潜在缺锌土壤中外源锌迁移转化及对小麦供锌能力的调控机制

In China, grain zinc (Zn) nutritional quality of wheat, which is mainly grown on potentially Zn-deficient soil, is usually low leading to a serious healthy problem for people who rely on wheat grain. Based on our previous researches, we hypothesize that the low diffusivity of Zn fertilizer from fertilization point to plant roots and low matching degree of Zn fertilzer and plant roots in rhizosphere may be the main factor affecting crop absorption and utilization efficiency of Zn, which consequently result in low Zn concentration of grain and low use efficiency of Zn fertilizer. To improve the plant recovery of Zn fertilizers, the lab incubation experiment (soil block technique), partition culture experiment, located field experiment will be conducted, and 65Zn isotopic tracing , frozen soil layers cutting and chemical fractionation for Zn will be adopted as research methods. This project will study the effect of inorganic Zn fertilizer and chelated Zn fertilizer on the charateristics and improvement mechanism of Zn diffusion in potentially Zn-deficient calcareous soil, and also to investigate the interactive effects of Zn fertilizers and dissolved organic matter (DOM) which derived from straw decomposition on the improvement of Zn diffusion rate; Meanwhile, this project also wants to clarify the interaction between apparent Zn supply ability of DTPA-Zn with its extraction component and practical Zn supply ability. These results based on this project will be used to appraise Zn fertilization to soil on potentially-Zn deficient soil, and improve Zn fertlizer efficiency and solve Zn deficiency in huamn health.

我国小麦主产区土壤有效锌普遍处于潜在缺乏水平，导致小麦籽粒锌含量较低，对以小麦为主食人群的健康构成严重威胁。基于前期研究，我们提出锌肥施入土壤后从根外土体向根际迁移能力弱，锌与根系在空间上匹配程度不够可能是影响Zn被吸收利用及导致锌肥肥效偏低的主要制约因素。针对提高外源锌肥利用率的基本目标，本项目拟进行室内模拟试验、隔离培养试验及田间定位试验，采用65Zn同位素示踪、冷冻分层切割、Zn化学分组等研究技术，通过揭示无机盐类锌肥及螯合态锌肥施入潜在缺锌石灰性土壤后Zn扩散速率的主要特征及提高机理，探讨秸秆腐解产生的溶解性有机质（DOM）与锌肥互作提高锌扩散速率和促进其迁移活性的机制，并通过成分测定探索DTPA-Zn的化学组分，阐明DTPA-Zn表征的表观供锌能力与现实供锌能力之间的内在关系。研究结果能为潜在缺锌的小麦主产区土壤合理施用锌肥、提高小麦籽粒锌含量和锌肥利用率及人体健康水平。

我国小麦主产区土壤有效锌普遍处于潜在缺乏水平，导致小麦籽粒锌含量低下，不能满足以小麦为主食人群的Zn营养需求，对人体健康构成严重威胁。土施Zn肥可以显著提高土壤有效Zn含量，但是对小麦籽粒Zn含量的影响甚微，这可能是由于施入土壤的锌从根外土体向根际迁移能力弱，锌与根系在空间上匹配程度不够影响了小麦对Zn吸收利用，导致锌肥肥效偏低。基于此，我们进行了室内模拟试验、隔离培养试验及田间定位试验，采用冷冻分层切割、Zn化学分组等研究技术揭示：（1）无机盐类锌肥及螯合态锌肥施入潜在缺锌石灰性土壤后Zn扩散速率的主要特征及提高机理；（2）外源有机物料（秸秆和有机肥等）与无机盐类锌肥互作提高锌扩散速率和促进其迁移活性的机制；（3）DTPA-Zn表征的土壤表观供锌能力与现实供锌能力之间的内在关系。研究结果旨在为潜在缺锌的小麦主产区土壤上合理施用锌肥、提高小麦籽粒锌含量及人体健康水平提供科学依据。结果表明：（1）在潜在缺锌石灰性土壤上，土施高量Zn-EDTA可在较长时间内保持较高的活性锌（交换态Zn（Ex-Zn）和松结有机态Zn（Lom-Zn））含量，促进土壤Zn的扩散迁移能力，最终提高小麦籽粒Zn生物有效性，其较ZnSO4具有较高的锌肥肥效；（2）外源有机物料（特别是作物秸秆）腐解产生的活性有机质组分如溶解性有机质和富里酸，可以通过抑制土壤对外源Zn的吸附固定，改善土壤有效Zn含量，同时增强其在土壤中的扩散迁移能力，进而改善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；（3）在石灰性土壤上，Lom-Zn对土壤DTPA-Zn的贡献较大，其次是碳酸盐结合态Zn（Carb-Zn）；土施Zn肥可以显著提高Lom-Zn和Carb-Zn对土壤DTPA-Zn的贡献；在各形态Zn中，Lom-Zn与DTPA-Zn及小麦Zn吸收的相关性最好，可以有效反映石灰性土壤现实供锌能力。因此，在潜在缺Zn的石灰性土壤，土施螯合态Zn肥或者秸秆还田配合土施硫酸Zn是有效提高土壤Zn有效性及其扩散迁移能力，同时改善小麦籽粒Zn营养品质的农艺措施。