紫色土麦稻轮作体系锌营养调控效应研究

1硕 士 学 位 论 文紫色土麦稻轮作体系锌营养调控效应研究论文作者： 常红指导教师： 周鑫斌 副教授学科专业： 植物营养学研究方向： 养分资源管理提交论文日期： 2014 年 月 日论文答辩日期： 2014 年 月 日学位授予单位：西南大学中 国 重 庆单位代码 10635 学 号 1120113200016172独 创 性 声 明学位论文题目： 紫色土麦稻轮作体系锌营养调控效应研究 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁在文中作了明确说明并表示衷心感谢。学位论文作者： 签字日期： 年 月 日学 位 论 文 版 权 使 用 授 权 书本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院（筹）可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：不保密，保密期限至 年 月止） 。学位论文作者签名： 导师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日3目录摘 要 .5第一章 文献综述 .61.1 紫色土的锌含量状况 .61.2 氮肥对作物锌吸收的影响 .71.2.1 施用氮肥对土壤中锌含量的影响 .71.2.2 氮肥施用量对作物锌吸收的研究进展 .71.2.3 氮肥施用形态对作物锌吸收的研究进展 .91.3 麦稻轮作方式下锌的施用现状 .101.3.1 轮作条件下土壤锌的含量状况 .111.3.2 轮作条件下植物对锌的吸收 .12第二章 研究背景及研究思路 .142.1 研究背景 .142.2 研究思路 .152.3 技术路线 .16第三章 氮肥用量对小麦籽粒锌吸收、转运和再分配的影响 .163.1 引言 .163.2 材料与方法 .173.2.1 试验材料 .173.2.2 试验方法 .173.2.3 数据处理 .183.2.4 计算公式 .183.3 结果分析 .183.3.1 氮锌配施对小麦生物量的影响 .183.3.2 氮锌配合施用对小麦植株锌含量的影响 .203.3.3 小麦植株地上部锌分配 .223.3.4 小麦植株秸秆中锌的再转运 .233.4 讨论 .243.5 结论 .26第四章 不同氮肥形态对小麦锌吸收的影响 .264.1 引言 .264.2 材料方法 .274.2.1 试验设计 .274.2.2 样品采集 .274.2.3 样品测定 .274.3 结果分析 .284.3.1 不同氮肥种类对小麦生物量的影响 .284.3.2 不同氮肥种类对小麦植株锌含量的影响 .284.3.3 不同氮肥种类对小麦植株锌总含量的影响 .294.3.4 不同氮肥种类对土壤中有效锌含量的影响 .3044.3.5 不同氮肥种类对土壤 pH 的影响 .304.4 讨论 .304.5 小结 .31第五章 麦稻轮作下根区与非根区紫色土锌素动态研究 .315.1 引言 .315.2 材料和方法 .325.3 试验结果 .345.4 讨论 .385.5 小结 .39第六章 麦稻轮作条件下不同施锌方式对紫色土锌含量动态变化的影响 .396.1 引言 .396.2 试验材料与方法 .406.3 结果分析 .416.4 讨论 .506.5 结论 .52第七章 全文结论与展望 .527.1 全文结论 .527.2 研究特色与创新点 .537.3 问题与展望 .53参考文献 .545紫色土麦稻轮作体系锌营养调控效应研究植物营养学专业硕士研究生 常红指导教师 周鑫斌 副教授摘 要小麦、水稻作为人类主要的粮食作物，其品质对于人类的营养状况起到至关重要的作用。本试验以营养元素锌为切入点，研究施肥对于小麦、水稻籽粒锌含量的影响。本试验得出如下结论：(1) 高氮高锌显著增加了籽粒产量库容，充足的高氮供应是提高小麦籽粒锌含量的一个重要因素。锌营养对小麦籽粒产量的形成起着非常重要的作用，锌对小麦籽粒的增产效果显著大于秸秆。氮锌配施可显著提高小麦籽粒锌含量，在低锌供应条件下，增施氮肥，籽粒锌主要来源于小麦根系吸收锌；在高锌供应条件下，增施氮肥，籽粒锌主要来源于秸秆锌的再转运。（2）施用硝态氮肥可以显著促进地上部的生长，提高根系中的锌含量；施用铵态氮肥可以显著提高地上部及籽粒中的锌含量，施用 DCD 更利于锌在地上部的积累；施用尿素处理与硝态氮肥处理对小麦植株的影响相近。单施铵态氮及硝态氮均能提高根际土壤中有效锌含量，施用尿素处理可以促进根系对锌的吸收，从而使根际土壤中有效锌含量降低。（3）种植作物根区土壤中有效态锌含量高于不种作物土壤，小麦季时，主要以交换态锌含量的增加为主；水稻季时，主要以交换态及松结有机态锌含量增加为主。土壤中锌形态处于不断变化中，各种形态相互转化，由麦季过渡到稻季，土壤矿物态锌可以向交换态、松结有机态、碳酸盐结合态锌转化，距离根区越近的土壤转化量越大。土壤中交换态锌、松结合有机态锌含量高低直接影响水稻吸锌量，这三种形态锌是水稻生长的有效态锌。而对于小麦而言，小麦含锌量和吸锌量仅与根区有效态锌和交换态锌呈显著的正相关关系，而与其它形态和其它区域的锌则6没有相关关系。（4）单季施锌，可以显著提高当季作物的锌含量，但对下茬作物的后效不显著。麦季施锌可以提高下茬作物即水稻地上部的生物量。不同施锌方式，锌的利用率不同。四种施肥处理中，仅在稻季施锌处理，外源锌的利用率最高。前后季均施锌时，可以显著提高作物的生物量及锌吸收量，但锌的利用率较低。土壤由旱地过渡到水田时，土壤中交换态锌含量增加，松结有机态锌含量略有降低，碳酸盐结合态、氧化锰结合态、紧结有机态锌显著降低，矿物态锌含量升高。麦稻轮作条件下，稻季供锌，使根区与非根区之间交换态锌含量差异减少，提高水稻对根区土壤交换态锌的吸收，降低土壤中的锌向松结有机态锌转化。麦季施锌可以提高小麦对根区土壤中碳酸盐结合态锌的利用，同时土壤中的锌向碳酸盐结合态锌转化减少，促进氧化锰结合态锌向其它形态锌转化。稻季施锌与否对土壤中碳酸盐结合态及氧化锰结合态锌含量基本无影响。关键词：小麦 籽粒 氮 锌 含量 转化 Comment 木木木木1: 参考文献？你的锌含量状况用近 3年的参考文献，文献太老。Comment 木木木木2: 参考文献？7第一章 文献综述1.1紫色土的锌含量状况紫色土是由紫色沉积岩风化形成的一种无发育或只具雏形发育的土壤，主要分布在我国南方亚热带紫色低山丘陵盆地(唐时嘉等, 1996)。紫色土又可分为酸性紫色土、中性紫色土和石灰性紫色土 3个亚类。其中酸性紫色土主要分布在长江以南和四川盆地广大低山丘陵地区，土壤呈酸性，pH 小于 5.5，盐基饱和度较低，土壤有机质、全氮含量相对较高，磷、钾稍低；中性紫色土主要分布在四川、云南地区，土层较酸性紫色土薄，约 30 cm至 60 cm，碳酸钙含量小于 30 g/kg，pH 值约为 7.5，肥力水平较高，但 有机质、氮、磷稍显不足；石灰性紫色土主要分布在四川盆地及滇中等地区，土质疏松，土体浅薄，保水抗旱能力差，碳酸钙含量大于 6%，土壤有机质在 10 g/kg左右，氮、磷低，锌、硼严重缺乏。紫色土由于其母岩松疏，易于崩解，矿质养分含量丰富，肥力较高，是中国南方重要旱作土壤之一，除丘陵顶部或陡坡岩坎外，均已开垦种植。已有研究表明，钙质紫色土中锌最为缺乏，其有效锌含量在 0.4-0.6 ppm之间；中性紫色土轻度缺锌，有效锌含量范围为 0.5-0.8 ppm；酸性紫色土是富锌土壤，有效锌含量为 1.0-3.2 ppm(周则芳等，1990) 。四川盆地中部丘陵区广泛分布着石灰性紫色土，该区土壤上种植的水稻、玉米、小麦等又都是缺锌敏感植物，所以该区域属于“锌显效区” ，据报道该区域有 73.6的农田面积表现为缺锌。1.2氮肥对作物锌吸收的影响研究表明，作物对土壤中微量元素的吸收受其形态的影响，土壤中有效锌含量的高低会直接影响作物对锌的吸收。因此，提高土壤中有效锌的含量水平，可以增加植物对锌的吸收，而施肥则可以改善土壤中营养元素的形态及植物对养分的吸收。研究表明，氮肥可以影响土壤中锌元素的形态及作物对锌的吸收。氮是植物生长发育必需的营养元素，供给不足或过量均会严重妨碍作物正常生长(Tisdale et al, 1998)，并影响植物对其它营养元素的吸收(Raun et al, 1999; 张惠文等, 2001)，最终导致产量不增加甚至降低的现象(王庆祥等, 2006; Uhart et al, 1995; 王进军等, 2005)。国内外关于氮肥单施或与其他肥料配施对作物生产效应的研究已有大量报道(张惠文等, 2001; 王庆祥等, 2006; 申丽霞等, 2007)，但氮与微量元素肥料配施的研究还较少(李丹等, 2009; 李红英等, 2008)但氮肥对作物锌吸收的影响研究还较少。81.2.1 施用氮肥对土壤中锌含量的影响何忠俊等的研究表明，氮锌配施对土壤速效锌影响的规律为：随施锌水平增加，土壤速效锌也显著增加。在不施锌条件下，随施氮水平增加，土壤速效锌呈下降趋势，但达不到显著水平；在施锌条件下，与较低施氮水平相比，较高水平施氮，显著增加了土壤速效锌的含量(何忠俊等, 2004)。何忠俊等（2004）的研究表明氮锌配施对土壤交换态锌含量有协同效应。在各施锌水平下，随施氮水平增加，交换态锌呈现增加趋势。随施锌水平增加，交换态、松结有机态、氧化锰结合态、紧结有机态所占比例明显增加，无定型氧化铁结合态亦呈增加趋势，晶形氧化铁结合态及残留态所占比例明显下降。交换态和松结有机态对植物有效性最大，为强度因子。氧化锰结合态、无定形氧化铁结合态、紧有机结合态、晶形氧化铁结合态为容量因子，残留态既非强度因子，也非容量因子，很难被植物吸收利用。由此说明，在供试土壤上，施入的锌主要以可供植物吸收利用的状态存在，随施氮水平增加，土壤中交换态锌所占比例增加，在施锌适量时，松结有机态锌亦呈增加趋势。说明施氮提高了土壤中锌对植物的有效性(何忠俊等, 2004)。陆欣春等报道，单施氮肥对土壤各形态锌含量没有影响，有效锌含量未变化，而氮锌配施处理增加了表层有效锌含量，但增幅低于单施锌处理，未增加底层有效锌含量。氮锌配施增加了各形态锌含量，但全锌含量增加幅度更大，因此氮锌配施增加了锌向矿物态转化，而使有效锌含量减少(陆欣春等, 2010)。1.2.2 氮肥施用量对作物锌吸收的研究进展氮素是肥料三要素之一，对作物的正常生长发育起到重要作用。供应充足的氮，会促进植物的营养生长，使生长期延长，成熟期推后。与锌配合施用，其效应更明显，已有研究表明，氮锌配施可以明显提高作物的产量(Kutman et al, 2011; 黄文川等, 2000; 杜新民等 , 2007; 王志坚等 )。Kutman 等(2011) 的研究表明，在其它条件相同的条件下，高氮高锌处理的小麦植株其成熟期要比高氮低锌条件下晚两周左右。同时给植株供给高氮和高锌，会使地上部的生物量明显增加。这说明氮锌配合施用，对提高作物地上部干重效果要明显比单施氮肥好。近年来，研究者对氮锌之间的交互效应做了大量研究。如 Kuman 等的研究表明，低氮和锌有协同效应，低氮有利于植物对锌的吸收运转，而在高氮营养条件下则容易造成缺锌(Kuman et al, 1985; Chapman et al, 1937)。Kutman 等的研究表明，提高氮的供应可以促进硬质小麦籽粒中的锌含量(Kutman et al. 2010; Shi et al. 2010)，有利于锌在硬质小麦体内的转移，并提高其在籽粒中的累积9(Kutman et al, 2012)。Erenoglu 等的研究发现，氮锌之间存在协同作用，供给植物不同的氮、锌水平，在高氮高锌条件下，植物对锌的吸收最多，且吸收速率最快。Erenoglu 的研究还表明，在缺锌的条件下，供给植株高氮效果更明显，其吸收速率要比锌充足时同一氮水平条件下高 2 倍(Erenoglu et al, 2011)。也有研究者认为，无论是低氮还是高氮条件下，氮锌配施均有协同效应(何忠俊等, 2005)，何忠俊等的研究表明，无论缺锌还是足量供锌，黑麦草全株及根系吸锌量均随施氮水平增加而增加(何忠俊等, 2005)。Kutman 等的(2011) 研究还表明，氮锌配合施用，除了会增加地上部的生物量，对籽粒即作物产量的提高也具有积极作用。黄文川等(2000)对小麦的研究也得到了类似的结论，即氮锌配合施用要比单施氮肥或锌肥对小麦产量增加有明显优势，而在缺锌条件下，即使有较高的 N 素营养，增产效果也不显著。他们还利用小区进行试验，得出氮锌配施处理较单施锌或单施氮处理增产明显，差异达到显著或极显著水平。杜新民等(2007)对小白菜的研究表明，同时供给小白菜适量的氮素和锌，可以使小白菜产量达到最高值，且其产量要明显高于单施氮肥或锌肥的情况。注意不同矿质养分之间的配合施用，特别是氮与锌的配合，对于作物地上部干物质的积累、籽粒的组成、提高作物产量具有重要的意义( 刘梦星等, 2007) 。植株地上部的锌含量受供锌水平的影响，研究表明，在一定范围内，随供锌量的提高，植株地上部的含锌量也增加，但不同品种及不同生育期作物的含锌量差别较大( 李志刚等, 2003)。当锌与氮肥配合施用时，其在植物体中的积累更明显。如从 Kutman 等的研究可以看出，在小麦生长初期，叶、茎中的含锌量逐渐升高，但至灌浆期时，叶及茎中的含锌量停止升高甚至有下降的趋势(Kutman et al, 2011)。从灌浆期开始，锌逐渐向籽粒中转移，也就是说，籽粒中的锌量从灌浆期开始逐渐升高。在高氮高锌条件下，籽粒中的锌含量增长的更快，也即其在灌浆期之后迅速向籽粒中转移。这说明氮锌配合施用对于改善作物的锌品质具有显著效果。黄文川等(2008) 的研究表明，高氮营养易诱发小麦缺锌，而施锌或氮锌配合施用，既能增加植株体内锌含量，又能提高含氮量。其中氮锌配合施用，对植株养分吸收量的提高有明显促进作用。这是由于小麦体内氮锌营养平衡协调，生长旺盛健壮，体内积累的氮和锌量也会大幅度增加。杜新民等的研究也表明施氮有利于小白菜对锌的吸收，但同时配合施用锌肥，小白菜中的锌含量增加更明显( 杜新民等 , 2007)。研究表明，籽粒蛋白质是贮存元素锌的库(Persson et al. 2009; Cakmak et al. 2010; Kutman et al. 2010)，高氮供应会促进籽粒蛋白质的合成，即增大储存锌的Comment 木木木木3: ？这是什么？10库容量。有研究证实，籽粒蛋白质与锌含量之间具有显著正相关关系(Morgounov et al. 2007; Peleg et al. 2008; Ficco et al. 2009; Zhao et al. 2009)。不管作物吸收的锌是多是少，都会向籽粒中转移。但当提高氮素的供给量时，在一定范围内，转移的比例会随着氮素含量的升高而增加(Erenoglu et al, 2011)，对于锌缺乏的土壤，这种效应更加明显。氮锌配合施用对作物锌吸收影响的机理目前研究还较少，Erenoglu 等(2011)人认为可能原因就是由于氮素的供应使植物锌吸收蛋白如 ZIPs等的合成增多，从而促进了对锌的吸收。而氮的供应同样会提高植物对锌的转移与分配，其机理与促进对锌的吸收相似，即氮素的增加会促进与锌韧皮部运输有关的转运蛋白如烟碱酰胺和脱氧麦根酸的数量以及在韧皮部对 NA-Zn螯合物装载与卸载过程中起作用的 YSL蛋白的活性增加，从而促使更多的锌向籽粒转移。 Chaudhry和 Loneragan认为（1970 ）氮肥施用可以促进植物生长，稀释植株体内锌的浓度，进而增加植物对锌的需求。氮锌配合施用可以显著增加作物产量，黄文川等的研究表明这种促进作用是由于合理的氮锌配施能同时大幅度提高土壤有效锌和水解氮含量水平(黄文川等, 2000)