不同栽培模式和密度施肥对小麦子粒中微量元素含量的影响

不同栽培模式和密度施肥对小麦子粒中微量元素含量的影响

铁和锌是人体中最高的两种成分。人体缺锌会引起很多疾病,如侏儒症、糖尿病、高血压、白内障、肝硬化等;人体摄取铁量过少或对铁的利用不当时,不仅会出现缺铁性贫血,还会导致体内多种酶的异常,从而影响到体内一系列代谢过程,严重时还会引起一系列病理变化。人体所需的锌、铁等微量元素主要来源于食物,而对于肉禽类食品食用量较少的人群来说,禾谷类粮食是锌、铁的主要来源。小麦(TriticumaestivumL.)是我国北方民众最重要的食物来源,其子粒中锌、铁含量的高低是营养品质的重要指标之一,对以其为主食的人群的健康水平有直接影响。此外,锰和铜也是小麦和人体健康不可缺少的元素。小麦缺锰出现“褐线萎黄症”,缺铜会出现“穗而不实”,严重时会导致颗粒无收。老年人骨质疏松的原因之一就是锰缺乏,锰还能保证遗传信息的准确性。铜是血液中不可缺少的组成成分,并能影响铁的吸收和利用。在北方旱地冬小麦生产中,由于高产品种的引进和N、P、K化肥的大量施用,加之石灰性土壤高pH值、碳酸钙含量高等导致土壤中锌、铁的缺乏,而缺锰现象也常见于排水良好的土壤上。人们尝试了多种栽培模式和措施,以提高水分和养分利用效率,从而提高小麦的产量和品质。迄今对于锌、铁等在作物器官中的分配和向子粒中转移已有一些报道[19,20,21,22,23,24]。然而,关于栽培模式能否显著影响小麦子粒中以锌、铁为代表的微量元素含量,报道尚不多见。本文主要就半湿润易旱地区石灰性土壤上栽培措施对小麦子粒锌、铁、锰、铜含量的影响做了一定探讨。1田间不同处理的试验因子试验在陕西杨凌西北农林科技大学农作一站进行。试验区地处关中平原地区,海拔524.7m,年平均气温13℃左右,年降水量550～600mm,土壤类型为褐土类,土亚类,红油土属,黄土母质。供试土壤有机质含量13.79g/kg,Olsen-P4.93mg/kg,铵态N2.41mg/kg,硝态N5.43mg/kg。供试冬小麦品种为小偃22。3个试验因子分别为栽培模式、氮肥用量和播种密度。在田间采取再裂区设计,重复4次。主处理为5种栽培模式:常规栽培(裸地无灌溉)、小麦秸秆覆盖(4500kg/hm2)、地膜覆盖(全区均覆盖地膜)、垄沟种植(垄上覆盖地膜、沟内覆盖小麦秸秆)、补灌栽培(裸地冬前灌水40mm);副处理为3个水平施氮量,分别为N0、120、240kg/hm2;副副处理为2个播种密度:67.5、135kg/hm2,副副区面积为28.8m2(6m×4.8m)。播种前用普通过磷酸钙(P2O5100kg/hm2)作肥底,磷肥和氮肥(尿素)分别在小区内均匀撒施,用锄翻入耕层土壤。于2003年10月15～17日播种。小麦出苗3周后覆盖了铡碎的小麦秸秆,补灌栽培模式的小区于当年12月中旬进行灌溉。次年3月初喷洒除草剂。植株样品于2004年5月31日(收获前一天)进行采集:每小区均随机采集20株小麦植株,脱粒、烘干称重,子粒磨细备用。小麦子粒锌、铁、锰、铜含量和土壤中有效态锌含量的测定:小麦子粒样品采用干灰化法处理,土样采用DTPA(pH=7.3±0.05)浸提,然后用原子吸收分光光度计法测定。所获得的数据均采用SAS8.1统计软件分析:先进行F检验,再用SSR法进行平均数间的多重比较。2结果与分析2.1小麦子粒中微量元素的含量分布不同处理组合对小麦子粒产量有显著影响(表1),总体来看,产量水平>6000kg/hm2、5000～6000kg/hm2、<5000kg/hm2的处理数分别为5、15、10,各占总处理数的16.7%,50%,33.3%。产量>6000kg/hm2的5个处理中,高、低种植密度分别为施中量氮素、地膜覆盖的组合处理产量最高,其次为在高量氮素下,覆盖秸秆、地膜覆盖分别与高、低种植密度的组合,再次是高种植密度条件下,补灌栽培与施中量氮的组合。而产量<5000kg/hm2的10个处理中,大都是不施氮肥、低种植密度与常规栽培、垄沟栽培或补灌栽培组合为主的处理。可见,在氮素供应充足的条件下,通过覆盖地膜或小麦秸秆,能显著降低土面蒸发和提高水分利用率,再加上合理的密度,3种栽培要素的合理组合能够保证在全生育期不灌水的情况下获得很高的小麦产量。表1表明,不论何种处理组合,4种微量元素在小麦子粒中的含量分布趋势均十分一致,从高到低的顺序依次为铁>锰>锌>铜,它们的平均值分别为88.5mg/kg、58.0mg/kg、42.7mg/kg、5.6mg/kg;变异幅度依次为:75.4～107.2mg/kg、53.5～72.1mg/kg、34.5～48.8mg/kg、4.3～6.6mg/kg。显然,4种微量元素在小麦子粒中的含量分布主要受自身遗传性状的控制,而人为的栽培措施对它们的影响是十分有限的。不同处理间小麦子粒锌含量无显著性差异,变异幅度仅为14.3mg/kg;而处理组合不同,会使小麦子粒中铁含量产生较大的差异。例如处理13(覆膜N0密67.5)的铁含量比处理3(常规N120密67.5)高42.2%;小麦子粒锰和铜含量的变异幅度分别为18.6mg/kg和2.3mg/kg。不同处理组合对这两种元素含量有明显的影响。例如,处理16(覆膜N120密135)的子粒锰含量比处理4(常规N120密135)高35.5%,处理3(常规N120密67.5)比处理14(覆膜N0密135)子粒中铜高60.4%。2.2栽培模式、氮素、栽培密度对小麦子粒硫、铁、锰、铜和铜的含量以及子粒的体积影响栽培模式、施氮量和种植密度对子粒中锌、铁、锰、铜含量和子粒中每种养分总携出量以及产量的影响见表2。2.2.1不同栽培模式对子粒产量的影响3个研究因子对小麦产量的影响程度有所不同(表2)。施用氮肥对子粒产量的影响最大,施高量N(240kg/hm2)和中量N(120kg/hm2)分别比不施N增产1075.6kg/hm2和877.8kg/hm2,增产率达23.6%和19.2%;栽培模式对子粒产量也有明显的影响:5种栽培模式中,地膜覆盖栽培下小麦产量最高,比常规裸地栽培平均增产896.6kg/hm2,增产率18.4%,而秸秆覆盖、补灌栽培和垄沟栽培的产量水平居于上述两种模式之间;而增大播种量,其增产作用较为有限,高密度(135kg/hm2)比低密度(67.5kg/hm2)仅平均增产268.7kg/hm2,增产率5.3%。2.2.2不同施肥量对小麦子粒中锌、铁、铜含量的影响表2表明,栽培模式对小麦子粒中锌、铁、锰含量无显著性影响,而对铜含量影响显著,补灌栽培与覆膜栽培相比,前者显著提高了子粒铜含量,可能是因为土壤水分状况能明显影响土壤中铜的形态。两种播种密度对小麦子粒4种元素含量的影响甚微。对小麦子粒中锌、铁、铜含量影响较大的是施用N肥。施用高量N肥时,子粒锌、铜含量均显著高于不施N肥,可见施用N肥可以明显改善小麦对锌、铜吸收能力。崔德杰等人报道,长期施N可以增加土壤有效态锌的含量,有效态锌含量的增加有助于子粒中锌的吸收。小麦子粒铁含量随着施N量的增加而降低,说明施高量N素抑制小麦子粒对铁的吸收。施N量对小麦子粒锰含量的影响则不明显。2.2.3覆膜与小麦子粒中微量元素的变化覆膜栽培下铁、锰携出量高于其它4种栽培模式(表2),这是子粒产量和子粒铁、锰含量共同影响的结果,因为覆膜栽培下子粒产量、子粒铁、锰含量均比其它栽培模式高。子粒锌、铜携出量受栽培模式的影响甚小。不同播种密度4种元素对携出量的影响不显著。施用N肥显著提高了小麦子粒中锌、铁、锰、铜携出量。子粒锌携出量在施用高量N肥和中量N肥之间差异显著,而铁、锰、铜携出量在两者之间相差很小。2.3施氮、施肥对土壤的影响表3表明,与常规栽培相比,其它栽培措施下土壤有效锌含量有轻微程度的下降。施氮则能增加土壤有效锌含量。有研究表明,土壤中有效态锌和pH呈负相关,施用铵态氮肥会使土壤酸化,施肥层的有效锌含量会有所增加。种植密度对土壤有效锌含量未表现出明显影响。3不同处理对小麦子粒中锌、铁、锰含量的影响施用氮肥显著地提高了子粒产量,小麦子粒4种微量元素中含量在3