小麦是我国北方地区民众的主要食物和矿质元素等营养物质来源[5]。提高或改善小麦籽粒中主要矿质元素的含量，是解决“隐性饥饿”问题的关键途径之一。合理施用氮肥对提升作物籽粒矿质元素含量具有积极作用。研究[6-7]表明，合理施氮能够增强作物对矿质元素的吸收能力，进而提高籽粒中主要矿质元素的含量。张盼盼[8]以豫麦49-198为试验材料，采用两因素裂区设计研究了不同施氮量对小麦矿质元素积累的影响，发现施氮可明显提高小麦茎、穗和籽粒中的Zn含量，其中籽粒Zn含量提升了8.9%。Svecnjak等[9]研究表明，施氮使小麦籽粒中Fe、Zn、Mn和Cu的含量分别增加了14.0%、9.2%、19.7%和13.2%。Dolijanović等[10]通过盆栽试验，发现减少氮肥施用量不会降低小麦籽粒中的常量元素含量，而且与高施氮量的小麦相比，低氮处理对Cu、Fe和Zn等元素的积累具有积极影响。王子健[11]研究表明，随着施氮量的增加，小麦籽粒中Ca、Fe和Zn等矿质元素的含量显著上升，而Mg含量显著降低。
综上，施氮量对小麦籽粒中矿质元素含量的影响随环境条件改变而有所差异。鉴于此，为探究不同环境下小麦品种的最佳施氮量，本研究选取15CA73、济麦22、中麦255和中麦578为供试材料，在黄淮海麦区的4个试验点分别设置5种不同的氮处理，通过研究不同氮处理下小麦籽粒中主要矿质元素含量的变化情况，旨在明确不同环境的最佳施氮量，为黄淮海麦区小麦营养强化生产提供科学合理的栽培理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
于2019年10月-2020年6月在黄淮海冬麦区北片的河南安阳（36°09′ N，114°34′ E）、山东潍坊（36°69′ N，119°09′ E）和聊城（36°46′ N，115°94′ E），以及黄淮海冬麦区南片的安徽合肥（31°74′ N，117°28′ E）4个地点开展试验。该地处于半干旱、半湿润地区，属暖温带半湿润大陆性季风气候，区域多年平均日照时数2300~2800 h，≥10 °C积温3800~5300 °C，年降水量500~900 mm，土壤类型主要为潮土、褐土和砂姜黑土，能较好地满足作物生产需求。
1.2 试验设计
供试材料为15CA73、济麦22、中麦255和中麦578，由中国农业科学院作物科学研究所提供。共设置5个不同的施氮水平，分别为不施氮（N0）、基施纯氮45 kg/hm2+拔节期追施纯氮45 kg/hm2（N45+45）、基施纯氮90 kg/hm2+拔节期追施纯氮90 kg/hm2（N90+90）、基施纯氮135 kg/hm2+拔节期追施纯氮135 kg/hm2（N135+135）以及基施纯氮180 kg/hm2+拔节期追施纯氮180 kg/hm2（N180+180），试验采用随机区组设计，3次重复，小区面积为10 m2，行长2 m，行间距20 cm。试验区基施磷肥[Ca(H2PO4)2·H2O] 750 kg/hm2和钾肥（K₂SO₄）180 kg/hm2，小麦生育期田间管理措施一致。
1.3 测定项目与方法
参照Ren等[12]的方法测定矿质元素含量，在小麦成熟后人工收获脱粒，随机选取正常籽粒约5 g，将封装纸袋放置在烘箱内于65 ℃条件下烘24 h，烘干样品用碳化钨球磨仪（Retsch MM400，德国）粉碎，获得全麦粉，称取干燥的全麦粉0.2 g置于微波消化罐中，加入5 mL HNO3（优级纯），将消化罐放入微波消解仪（Multiwave PRO，中国）中消解完全，冷却后定容至25 mL。使用电感耦合等离子体发射光谱仪（Agilent 5110 ICP- OES，美国）测定Ca、Cu、Fe、K、Mg、Mn、P、S和Zn的含量。测定时要确保多色器温度为35 ℃，检测器Peltier温度为-40 ℃；确保测定样品清澈，无氟离子；换气时，确保等离子体流量设为12 L/min，辅助气流量设为1 L/min，气压表0.6 MPa左右；测定完毕，关机前冲洗进样系统。
1.4 数据处理
采用Microsoft Excel 2010和SPSS 16.0软件进行数据处理与分析，采用Origin 2024软件作图。
2 结果与分析
2.1 试验点、品种、施氮量及其交互作用对小麦籽粒矿质元素含量的影响
由表1方差分析F值可知，试验点对小麦籽粒中各矿质元素含量的影响均达极显著水平，品种和施氮量对各矿质元素含量的影响达极显著或显著水平；试验点与品种的交互作用对小麦籽粒中除Mn元素外其他8种矿质元素含量的影响达极显著或显著水平，试验点与施氮量的交互作用对各矿质元素含量的影响均达极显著水平，品种与施氮量的交互作用对Ca、K、Mg和P含量的影响达极显著或显著水平；三者交互作用对小麦籽粒中除Mn元素外其他8个元素含量的影响均达极显著水平。
表1 试验点、品种、施氮量及其交互作用对小麦籽粒矿质元素含量的影响
Table 1
| 处理Treatment | Ca | Cu | Fe | K | Mg | Mn | P | S | Zn |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 试验点Test site (T) | 1317.28** | 755.47** | 39.67** | 389.40** | 200.55** | 363.12** | 149.81** | 1564.35** | 204.32** |
| 品种Variety (V) | 58.60** | 68.04** | 270.35** | 179.12** | 82.39** | 5.26* | 115.98** | 165.51** | 2.94* |
| 施氮量N application rate (N) | 7.13** | 6.30** | 32.31** | 24.62** | 8.96** | 2.60* | 10.49** | 496.65** | 48.50** |
| 试验点×品种T×V | 11.40** | 4.75** | 11.07** | 28.97** | 6.45** | 1.39 | 8.27** | 2.08* | 11.35** |
| 试验点×施氮量T×N | 40.73** | 17.93** | 17.64** | 14.31** | 5.10** | 4.12** | 9.94** | 41.09** | 25.24** |
| 品种×施氮量V×N | 2.29** | 1.65 | 1.10 | 2.95** | 1.97* | 0.79 | 2.01* | 1.24 | 1.41 |
| 试验点×品种×施氮量T×V×N | 2.78** | 2.63** | 2.43** | 2.46** | 2.61** | 0.93 | 2.38** | 2.27** | 2.53** |
“*”和“**”分别表示影响显著（P < 0.05）和极显著（P < 0.01）。
“*”and“**”indicate significant (P < 0.05) and extremely significant (P < 0.01) effects, respectively.
2.2 不同施氮量下各环境小麦籽粒矿质元素含量
如图1所示，在安阳和潍坊试验点，小麦籽粒中Ca含量在施氮量增加后有所提高，显著高于N0处理，其中潍坊试验点N180+180处理下最高，较N0处理显著提高11.06%；合肥和聊城试验点则是在N0处理下最高，显著高于N180+180处理。在除合肥外的3个试验点，Cu含量均在施氮量增加后有所提高，其中潍坊试验点N180+180处理下最高，较N0处理显著提高了10.78%，聊城和潍坊试验点N180+180处理下Cu含量显著高于N0处理，安阳试验点N180+180处理下则显著低于N0处理，合肥试验点除N135+135处理外的各处理间无显著差异。在合肥和聊城试验点，N180+180处理下Fe含量分别较N0处理显著提高了16.10%和14.11%，潍坊试验点N0处理下Fe含量最高。各试验点籽粒中K和Mg含量受施氮量影响相对较小，在安阳、合肥和聊城试验点，Mn含量在施氮量增加后有所提高，合肥试验点N180+180处理下最高，较N0处理提高了8.18%，聊城试验点N180+180处理下则显著低于N0处理。在安阳和潍坊试验点，随着施氮量增加P含量呈先降后升的趋势，在合肥和聊城试验点则整体呈降低趋势；其中潍坊试验点N180+180处理下P含量最高，较N0处理提高了2.94%，合肥和聊城试验点N180+180处理下则显著低于N0处理，安阳试验点各处理间差异不显著。各试验点籽粒中S含量随施氮量增加呈升高趋势，与N0处理相比，N180+180处理分别显著提高了15.89%、20.76%、36.10%和7.83%，各试验点在N180+180处理下S含量均显著高于N0处理，以潍坊试验点最高。安阳、聊城和潍坊试验点籽粒中Zn含量在施氮量增加后有所提高，其中潍坊试验点N135+135处理下最高，较N0处理显著提高了46.01%，安阳试验点在N135+135处理下显著高于N0处理，聊城试验点则在N180+180处理下显著高于N0处理。各试验点小麦籽粒中Mn含量在合肥试验点最高，其他8个元素的含量均在潍坊试验点最高。
图1
图1
施氮量对不同环境下小麦籽粒矿质元素含量的影响
不同小写字母表示在P < 0.05水平差异显著。下同。
Fig.1
Effects of N application rate on mineral element content in wheat grain under different environments
Different lowercase letters indicate significant differences at P < 0.05 level. The same below.
2.3 不同施氮量下各品种小麦籽粒矿质元素含量
如图2所示，各品种小麦籽粒S含量随施氮量增加而增加，N180+180处理下中麦255的S含量最高，较N0处理显著提高了16.10%，N180+180处理下各品种均显著高于N0处理。15CA73和中麦255籽粒中P含量随施氮量增加呈先减后增的趋势，济麦22和中麦578则整体呈减少趋势，N0处理下中麦255的P含量最高，N0和N180+180处理下中麦255与济麦22差异不显著，15CA73和中麦578各处理间差异均不显著。15CA73和济麦22籽粒中K含量随着施氮量增加整体呈先增后减的趋势，中麦578则随施氮量增加逐渐减少，济麦22在N45+45处理下K含量最高，较N0处理提高了1.07%，但其各处理间差异均不显著，中麦255、中麦578和15CA73在N180+180处理下与N0差异均不显著。各品种小麦籽粒中Ca含量随施氮量增加整体呈先减后增的趋势，以N0处理下中麦578含量最高。各品种小麦籽粒中Cu含量随施氮量增加有所升高，N180+180处理下中麦255的Cu含量最高，较N0处理提高了2.42%。各品种小麦籽粒中Fe含量随施氮量增加有所升高，N180+180处理下中麦255的Fe含量最高，较N0处理提高了3.50%。N180+180处理下中麦255籽粒中Mg含量最高，较N0处理提高了1.65%，其他品种均降低。除济麦22以外，其他品种籽粒中Mn含量整体在施氮量增加后有所提高，N180+180处理下中麦255最高，较N0处理提高了4.23%。各品种小麦籽粒中Zn含量整体在施氮量增加后有所提高，N135+135处理下中麦255最高，较N0处理提高了13.26%。
图2
图2
施氮量对不同品种小麦籽粒矿质元素含量的影响
Fig.2
Effects of N application rate on mineral element content in wheat grain of different varieties
各处理下不同小麦品种籽粒中Ca、Cu和Mn含量差异均不显著；各品种小麦在不同处理间Fe和Zn含量存在显著性差异；济麦22和15CA73在各处理下籽粒中Mg含量差异均不显著，中麦578则在N180+180处理下Mg含量显著低于N0处理，中麦255在N180+180处理下Mg含量显著高于N135+135处理。不同品种间小麦籽粒中Ca、Cu、Fe、Mg、Mn和Zn含量的变异系数依次为18.72%、14.44%、12.36%、5.48%、17.42%和17.07%。除中麦578的Ca含量平均值最高外，其他5种矿质元素（Cu、Fe、Mg、Mn和Zn）含量的平均值均以中麦255最高。
2.4 小麦籽粒矿质元素含量相关性分析
由图3可知，Ca含量与Cu、K、Mg、S和Zn含量呈显著正相关，而与Mn含量呈极显著负相关，相关系数分别为0.53、0.16、0.49、0.56、0.51和-0.29；Cu含量与K、Mg、S和Zn含量呈极显著正相关，与Mn含量呈极显著负相关，相关系数分别为0.24、0.66、0.63、0.69和-0.59；Fe含量与Mn、P和S含量呈极显著正相关，与Zn含量呈显著正相关，相关系数分别为0.28、0.24、0.40和0.14；K含量与Mg和P含量呈极显著正相关，与S含量呈显著正相关，相关系数分别为0.58、0.72和0.15；Mg含量与P、S和Zn含量呈极显著正相关，与Mn含量呈极显著负相关，相关系数分别为0.52、0.48、0.34和-0.32；Mn与P含量呈极显著正相关，与Zn含量呈极显著负相关，相关系数分别为0.36和-0.34；S与Zn含量呈极显著正相关，相关系数为0.57。K和P含量的相关系数（0.72）最高，其次为Zn和Cu含量（0.69）、Mg和Cu含量（0.66）。
图3
图3
小麦籽粒中矿质元素含量相关分析
“*”和“**”分别表示相关性达显著（P < 0.05）和极显著（P < 0.01）水平。
Fig.3
Correlation analysis of mineral element content in wheat grains
“*”and“**”indicate that the correlation reach significant (P < 0.05) and extremely significant (P < 0.01) level, respectively.
2.5 小麦籽粒Ca、Mg、Fe和Zn的生物有效性
小麦籽粒中的P易与Ca、Mg、Fe和Zn形成植酸盐，P与各元素含量的比值（P/Ca、P/Mg、P/Fe和P/Zn）越低，表明这4个元素的有效性越高。由表2可知，施氮量增加后各小麦品种籽粒的P/Mg、P/Fe和P/Zn值整体有所降低，与N0处理相比，N180+180处理下P/Zn值降幅（11.43%）最大，其次为P/Fe（7.89%）和P/Mg（1.30%）。济麦22籽粒的P/Fe和P/Zn值高于其他品种，中麦255籽粒的P/Ca和P/Mg值高于其他品种，中麦578籽粒的P/Ca、P/Mg和P/Zn值均为最低。
表2 施氮量与品种差异对小麦籽粒Ca、Mg、Fe和Zn生物有效性的影响
Table 2
| 项目Item | P/Ca | P/Fe | P/Mg | P/Zn |
|---|---|---|---|---|
| N0 | 10.13±0.31a | 105.96±2.54a | 2.31±0.02a | 181.58±4.23a |
| N45+45 | 10.57±0.35a | 107.14±2.07a | 2.31±0.03a | 181.60±4.43a |
| N90+90 | 10.18±0.34a | 104.53±1.61ab | 2.27±0.02a | 180.06±4.55a |
| N135+135 | 10.19±0.29a | 97.96±1.67b | 2.28±0.02a | 162.07±5.02b |
| N180+180 | 10.16±0.29a | 97.60±1.62b | 2.28±0.02a | 160.82±3.65b |
| 15CA73 | 9.88±0.24bc | 98.68±1.22b | 2.28±0.02b | 168.16±3.67a |
| 济麦22 Jimai 22 | 10.41±0.31b | 116.81±1.55a | 2.26±0.02b | 178.83±4.80a |
| 中麦255 Zhongmai 255 | 11.30±0.28a | 97.21±1.33b | 2.36±0.02a | 178.61±3.93a |
| 中麦578 Zhongmai 578 | 9.38±0.23c | 98.07±1.71b | 2.26±0.02b | 167.48±3.71a |
不同小写字母表示在P < 0.05水平上差异显著。
Different lowercase letters indicate significant differences at P < 0.05 level.
3 讨论
3.1 施氮量对不同环境小麦籽粒中主要矿质元素含量的影响
本试验中，4个试验点间各品种小麦在不同施氮量下的籽粒主要矿质元素含量增减不一致，这与前人[16-17]研究结果一致。不同地区种植的各品种小麦籽粒主要矿质元素含量存在差异，王维等[18]研究发现，同一小麦品种在山东德州和泰安种植，所得的籽粒中元素含量有所差异，说明其易受到环境条件影响。本研究发现合理施用氮肥可有效提高不同试验点下各品种小麦籽粒中的主要矿质元素含量，与前人[19-20]研究结果一致。本研究中，聊城试验点小麦籽粒的Ca、K和Mg含量均在N0处理下最高，这与张鹏霞[21]关于减施氮肥会导致小麦籽粒P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu和Zn含量显著降低的结论存在部分差异。此外，张勇等[22]在相同环境下种植来自6个省区的240个小麦品种，发现由于遗传背景不同，品种间各矿质元素含量存在明显差异。本研究中合肥试验点的小麦籽粒Mn含量最高，达49.43 mg/kg，鉴于人体Mn营养需求为32.00 mg/kg，建议摄入量控制在44.00 mg/kg以下，以避免健康风险[23]。其他8种元素含量的最高值均出现在潍坊试验点，表明潍坊适宜4个小麦品种种植，其土壤和环境条件利于矿质元素积累。胡红林等[24]研究发现，不同地区饲料大麦的矿质元素含量有较大差异，富含有机质土壤的地区含量更高。本研究对施氮量响应的进一步分析显示出试验点特异性，安阳试验点在N135+135处理下各元素含量较高；合肥试验点中，Fe、Mn和S含量在N180+180处理下最高，而其他元素含量在N0处理下较高；聊城试验点Cu、Fe、S和Zn含量在N180+180处理下最高，而其他元素在N0处理下达到峰值；潍坊试验点Fe、K和Mn含量在N0处理下最高，其他元素含量则在N180+180处理下较高。
黄玉芳等[25]研究发现，施氮量对夏玉米籽粒中主要矿质元素含量有显著影响，增施氮肥可显著提高Ca、Cu、Fe和Zn含量，降低P含量，对Mg和Mn影响不大，与本试验结果基本一致。然而，石吕等[26]在精米中观察到增施氮肥导致P、K、Ca和Mg含量显著降低，Fe、Mn、Zn和Cu含量显著增加。本研究中，不同试验点、不同品种小麦籽粒中Zn含量对施氮的响应大于Fe和K，此结果与Jiang等[27]的报道相符。关于施氮量对小麦籽粒中Zn等矿质营养元素含量的影响已有大量研究[28-29]，表明不施或施用少量氮肥的小麦，其籽粒Zn浓度显著低于最佳施氮量处理，而过量施用氮肥未能显著增加籽粒Zn浓度，本研究结果亦证实了这一观点。
本研究中，各小麦品种的Cu、Fe、Mn、S和Zn含量随施氮量增加有所提高；中麦255和中麦578籽粒中Ca含量随施氮量增加呈先减后增的趋势；各小麦品种籽粒中K、Mg和P含量则随施氮量增加整体呈减少趋势。除Ca和K元素外，中麦255的其余矿质元素含量均值最高。小麦籽粒中不同矿质元素含量对氮肥的响应存在品种间差异，可能与供试品种的遗传背景有关[30]。适当提高施氮量可提升作物中主要矿质元素的含量[31-32]。Erenoglu等[33]研究表明，施氮量在0~360 kg/hm2时可有效提升小麦籽粒中Fe含量。李峰等[34]同样发现小麦中Fe含量随施氮量增加而增加。Salvagiotti等[35]研究表明，N和S元素间具有协同作用，即随施氮量增加S含量随之增加，与本研究结果一致。然而，也有研究[36]指出Mg、Ca、Fe、Zn、Mn和Cu含量随施氮量增加呈先增后减的趋势，或适当减少基肥施氮量可增加水稻籽粒中的主要矿质元素含量[37]，且在一定范围内降低施氮量不会降低小麦籽粒中大部分矿质元素的含量[38]。
鉴于当前农业生产中氮肥过量施用导致的环境污染和氮损失问题，本研究旨在探究不影响矿质元素总体含量的条件下，将施氮量优化至最佳水平，以提升其可持续性。基于各试验点和品种对不同元素的特定需求，提出以下针对性施肥建议：15CA73需补充Ca、Cu、K、Mg、Mn和P元素时，N0处理为最佳，需补充Fe、S和Zn元素时，N180+180处理为最佳；济麦22需补充S和Zn元素时，N180+180处理为最佳，需补充其他7种元素时，推荐N0处理；中麦255需补充Ca和Cu元素时，N0处理为最佳，需补充其他7种元素时，推荐N180+180处理；中麦578需补充Ca、Cu、K、Mg和P元素时，N0处理为最佳，需补充其他4种元素时，推荐N180+180处理。综上所述，在安阳、合肥、聊城和潍坊试验点种植小麦推荐最佳氮肥处理分别为N135+135、N0、N180+180和N180+180，15CA73和济麦22的最佳氮肥处理为N0处理，中麦255和中麦578最佳氮肥处理为N180+180处理。
3.2 小麦籽粒矿质元素含量间的相关性
本研究发现，各矿质元素含量间均呈现出一定的相关性，表明其可能存在一定程度的相互依存关系，与前人[39-40]研究结果一致。平文静[41]研究发现，玉米籽粒中Cu、Fe和Zn含量间存在显著正相关关系，周让让等[42]也发现小麦籽粒中Fe和Zn含量呈显著正相关，与本试验结果一致。本研究发现Mn含量与Ca、Cu、Mg和Zn含量间均呈极显著负相关，与前人[31]研究结果相似。张盼盼等[43]研究表明，Fe和Zn含量呈显著正相关，可能是由于玉米根部产生的次生氨基酸类物质可同时螯合土壤中难溶性的Fe或Zn，且Fe和Zn的吸收与利用高度同步，进而表现出明显的协同效应，与本试验研究结果相符。前人[44]研究表明，小麦籽粒的Ca含量与Zn、Fe、S、P、Mg和Mn含量呈显著正相关，与本试验部分结果一致。
3.3 施氮量对小麦籽粒中Ca、Mg、Fe和Zn生物有效性的影响
禾谷类作物籽粒中全磷的65%~90%以植酸磷形式存在，植酸磷和谷类作物中的Ca、Mg、Fe和Zn元素具有较高的亲和力，易形成难以被人和动物吸收的植酸盐，因此，P/Zn和P/Fe等指标常被用于评价这些元素的有效性[45]。本研究发现，不同小麦品种籽粒中P/Ca、P/Mg、P/Fe和P/Zn的变异系数分别为7.35%、10.00%、2.18%和7.49%。其中，中麦578与其他品种相比，籽粒中Ca、Mg和Zn元素的生物有效性最佳。研究[46]表明，施氮可提升矿质元素的生物有效性；蔺江韵等[47]研究表明，施氮可显著降低土壤pH，提高土壤中Fe和Mn元素的生物有效性，促进小麦对Fe元素的吸收及向籽粒的分配，进而提高籽粒Fe含量；左毅等[48]同样发现，施氮能显著提高籽粒中Fe的有效性；研究[49]表明，施氮能够增加玉米籽粒中Ca、Mg、Fe和Zn的生物有效性。本研究发现，随着施氮量增加，各小麦籽粒的P/Mg、P/Fe和P/Zn值有所降低，表明与不施氮肥相比，施氮处理不仅能提高小麦籽粒中Mg、Fe和Zn的含量，还能提高这些元素的生物有效性。
4 结论
在N180+180处理下，潍坊试验点小麦主要矿质元素含量综合表现优于其他3个试验点；中麦255籽粒中各矿质元素含量综合表现优于其他3个品种。在安阳、合肥、聊城和潍坊试验点种植小麦推荐的最佳氮肥处理分别为N135+135、N0、N180+180和N180+180。15CA73和济麦22的最佳氮肥处理为N0，中麦255和中麦578的为N180+180。施用氮肥不仅能够提高小麦籽粒中Mg、Fe和Zn的含量，同时也可以提高这些元素的生物有效性。
参考文献
水氮运筹对小麦光合物质生产和产量的影响
DOI:10.13287/j.1001-9332.202406.017
[本文引用: 1]
黄淮海地区水资源紧缺以及氮肥不合理施用制约着小麦产量和水肥利用效率的协同提高。本研究采用两因素裂区设计,主区为3个灌溉水平:在小麦拔节期和开花期0～40 cm土层土壤相对含水量均分别补灌至65%(W<sub>1</sub>)、75%(W<sub>2</sub>)和85%(W<sub>3</sub>);副区为4个施氮量:施纯氮0(N<sub>0</sub>)、150(N<sub>1</sub>)、180(N<sub>2</sub>)和210(N<sub>3</sub>)kg·hm<sup>-2</sup>,分析不同水氮运筹方式对小麦花后光合物质生产能力、籽粒产量和水氮利用效率的影响。结果表明: 小麦产量随灌溉水平和施氮量的提高呈增加趋势,W<sub>2</sub>N<sub>2</sub>处理具有较高的籽粒产量,为9103.53 kg·hm<sup>-2</sup>;继续增加水氮投入对小麦产量无显著影响。在相同施氮量条件下,与W<sub>1</sub>相比,W<sub>2</sub>条件下小麦花后冠层光截获率、叶绿素相对含量和实际光化学效率分别平均提高了4.5%～6.0%、19.7%～28.2%和7.5%～9.8%,与W<sub>3</sub>相比均无显著差异。同一灌溉水平下,N<sub>2</sub>处理花后干物质积累量较N<sub>0</sub>和N<sub>1</sub>处理分别平均增加80.1%～88.9%和16.7%～22.2%,与N<sub>3</sub>处理间无显著差异。小麦灌溉水利用效率和氮肥偏生产力均表现为随灌溉水平和施氮量的增加而降低,W<sub>1</sub>、W<sub>2</sub>和W<sub>3</sub>处理下小麦灌溉水利用效率分别为16.23、11.01和7.91 kg·hm<sup>-2</sup>·m<sup>-3</sup>,N<sub>1</sub>、N<sub>2</sub>和N<sub>3</sub>处理下氮肥偏生产力分别为50.8%、48.4%和42.5%。综上,在测墒补灌条件下,综合考虑小麦产量和水氮利用效率,小麦拔节期和开花期0～40 cm土层土壤相对含水量均补灌至75%协同施氮180 kg·hm<sup>-2</sup>(W<sub>2</sub>N<sub>2</sub>)是该地区小麦节水节肥、高产高效的最优水氮运筹方式。
Micronutrient fortification of plants through plant breeding: can it improve nutrition in man at low cost?
The global hidden hunger indices and maps: an advocacy tool for action
DOI:10.1371/journal.pone.0067860 URL [本文引用: 1]
Grain mineral accumulation changes in Chinese maize cultivars released in different decades and the responses to nitrogen fertilizer
Trace element concentrations in the grain of wheat cultivars as affected by nitrogen fertilization
DOI:10.23986/afsci.8230
URL
[本文引用: 1]
Three winter wheat cultivars were grown under low-N and high-N fertilization rates over two growing seasons. In spite of smaller 1000-grain weight, the high-N fertilization produced higher grain yields as well as grain N and trace element concentrations in both growing seasons. Trace element increments with high-N rate averaged 14.0% for Fe, 9.2% for Zn, 19.7% for Mn, 13.2% for Cu, 15.1% for Ni, and 23.0% for Cd. Only Na concentration was unaffected by N fertilization, whereas Pb and Cr were below detection limits. Absolutely small, but significant differences existed among tested cultivars for all trace elements and these cultivar effects were uniform on both N fertilization rates. However, cultivars differed in their rankings for trace element concentrations across two growing seasons and these specific responses appeared to be closely related to grain N.
Mineral profile of the winter wheat grain: effects of soil tillage systems and nitrogen fertilization
Pleiotropic effect analysis and marker development for grain zinc and iron concentrations in spring wheat
DOI:10.1007/s11032-022-01317-5 [本文引用: 1]
Comparative analysis of yield and quality traits in two elite Chinese wheat varieties under varied nitrogen fertilizations and environmental conditions
DOI:10.1002/cche.v101.5 URL [本文引用: 1]
Genetic dissection of grain zinc concentration in spring wheat for mainstreaming biofortification in CIMMYT wheat breeding
X-ray fluorescence microscopy of zinc localization in wheat grains biofortified through foliar zinc applications at different growth stages under field conditions
DOI:10.1007/s11104-015-2467-8 URL [本文引用: 1]
High phosphorus fertilization changes the speciation and distribution of manganese in wheat grains grown in a calcareous soil
Grain zinc and iron concentrations of Chinese wheat landraces and cultivars and their responses to foliar micronutrient applications
DOI:10.1016/S2095-3119(21)63614-6
[本文引用: 1]
Grain zinc (Zn) and iron (Fe) concentrations and their responses to foliar application of micronutrients in 28 Chinese wheat landraces and 63 cultivars were investigated in a two-year field experiment. The average grain Zn and Fe concentrations were 41.8 mg <span>kg</span><sup>–1 </sup>(29.0−63.3 mg kg<sup>–1</sup>) and 39.7 mg <span>kg</span><sup>–1</sup><span style="font-size:10px;"></span> (27.9−67.0 mg <span>kg</span><sup>–1</sup><span style="font-size:10px;"></span>), respectively. Compared with cultivars, landraces had greater grain Zn (11.0%) and Fe (4.8%) concentrations but lower harvest index (HI), grain weight per spike (GWS), grain number per spike (GNS) and thousand grain weight (TGW). Both Zn and Fe concentrations were negatively and significantly correlated with HI, GWS, and GNS, while showed a poor association with TGW, suggesting that lower HI, GWS, and GNS, but not TGW, accounted for higher Zn and Fe concentrations for landraces than for cultivars. Grain Zn concentrations of both cultivars and landraces significantly increased after foliar Zn spray and the increase was two-fold greater for landraces (12.6 mg <span>kg</span><sup>–1</sup><span style="font-size:10px;"><span style="font-size:10px;"></span></span>) than for cultivars (6.4 mg <span>kg</span><sup>–1</sup><span style="font-size:10px;"><span style="font-size:10px;"><span style="font-size:10px;"></span></span></span>). Foliar Fe spray increased grain Fe concentrations of landraces (3.4 mg <span>kg</span><sup>–1</sup><span style="font-size:10px;"></span>) and cultivars (1.2 mg <span>kg</span><sup>–1</sup><span style="font-size:10px;"></span>), but these increases were not statistically significant. This study showed that Chinese wheat landraces had higher grain Zn and Fe concentrations than cultivars, and greater increases occurred in grain Zn concentration than in grain Fe concentration in response to fertilization, suggesting that Chinese wheat landraces could serve as a potential genetic source for enhancing grain mineral levels in modern wheat cultivars.<br><div> <br></div>
Elucidating the source-sink relationships of zinc biofortification in wheat grains: a review
DOI:10.1002/fes3.v9.4 URL [本文引用: 1]
Nutritional composition of iron, zinc, calcium, and phosphorus in wheat grain milling fractions as affected by fertilizer nitrogen supply
DOI:10.1094/CCHEM-12-15-0243-R
URL
[本文引用: 1]
Fe and Zn deficiencies are global nutritional problems. N supply could increase Fe and Zn concentrations in wheat grain. This study was conducted to determine the impacts of different N rates (0, 122, 174, and 300 kg/ha) on the distribution and speciation of Fe and Zn in wheat grain milling fractions under field conditions. Zn and protein concentrations were increased, whereas Fe was less affected in the flour fractions with increasing N rates. Further analysis with size‐exclusion chromatography coupled with inductively coupled plasma mass spectrometry revealed that Fe and Zn bound to low‐molecular‐weight (LMW) compounds in the flour fractions (probably Fe‐nicotianamine [NA], Fe‐deoxymugineic acid, or Zn‐NA) were less affected by increasing N supply, representing 3.5–10.9% of total Fe and 2.5–56.6% of total Zn. In the shorts fraction, LMW‐Fe was absent, and LMW‐Zn with higher N supply was over twice as high as that in control and 3–27 times as high as that in the other milling fractions. In the flour fractions, the molar ratios of phytic acid (PA)/Fe and PA/Zn (both less than 30.5) decreased, whereas soluble LMW‐Fe/Zn was not affected with increasing N rates.
Improved nitrogen nutrition enhances root uptake, root-to-shoot translocation and remobilization of zinc (65Zn) in wheat
DOI:10.1111/j.1469-8137.2010.03488.x
PMID:21029104
[本文引用: 1]
This study focussed on the effect of increasing nitrogen (N) supply on root uptake and root-to-shoot translocation of zinc (Zn) as well as retranslocation of foliar-applied Zn in durum wheat (Triticum durum). Nutrient solution experiments were conducted to examine the root uptake and root-to-shoot translocation of (65) Zn in seedlings precultured with different N supplies. In additional experiments, the effect of varied N nutrition on retranslocation of foliar-applied (65) Zn was tested at both the vegetative and generative stages. When N supply was increased, the (65) Zn uptake by roots was enhanced by up to threefold and the (65) Zn translocation from roots to shoots increased by up to eightfold, while plant growth was affected to a much smaller degree. Retranslocation of (65) Zn from old into young leaves and from flag leaves to grains also showed marked positive responses to increasing N supply. The results demonstrate that the N-nutritional status of wheat affects major steps in the route of Zn from the growth medium to the grain, including its uptake, xylem transport and remobilization via phloem. Thus, N is a critical player in the uptake and accumulation of Zn in plants, which deserves special attention in biofortification of food crops with Zn.© The Authors (2010). Journal compilation © New Phytologist Trust (2010).
Sulfur fertilization improves nitrogen use efficiency in wheat by increasing nitrogen uptake
DOI:10.1016/j.fcr.2009.05.003 URL [本文引用: 1]
氮肥运筹对寒地水稻籽粒植酸、蛋白质和矿质元素的影响
DOI:10.11869/j.issn.100-8551.2020.07.1534
[本文引用: 1]
为探究寒地水稻优质栽培的氮肥施用方式,以粳稻品种垦粳7号和垦粳8号为试验材料,通过2年(2017-2018年)田间试验,设置4种氮肥运筹方式:习惯施肥(T1,施氮量150 kg·hm<sup>-2</sup>,基肥:蘖肥:穗肥=6:3:1)、氮肥后移1(T2,施氮量150 kg·hm<sup>-2</sup>,基肥:蘖肥:穗肥=4:3:3)、基于T2的减氮施肥(T3,施氮量135 kg·hm<sup>-2</sup>,基肥:蘖肥:穗肥=4:3:3)和氮肥后移2(T4,施氮量150 kg·hm<sup>-2</sup>,基肥:蘖肥:穗肥=5:3:2),其中以T1为对照,研究氮肥运筹对寒地水稻籽粒植酸、总蛋白质及组分、矿质元素含量的影响及其互作效应。结果表明,氮肥、品种对水稻籽粒中植酸含量的影响均达显著或极显著水平。与T1相比,T2、T3和T4水稻籽粒中植酸含量平均分别显著降低了31.92%、48.94%和21.28%;T2、T3和T4水稻籽粒中清蛋白、球蛋白、谷蛋白以及总蛋白质含量均增加,且T2作用效果更明显,分别较T1显著提高了0.14、0.10、0.45和0.60个百分点(2017年两品种均值);T2和T3的醇溶蛋白含量略有降低,T4则略有增加,但与T1差异均不显著;T2和T3水稻籽粒中Cu、Mn、Fe、Ca、K、Zn含量均增加,且T2增加更明显,T4水稻籽粒中各矿质元素含量变化则无明显规律。通过分析氮肥运筹下水稻籽粒植酸含量与蛋白质、8种矿质元素含量的相关性可知,植酸含量与总蛋白质、清蛋白、球蛋白、谷蛋白以及Cu、Mn、Fe、Zn、Ca、Mg、K含量均呈负相关,其中与球蛋白含量和2018年Zn和Ca含量呈显著负相关。综上所述,氮肥平衡分配能降低水稻籽粒中植酸含量,增加总蛋白质和矿质元素含量,有效改善蛋白质组分,从而提高稻米营养品质。本研究结果为寒地稻米的优质栽培的氮肥运筹方式提供了理论依据。
Addressing micronutrient malnutrition through enhancing the nutritional quality of staple foods: principles, perspectives and knowledge gaps
氮锌配施对夏玉米籽粒矿质元素含量和累积量的影响
DOI:10.7668/hbnxb.20193757
[本文引用: 1]
研究氮锌配施下夏玉米籽粒矿质元素含量的变化,为玉米生产上氮锌肥的合理施用提供参考。采用大田小区试验,以郑单958和谷神玉66为材料,设置90,180,225 kg/hm<sup>2</sup>等3个施氮水平和不喷锌、苗期和拔节期1∶1喷锌、拔节期和大口期1∶1喷锌、大口期喷锌等4个喷锌处理,分析氮锌配施对夏玉米籽粒产量、矿质元素含量和累积量的影响。结果表明,施氮量超过180 kg/hm<sup>2</sup>,籽粒产量显著下降,而籽粒中Ca、Cu、Fe、Zn含量以及Cu和Fe累积量显著增加,施氮量为180 kg/hm<sup>2</sup>,N含量和P、K、Mg含量分别达最高和最低;拔节期和大口期1∶1喷锌和大口期喷锌2个处理均能显著提高籽粒产量、N和Zn含量以及N、Mg、Zn、B和Na累积量,但降低了P、K、Ca、B和Na含量;与谷神玉66相比,郑单958产量平均提高了19.3%,且籽粒中K和Fe含量以及K、Ca、B和Na累积量也显著提高。籽粒产量与大多矿质元素含量呈极显著负相关,除Ca与Mg和Zn相关性不显著外,籽粒中Ca、Mg、Cu、Mn、Fe、Zn和B含量之间均达显著或极显著正相关,Zn与N、Mg含量的回归关系均达显著或极显著水平。总之,施用氮肥180 kg/hm<sup>2</sup>,结合拔节期大口期1∶1叶面喷施锌肥4.5 kg/hm<sup>2</sup>,能够使玉米籽粒高产稳产,并同步提高籽粒中N和Zn含量及其他矿质元素累积量,达到籽粒产量和矿质元素营养品质同步提高的目的,可在大田中进行推广应用。
小麦籽粒钙元素含量的研究进展
DOI:10.3724/SP.J.1006.2021.01045
[本文引用: 1]
提高矿物质营养元素含量正在成为世界主要粮食作物的重要研究方向和育种目标。钙元素是人体必需的矿物质元素, 在人类骨骼形成和新陈代谢中发挥着重要作用。全球约35亿人缺钙, 缺钙已成为影响人类健康的国际性重大问题。主食是一种最优安全的矿物质元素补充途径。小麦是我国乃至全世界主要粮食作物, 是全球35%~40%人口主要的食物来源, 是摄入钙的主要来源, 是矿物质元素生物强化的重要作物。通过遗传改良方法提高小麦籽粒钙元素含量被认为是解决缺钙最经济、有效、可持续的措施, 目前已引起了国内外学者的高度关注。本文综述了近年来小麦籽粒钙元素含量的研究进展, 主要包括籽粒钙含量的遗传差异、影响因素以及与相关性状关系、调控机理。此外, 我们还提出了将来进行钙营养强化小麦研究的方向, 此研究内容为加快通过主粮实现有效补钙、倡导健康营养的膳食模式、满足由“量”的需求向“质”的需求转变的粮食安全、改善国民健康状况以及减少因缺钙造成的经济损失提供了解决方案。
Zinc bioavailability in wheat grain in relation to phosphorus fertiliser, crop sequence and mycorrhizal fungi
DOI:10.1002/jsfa.v88:7 URL [本文引用: 1]
Rational application of fertilizer nitrogen to soil in combination with foliar Zn spraying improved Zn nutritional quality of wheat grains
长期施氮条件下小麦铁锰累积及其与土壤养分的关系
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.011
[本文引用: 1]
【目的】 研究长期施用氮肥条件下小麦铁锰吸收累积规律及其与土壤养分之间的关系，进一步探讨基于产量及小麦铁锰营养的氮肥调控策略，为合理优化氮肥施用和改善小麦营养品质提供科学依据。【方法】 基于旱地冬小麦的氮肥长期定位试验，设置5个施氮水平0、80、160、240、320 kg·hm<sup>-2</sup>，研究不同氮水平条件下小麦籽粒铁锰含量及其与产量、铁锰吸收分配规律、土壤养分及各形态铁锰的关系。【结果】 施氮显著提高了冬小麦产量、地上部铁含量、籽粒铁含量，降低了地上部和籽粒的锰含量。与对照相比，氮肥供应超过160 kg·hm<sup>-2</sup>时，小麦产量及籽粒铁含量不再继续增加，分别保持在5 857—6 598 kg·hm<sup>-2</sup>和40.2—42.2 mg·kg<sup>-1</sup>，而籽粒锰含量保持较低水平，为30.4—35.3 mg·kg<sup>-1</sup>。氮肥施用显著降低了土壤pH，提高了土壤中铁、锰元素的松结有机态及铁元素的锰氧化物结合态比例，增加了土壤中铁、锰的生物有效性。相关分析结果表明，小麦籽粒铁含量与产量、生物量、收获指数、穗数、穗粒数、铁收获指数显著正相关，与籽粒锰含量显著负相关；与土壤锰氧化物结合态铁显著正相关；与残渣态铁显著负相关。小麦籽粒锰含量与产量、生物量、收获指数、穗数、穗粒数、籽粒吸铁量、铁收获指数显著负相关，与地上部吸锰量显著正相关；与土壤各种形态锰不相关。【结论】 西北旱区石灰性土壤中长期施氮可提高土壤铁的有效性、促进小麦对铁的吸收及铁向籽粒的分配，进而提高籽粒铁含量；施氮虽然提高了土壤锰的有效性，但显著抑制了小麦对锰的吸收，最终导致小麦籽粒锰含量降低。此外，当供磷水平一致时，土壤长期缺乏氮素供应可能导致小麦籽粒铁含量较低，而锰含量过高。综合考虑产量、籽粒铁锰元素营养品质及环境经济效益，西北旱区石灰性土壤小麦氮肥施用量建议控制在160 kg·hm<sup>-2</sup>，过量施用氮肥无助于继续提高产量及品质。
