秸稈還田對石灰性土壤Zn遷移轉(zhuǎn)化及冬小麥Zn吸收的影響.pdf

1、Zn作為必需微量營養(yǎng)元素，在人體生長發(fā)育過程中起著重要作用，人體Zn缺乏已受到全世界普遍關(guān)注。在土壤-植物-動(dòng)物（人）連續(xù)系統(tǒng)中，土壤Zn缺乏是導(dǎo)致作物可食部分Zn含量低下，最終導(dǎo)致人體Zn缺乏的重要原因。在我國，小麥作為北方人口的主食，主要分布在北方的石灰性土壤地區(qū)，該地區(qū)土壤有效Zn含量多處于Zn潛在缺乏水平（DTPA-Zn含量0.5～1.0mg kg-1），生產(chǎn)的小麥籽粒Zn營養(yǎng)品質(zhì)低下，難以滿足人體對Zn的營養(yǎng)需求，進(jìn)而對該地區(qū)

2、人群的身體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，提高石灰性土壤Zn有效性，對于改善小麥Zn吸收及小麥籽粒Zn營養(yǎng)品質(zhì)，最終緩解以小麥為主食人群的Zn缺乏具有重要意義。
　　植物根系對Zn的吸收不僅取決于土壤有效Zn含量的高低，還與Zn在土壤中的擴(kuò)散遷移能力有關(guān)。盡管土施Zn肥是一種有效地提高石灰性土壤有效Zn含量的重要措施，但是其對于Zn在土壤擴(kuò)散遷移影響甚微，最終導(dǎo)致對小麥Zn吸收及籽粒Zn營養(yǎng)品質(zhì)的改善效果不佳。研究發(fā)現(xiàn)，新鮮有機(jī)物料腐解產(chǎn)

3、生的活性有機(jī)碳組分如溶解性有機(jī)質(zhì)能與土壤Zn離子發(fā)生絡(luò)合或者螯合作用生成可溶性有機(jī)Zn復(fù)合物，進(jìn)而顯著提高土壤Zn的有效性和移動(dòng)性。農(nóng)作物秸稈還田作為減少環(huán)境污染、提高能源轉(zhuǎn)化效率、維持和改善農(nóng)田土壤質(zhì)量和生產(chǎn)力的重要措施在我國已得到廣泛應(yīng)用。然而，關(guān)于農(nóng)作物秸稈降解產(chǎn)生的活性有機(jī)碳組分對于石灰性土壤外源Zn有效性和形態(tài)轉(zhuǎn)化、Zn擴(kuò)散遷移規(guī)律及其冬小麥Zn吸收和籽粒Zn營養(yǎng)品質(zhì)的影響，目前鮮有報(bào)道。因此，本研究通過4個(gè)培養(yǎng)和為期兩年的田

4、間試驗(yàn)探究了秸稈還田對石灰性土壤有效Zn含量、Zn擴(kuò)散遷移規(guī)律及形態(tài)轉(zhuǎn)化、小麥Zn吸收及籽粒Zn生物有效性的影響。主要結(jié)果如下:
　　(1)田間填埋培養(yǎng)試驗(yàn)探究了秸稈還田對石灰性土壤DTPA-Zn含量及外源Zn老化的影響。結(jié)果表明，單獨(dú)秸稈還田對石灰性土壤有效Zn含量(DTPA-Zn)及土壤Zn各形態(tài)組分沒有產(chǎn)生顯著影響，而單獨(dú)施Zn顯著提高土壤DTPA-Zn及各組分Zn含量，其中松結(jié)有機(jī)態(tài)Zn(Lom-Zn)含量提高了近4倍。與

5、單施Zn肥相比，盡管秸稈還田與Zn肥配施對土壤DTPA-Zn、各形態(tài)Zn及外源Zn肥無效化比率的影響不顯著，但通過微孔擴(kuò)散模型計(jì)算發(fā)現(xiàn)秸稈還田與Zn肥配顯著提高了土壤Zn的表觀擴(kuò)散系數(shù)和老化速率。
　　(2)半擴(kuò)散池室內(nèi)模擬試驗(yàn)研究了秸稈還田和外源施Zn對石灰性土壤Zn擴(kuò)散遷移的影響。結(jié)果表明，單獨(dú)秸稈還田不會(huì)對石灰性土壤DTPA-Zn擴(kuò)散遷移產(chǎn)生影響。雖然單施Zn肥顯著提高了土壤DTPA-Zn含量及DTPA-Zn的擴(kuò)散遷移能力，

6、但在培養(yǎng)45d里土壤DTPA-Zn主要被限制在離施肥區(qū)15mm以內(nèi)，而且整個(gè)裝置中外源Zn的DTPA-Zn回收率也不足40％。當(dāng)秸稈還田和Zn配施時(shí)，培養(yǎng)45d土壤DTPA-Zn的最遠(yuǎn)擴(kuò)散距離可達(dá)20mm，而且整個(gè)裝置外源Zn肥的DTPA-Zn回收率提高到了45％。此外，對Lom-Zn進(jìn)行分組發(fā)現(xiàn)，秸稈還田配施Zn肥較單獨(dú)施Zn顯著增加了有效性較高的富里酸結(jié)合態(tài)Zn組分的含量，這可能是導(dǎo)致土壤DTPA-Zn擴(kuò)散遷移能力和外源Zn肥DTP

7、A-Zn回收率提升的主要原因。
　　(3)室內(nèi)模擬試驗(yàn)評價(jià)了不同有機(jī)質(zhì)含量的石灰性土壤上外源Zn有效性及形態(tài)轉(zhuǎn)化對秸稈還田的響應(yīng)。結(jié)果表明，375℃高溫處理是一種有效的移除石灰性土壤有機(jī)質(zhì)，但不會(huì)對其他土壤性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響的方法。有機(jī)質(zhì)移除75％以后，土壤DTPA-Zn含量隨著Lom-Zn含量的減小而顯著降低，表明石灰性土壤原有有機(jī)質(zhì)決定著石灰性土壤有效Zn含量的高低。外源施Zn顯著的提高土壤DTPA-Zn、Lom-Zn含量及土壤

8、Zn轉(zhuǎn)移因子，但隨著時(shí)間推移提升效果均逐漸降低，這是由于施入石灰性土壤（特別是有機(jī)質(zhì)含量相對較低的土壤）的外源Zn隨著時(shí)間推移逐漸被碳酸鹽礦物和粘土礦物（蒙脫石）吸附固定進(jìn)而轉(zhuǎn)化為無效態(tài)Zn。此外，在土施Zn條件下，秸稈還田顯著提高了土壤Zn轉(zhuǎn)移因子，降低了Zn分配指數(shù)，表明秸稈還田促進(jìn)了土壤無效態(tài)Zn向有效態(tài)Zn組分的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而極大地抑制了石灰性土壤上外源Zn的無效化過程，這種抑制效果在有機(jī)質(zhì)含量相對較高的土壤上表現(xiàn)更為明顯。

9、　　(4)田間填埋培養(yǎng)試驗(yàn)評價(jià)了不同有機(jī)物料對于石灰性土壤外源Zn有效性及形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響。結(jié)果表明，在土施Zn肥的條件下，外源有機(jī)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轉(zhuǎn)移因子，降低土壤Zn分配指數(shù)，而且各有機(jī)物料表現(xiàn)為雞糞＞玉米秸稈=生物菌肥＞黃腐酸。盡管雞糞和生物菌肥改善石灰性土壤外源Zn有效性效果較好，但是綜合考慮環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，農(nóng)作物秸稈配合土施Zn肥仍是提高潛在缺Zn石灰性土壤Zn有效性的

10、最佳選擇。
　　(5)兩年的冬小麥田間試驗(yàn)研究了秸稈還田和外源施Zn對石灰性土壤Zn有效性及冬小麥Zn吸收的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，單獨(dú)秸稈還田沒有對土壤有效Zn、各形態(tài)Zn含量及小麥Zn吸收量產(chǎn)生影響。單施Zn肥土壤DTPA-Zn、Lom-Zn含量及Zn轉(zhuǎn)移因子均提高1倍以上，但小麥Zn攜出量僅提高了5％，而且Zn肥當(dāng)季利用率及DTPA-Zn轉(zhuǎn)化率分別低于0.1％和20％。秸稈與Zn肥配施土壤DTPA-Zn、Lom-Zn含量及Zn轉(zhuǎn)

11、移因子與單施Zn結(jié)果相似，但小麥Zn攜出量卻提高了10％，Zn肥的利用率也提高至0.15％。此外，相關(guān)分析表明，土壤DTPA-Zn、Lom-Zn含量及Zn轉(zhuǎn)移因子均與小麥Zn攜出量及各部分Zn含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。由此可知，除土壤DTPA-Zn含量外，Lom-Zn含量和土壤Zn轉(zhuǎn)移因子也可以作為評價(jià)石灰性土壤Zn有效性高低的指標(biāo)。
　　(6)通過對兩季田間試驗(yàn)冬小麥籽粒Zn營養(yǎng)品質(zhì)的分析發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)秸稈還田并沒有對小麥籽粒Zn含量及

12、其生物有效性產(chǎn)生影響。單施Zn肥和秸稈還田配施Zn肥均顯著提高冬小麥籽粒Zn含量，其中秸稈還田配施Zn處理小麥籽粒Zn含量最高可達(dá)39.5mg kg-1。采用植酸/Zn摩爾比和人體Zn吸收量(TAZ)對小麥籽粒Zn生物有效性進(jìn)行評價(jià)發(fā)現(xiàn)，秸稈還田配施Zn肥對冬小麥籽粒植酸/Zn摩爾比的降幅最大，對小麥籽粒TAZ的提高效果最好。此外，對小麥籽粒Fe和Mn分析表明，秸稈還田配施Zn肥在改善小麥籽粒Zn營養(yǎng)品質(zhì)的同時(shí)并不會(huì)對小麥籽粒Fe和Mn

13、含量及其生物有效性產(chǎn)生影響。
　　綜上所述，本研究可得到如下結(jié)論:(1)秸稈還田配合土施Zn肥在改善石灰性土壤有效Zn含量的同時(shí)，也顯著的提高有效Zn在土壤中的擴(kuò)散遷移能力;(2)土壤原有有機(jī)質(zhì)決定著石灰性土壤DTPA-Zn含量的高低，而外源有機(jī)物料（包括作物秸稈）可以通過抑制石灰性土壤對外源Zn的吸附固定，從而提高石灰性土壤外源Zn肥的有效性;(3)秸稈還田配合土施Zn肥可以顯著地提高石灰性土壤上冬小麥對Zn的吸收和籽粒Zn含量