有机碳协同锌肥农艺强化小麦锌营养：温室研究揭示锌源有效性及生物利用率提升路径

《Agrosystems, Geosciences & Environment》：Agronomic biofortification of wheat with zinc through co-addition of organic carbon with zinc fertilizers

本综述通过温室实验系统评估了不同锌源（ZnSO4、ZnO等）与有机碳添加剂（AVAIL/腐植酸）对轻度石灰性土壤中小麦锌生物强化的协同效应。研究发现，无机锌肥可显著提升谷物产量（26%-41%）及籽粒锌浓度（ZnO处理达58%），且溶解度较低的ZnO在提升全谷物、麸皮及地上部生物量锌积累方面优于ZnSO4。研究首次明确揭示了锌在植物各部位的分布规律（茎叶/全谷物/麸皮/面粉）及生物有效性指标（PA:Zn摩尔比），为通过农艺措施解决人类锌营养不良提供了关键理论依据。

　　

研究背景与意义

锌营养不良已成为发展中国家第五大疾病诱因，全球约30亿人面临锌摄入不足风险。小麦作为主要粮食作物，其籽粒锌含量普遍低于人体需求阈值（40-60 mg kg^-1）。农艺生物强化通过施肥策略提升作物锌含量，是缓解隐性饥饿的有效手段。本研究聚焦轻度石灰性土壤中锌源与有机碳添加剂的协同作用，旨在解析锌在小麦体内的分布规律及生物有效性调控机制。

实验设计与方法

实验在美国堪萨斯州温室进行，采用随机区组设计，设置18种处理组合（6种锌源×3种添加剂）。锌源包括无机锌（ZnSO₄·7H₂O、ZnO、MAP-锌复合肥）及有机锌（生物固体），添加剂为AVAIL（马来酸-衣康酸共聚物）和腐植酸（HA）。通过微波消解-ICP分析植物组织锌含量，采用Tessier连续提取法分级土壤锌形态，并测定面粉/麸皮中植酸（PA）含量以计算PA:Zn摩尔比。

锌肥对小麦产量与锌积累的影响

无机锌处理显著提升谷物产量，ZnO和ZnSO₄分别使产量增加41%和26%。全谷物锌浓度在ZnO处理下达到33.6 mg kg^-1（较对照提升58%），ZnSO₄处理为27.5 mg kg^-1（提升30%）。值得注意的是，低溶解度的ZnO在锌向籽粒转运效率方面优于高溶解度的ZnSO₄，可能与石灰性土壤中Zn²⁺的快速固定有关。锌积累量表现为：全谷物（2.3 μg pot^-1）＞面粉（1.98 μg pot^-1）＞麸皮（1.91 μg pot^-1）。

锌生物有效性与形态分布

面粉PA:Zn摩尔比在ZnSO₄/ZnO处理下降至7.1-12.2（＜15），表明锌生物有效性显著提升。而麸皮因PA含量过高（527-614 mg 100 g^-1），PA:Zn比值达51-210，锌生物利用率极低。土壤锌形态分析显示，残留态锌（Res-Zn）占比最高（81%-92%），其次为铁锰氧化物结合态（6%-12%）。水溶态锌仅占0.1%-0.5%，但与植物锌吸收呈显著正相关。

有机添加剂的协同效应

AVAIL与腐植酸未能显著增强土壤锌提取率或植物锌吸收，可能与石灰性土壤高pH条件下有机配体稳定性不足有关。ZnO+HA处理在地上部生物量锌积累中表现最佳（23.1 mg kg^-1），暗示腐植酸可能通过螯合作用延缓锌在土壤中的固定。

结论与展望

ZnO和ZnSO₄是石灰性土壤小麦锌强化的最优锌源，可同步实现产量提升与锌营养改善。后续需开展多地点田间试验验证锌源筛选策略，并深入探究锌转运蛋白（如ZIP家族）与有机配体的互作机制。本研究为谷物锌生物强化技术的标准化应用提供了重要理论支撑。