作物磷、鋅營養(yǎng)的調(diào)控機(jī)制與途徑課件

作物磷、鋅營養(yǎng)的調(diào)控機(jī)制與途徑作物磷、鋅營養(yǎng)的調(diào)控機(jī)制與途徑1提綱一、研究目標(biāo)與方案二、主要研究進(jìn)展三、階段性產(chǎn)出提綱一、研究目標(biāo)與方案2總體目標(biāo)分別揭示磷、鋅元素對高產(chǎn)作物地上群體與地下根系、根際及根層養(yǎng)分的互作機(jī)制，建立協(xié)同實現(xiàn)作物高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、可持續(xù)的根層養(yǎng)分調(diào)控理論與途徑。五年預(yù)期目標(biāo)1）闡明磷、鋅營養(yǎng)對高產(chǎn)群體根系/根際動態(tài)過程的調(diào)控機(jī)制；2）揭示磷、鋅元素支撐高產(chǎn)群體結(jié)構(gòu)與功能的植株和器官水平的養(yǎng)分需求特征；3）建立協(xié)同實現(xiàn)作物高產(chǎn)高效優(yōu)質(zhì)的根層養(yǎng)分調(diào)控理論與途徑；4）學(xué)術(shù)成果與人才培養(yǎng)：發(fā)表學(xué)術(shù)論文5-8篇，其中SCI收錄論文4-6篇；培養(yǎng)博士生2-3名，碩士生1-2名。子課題預(yù)期目標(biāo)總體目標(biāo)子課題預(yù)期目標(biāo)3關(guān)鍵科學(xué)問題：高密度高產(chǎn)群體下的地上地下互作機(jī)制與調(diào)控途徑群體發(fā)育莖蘗發(fā)育土壤有效磷光合速率葉面積光合速率葉面積指數(shù)根際過程磷、鋅在調(diào)控地上群體與地下根系/根際過程/根層養(yǎng)分的作用及長期效應(yīng)？長期過量施用磷肥對作物鋅營養(yǎng)的影響機(jī)制？集約化生產(chǎn)條件下如何合理施用鋅肥提高作物產(chǎn)量、品質(zhì)？籽粒品質(zhì)肥料效率關(guān)鍵科學(xué)問題：高密度高產(chǎn)群體下的地上地下互作機(jī)制與調(diào)控途徑群4研究思路再轉(zhuǎn)移（莖葉-籽粒）吸附（土壤）磷對鋅的固定鋅形態(tài)的轉(zhuǎn)化吸收（根系）磷對根系形態(tài)影響磷對菌根真菌作用有機(jī)酸分泌活化根際鋅轉(zhuǎn)移（根-地上）磷對鋅轉(zhuǎn)移效率的影響磷對鋅再轉(zhuǎn)移數(shù)量影響鋅的再轉(zhuǎn)移效率鋅的有效性（籽粒）籽粒和面粉鋅濃度籽粒和面粉植酸濃度調(diào)控群體（結(jié)構(gòu)、功能）根層磷素（土壤）吸收（根系）磷對根系形態(tài)影響磷對根際過程影響磷對根系基因表達(dá)影響植株磷營養(yǎng)（植株）磷對植株磷營養(yǎng)調(diào)控磷對群體數(shù)量動態(tài)調(diào)控磷對個體發(fā)育的調(diào)控產(chǎn)量（三要素）調(diào)控生物量土壤有效磷磷素協(xié)同調(diào)控

實現(xiàn)高產(chǎn)高效外源施鋅提質(zhì)增效根系與鋅的匹配（土壤）土壤DTPA-Zn土壤鋅形態(tài)吸收（根系）鋅對根系形態(tài)影響根際鋅吸收產(chǎn)量與品質(zhì)的協(xié)同（籽粒）產(chǎn)量、生物量籽粒和面粉鋅濃度籽粒鋅營養(yǎng)（目標(biāo)值）植株鋅營養(yǎng)調(diào)控磷鋅拮抗作用機(jī)制研究思路再轉(zhuǎn)移（莖葉-籽粒）吸附（土壤）磷對鋅的固定吸收5加劇磷礦資源耗竭(Cordelletal.,2009)(Conleyetal.,Science,2009)水體富營養(yǎng)化研究背景——磷肥的不合理施用導(dǎo)致諸多問題人體缺鋅分布圖加劇鋅營養(yǎng)缺乏EfficientproductionEnvironmentSustainabilityFoodQualityAppropriatePhosphorusManagement?降低肥料利用率華北地區(qū)農(nóng)田土壤有效磷平均達(dá)約34mgkg-1。(許世杰,2018)加劇磷礦資源耗竭(Cordelletal.,2009)6

36.88N115.02EEveryplothas75m2.CropGenotypesPsupplytreatments(kgP/ha)2008-20092009-WinterwheatLX99P0:0P1:12.5P2:25P3:50P4:75P5:100P0:0P1:25P2:50P3:100P4:200P5:400SummermaizeZD958P0:0P1:6.25P2:12.5P3:25P4:37.5P5:50P0:0P1:12.5P2:25P3:50P4:100P5:200磷水平定位試驗（2009-2018）試驗時間：2008小麥季—作物體系：冬小麥-夏玉米輪作試驗設(shè)計：36.88N115.02EEveryplot7一、明確了華北平原小麥、玉米高產(chǎn)條件下減磷增效的長期效應(yīng)一、明確了華北平原小麥、玉米高產(chǎn)條件下減磷增效的長期效應(yīng)8冬小麥-夏玉米輪作體系十年長期定位磷試驗在河北曲周定位試驗中，P2(冬小麥50kg/ha；夏玉米25kg/ha)處理冬小麥2014-2018年產(chǎn)量穩(wěn)定在8.0t/ha，夏玉米自2012-2018年產(chǎn)量穩(wěn)定在11.0t/ha。1、優(yōu)化磷管理條件下小麥、玉米產(chǎn)量隨年限的穩(wěn)定性變化LSD0.058~9t/ha≈11t/ha冬小麥-夏玉米輪作體系十年長期定位磷試驗在河北曲周定位試驗中9CultivarAccumulatedamountsPtreatments

P0P1P2P3P4P5WheatAccumulatedgrainbiomass,Mg/ha30.547.553.456.258.260.3TotalPapplied,kgP/ha021242585016753300TotalPoutput,kgP/ha87158194223235249Pbalance,kg/ha-875423162714403051PFPp,kg/kg－224126663518AEp,kg/kg－80.253.930.216.59.0REp,(%)－33.525.216.08.84.9MaizeAccumulatedgrainbiomass,Mg/ha62.369.372.673.371.674.2TotalPapplied,kgP/ha01072134258381650TotalPoutput,kgP/ha162206245265264275Pbalance,kg/ha-162-99-321605741375PFPp,kg/kg－6483411728545AEp,kg/kg－65.448.425.911.17.2REp,(%)－40.938.824.312.16.8Wheat-MaizeAccumulatedgrainbiomass,Mg/ha92.8116.8126129.5129.76134.5TotalPapplied,kgP/ha0319638127525134950TotalPoutput,kgP/ha249364439488499524Pbalance,kg/ha-249-4519978720144426Psurplusrate,

kgPha-1year-1-25-4.52079201443

PFPp,kg/kg－3661971025227

AEp,kg/kg－75.252.028.814.78.4

REp,(%)－36.029.718.89.95.5優(yōu)化施磷條件下，冬小麥-夏玉米輪作體系十年試驗中磷肥累積回收利用率為30%;維持年際磷盈余20kgha-1。2、確定優(yōu)化磷管理條件下小麥-玉米體系節(jié)肥增效的長期效應(yīng)CultivarAccumulatedamountsPt10(12.8,8.0)(9.6,10.3)十年定位試驗證明，冬小麥?zhǔn)斋@期土壤建立13mg/kg有效磷即可實現(xiàn)產(chǎn)量平臺，夏玉米收獲期土壤建立10mg/kg有效磷可實現(xiàn)產(chǎn)量平臺。3、明確長期根層磷素供應(yīng)與小麥、玉米產(chǎn)量的關(guān)系(12.8,8.0)(9.6,10.3)十11二、揭示了高產(chǎn)高效群體地上地下互作的定量化機(jī)制二、揭示了高產(chǎn)高效群體地上地下互作的12(Zhangetal.,2016,FieldCropRes.)(一)根層磷素供應(yīng)對的小麥、玉米根際過程的調(diào)控WheatMaize1.根系形態(tài)對磷肥供應(yīng)的響應(yīng)(Zhangetal.,2016,FieldCro13(Zhangetal.,2016,FieldCropRes.;Tengetal.,2013,JExpBot.；Deng,2014,PlosOne)冬小麥開花期2.根際過程對磷肥供應(yīng)的響應(yīng)發(fā)掘小麥、玉米根系生物學(xué)潛力的土壤有效磷為20、15mg/kg(Zhangetal.,2016,FieldCro14三葉期越冬期拔節(jié)期開花期成熟期群體發(fā)育45~50萬穗/畝

（≈9t）關(guān)鍵1：改善冬前有效莖蘗；控制拔節(jié)無效分蘗關(guān)鍵2：保證成穗個體的質(zhì)量控制爭取根層磷素調(diào)控冬小麥分蘗發(fā)育與退化的理論模型（二）磷肥對冬小麥地上部群體發(fā)育的調(diào)控三葉期越冬期拔節(jié)期開花期成熟期群體發(fā)育45~50萬穗/畝152015-2017適量供磷可以保證小麥充足的有效穗數(shù)，而過量供磷不能繼續(xù)增加穗數(shù)且增加無效分蘗數(shù)量。明確了根層磷素供應(yīng)對冬小麥群體動態(tài)發(fā)育的調(diào)控機(jī)制P0：59萬/畝P50：89萬/畝P400：102萬/畝拔節(jié)群體P0：32萬/畝P50：55萬/畝P400：58萬/畝有效穗：2015-2017適量供磷可以保證小麥充足的有效穗數(shù)，而過量16Shoot:2.4g/kg保證第一分蘗Tiller1:3.4g/kg主莖Mainstem:2.0g/kg地上部植株磷濃度調(diào)控群體數(shù)量和個體發(fā)育Shoot:2.8g/kg控制主莖Mainstem:2.4g/kg第一分蘗Tiller1:3.7g/kg拔節(jié)期開花期Shoot:2.4g/kg保證第一分蘗Tiller1:17Max:(15.8,28.3)Opt.:(7.4,25.6)Max:(16.2,4.4)Opt.:(9.4,3.0)土壤Olsen-P:7.4ppm植株磷：1.6g/kgPn:25.6μmolCO2m-2s-1土壤Olsen-P:9.4ppm植株磷：1.8g/kgLAI:3.0m2m-2生物量：8.7Mg/ha產(chǎn)量：8.3Mg/ha根層磷素供應(yīng)調(diào)控地上部群體光合、葉面積Max:(15.8,28.3)Opt.:(7.4,218畝穗數(shù)50萬,產(chǎn)量8.3t/ha播期10.7播量27-30斤/畝冬前群體70萬根層營養(yǎng)群體營養(yǎng)群體結(jié)構(gòu)與功能群體結(jié)構(gòu)：拔節(jié)期：主莖0.56g，第一分蘗0.40g；揚花期：主莖1.60g，第一分蘗1.20g；LAI3.0群體功能-光合速率（Pn）：揚花期：25.6μmolCO2m-2s-1群體結(jié)構(gòu)臨界磷濃度：拔節(jié)期：主莖2.4g/kg,第一分蘗3.7g/kg；揚花期：主莖2.0g/kg,第一分蘗3.4g/kg;LAI1.8g/kg群體功能（Pn）臨界磷濃度：揚花期:1.6g/kg根層磷素調(diào)控：拔節(jié)期根層(0-20cm)土壤有效磷:＞16mg/kg揚花期根層(0-20cm)土壤有效磷:17.5mg/kg施磷≈50kg/ha揭示了群體水平上地上-地下互作的定量機(jī)制根層磷素-群體結(jié)構(gòu)與功能（2015-2017）畝穗數(shù)50萬,播期10.7根層營養(yǎng)群體營養(yǎng)群體結(jié)構(gòu)與功19三、揭示了長期優(yōu)化施用磷肥作物營養(yǎng)品質(zhì)特征及作用機(jī)制三、揭示了長期優(yōu)化施用磷肥作物營養(yǎng)品質(zhì)特征及作用機(jī)制20磷肥施用降低小麥、玉米籽粒鋅營養(yǎng)WheatMaize磷肥施用降低小麥、玉米籽粒鋅營養(yǎng)WheatMaize21高產(chǎn)小麥玉米磷-鋅拮抗的理論模式圖PZn2+Zn2+P吸附（土壤）磷對鋅的固定鋅形態(tài)的轉(zhuǎn)化吸收（根系）磷對根系形態(tài)影響磷對菌根真菌作用有機(jī)酸分泌活化根際鋅Zn2+P轉(zhuǎn)移（根-地上）磷對鋅轉(zhuǎn)移效率的影響再轉(zhuǎn)移（莖葉-籽粒）磷對鋅再轉(zhuǎn)移數(shù)量影響鋅的再轉(zhuǎn)移效率鋅的有效性（籽粒）籽粒和面粉鋅濃度籽粒和面粉植酸濃度長期磷素供應(yīng)對小麥、玉米籽粒鋅營養(yǎng)的調(diào)控機(jī)制高產(chǎn)小麥玉米磷-鋅拮抗的理論模式圖PZn2+Zn2+P吸附22根系吸收過程是磷鋅營養(yǎng)拮抗的關(guān)鍵性過程，主要由于降低的菌根侵染率土壤過程、根系向地上部轉(zhuǎn)移、鋅向籽粒的再轉(zhuǎn)移過程都不是施磷影響鋅營養(yǎng)的原因磷肥抑制小麥、玉米籽粒鋅營養(yǎng)的主要機(jī)制和過程(Zhangetal.,2015,FieldCropResZhangetal.,2016,FieldCropRes.)1)根系吸收根系吸收過程是磷鋅營養(yǎng)拮抗的關(guān)鍵性過程，主要由于降低的菌根侵23磷肥施用降低了籽粒和面粉中鋅的有效性；標(biāo)準(zhǔn)粉、面包粉和精粉中鋅的有效性高于全粉和粗粉。2)籽粒：磷肥施用降低了籽粒和面粉中鋅的生物有效性(Zhangetal.,2017,JAgrFoodChem.)磷肥施用降低了籽粒和面粉中鋅的有效性；2)籽粒：磷肥施用降24按目前農(nóng)民習(xí)慣施磷與優(yōu)化施磷相比小麥鋅營養(yǎng)平均降低37%；

玉米鋅營養(yǎng)平均降低21%.

合理供磷對籽粒鋅營養(yǎng)的改善小麥玉米523731492717242423262419按目前農(nóng)民習(xí)慣施磷與優(yōu)化施磷相比小麥鋅營養(yǎng)平均降低37%；25(FAO,2013)根據(jù)《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量》與國民日均攝入小麥總量計算：農(nóng)民習(xí)慣施磷小麥產(chǎn)品提供每日鋅推薦攝取量(RNI)的24%~男性；39%~女性優(yōu)化施磷小麥產(chǎn)品提供每日鋅推薦攝取量(RNI)的37%~男性；61%~女性優(yōu)化施磷條件下分別提高54%、56%。%RNIofZnforadultsin

ChinaPratesMaleFemale(kgPha-1)Zn0Zn50Zn0Zn50068.072.0113.3120.12552.362.087.2103.45036.851.261.485.310023.542.339.270.520024.139.640.166.040020.437.534.062.5(FAO,2013)根據(jù)《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量》與26鋅營養(yǎng)產(chǎn)量：每公頃的土地上，作物每年所能提供的鋅營養(yǎng)能100%滿足1年DRI推薦指標(biāo)的成年人的數(shù)量。優(yōu)化施磷能最大化土地鋅營養(yǎng)提供能力。在此基礎(chǔ)上土施鋅肥能進(jìn)一步提高土地供鋅能力。優(yōu)化施磷條件下每公頃土地鋅營養(yǎng)每年可供養(yǎng)活成年男性34人，女性57人鋅營養(yǎng)產(chǎn)量：每公頃的土地上，作物每年所能提供的鋅營養(yǎng)能10027小結(jié)：高產(chǎn)、高效、高品質(zhì)、可持續(xù)磷肥管理產(chǎn)量籽粒鋅營養(yǎng)磷肥利用率

磷盈余施磷量(kgP/ha)50/25400/200低磷0/0優(yōu)化過量根系生物學(xué)潛力10-15ppm小麥8-9t/ha;玉米11t/haAEp,52kg/kgREp,30%磷盈余20kgPha-1

year-140%RNIofZn~Male;60%RNIofZn~Female十年長期定位試驗證明--低磷素流失風(fēng)險(DPS)磷流失風(fēng)險小結(jié)：高產(chǎn)、高效、高品質(zhì)、可持續(xù)磷肥管理產(chǎn)量籽粒鋅營養(yǎng)磷肥利28Zn0:0

ZnSO4·7H2Okg/haZn1:10Zn2:25Zn3:50Zn4:100Zn5:150（from2009--）

pH:8.0DTPA-Zn:0.45mg/kgN-P2O5-K2O:225-75-75kg/ha播前將ZnSO4·7H2O配成溶液均勻噴施在小區(qū)土壤表面集約化生產(chǎn)條件下施用鋅肥對作物產(chǎn)量和品質(zhì)的調(diào)控Zn0:0ZnSO4·7H2Okg/ha（f29小麥籽粒鋅濃度的年際變化達(dá)到生物強(qiáng)化目標(biāo)值(45mg/kg):Zn50-4年，Zn25-8年小麥籽粒鋅濃度的年際變化達(dá)到生物強(qiáng)化目標(biāo)值(45mg/kg)30累積施用110kgZn/ha時，小麥籽粒鋅濃度達(dá)到生物強(qiáng)化目標(biāo)值(110.5,45)小麥-玉米輪作體系富鋅復(fù)合肥750kg/ha5年之內(nèi)快速到達(dá)45mg/kg：至少1.5%Zn累積施用110kgZn/ha時，小麥籽粒鋅濃度達(dá)到生物強(qiáng)315.68.1鋅肥處理

Zn0Zn10Zn25Zn50Zn100Zn150平均增產(chǎn)（%）小麥6.9c7.3bc7.3bc7.6ab8.0a8.0a5-16玉米10.0d10.3cd10.4bc10.8ab10.9a11.0a3-10合理施用鋅肥提高10-15%的作物產(chǎn)量5.68.1鋅肥處理Zn0Zn10Zn25Zn50Zn10321.Zhang,W.,Liu,D.,Li,C.,Cui,Z.,Chen,X.,Russell,Y.,Zou,C.(2015).Zincaccumulationandremobilizationinwinterwheatasaffectedbyphosphorusapplication.FieldCropsResearch.(第一標(biāo)注)2.Zhang,W.,Liu,D.,Liu,Y.,Cui,Z.,Chen,X.,Zou,C.(2016).Zincuptakeandaccumulationinwinterwheatrelativetochangesinrootmorphologyandmycorrhizalcolonizationfollowingvaryingphosphorusapplicationoncalcareoussoil.FieldCropsResearch.(第一標(biāo)注)3.Zhang,W.,Chen,X.X.,Liu,Y.M.,Liu,D.Y.,Chen,X.P.,Zou,C.Q.(2017).Zincuptakebyrootsandaccumulationinmaizeplantsasaffectedbyphosphorusapplicationandarbuscularmycorrhizalcolonization.

PlantandSoil.(第一標(biāo)注)4.Zhang,W.,Liu,D.Y.,Li,C.,Chen,X.P.,Zou,C.Q.(2017).Accumulation,partitioning,andbioavailabilityofmicronutrientsinsummermaizeasaffectedbyphosphorussupply.

EuropeanJournalofAgronomy.(第一標(biāo)注)5.Zhang,W.,Chen,X.X.,Liu,Y.M.,Liu,D.Y.,Du,Y.F.,Chen,X.P.,Zou,C.Q.(2018).Theroleofphosphorussupplyinmaximizingtheleafarea,photosyntheticrate,coordinatedtograinyieldofsummermaize.

Fieldcropsresearch.(第一標(biāo)注)已發(fā)表文章文章1.Zhang,W.,Liu,D.,Li,C.,336.Liu,D.Y.,Zhang,W.,Yan,P.,Chen,X.P.,Zhang,F.S.(2017).Soilapplicationofzincfertilizercouldachievehighyieldandhighgrainzincconcentrationinmaize.PlantandSoil.(第一標(biāo)注)7.Liu,D.,Zhang,W.,Pang,L.,Zhang,Y.,Wang,X.,Liu,Y.,Chen,X.,Zhang,F.,Zou,C.(2017).EffectsofzincapplicationrateandzincdistributionrelativetorootdistributionongrainyieldandgrainZnconcentrationinwheat.PlantandSoil.(第一標(biāo)注)8.Chen,X.X.,Zhang,W.,Wang,Q.,Liu,Y.M.,Liu,D.Y.,&Zou,C.Q.(2019).Zincnutritionofwheatinresponsetoapplicationofphosphorustoacalcareoussoilandanacidsoil.

PlantandSoil.(第二標(biāo)注)

9.Zhang,W.,Liu,D.,Liu,Y.,Chen,X.,&Zou,C.(2017).Overuseofphosphorusfertilizerreducesthegrainandflourproteincontentsandzincbioavailabilityofwinterwheat(TriticumaestivumL.).Journalofagriculturalandfoodchemistry.(第二標(biāo)注)10.Liu,D.,Liu,Y.,Zhang,W.,Chen,X.,Zou,C.(2017).AgronomicApproachofZincBiofortificationCanIncreaseZincBioavailabilityinWheatFlourandtherebyReduceZincDeficiencyinHumans.Nutrients.(第二標(biāo)注)11.Liu,D.,Liu,Y.,Zhang,W.,Chen,X.,Zou,C.(2019).ZincUptake,Translocation,andRemobilizationinWinterWheatasAffectedbySoilApplicationofZnFertilizer.FrontiersinPlantScience.(第二標(biāo)注)6.Liu,D.Y.,Zhang,W.,Yan,34作物磷、鋅營養(yǎng)的調(diào)控機(jī)制與途徑作物磷、鋅營養(yǎng)的調(diào)控機(jī)制與途徑35提綱一、研究目標(biāo)與方案二、主要研究進(jìn)展三、階段性產(chǎn)出提綱一、研究目標(biāo)與方案36總體目標(biāo)分別揭示磷、鋅元素對高產(chǎn)作物地上群體與地下根系、根際及根層養(yǎng)分的互作機(jī)制，建立協(xié)同實現(xiàn)作物高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、可持續(xù)的根層養(yǎng)分調(diào)控理論與途徑。五年預(yù)期目標(biāo)1）闡明磷、鋅營養(yǎng)對高產(chǎn)群體根系/根際動態(tài)過程的調(diào)控機(jī)制；2）揭示磷、鋅元素支撐高產(chǎn)群體結(jié)構(gòu)與功能的植株和器官水平的養(yǎng)分需求特征；3）建立協(xié)同實現(xiàn)作物高產(chǎn)高效優(yōu)質(zhì)的根層養(yǎng)分調(diào)控理論與途徑；4）學(xué)術(shù)成果與人才培養(yǎng)：發(fā)表學(xué)術(shù)論文5-8篇，其中SCI收錄論文4-6篇；培養(yǎng)博士生2-3名，碩士生1-2名。子課題預(yù)期目標(biāo)總體目標(biāo)子課題預(yù)期目標(biāo)37關(guān)鍵科學(xué)問題：高密度高產(chǎn)群體下的地上地下互作機(jī)制與調(diào)控途徑群體發(fā)育莖蘗發(fā)育土壤有效磷光合速率葉面積光合速率葉面積指數(shù)根際過程磷、鋅在調(diào)控地上群體與地下根系/根際過程/根層養(yǎng)分的作用及長期效應(yīng)？長期過量施用磷肥對作物鋅營養(yǎng)的影響機(jī)制？集約化生產(chǎn)條件下如何合理施用鋅肥提高作物產(chǎn)量、品質(zhì)？籽粒品質(zhì)肥料效率關(guān)鍵科學(xué)問題：高密度高產(chǎn)群體下的地上地下互作機(jī)制與調(diào)控途徑群38研究思路再轉(zhuǎn)移（莖葉-籽粒）吸附（土壤）磷對鋅的固定鋅形態(tài)的轉(zhuǎn)化吸收（根系）磷對根系形態(tài)影響磷對菌根真菌作用有機(jī)酸分泌活化根際鋅轉(zhuǎn)移（根-地上）磷對鋅轉(zhuǎn)移效率的影響磷對鋅再轉(zhuǎn)移數(shù)量影響鋅的再轉(zhuǎn)移效率鋅的有效性（籽粒）籽粒和面粉鋅濃度籽粒和面粉植酸濃度調(diào)控群體（結(jié)構(gòu)、功能）根層磷素（土壤）吸收（根系）磷對根系形態(tài)影響磷對根際過程影響磷對根系基因表達(dá)影響植株磷營養(yǎng)（植株）磷對植株磷營養(yǎng)調(diào)控磷對群體數(shù)量動態(tài)調(diào)控磷對個體發(fā)育的調(diào)控產(chǎn)量（三要素）調(diào)控生物量土壤有效磷磷素協(xié)同調(diào)控

實現(xiàn)高產(chǎn)高效外源施鋅提質(zhì)增效根系與鋅的匹配（土壤）土壤DTPA-Zn土壤鋅形態(tài)吸收（根系）鋅對根系形態(tài)影響根際鋅吸收產(chǎn)量與品質(zhì)的協(xié)同（籽粒）產(chǎn)量、生物量籽粒和面粉鋅濃度籽粒鋅營養(yǎng)（目標(biāo)值）植株鋅營養(yǎng)調(diào)控磷鋅拮抗作用機(jī)制研究思路再轉(zhuǎn)移（莖葉-籽粒）吸附（土壤）磷對鋅的固定吸收39加劇磷礦資源耗竭(Cordelletal.,2009)(Conleyetal.,Science,2009)水體富營養(yǎng)化研究背景——磷肥的不合理施用導(dǎo)致諸多問題人體缺鋅分布圖加劇鋅營養(yǎng)缺乏EfficientproductionEnvironmentSustainabilityFoodQualityAppropriatePhosphorusManagement?降低肥料利用率華北地區(qū)農(nóng)田土壤有效磷平均達(dá)約34mgkg-1。(許世杰,2018)加劇磷礦資源耗竭(Cordelletal.,2009)40

36.88N115.02EEveryplothas75m2.CropGenotypesPsupplytreatments(kgP/ha)2008-20092009-WinterwheatLX99P0:0P1:12.5P2:25P3:50P4:75P5:100P0:0P1:25P2:50P3:100P4:200P5:400SummermaizeZD958P0:0P1:6.25P2:12.5P3:25P4:37.5P5:50P0:0P1:12.5P2:25P3:50P4:100P5:200磷水平定位試驗（2009-2018）試驗時間：2008小麥季—作物體系：冬小麥-夏玉米輪作試驗設(shè)計：36.88N115.02EEveryplot41一、明確了華北平原小麥、玉米高產(chǎn)條件下減磷增效的長期效應(yīng)一、明確了華北平原小麥、玉米高產(chǎn)條件下減磷增效的長期效應(yīng)42冬小麥-夏玉米輪作體系十年長期定位磷試驗在河北曲周定位試驗中，P2(冬小麥50kg/ha；夏玉米25kg/ha)處理冬小麥2014-2018年產(chǎn)量穩(wěn)定在8.0t/ha，夏玉米自2012-2018年產(chǎn)量穩(wěn)定在11.0t/ha。1、優(yōu)化磷管理條件下小麥、玉米產(chǎn)量隨年限的穩(wěn)定性變化LSD0.058~9t/ha≈11t/ha冬小麥-夏玉米輪作體系十年長期定位磷試驗在河北曲周定位試驗中43CultivarAccumulatedamountsPtreatments

P0P1P2P3P4P5WheatAccumulatedgrainbiomass,Mg/ha30.547.553.456.258.260.3TotalPapplied,kgP/ha021242585016753300TotalPoutput,kgP/ha87158194223235249Pbalance,kg/ha-875423162714403051PFPp,kg/kg－224126663518AEp,kg/kg－80.253.930.216.59.0REp,(%)－33.525.216.08.84.9MaizeAccumulatedgrainbiomass,Mg/ha62.369.372.673.371.674.2TotalPapplied,kgP/ha01072134258381650TotalPoutput,kgP/ha162206245265264275Pbalance,kg/ha-162-99-321605741375PFPp,kg/kg－6483411728545AEp,kg/kg－65.448.425.911.17.2REp,(%)－40.938.824.312.16.8Wheat-MaizeAccumulatedgrainbiomass,Mg/ha92.8116.8126129.5129.76134.5TotalPapplied,kgP/ha0319638127525134950TotalPoutput,kgP/ha249364439488499524Pbalance,kg/ha-249-4519978720144426Psurplusrate,

kgPha-1year-1-25-4.52079201443

PFPp,kg/kg－3661971025227

AEp,kg/kg－75.252.028.814.78.4

REp,(%)－36.029.718.89.95.5優(yōu)化施磷條件下，冬小麥-夏玉米輪作體系十年試驗中磷肥累積回收利用率為30%;維持年際磷盈余20kgha-1。2、確定優(yōu)化磷管理條件下小麥-玉米體系節(jié)肥增效的長期效應(yīng)CultivarAccumulatedamountsPt44(12.8,8.0)(9.6,10.3)十年定位試驗證明，冬小麥?zhǔn)斋@期土壤建立13mg/kg有效磷即可實現(xiàn)產(chǎn)量平臺，夏玉米收獲期土壤建立10mg/kg有效磷可實現(xiàn)產(chǎn)量平臺。3、明確長期根層磷素供應(yīng)與小麥、玉米產(chǎn)量的關(guān)系(12.8,8.0)(9.6,10.3)十45二、揭示了高產(chǎn)高效群體地上地下互作的定量化機(jī)制二、揭示了高產(chǎn)高效群體地上地下互作的46(Zhangetal.,2016,FieldCropRes.)(一)根層磷素供應(yīng)對的小麥、玉米根際過程的調(diào)控WheatMaize1.根系形態(tài)對磷肥供應(yīng)的響應(yīng)(Zhangetal.,2016,FieldCro47(Zhangetal.,2016,FieldCropRes.;Tengetal.,2013,JExpBot.；Deng,2014,PlosOne)冬小麥開花期2.根際過程對磷肥供應(yīng)的響應(yīng)發(fā)掘小麥、玉米根系生物學(xué)潛力的土壤有效磷為20、15mg/kg(Zhangetal.,2016,FieldCro48三葉期越冬期拔節(jié)期開花期成熟期群體發(fā)育45~50萬穗/畝

（≈9t）關(guān)鍵1：改善冬前有效莖蘗；控制拔節(jié)無效分蘗關(guān)鍵2：保證成穗個體的質(zhì)量控制爭取根層磷素調(diào)控冬小麥分蘗發(fā)育與退化的理論模型（二）磷肥對冬小麥地上部群體發(fā)育的調(diào)控三葉期越冬期拔節(jié)期開花期成熟期群體發(fā)育45~50萬穗/畝492015-2017適量供磷可以保證小麥充足的有效穗數(shù)，而過量供磷不能繼續(xù)增加穗數(shù)且增加無效分蘗數(shù)量。明確了根層磷素供應(yīng)對冬小麥群體動態(tài)發(fā)育的調(diào)控機(jī)制P0：59萬/畝P50：89萬/畝P400：102萬/畝拔節(jié)群體P0：32萬/畝P50：55萬/畝P400：58萬/畝有效穗：2015-2017適量供磷可以保證小麥充足的有效穗數(shù)，而過量50Shoot:2.4g/kg保證第一分蘗Tiller1:3.4g/kg主莖Mainstem:2.0g/kg地上部植株磷濃度調(diào)控群體數(shù)量和個體發(fā)育Shoot:2.8g/kg控制主莖Mainstem:2.4g/kg第一分蘗Tiller1:3.7g/kg拔節(jié)期開花期Shoot:2.4g/kg保證第一分蘗Tiller1:51Max:(15.8,28.3)Opt.:(7.4,25.6)Max:(16.2,4.4)Opt.:(9.4,3.0)土壤Olsen-P:7.4ppm植株磷：1.6g/kgPn:25.6μmolCO2m-2s-1土壤Olsen-P:9.4ppm植株磷：1.8g/kgLAI:3.0m2m-2生物量：8.7Mg/ha產(chǎn)量：8.3Mg/ha根層磷素供應(yīng)調(diào)控地上部群體光合、葉面積Max:(15.8,28.3)Opt.:(7.4,252畝穗數(shù)50萬,產(chǎn)量8.3t/ha播期10.7播量27-30斤/畝冬前群體70萬根層營養(yǎng)群體營養(yǎng)群體結(jié)構(gòu)與功能群體結(jié)構(gòu)：拔節(jié)期：主莖0.56g，第一分蘗0.40g；揚花期：主莖1.60g，第一分蘗1.20g；LAI3.0群體功能-光合速率（Pn）：揚花期：25.6μmolCO2m-2s-1群體結(jié)構(gòu)臨界磷濃度：拔節(jié)期：主莖2.4g/kg,第一分蘗3.7g/kg；揚花期：主莖2.0g/kg,第一分蘗3.4g/kg;LAI1.8g/kg群體功能（Pn）臨界磷濃度：揚花期:1.6g/kg根層磷素調(diào)控：拔節(jié)期根層(0-20cm)土壤有效磷:＞16mg/kg揚花期根層(0-20cm)土壤有效磷:17.5mg/kg施磷≈50kg/ha揭示了群體水平上地上-地下互作的定量機(jī)制根層磷素-群體結(jié)構(gòu)與功能（2015-2017）畝穗數(shù)50萬,播期10.7根層營養(yǎng)群體營養(yǎng)群體結(jié)構(gòu)與功53三、揭示了長期優(yōu)化施用磷肥作物營養(yǎng)品質(zhì)特征及作用機(jī)制三、揭示了長期優(yōu)化施用磷肥作物營養(yǎng)品質(zhì)特征及作用機(jī)制54磷肥施用降低小麥、玉米籽粒鋅營養(yǎng)WheatMaize磷肥施用降低小麥、玉米籽粒鋅營養(yǎng)WheatMaize55高產(chǎn)小麥玉米磷-鋅拮抗的理論模式圖PZn2+Zn2+P吸附（土壤）磷對鋅的固定鋅形態(tài)的轉(zhuǎn)化吸收（根系）磷對根系形態(tài)影響磷對菌根真菌作用有機(jī)酸分泌活化根際鋅Zn2+P轉(zhuǎn)移（根-地上）磷對鋅轉(zhuǎn)移效率的影響再轉(zhuǎn)移（莖葉-籽粒）磷對鋅再轉(zhuǎn)移數(shù)量影響鋅的再轉(zhuǎn)移效率鋅的有效性（籽粒）籽粒和面粉鋅濃度籽粒和面粉植酸濃度長期磷素供應(yīng)對小麥、玉米籽粒鋅營養(yǎng)的調(diào)控機(jī)制高產(chǎn)小麥玉米磷-鋅拮抗的理論模式圖PZn2+Zn2+P吸附56根系吸收過程是磷鋅營養(yǎng)拮抗的關(guān)鍵性過程，主要由于降低的菌根侵染率土壤過程、根系向地上部轉(zhuǎn)移、鋅向籽粒的再轉(zhuǎn)移過程都不是施磷影響鋅營養(yǎng)的原因磷肥抑制小麥、玉米籽粒鋅營養(yǎng)的主要機(jī)制和過程(Zhangetal.,2015,FieldCropResZhangetal.,2016,FieldCropRes.)1)根系吸收根系吸收過程是磷鋅營養(yǎng)拮抗的關(guān)鍵性過程，主要由于降低的菌根侵57磷肥施用降低了籽粒和面粉中鋅的有效性；標(biāo)準(zhǔn)粉、面包粉和精粉中鋅的有效性高于全粉和粗粉。2)籽粒：磷肥施用降低了籽粒和面粉中鋅的生物有效性(Zhangetal.,2017,JAgrFoodChem.)磷肥施用降低了籽粒和面粉中鋅的有效性；2)籽粒：磷肥施用降58按目前農(nóng)民習(xí)慣施磷與優(yōu)化施磷相比小麥鋅營養(yǎng)平均降低37%；

玉米鋅營養(yǎng)平均降低21%.

合理供磷對籽粒鋅營養(yǎng)的改善小麥玉米523731492717242423262419按目前農(nóng)民習(xí)慣施磷與優(yōu)化施磷相比小麥鋅營養(yǎng)平均降低37%；59(FAO,2013)根據(jù)《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量》與國民日均攝入小麥總量計算：農(nóng)民習(xí)慣施磷小麥產(chǎn)品提供每日鋅推薦攝取量(RNI)的24%~男性；39%~女性優(yōu)化施磷小麥產(chǎn)品提供每日鋅推薦攝取量(RNI)的37%~男性；61%~女性優(yōu)化施磷條件下分別提高54%、56%。%RNIofZnforadultsin

ChinaPratesMaleFemale(kgPha-1)Zn0Zn50Zn0Zn50068.072.0113.3120.12552.362.087.2103.45036.851.261.485.310023.542.339.270.520024.139.640.166.040020.437.534.062.5(FAO,2013)根據(jù)《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量》與60鋅營養(yǎng)產(chǎn)量：每公頃的土地上，作物每年所能提供的鋅營養(yǎng)能100%滿足1年DRI推薦指標(biāo)的成年人的數(shù)量。優(yōu)化施磷能最大化土地鋅營養(yǎng)提供能力。在此基礎(chǔ)上土施鋅肥能進(jìn)一步提高土地供鋅能力。優(yōu)化施磷條件下每公頃土地鋅營養(yǎng)每年可供養(yǎng)活成年男性34人，女性57人鋅營養(yǎng)產(chǎn)量：每公頃的土地上，作物每年所能提供的鋅營養(yǎng)能10061小結(jié)：高產(chǎn)、高效、高品質(zhì)、可持續(xù)磷肥管理產(chǎn)量籽粒鋅營養(yǎng)磷肥利用率

磷盈余施磷量(kgP/ha)50/25400/200低磷0/0優(yōu)化過量根系生物學(xué)潛力10-15ppm小麥8-9t/ha;玉米11t/haAEp,52kg/kgREp,30%磷盈余20kgPha-1

year-140%RNIofZn~Male;60%RNIofZn~Female十年長期定位試驗證明--低磷素流失風(fēng)險(DPS)磷流失風(fēng)險小結(jié)：高產(chǎn)、高效、高品質(zhì)、可持續(xù)磷肥管理產(chǎn)量籽粒鋅營養(yǎng)磷肥利62Zn0:0

ZnSO4·7H2Okg/haZn1:10Zn2:25Zn3:50Zn4:100Zn5:150（from2009--）

pH:8.0DTPA-Zn:0.45mg/kgN-P2O5-K2O:225-75-75kg/ha播前將ZnSO4·7H2O配成溶液均勻噴施在小區(qū)土壤表面集約化生產(chǎn)條件下施用鋅肥對作物產(chǎn)量和品質(zhì)的調(diào)控Zn0:0ZnSO4·7H2Okg/ha（f63小麥籽粒鋅濃度的年際變化達(dá)到生物強(qiáng)化目標(biāo)值(45mg/kg):Zn50-4年，Zn25-8年小麥籽粒鋅濃度的年際變化達(dá)到生物強(qiáng)化目標(biāo)值(45mg/kg)64累積施用110kgZn/ha時，小麥籽粒鋅濃度達(dá)到生物強(qiáng)化目標(biāo)值(110.5,45)小麥-玉米輪作體系富鋅復(fù)合肥750kg/ha5年之內(nèi)快速到達(dá)45mg/kg：至少1.5%Zn累積施用110kgZn/ha時，小麥籽粒鋅濃度達(dá)到生物強(qiáng)655.68.1鋅肥處理

Zn0Zn10Zn25Zn50Zn100Zn150平均增產(chǎn)（%）小麥6.9c7.3bc7.3bc7.6ab8.0a8.0a5-16玉米10.0d10.3cd10.4bc10.8ab10.9a11.0a3-10合理施用鋅肥提高10-15%的作物產(chǎn)量5.68.1鋅肥處理Zn0Zn10Zn25Zn50Zn10661.Zhang,W.,Liu,D.,Li,C.,Cui,Z.,Chen,X.,Russell,Y.,Zou,C.(2015).Zincaccumulationandremobilizationinwinterwheatasaffectedbyphosphorusapplication.FieldCropsResearch.(第一標(biāo)注)2.Zhang,W.,Liu,D.,Liu,Y.,Cui,Z.,Chen,X.,Zou,C.(2016).Zincuptakeandaccumulationinwinterwheatrelativetochangesinrootmorphologyandmycorrhizalcolonizationfollowingvaryingphosphorusapplicationoncalcareoussoil.FieldCropsResearch.(第一標(biāo)注)3.Zhang,W.,Chen,X.X.,Liu,Y.M.,Liu,D.Y.,Chen,X.P.,Z