtpa-zn转化率分别低于0.1%和20%。秸秆与zn肥配施土壤dtpa-zn、lom-zn含量及zn转移因子与单施zn结果相似,但小麦zn携出量却提高了10%,zn肥的利用率也提高至0.15%。此外,相关分析表明,土壤dtpa-zn、lom-zn含量及zn转移因子均与小麦zn携出量及各部分zn含量呈显著正相关关系。由此可知,除土壤dtpa-zn含量外,lom-zn含量和土壤zn转移因子也可以作为评价石灰性土壤zn有效性高低的指标。(6)通过对两季田间试验冬小麦籽粒zn营养品质的分析发现,单独秸秆还田并没有对小麦籽粒zn含量及其生物有效性产生影响。单施zn肥和秸秆还田配施zn肥均显著提高冬小麦籽粒zn含量,其中秸秆还田配施zn处理小麦籽粒zn含量最高可达39.5mgkg-1。采用植酸/zn摩尔比和人体zn吸收量(taz)对小麦籽粒zn生物有效性进行评价发现,秸秆还田配施zn肥对冬小麦籽粒植酸/zn摩尔比的降幅最大,对小麦籽粒taz的提高效果最好。此外,对小麦籽粒fe和mn分析表明,秸秆还田配施zn肥在改善小麦籽粒Zn营养品质的同时并不会对小麦籽粒Fe和Mn含量及其生物有效性产生影响。综上所述,本研究可得到如下结论:(1)秸秆还田配合土施Zn肥在改善石灰性土壤有效Zn含量的同时,也显著的提高有效Zn在土壤中的扩散迁移能力;(2)土壤原有有机质决定着石灰性土壤DTPA-Zn含量的高低,而外源有机物料(包括作物秸秆)可以通过抑制石灰性土壤对外源Zn的吸附固定,从而提高石灰性土壤外源Zn肥的有效性;(3)秸秆还田配合土施Zn肥可以显著地提高石灰性土壤上冬小麦对Zn的吸收和籽粒Zn含量及其生物有效性。因此,尽管秸秆还田配合土施Zn肥对于小麦籽粒Zn含量的提高作用尚未达到小麦籽粒Zn强化的目标含量,但是在我国秸秆还田大面积推广应用的大背景下,土施Zn肥在提高石灰性土壤上冬小麦Zn吸收和籽粒Zn营养品质方面仍具有较大潜力。