锌作为必需微量元素在人体生长发育和维持生命过程中起着重要作用。据WTO调查，全世界约有1/2人口受到锌缺乏的困扰，我国缺锌人数达1亿人之多，约有1/2的儿童已出现轻微的缺锌症状，这种情况在北方及偏远地区更为严重^[1-2]。虽然获取锌的途径较多，但从主粮中获取锌素仍是最重要的方式^[2]。我国北方小麦产区土壤有效锌含量一般处于潜在缺锌水平，即DTPA-Zn含量处于0.5~1.0 mg/kg范围，同时小麦籽粒锌含量仅处于理想含量的一半左右(20~35 mg/kg)。提高小麦籽粒锌含量和生物有效性，对于提高人体健康水平具有重要意义^[3-6]。

研究发现，施用锌肥是提高小麦籽粒锌含量及生物有效性的有效措施之一^[7-9]。锌肥施用主要包括土施和喷施两种方式，喷施效果比较稳定，在石灰性土壤上喷施ZnSO₄可使作物籽粒锌含量提高36%~115%^[10-11]；土壤施锌肥省时省力，但效果与土壤缺锌程度直接相关，如在土耳其极缺锌土壤上(DTPA-Zn仅为0.09 mg/kg)，土施ZnSO₄可使小麦籽粒锌含量提高3~4倍，主要原因是土壤缺锌已到严重影响小麦幼苗生长的程度^[12-14]；在潜在缺锌石灰性土壤上，土施ZnSO₄对于提高小麦籽粒锌含量的效果较差且不稳定^{[6, 15-16]}。不同锌肥比较，螯合态锌肥较水溶性锌肥ZnSO₄可以被作物更好地吸收利用，据报道，石灰性土壤施Zn-EDTA的肥料利用率大约是ZnSO₄的3~5倍^[17-19]，然而，在我国北方小麦主产区潜在缺锌石灰性土壤上土施和喷施Zn-EDTA对提高小麦籽粒锌含量的效果还未得到证实。

在石灰性土壤上锌肥后效一般可持续2~3年，其时间长短主要受土壤理化性质影响，土壤中较高的CaCO₃含量、较高pH以及较低有机质含量均会使土壤中有效锌被固定，进而降低其后效^[20-22]。有研究表明，集中施用锌肥可以提高根际土壤有效锌含量，有利于提高作物对它的吸收利用，因而其效果优于均匀施用^{[19, 23]}。然而，国春慧等^[24]研究发现，与条施和穴施锌肥相比，均匀施用锌肥的效果更好。因此，是否可以通过锌肥的集中施用来提高并维持潜在缺锌石灰性土壤上锌肥的肥效，尚有待研究。

基于上述理由，本试验拟在潜在缺锌石灰性土壤上进行为期2年的田间试验，主要目的为：1)  探究施用Zn-EDTA和ZnSO₄第二年后，能否有效维持土壤有效锌含量和提高小麦籽粒锌含量；2)  与均匀施用锌肥相比，集中施用锌肥对其后效有无影响；3)  Zn-EDTA与ZnSO₄的喷施效果如何。本研究结果拟为合理有效施用锌肥，提高小麦籽粒锌含量并改善人体锌营养水平提供科学依据。

试验于2012年10月至2014年7月在西北农林科技大学农作一站(34°17′38″N, 108°04′02″E)进行，该地区属于半湿润易旱区，海拔525 m，年平均气温13℃，多年平均降水量600 mm。供试土壤类型属于土垫旱耕人为土，于播种前采集了0-20 cm耕层土壤，风干，磨细过2 mm筛。供试土壤理化性质为pH 8.2、矿质态氮10.6 mg/kg、速效磷10.9 mg/kg、速效钾150 mg/kg、CaCO₃ 75 g/kg、有机质13.81 g/kg、CEC 24.2 cmol/kg、DTPA-Zn 0.77 mg/kg、全锌72.9 mg/kg。

本研究布置了两个田间试验，均采用裂区设计。具体如下：试验一，主因子为喷施锌肥(ZnSO₄)，设喷施与不喷2个主处理；副因子为土施方法，设不施锌(CK)、均施ZnSO₄ (M-ZnSO₄)、条施ZnSO₄ (B-ZnSO₄) 3个副处理。试验二，主因子为喷施锌肥(Zn-EDTA)，设喷与不喷2个主处理；副因子为土施方式，设不施锌(CK)、均施Zn-EDTA (M-Zn-EDTA)、条施Zn-EDTA (B-Zn-EDTA) 3个副处理。两试验均重复4次，且试验二中的不施锌(CK)处理与试验一对应处理为同一小区(由于施锌量不一致，因此统计分析时将CK分开处理)。为了方便田间作业，两试验小区均采用条状设计，小区面积为6 m² (2 m × 3 m)，48个小区加上保护行试验面积约392 m²。其中以ZnSO₄·7H₂O为锌源的试验，土施Zn用量为20 kg/hm²，喷施Zn用量为1.5 kg/hm²，喷施ZnSO₄·7H₂O浓度为0.3%；以Zn-EDTA为锌源的试验，土施Zn量为4 kg Zn/hm²，喷施Zn量为0.3 kg Zn/hm²，喷施浓度为0.24% (Zn-EDTA)。供试小麦品种均为小偃22号，种植制度为冬小麦-夏季休闲一年一季，肥料以尿素和过磷酸钙作为基肥，施用量分别N 120 kg/hm²和P₂O₅ 100 kg/hm²。第一年试验于2012年10月5日进行，在小麦播种前，对于均施锌肥处理，将锌肥、氮肥和磷肥依次均匀撒施于小区表面，翻埋平整，开沟播种(沟宽10 cm)；对于条施锌肥处理，先将氮肥和磷肥依次均匀撒施于小区表面，翻埋平整，开沟施锌，然后播种。试验采用穴播法进行人工点播，每穴1粒种子，株距2 cm，行距20 cm，每个小区种植10行，播种量为110 kg/hm²。喷施锌肥在小麦灌浆期进行，空白处理喷施等体积蒸馏水，每隔1周喷施1次，共喷施3次。第2季小麦于2013年10月4日进行，根据第一年所做的标记划分小区，小区划分完成后，施底肥(用量与第1季相同)且不再土施锌肥，之后将每个小区肥料翻埋入土中，耙平使肥料与土壤充分混匀，再开沟播种(具体方法与第1季相同)。2014年4月15日至5月9日进行喷施锌肥(具体方法与第1季相同)。整个试验过程中，其他的田间管理与当地的管理措施一致。

于2014年6月20日对第二季小麦各小区进行人工收获，计产；同时，每小区各取15株小麦(用剪刀从小麦根基部剪掉)作为分析样，籽粒风干(烘干)，磨细，备用。土壤每小区采取3钻(0-20 cm)构成混合样品，风干，磨细依次过2 mm和1 mm筛，保存备用。

籽粒锌含量的测定：取粉碎籽粒样品于550℃马福炉中灰化6 h，用5 mL 1:1 (v/v) HNO₃溶解灰分，用AAS测定其含量^[25]。

土壤有效锌含量的测定：采用DTPA浸提，液土比2:1；土壤各Zn组分含量测定：采用连续浸提分级方法测定^[26-27]，将土壤锌分为交换态Zn (Ex-Zn)、松结有机态Zn (Wbo-Zn)、碳酸盐结合态Zn (Car-Zn)、氧化锰结合态Zn (MnO-Zn)、紧结有机态Zn (Sbo-Zn) 5种形态；土壤全锌采用王水-HClO₄消解。然后用AAS测定。

锌肥利用率=(施锌处理吸收的锌量-对照处理吸收的锌量)/施锌量× 100%

试验数据采用Microsoft Excel 2007进行预处理和作图。用DPS v7.05统计软件进行裂区设计的方差分析和LSD_0.05法进行多重比较。

由表 1可知，喷施和土施ZnSO₄对小麦籽粒产量无影响，但土施与喷施的交互效应却对籽粒产量影响显著；Zn-EDTA的喷施、土施及其交互效应均对小麦籽粒产量无显著影响。值得注意的是，喷施两种锌肥后小麦籽粒和生物产量均有一定程度的降低(图 1)。原因可能是，田间操作时气温较高，叶面上的水分蒸发较快，致使其锌浓度变大，灼烧了叶片，进而降低了产量。

表1(Table 1)

表1 不同锌肥土施和喷施对小麦产量、籽粒锌及土壤有效锌的主效应和交互效应分析(P值) Table 1 The main effects and interactions of soil and foliar application of zinc on wheat grain yield, zinc concentration and soil DTPA-Zn in the second season

表1 不同锌肥土施和喷施对小麦产量、籽粒锌及土壤有效锌的主效应和交互效应分析(P值) Table 1 The main effects and interactions of soil and foliar application of zinc on wheat grain yield, zinc concentration and soil DTPA-Zn in the second season 变异来源 Sources of variation 产量 Yield 锌含量 Zn content 土壤有效锌 Soil DTPA-Zn ZnSO4 喷施Foliar (F) 0.1767 < 0.0001** 0.9405 土施Soil (S) 0.8834 < 0.0001** < 0.0001** F × S 0.0389* 0.0003** 0.0451* Zn-EDTA 喷施Foliar (F) 0.8137 0.2253 0.9216 土施Soil (S) 0.8606 0.1451 0.0023** F × S 0.4181 0.4029 0.8348   注（Note）：*表示F检验在5%水平上差异显著Indicates significantly difference inF test at 5% level; **表示F检验在1%水平上差异显著Indicates significantly difference inF test at 1% level.

图1(Fig. 1)

图1 施锌对第2季小麦籽粒产量和生物产量的影响 Fig. 1 Effect of the zinc application on grain and biological yield in the second cropping year [注（Note）：方柱上相同小、大写字母分别表示施用ZnSO4, Zn-EDTA时，各处理间差异未达5%显著水平The same small and capital letters above the bars indicate no significantly difference among treatments applied with ZnSO4 and Zn-EDTA at 5% level, respectively.]

ZnSO₄喷施显著影响了小麦籽粒锌含量(表 1)。由图 2可知，与不喷施相比，喷施ZnSO₄处理的小麦籽粒锌含量提高了11.13 mg/kg，提高幅度为33%。其次，ZnSO₄土施与喷施的交互效应亦对小麦籽粒锌含量影响显著(表 1)。在不喷施情况下，与对照相比，均施和条施ZnSO₄处理的小麦籽粒锌含量分别增加了6.05和3.51 mg/kg，增幅为20%和11%；而在喷施的情况下，均施和条施ZnSO₄处理的小麦籽粒锌含量增加了28.59和21.59 mg/kg，增幅达100%和76%。此外，由表 1还可知，ZnSO₄土施也显著影响了小麦籽粒锌含量。在单独土施的情况下，均施处理的籽粒锌含量略高于条施；而配合喷施后，均施处理的籽粒锌含量显著高于条施。之所以出现这种情况，主要是由于喷施锌肥的效果显著，且喷施与土施存在显著的正交互效应，经叠加放大后使得土施显著提高了小麦籽粒锌含量，且土施方法间差异显著。Zn-EDTA无论是喷施、土施还是二者的交互效应均对小麦籽粒锌含量无影响(表 1)。这也说明了螯合态锌肥Zn-EDTA不宜用于喷施。另外，结合ZnSO₄的喷施结果可知，锌在从秸秆向籽粒的转运过程中存在某些限制因子，有待进一步研究。

图2(Fig. 2)

图2 施锌对第2季小麦籽粒锌含量的影响 Fig. 2 Effect of the zinc application on wheat grain zinc concentration in the second cropping year [注（Note）：方柱上不同小、大写字母分别表示施用ZnSO4、Zn-EDTA时，各处理间差异达5%显著水平Different small and capital letters above the bars indicate significantly difference among treatments applied with ZnSO4 and Zn-EDTA at 5% level, respectively.]

由图 3可知，Zn-EDTA均施处理的锌肥利用率为0.27%，条施为0.70%，后者几乎为前者的3倍，这说明集中施用Zn-EDTA有效的提高了锌肥利用率。ZnSO₄均施处理的锌肥利用率为0.25%，条施为0.22%，两者锌肥利用率差异不大。

图3(Fig. 3)

图3 施锌方法对第2季锌肥利用率的影响 Fig. 3 Effect of the application methods on zinc utilization efficiency in the second cropping year [注（Note）：方柱上相同小、大写字母分别表示施用ZnSO4、Zn-EDTA时，均施和条施处理间未达5%显著水平The same small and capital letters above the bars indicate no significantly difference between mixed and banding application treatments applied with ZnSO4 and Zn-EDTA at 5% level, respectively.]

由表 2可知，与对照处理相比，土壤均施和条施ZnSO₄处理土壤有效锌分别提高了182%和192%，但两种施锌方法间无差异，这可能由于在第2季播种前进行了匀地操作，进而减弱了条施与均施的差异。Zn-EDTA仅土施显著影响了土壤有效锌含量。由表 2可知，土壤均施和条施Zn-EDTA的第二年，土壤有效锌仍较高，分别为1.20和1.06 mg/kg，较对照提高了97%和74%。本试验中，ZnSO₄用量为Zn-EDTA的5倍，虽然土施锌肥的第二年均维持了较高土壤有效锌含量，但锌源间土壤有效锌含量差异并不大。这既表明两种锌肥至少有两年后效的时间，也说明了ZnSO₄在土壤内固定较多，Zn-EDTA固定较少。

表2(Table 2)

表2 不同施锌方法土壤有效锌(DTPA-Zn)含量(mg/kg) Table 2 Soil available zinc (DTPA-Zn) concentration affected by evenly mixed soil application and banding appliation of Zn

表2 不同施锌方法土壤有效锌(DTPA-Zn)含量(mg/kg) Table 2 Soil available zinc (DTPA-Zn) concentration affected by evenly mixed soil application and banding appliation of Zn 处理 Treatment ZnSO4 均值 Mean Zn-EDTA 均值 Mean CK 均施 Mixed 条施 Banding CK 均施 Mixed 条施 Banding 不喷No foliar 0.63 c 1.99 ab 1.65 ab 1.43 A 0.63 b 1.23 a 1.01 a 0.96 A 喷施Foliar 0.58 c 1.44 b 2.22 a 1.41 A 0.58 b 1.16 a 1.10 a 0.95 A 均值Mean 0.61 B 1.72 A 1.94 A 0.61 B 1.20 A 1.06 A   注（Note）：不同小写字母分别表示施用ZnSO4和Zn-EDTA各处理间达5%差异水平Different small letters indicate significantly difference among treatments applied with ZnSO4 and Zn-EDTA at 5% level, respectively；不同大写字母分别表示施用ZnSO4和Zn-EDTA下，各主处理和副处理均值间差异达5%显著水平Different capital letters above bars indicate the multiple comparisons of average in different main treatments and sub-treatments with ZnSO4 and Zn-EDTA, respectively (P < 0.05).

由图 4可知，所有处理的土壤各形态锌含量均表现Wbo-Zn > Car-Zn > MnO-Zn > Sbo-Zn > Ex-Zn。喷施锌肥对土壤各形态锌含量无显著影响，然而不同土施锌肥处理间各形态锌含量间差异较大。与对照相比，土壤均施和条施ZnSO₄处理后Ex-Zn含量显著提高，其提高幅度分别为184%和116%；Wbo-Zn亦有所增加，分别增加了75%和85%；Car-Zn含量提高幅度分别为53%和43%；对于MnO-Zn和Sbo-Zn含量影响较小(图 4)。与对照相比，Zn-EDTA均施和条施Ex-Zn含量分别提高了232%和132%；Wbo-Zn分别提高了18%和10%。然而，对于Car-Zn、MnO-Zn、Sbo-Zn含量均有不同程度的降低(图 4)。

图4(Fig. 4)

图4 施锌对第2季不同土壤锌组分的影响 Fig. 4 Effect of the zinc application on soil zinc fractions in the second cropping year [注（Note）：柱旁不同小写字母表示同一形态锌不同处理间达5%差异水平Different small letters indicate significantly difference among treatments for the same Zn fraction at 5% level.]

前人研究发现，在施锌量相同时，石灰性土壤上施用Zn-EDTA的肥料利用率远高于ZnSO₄肥，前者是后者的3~5倍^[17-19]。本研究中，田间用量就是基于此研究结果而确定，因此Zn-EDTA施用量仅为ZnSO₄用量的1/5，旨在比较肥效相当情况下不同锌源的后效和喷施效果。本研究发现，土施与喷施+土施两种锌肥均可以维持土壤有效锌处于较高的水平(1.44~2.22 mg/kg)，但是单纯土施不能提高小麦籽粒锌含量，这与国外研究结果有所不同^[12-14]。其原因可能是，本研究供试土壤处于潜在缺锌水平，而国外供试土壤处于极缺锌状态(DTPA-Zn < 0.1 mg/kg)。另外，土施基础上喷施ZnSO₄能显著增加小麦籽粒锌含量，主要是由于喷施锌肥后，一部分锌经颖壳被籽粒直接吸收，另一部分经植物叶片吸收后，通过韧皮部再转移至小麦籽粒。锌在韧皮部中具有很高的移动性，可以从营养组织快速的转移进入小麦籽粒中^[28]。但是喷施Zn-EDTA却未提高籽粒锌含量，这可能是由于叶面喷施锌肥需通过叶片角质层进入细胞被作物利用，而Zn-EDTA属于大分子物质，不易穿过角质层，因而其喷施效果较差。此外，关于Zn-EDTA喷施与土施用量对小麦籽粒锌的影响有待进一步研究。

需要指出的是，本试验进行到第二年，由于施肥需要而进行了人工匀地操作，因此在一定程度上减小了均施和条施的差异。研究发现，单独土施情况下，两种锌肥均未能维持或提高小麦籽粒锌含量。但在土施的基础上配合喷施时，ZnSO₄肥维持了较高的籽粒锌含量(42~47 mg/kg)，基本达到了人体日常所需的锌水平(40~60 mg/kg)，并且均施ZnSO₄处理效果显著好于条施；然而Zn-EDTA无论是喷施还是土施情况下，对籽粒锌含量均无提高，并且锌肥施用方法间也无差异。其原因可能是，ZnSO₄均施时增大了根系与锌肥的接触面积，进而增加了植株的吸收，更重要的是喷施锌肥的主效应及喷施与土施间存在显著的正交互，使得均施处理对籽粒锌含量的提高效果更好，但Zn-EDTA喷施效果较差，且土施与喷施之间无显著的交互效应。

对锌肥利用率来讲，土施Zn-EDTA的锌肥利用率远高于ZnSO₄。其原因是：一是前者的用量仅为后者的1/5，且喷施ZnSO₄降低了小麦的生物产量。二是在石灰性土壤上，高含量的CaCO₃及较高pH均降低了ZnSO₄肥的有效性，减少了作物吸收，而Zn-EDTA中的Zn被螯合物包闭，影响较小。研究还发现，Zn-EDTA条施方式下的锌肥利用率远高于均施。其原因是：Zn-EDTA主要以扩散方式被植物所吸收利用，且不受PH和CaCO₃影响，条施时其锌源较为集中，易与根系土体形成较大的扩散梯度，因此更易被小麦吸收利用。

本研究表明，土施锌肥的第二年，均能维持土壤有效锌含量(DTPA-Zn)处于较高水平(1.01~2.22 mg/kg)，且施用ZnSO₄的效果好于Zn-EDTA。其原因可能是ZnSO₄施入土壤后的第2季维持了锌组分中Ex-Zn、Wbo-Zn和Car-Zn处于较高的水平，而施用Zn-EDTA虽也有一定程度的增加，但各组分增加幅度较小。同时，我们也注意到，虽然ZnSO₄的用量为Zn-EDTA的5倍，但土壤有效锌的含量却没有相应比例的增加，这说明ZnSO₄施入土壤的两年内发生了强烈的固定作用，而Zn-EDTA的固定作用较弱。其原因可能是：本试验地pH较高、CaCO₃含量较大且有机质含量却偏低，当锌肥施入土壤后Zn²⁺即被迅速固定，并使其向无效态转变，进而降低了锌的生物有效性；但是Zn-EDTA几乎不受这些因素的影响^[29]。本研究发现土壤有效锌的含量与小麦籽粒锌含量并没有很好的线性关系，其原因可能是，锌从土壤到根系主要是靠扩散，而水分起到重要的作用^[30]，本试验地所处位置雨水分布不均，一定程度上影响了锌的扩散，限制了根系的吸收；而扩散至植物根系锌被其吸收后，其中一部分被根系所固定，而转移到地上部的也未向籽粒进行有效的再转运。此外，关于DTPA-Zn与土壤现实供锌能力的关系有待进一步研究。

本研究还表明，对于土壤有效锌和不同形态锌含量而言，硫酸锌和EDTA-Zn在土壤中均施效果都好于条施。其原因可能是：首先，当锌肥均匀施入土壤后，其空间分布较为均匀，与根系的接触面积较大，而根系分泌的酸性物质可以对锌起到活化作用；而当锌肥条施时，锌源较为集中，发生的固定作用会更加强烈持久。其次，条施时降雨对其淋溶作用可能更强。但是，我们的研究也发现，均施并未显著优于条施处理，这与国春慧等^[31]的研究结果有所差异。这可能是进行匀地操作的原因，破坏了条施与均施的差异。

在石灰性土壤上土施ZnSO₄和Zn-EDTA，较高的土壤有效Zn含量可维持至第2季小麦收获后。Zn-EDTA条施可以提高后茬作物锌肥利用率，喷施效果不佳；ZnSO₄均匀施用优于条施。总体来看，两种锌肥对于第2季小麦籽粒富锌的效果均不显著。