趙玉霞，李娜，王文巖，李雪芳，周芳，王林權

(西北農(nóng)林科技大學資源環(huán)境學院，陜西楊凌712100)

硫素作為繼氮、磷、鉀之后的第四位重要的營養(yǎng)元素［1］，在農(nóng)作物生產(chǎn)中的作用日益明顯。近年來，隨著大氣環(huán)境治理，空氣中二氧化硫總排放量大大減少;高濃度的氮肥和磷肥取代了原來的含硫化肥［2］;隨著高產(chǎn)品種的應用和化肥用量的增加，農(nóng)作物產(chǎn)量顯著增加，需硫量也在增加。因此，世界上很多地區(qū)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中都出現(xiàn)了硫素的虧缺現(xiàn)象。

硫肥對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響是近些年來國內(nèi)外學者討論的熱點問題［3－5］。但是，關于硫肥對提高小麥產(chǎn)量與改善品質(zhì)方面的研究結果并不一致。多數(shù)研究認為，施用硫肥能增加小麥產(chǎn)量與改善品質(zhì)［4－7］。楊安中［5］認為基施硫肥不僅能增加小麥產(chǎn)量，還能增加小麥子粒蛋白質(zhì)和面筋含量，提高小麥品質(zhì)。Zhao等［8］分析發(fā)現(xiàn)施硫肥可以提高小麥子粒蛋白質(zhì)凝膠蛋白和多聚體蛋白組分，增加面團的延展性，降低面團的抗阻力。但有研究認為硫肥的施用會引起負效應，吳靜等［9］認為供硫充足的土壤若氮素供應不足，植株體內(nèi)的硫濃度、硫的吸收累積會相應降低，產(chǎn)量明顯下降。在陜西關中地區(qū)，劉洋等［10］通過田間試驗發(fā)現(xiàn)在氮素充足的情況下施用硫肥可以促進小麥對氮素的吸收;王鈞強等［11］發(fā)現(xiàn)施用硫肥能增加小麥千粒重和單位面積穗數(shù)，對提高產(chǎn)量具有一定作用。但在該地區(qū)，關于小麥硫素吸收、轉運規(guī)律及硫肥效應等問題缺乏系統(tǒng)研究。為此，本試驗研究了硫肥對陜西省關中地區(qū)冬小麥氮、硫吸收與轉運及產(chǎn)量的影響，為當?shù)囟←溋蚍实氖┯煤透弋a(chǎn)高效栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2011年10月至2012年6月在陜西省楊凌區(qū)西北農(nóng)林科技大學灌溉試驗站(E 108°04'02″，N 34°17'38″，海拔 520 m)進行。試驗區(qū)域?qū)侔霛駶櫼缀祬^(qū)，年均降水量550 600 mm，且主要集中在7 9月，年均氣溫13℃。試驗地土壤類型為旱耕土墊人為土(紅油土)，耕層(0—20 cm)土壤基本理化狀況為有機質(zhì)含量11.87 g/kg、堿解氮56 mg/kg、速效磷8.34 mg/kg、速效鉀108.7 mg/kg、pH值 8.0、有效硫含量 6.4 mg/kg(0.5 mol/L NaHCO3浸提，比濁法測定)。

供試小麥品種為冬小麥小偃22，播種量為120 kg/hm2。試驗采用隨機區(qū)組設計，硫肥設 S 0、37.5、75、112.5和 150 kg/hm25個水平，分別以S0、S1、S2、S3、S4表示，每個處理重復3次。氮肥施用量為N 180 kg/hm2，磷肥為P2O5120 kg/hm2。氮肥用尿素，磷肥用磷酸二銨，硫肥用石膏。磷肥和硫肥作為基肥一次施入，氮肥70%基施、30%在拔節(jié)期追施。小區(qū)面積4×3 m2，每小區(qū)種植14行。其他管理措施與當?shù)卮筇锵嗤?/p>

1.2 測定項目與方法

于分蘗期、返青 拔節(jié)期、孕穗期、開花期和成熟期取樣，每個處理各取10個單莖。按葉、莖、鞘、穗(不含子粒)、子粒等器官分開，在105℃下殺青30 min，80℃烘至恒重，稱取干重，然后用植物粉碎機粉碎。

成熟時選擇長勢均勻的小麥8行，每行收獲1 m，計算生物學產(chǎn)量和子粒產(chǎn)量。收獲時每處理取20株按常規(guī)法進行室內(nèi)考種。

小麥植株的氮素含量用H2SO4－H2O2消化—凱氏定氮法測定;全硫用 HNO3－HClO4－HCl消化—比濁法測定。

小麥花前營養(yǎng)器官氮素(硫素)運轉指標按以下公式計算［12］:

開花后氮(硫)轉運量 =開花期地上部的氮(硫)積累量－成熟期地上部(除子粒外)氮(硫)積累量

開花后氮(硫)轉運率 =氮(硫)轉運量/開花期地上部氮 (硫)積累量×100%

轉運氮(硫)對子粒(硫)貢獻率 =氮(硫)轉運量/成熟期子粒氮(硫)積累量×100%

2 結果與分析

2.1 不同施硫量對產(chǎn)量和產(chǎn)量構成因素的影響

由表1可以看出，小麥公頃穗數(shù)和子粒產(chǎn)量均隨施硫量的增加而增加，千粒重隨施硫量的增加先降低后增加。施硫量為S 150 kg/hm2時，公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重及子粒產(chǎn)量均達到最大值，子粒增產(chǎn)幅度達30.14%。施硫肥處理的公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)和子粒產(chǎn)量等均顯著高于不施硫肥處理。

2.2 施硫?qū)Χ←湼髌鞴俚?、硫含量及N/S比的影響

2.2.1 施硫?qū)Χ←湹厣喜繝I養(yǎng)器官氮含量的影響表2顯示，在整個生育期，冬小麥地上部營養(yǎng)器官氮含量隨著施硫量的增加先增加后降低，S2或S3處理達到最大值。從各時期看，冬小麥植株的含氮量在分蘗期和返青期變化不明顯;從孕穗期到成熟期，地上部營養(yǎng)器官的含氮量顯著下降。從分蘗期到開花期，S2或S3處理地上部營養(yǎng)器官氮含量顯著高于S0。成熟期施硫處理與不施硫處理葉片氮含量差異不顯著;而S2處理的莖鞘和穗的含氮量高于其他處理。同一時期葉片的氮含量大于其他器官的氮含量。

2.2.2 施硫?qū)Χ←湹厣喜繝I養(yǎng)器官硫含量的影響由表3可以看出，隨著生育進程的推進，地上部營養(yǎng)器官的硫含量逐漸增加。各器官相比，葉片的硫含量大于其他器官的硫含量。在分蘗期 開花期，冬小麥植株的含硫量隨著施硫量的增加先增加后趨于穩(wěn)定，S3和S4處理達到最大值。但在成熟期，地上部營養(yǎng)器官的硫含量則表現(xiàn)出不同的變化趨勢。葉片和莖鞘的硫含量與分蘗期 開花期的變化趨勢相同;穗的硫含量則隨施硫量的增加先增加后降低。在整個生育期，施硫各處理均可提高冬小麥地上部營養(yǎng)器官的硫含量，其中S3和S4兩個處理地上部營養(yǎng)器官的硫含量與S0相比，均達顯著差異水平(成熟期穗除外)。

表3 施硫量對冬小麥地上部硫含量的影響(%)Table 3 Effect of different sulfur rates on sulphur content in the shoot of winter wheat

2.2.3 施硫?qū)Χ←湹厣喜繝I養(yǎng)器官N/S比的影響冬小麥地上部營養(yǎng)器官的N/S比在整個生育期隨施硫量的增加而降低(表4)。在孕穗期，葉片的N/S比達到最大值，各處理間的變異也較大;然后隨著生育進程的推進，冬小麥地上部營養(yǎng)器官的N/S比一直下降，到成熟期下降到最小值。施硫?qū)Σ煌龝r期冬小麥地上部營養(yǎng)器官的N/S比有顯著影響，S2、S3、S4 3個處理與S0相比，地上部營養(yǎng)器官的N/S比下降幅度達到差異顯著水平。

表4 施硫量對冬小麥地上部N/S比的影響Table 4 Effect of different sulfur rates on N/S ratio in the shoot of winter wheat

2.2.4 施硫?qū)ψ恿５?、硫含量及N/S比的影響 由表5可以看出，隨施硫量的增加，子粒氮含量先增加后降低，硫含量則表現(xiàn)出升高趨勢，子粒的N/S比表現(xiàn)出下降趨勢。與S0相比，S1和S2處理的子粒氮、硫含量無顯著差異，S3處理則達到顯著差異水平;施硫?qū)ψ恿/S比的影響較為明顯，除S1處理外，其它施硫處理的子粒N/S比與對照相比其下降幅度達到顯著差異水平。

2.3 冬小麥各器官N/S比與產(chǎn)量的關系

冬小麥各器官的N/S比與產(chǎn)量的相關分析見圖1。小麥生育期內(nèi)，在分蘗期和返青期，植株的N/S比與產(chǎn)量的相關性基本相同，R2值分別為0.7028和0.7026;孕穗期葉片的N/S比與產(chǎn)量的相關性最好，R2值最大為0.8780，莖稈次之為0.7100;開花期各器官N/S比與產(chǎn)量的相關性較差，穗的R2值最小，只有0.3382;成熟期各器官N/S比與產(chǎn)量的相關性差異較大，子粒的N/S比與產(chǎn)量的相關性較好，R2值為0.8165，穗的N/S比與產(chǎn)量的相關性較差，R2值為0.5540。

表5 施硫量對冬小麥成熟期子粒氮硫含量及N/S比的影響Table 5 Effect of different sulfur rates on nitrogen and sulphur content and N/S ratio in grains

2.4 施硫?qū)ê蟮⒘蛩剞D運的影響

2.4.1 施硫?qū)ê蟮剞D運的影響 由表6可看出，花后地上部營養(yǎng)器官的氮素向子粒轉運明顯，平均達到73.35%，對子粒的貢獻率達到61.46%，各器官的氮素轉運量和轉運率差異較大，同時也受到施硫量的影響。葉片的氮素轉運量和轉運率均大于莖鞘和穗;各器官的轉運量、轉運率以及總轉運量、總轉運率和轉運氮素對子粒氮素的貢獻率均隨施硫量的增加呈先增加再降低最后升高的趨勢。說明施硫處理均能提高小麥葉、莖鞘和穗等營養(yǎng)器官的氮素轉運量、轉運率以及總轉運量、總轉運率和轉運氮素對子粒氮素的貢獻率(S2、S3處理中穗的轉運率除外)。與對照相比，各施硫處理的總轉運量、總轉運率和轉運氮素對子粒氮素的貢獻率均顯著增加。

圖1 冬小麥各器官N/S比與產(chǎn)量的相關分析(n=15)Fig.1 Relationship of N/S ratio and grain yield in winter wheat

2.4.2 施硫?qū)ê罅蛩剞D運的影響 表7顯示，冬小麥開花后，地上部營養(yǎng)器官中硫素的總轉運量、總轉運率和轉運硫素對子粒硫素的貢獻率差異顯著。葉片的硫素轉運量和轉運率最大，穗次之，莖鞘的最低，無輸出;葉片中的硫素轉運量、轉運率隨施硫量的增加而增加，穗中的硫素轉運量、轉運率隨施硫量的增加呈先增加再降低最后升高的趨勢。硫素的平均轉運率為17.78%，遠低于氮素的平均轉運率(73.35%，表6);轉運硫素對子粒硫素的貢獻率為29.54%，也低于氮素的貢獻率(61.46%，表6)。

表6 不同施硫量對開花后氮素積累轉運的影響Table 6 Effect of different sulfur rates on nitrogen absorption and translocation of wheat after anthesis

表7 不同施硫量對開花后硫素積累轉運的影響Table 7 Effect of different sulfur rates on sulphur absorption and translocation of wheat after anthesis

3 討論與結論

植物的氮素同化和硫素同化過程彼此依賴，相互協(xié)調(diào)［13－14］。Hesse 等［15］證實氮素可以誘導有關硫吸收同化基因的表達，從而提高植株對硫的吸收同化能力。Mahler等［16］發(fā)現(xiàn)施用硫肥提高了植物中氮的濃度。本研究結果表明，陜西關中地區(qū)冬小麥地上部營養(yǎng)器官的硫含量隨著施硫量的增加而增加，氮含量隨著施硫量的增加先增加后降低。說明植物的氮、硫代謝密切相關。但Dijksshoorn等［17］認為施用硫肥未顯著影響植株中氮的濃度。這可能與試驗條件，如土壤的氮、硫有效性，供試作物的營養(yǎng)特性等有關。在生育后期，作物子粒中的氮素和硫素，一部分來自于開花后植株吸收同化的氮素和硫素向子粒的分配，另一部分來自于營養(yǎng)器官開花前貯存氮素和硫素向子粒的再分配［18－19］。本試驗中，施硫促進了冬小麥花后營養(yǎng)器官氮素、硫素向子粒的運轉，增加了總運轉量對子粒氮素、硫素含量的貢獻率(表6，表7)。

植株的N/S比是反映硫素營養(yǎng)狀況的最佳參數(shù)，當N/S比大于16時，植株存在缺硫的可能性［17］。但 Zhao等［20］認為莖葉的 N/S 比不如全硫或-S對預測缺硫更敏感。本研究結果顯示，關中地區(qū)冬小麥植株中的N/S比因器官、生育期和施肥水平的不同而異，各器官的N/S比差異明顯;隨著生育進程各器官的N/S也發(fā)生變化，進入生育后期各營養(yǎng)器官中的N/S比大幅度下降;N/S比隨著施硫量的增加而降低;孕穗期葉片中N/S比值和變異性較大，其與產(chǎn)量的相關性最好(圖1)。王東等［21］研究結果表明，子粒的 N/S比在 14.22 15.27范圍內(nèi)時，適宜子粒品質(zhì)的形成。本研究中小麥子粒中的N/S比在10.14 17.00之間(表5)，只有在施硫量為S 75 kg/hm2，子粒 N/S比為14.62時比較適宜。而高施硫量處理(S3和S4)的增產(chǎn)效果顯著，與不施硫處理相比增產(chǎn)幅度達到19.10% 30.14%，但子粒的 N/S比較低，只有10.14 11.92，低于適宜標準。因此硫肥施用中要注意協(xié)調(diào)產(chǎn)量和品質(zhì)的關系。

施用硫肥對冬小麥產(chǎn)量有明顯的增產(chǎn)作用［22－25］。有研究表明，施硫可增加小麥分化的小花數(shù)和減少不育小花數(shù)目，從而增加穗粒數(shù)，提高子粒產(chǎn)量［22］。也有研究表明硫肥的施用促進了小麥的生長發(fā)育，提高了單葉和群體光合速率、增大了生物量的積累，使產(chǎn)量構成因素同步提高，因而增加了子粒產(chǎn)量［5，25］。在本研究中，施用硫肥可增加單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù)進而提高子粒產(chǎn)量，對千粒重影響較小。另外，施用不同種類的硫肥對小麥的子粒產(chǎn)量性狀影響不同，馬春英等［25］發(fā)現(xiàn)，施用不同種類硫肥均能提高冬小麥產(chǎn)量，施用石膏的處理產(chǎn)量最高，施硫酸銨的次之，施用硫磺的最低。朱云集等［26］認為施用過磷酸鈣對豫麥49產(chǎn)量和品質(zhì)的調(diào)控較好，其次為石膏、硫磺粉、硫酸銨、硫酸鉀。

陜西省有27.1%的土壤缺硫，主要分布在中北部地區(qū)［27］。陜西省土壤有效硫含量在4.6 157.3 mg/kg之間，平均值29.3 mg/kg，低于我國南方10個省的平均值，其中關中灌區(qū)平均有效硫含量為26.6 mg/kg［28］。在關中地區(qū)，關于作物、土壤硫素供應狀況、含硫肥料種類、硫肥施用方法等研究甚少。因此，在關中地區(qū)開展硫肥試驗，對平衡農(nóng)田養(yǎng)分供應，提高肥料利用率有重要的理論與實踐意義。

綜上所述，施用硫肥可促進冬小麥對氮、硫的吸收利用，增加小麥花后營養(yǎng)器官氮、硫向子粒的運轉;增加單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù)，進而顯著提高冬小麥產(chǎn)量。孕穗期葉片的N/S比可以作為陜西關中地區(qū)冬小麥硫素營養(yǎng)狀況的一個重要參考指標。

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