锌、硫是作物正常生长必需的微量元素，具有重要的生理生化作用，同时，锌、硫也是维持人体健康的必需微量营养元素。锌缺乏会导致体质下降、视力下降或失明、智力发育不良和免疫力降低等疾病^[1]，硫缺乏会导致人体无法正常合成蛋白^[2]。因此，近年来，植物微量元素营养状况及其与人体健康的关系，特别是禾谷类锌、硫等元素的生物强化越来越受研究者关注^[3-6]。土壤微量元素缺乏是限制我国大部分地区作物进一步增产提质的重要限制因子^[7-8]。

小麦是我国主要粮食作物，安徽小麦常年种植面积253万hm²，是我国小麦主产区之一。由于光、温、水的限制，安徽小麦主要分布于淮河以北。该区域土壤锌和硫缺乏^[9-10]，是小麦品质不高的主要原因。研究表明合理的氮、磷、钾配比可以改善该区域小麦的品质^[11-12]。随着测土配方施肥技术的普及，合理的氮、磷、钾配比对改善小麦品质的作用越来越明显，通常情况下，给营养缺乏的土壤补充相应的元素可进一步提高小麦品质。大量研究表明小麦分别增施锌肥和硫肥可以改善小麦品质^{[3-4, 6]}。而配方肥同时配施锌肥和硫肥对小麦品质的影响，尚缺乏系统的研究。因此，本研究在安徽北部小麦主产区进行配方肥增施锌肥和硫肥试验，通过研究小麦产量、养分积累及利用率、蛋白质含量及其组分、淀粉含量及其组分、籽粒锌和硫含量及其积累量，探究配方肥配施锌肥和硫肥对小麦产量和品质的影响，以期为通过现代农艺措施促进小麦提质增效提供理论和实践依据。

1 材料与方法 1.1 供试材料与试验地概况

试验地点位于安徽省宿州市埇桥区西二铺村和湖町村（皖北小麦主产区），土壤类型为砂姜黑土，属于温带半湿润季风气候区，多年平均气温为14 ℃，全年日照时数为2 323~2 472 h，年平均降水量在744~ 896 mm之间，土壤理化性质见表 1。土壤有效锌含量低于0.50 mg · kg^-1，土壤有效硫含量低于10.0 mg · kg^-1，分别属于很低和极缺水平^{[9, 13]}。试验地采用冬小麦-夏玉米轮作方式。西二铺村试验于2017年10月20日开始小麦播种，播种量为225 kg·hm^-2，品种为烟农19；湖町村试验于2017年10月29日开始小麦播种，播种量为300 kg·hm^-2，品种为烟农999。播种行距统一为20 cm，2018年6月3日收获。

1.2 试验设计

试验选择4种配方肥，N/P₂O₅/K₂O配方分别为15: 15:15、25:8:10、25:18:7和27:8:10。于西二铺村和湖町村分别设置了4个和6个处理（表 2），3次重复，小区面积为80 m²。根据试验地施肥习惯，两地农民主要施N/P₂O₅/K₂O为15:15:15的复合肥和尿素，但施肥方式不同。其中，N/P₂O₅/K₂O配方25:8:10、25: 18:7为试验地区市售小麦专用复合肥，两个配方相比，氮含量相同，相对后者，前者磷含量较少，而钾含量较多。N/P₂O₅/K₂O配方27:8:10是根据安徽淮北地区土壤氮、磷、钾养分数据库，以及相应的小麦产量水平和每生产100 kg籽粒氮、磷、钾养分需求量计算得到，与该地区市售小麦专用复合肥相比，适当提高了氮肥的比例，该配方是将氮、磷、钾肥掺混制得，氮肥为普通尿素（N 46%），磷肥为磷酸一铵（N 11%，P₂O₅ 44%），钾肥为氯化钾（K₂O 60%）。试验多采用一次性施肥方式，大型拖拉机旋耕20 cm晾晒1 d后，将肥料均匀撒于土壤表面，旋耕1次，最后用播种机将麦种播于土层3~5 cm处。湖町村农民习惯处理于2018年3月10日追肥，人工撒施。田间管理按照当地栽培技术统一进行。

1.3 样品采集与测定方法

小麦完熟时，每个小区拔取1 m²样品，再剪去根系，用于考种，测秸秆和籽粒氮、磷、钾养分，以及籽粒清蛋白、球蛋白、醇蛋白、谷蛋白、直链淀粉、支链淀粉、锌、硫的含量。采样后的小麦样品全部收获测产，风干后折算实产。

秸秆和籽粒氮、磷、钾养分含量的测定：研磨后的样品经H₂O₂-H₂SO₄消煮后，分别用凯氏定氮法、靛酚蓝比色法、火焰光度计法测定^[14]。

籽粒清蛋白、球蛋白、醇蛋白、谷蛋白含量的测定：小麦面粉分别用蒸馏水、5%NaOH溶液、70%乙醇、0.2% NaOH溶液浸提后，用紫外分光光度计于595 nm处比色得出结果^[15]。

籽粒的直链淀粉和支链淀粉含量的测定采用双波长法^[16]。

籽粒锌含量的测定：小麦面粉在80 ℃下，用2 mol·L^-1盐酸溶液浸提，原子吸收分光光度法测定^[13]。

籽粒硫含量的测定：小麦面粉经HNO₃-HClO₄消煮，BaSO₄比浊法测定^[14]。

蛋白质含量=氮含量×5.7。

谷醇比=谷蛋白含量（%）/醇蛋白含量（%）。

直支比=直链淀粉含量（%）/支链淀粉含量（%）。

肥料偏生产力=小麦产量/肥料用量。

1.4 数据处理

应用Excel 2010和SPSS 20.0进行数据处理和统计分析。处理间比较采用One-way ANOVA分析，差异显著性分析采用Duncan法。

2 结果与分析 2.1 产量及其构成

从表 3可以看出，配方肥配施硫肥和锌肥增加了小麦籽粒产量，其中T27-8-10-Zn-S增产最明显。与农民习惯处理（T15-15-15-N）相比，在西二铺村和湖町村T27 - 8 - 10 -Zn- S的小麦产量分别增加了42.0%和26.4%，在湖町村T27-8-10-Zn和T27-8- 10-S则增产7.4%和5.6%。T25-8-10和T25-18-7与当地农民习惯处理T15-15-15-N相比，增产效果因地而异，在西二铺村增产达到显著水平，在湖町村增产效果则不显著。西二铺村小麦产量主要与其有效穗数有关，而湖町村小麦产量则与每穗粒数和千粒重相关。湖町村小麦比西二铺村晚播种10 d，增加了播种量，以增加有效穗数，保证产量。因此，湖町村不同施肥处理间有效穗数无显著差异。

2.2 氮、磷、钾养分积累及利用率

从表 4可知，配方肥增施锌肥和硫肥增加了两地小麦地上部氮素积累量，但对湖町村小麦地上部磷、钾积累量影响不明显。与T15-15-15-N相比，其他施肥处理显著增加了小麦肥料偏生产力，西二铺村氮、磷、钾肥偏生产力平均增幅49.3%、102.0%、128.5%，湖町村平均增幅20.7%、112.1%、69.7%，其中湖町村T27-8-10-Zn-S氮、磷偏生产力增幅最大。

2.3 籽粒锌、硫含量和积累量

配方肥配施锌肥和硫肥增加了小麦籽粒锌的含量（图 1），与T15-15-15-N相比，T27-8-10-Zn-S显著增加了两地籽粒锌含量，但所有处理籽粒锌含量均低于30 mg·kg^-1，距满足人体正常锌需求的籽粒锌含量（40~60 mg·kg^-1）^[17]尚有较大差距。T27-8-10-Zn-S小麦籽粒锌积累量显著高于T15-15-15-N，两处试验平均增幅54.0%（图 2）。T25-8-10、T25-18-7与T15- 15-15-N小麦籽粒锌含量差异不大，但T25-8-10、T25-18-7增加了小麦产量，促进了籽粒锌积累量的增加，其中西二铺村增幅达到显著水平。湖町村T27-8-10-Zn-S比T27-8-10-Zn籽粒锌积累量显著增加。

配方肥增施锌肥和硫肥施对小麦籽粒硫含量影响不大（图 3）。两处试验中小麦籽粒硫积累量以T27-8-10-Zn-S最高，比T15-15-15-N平均多积累了78.9%（图 4），这主要与小麦产量的增幅有关。

2.4 籽粒蛋白质、淀粉及其组分含量

配方肥配施锌肥和硫肥对小麦籽粒蛋白及其组分影响不明显（表 5）。除了湖町村T25-18-7、T27- 8-10-S比T15-15-15-N显著增加了籽粒蛋白质含量，其他施肥处理对小麦籽粒蛋白质含量影响均不显著。与其他施肥处理相比，T15-15-15-N小麦籽粒的清蛋白和球蛋白含量相对较高，醇蛋白和谷蛋白含量相对较少。西二铺村T15-15-15-N籽粒谷醇比显著低于其他处理。说明配方肥配施锌肥和硫肥有助于小麦品质的提高。

不同施肥处理下，小麦籽粒直链淀粉、支链淀粉和淀粉含量差异不显著（表 6）。但在西二铺村，改变农民习惯施肥方式明显降低了直/支比。

2.5 经济效益

从表 7可以看出，配方肥配施锌肥和硫肥增加了小麦的净利润。与T15-15-15-N相比，配方肥及配施硫肥和锌肥处理肥料价格增加了205~505元· hm^-2。西二铺村均采用一次性施肥的方式，人工和机械费用相同，湖町村T15-15-15-N比其他处理增加了450元·hm^-2的追肥费用。由于配方肥配施锌肥和硫肥增加了小麦产量，小麦净利润得到大幅提高，比T15-15-15-N节本增收420~1 524元·hm^-2。

3 讨论 3.1 配方肥配施锌肥和硫肥的小麦增产效应

自2005年农业部开展测土配方行动以来，笔者所在课题组基于安徽省小麦、水稻、玉米等主要农作物的“3414”试验，建立了相应的测土配方施肥技术指标体系，并根据“氮肥总量控制，磷钾恒量监控”的原则，采用区域“大配方”、具体田块“小调整”的策略，联合肥料企业生产了针对不同区域作物的配方肥，取得了作物增产、农民增收的效果^[18-19]。而“十三五”农业部印发《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，构建绿色发展农业^[20]，这对配方肥的研发和使用提出新的挑战，要求配方肥既要保障粮食增产、农民增收，更要保护生态环境、满足人们对美好生活的需求。

种植粮食作物的耕地普遍缺乏微量元素锌。据估计目前全球50%的用于种植粮食作物的耕地缺锌^[21]，由于籽粒中植酸的作用，锌的有效性也较低^[22]，从而导致粮食作物可食部分的锌含量普遍不足，并且这种情况在发展中国家呈恶化趋势^[23]。林葆等^[24]的研究发现，我国有4 860万hm²的土地缺锌，占总土地面积的51.1%，尤其在黄淮海平原的石灰性土壤上更为严重^[25]。

近年来随着农业生产技术的发展，粮食作物产量不断提高，复种指数增加，作物从土壤中带走的硫素逐渐增多。加之化肥施用结构发生变化，高浓度复合（混）肥的大力推广应用，普通过磷酸钙等含硫化肥的应用减少，部分地区的土壤硫素缺乏日趋严重。刘崇群^[7]研究表明，我国南方10省土壤缺硫面积约占耕地总面积的25%。李贵宝^[26]研究表明，河南土壤缺硫样本数占样本总数的63.4%。安徽地处我国南北过渡地区，缺硫土壤样本占总样本数的53.1%^[13]，其中淮北平原土壤缺硫最为严重^{[9-10, 13]}，2015年数据显示，该地区缺硫耕地面积达到80%^[13]。

本研究在黄淮海平原的皖北小麦种植区开展，该试验土壤类型为砂姜黑土，土壤氮素养分不足，并且锌和硫等中微量养分匮乏^{[9-10, 13]}，施用配方肥后小麦增产，与江苏省小麦测土配方施肥技术应用结果相似^[27]，配施锌肥和硫肥的配方施肥处理小麦产量增幅更大。研究表明增施锌肥可以防止由于干热风、倒伏以及根系养分吸收能力下降造成的减产^[6]。同时，由于施硫肥促进了小麦的生长发育，提高了叶片单叶和群体光合速率，增大了生物量的积累，使产量构成因素同步提高而增加了产量，研究表明缺硫土壤增施硫肥可使小麦增产10.0%~25.0%^[28]，与本研究结果一致。

值得关注的是，本研究中西二铺村小麦比湖町村早播种10 d，西二铺村播种量为225 kg·hm^-2，采用增蘖保产量的策略，湖町村播种量为300 kg·hm^-2，采用增苗保产量的策略。西二铺村小麦产量与有效穗数密切相关，而湖町村小麦产量与有效穗数关系不大，配方肥配施锌肥和硫肥的增产结果则与小麦的千粒重和每穗籽粒数有关。因此，根据播期调整播种量可保障小麦产量。

3.2 配方肥配施锌肥和硫肥的小麦环境效应

相对于农民习惯处理，配方肥处理减少了氮、磷、钾肥用量，总减肥量15.0%~26.9%，而产量增加了0.8%~42.0%，因此，氮、磷、钾肥偏生产力分别平均增加了35.0%、107.0%、99.1%。配方肥配施锌肥和硫肥处理小麦产量高于配方肥处理，其氮、磷、钾肥偏生产力明显高于配方肥处理。因此，配方肥配施锌肥和硫肥的环境效益较好。

3.3 配方肥配施锌肥和硫肥对小麦品质的影响

配方肥及配施锌、硫肥均能提高小麦产量，保护生态环境，促进农民增收（表 7），但对小麦品质的提高仍需进一步研究。本研究中，配方肥配施锌、硫肥对小麦籽粒蛋白质、淀粉及其组分含量影响不大，但比农民习惯处理提高了谷醇比，降低了直支比，增加了小麦籽粒锌含量，有利于小麦品质的提高。但小麦籽粒锌含量小于30 mg·kg^-1，远低于Cakmak^[29]提出的满足人体锌营养健康的籽粒强化目标值（40~60 mg· kg^-1）。本研究中，配方肥配施锌肥弥补了产量增加对锌含量的稀释效应，甚至有所增加，但要满足人的健康营养需求，仍要进一步提高籽粒锌含量，这涉及到施肥方法、时期以及配施肥料形态、品种的选择等。郭九信等^[3]研究表明，叶面配施锌对小麦籽粒锌含量的提高作用大于土施锌。究其原因，在潜在缺锌的石灰性土壤上，同时土施磷肥和锌肥，可能会形成Zn-磷酸盐沉淀，降低锌和磷的有效性^{[5, 30]}。相对土施锌肥，直接喷施锌肥则可能减弱叶片中锌与磷的拮抗作用，增加叶片锌向籽粒的转运，提高籽粒锌含量^[31]。王少霞等^[6]认为小麦灌浆前配施锌和磷酸二氢钾混合物，可发挥钾、锌在籽粒中的协同效应，降低磷、锌的拮抗作用，有利于提高籽粒锌含量。与氮、磷、钾肥土施基肥相比，喷施锌增加了农民的种植成本，降低了小麦喷施锌肥的应用率。鉴于小飞机喷施农药方便快捷，已被农民广泛接受^[32]，因此，使用小飞机喷施锌肥是小麦增锌的有效途径。

本研究中，配方肥增施硫肥对小麦蛋白质含量及其组分等品质指标的影响不大，但配方肥促进了小麦增产，保障了籽粒硫含量的稳定。与农民习惯施肥处理相比，湖町村配方肥配施硫肥显著增加了谷醇比，改善了小麦蛋白质品质，可能与增施硫肥能降低籽粒醇溶蛋白合成、增加谷蛋白合成有关^[33]。王东等^[34]研究发现，在缺硫土壤增施67.5 kg·hm^-2纯硫，可提高籽粒淀粉合成酶的活性，促进直连和支链淀粉的合成，使籽粒淀粉含量增加，千粒重提高^[28]。本研究增施15 kg·hm^-2纯硫，尚未发现类似结果，可能与硫肥施用量、施用时期、小麦品种等因素有关。

4 结论

调节施肥配方和增施锌、硫肥增加了皖北小麦产量，提高了种植小麦的经济效益，促进了小麦地上部氮、磷、钾的积累，提高了肥料偏生产力。配方肥配施锌肥和硫肥对小麦籽粒蛋白质、淀粉含量及其组分含量影响不大，但与农民习惯处理相比，提高了谷醇比，降低了直支比，增加了小麦籽粒锌、硫积累量，有利于皖北小麦品质的提高。