施用硫肥对陕西关中地区冬小麦氮、硫吸收与转运及产量的影响

赵玉霞，李娜，王文岩，李雪芳，周芳，王林权

(西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌712100)

硫素作为继氮、磷、钾之后的第四位重要的营养元素［1］，在农作物生产中的作用日益明显。近年来，随着大气环境治理，空气中二氧化硫总排放量大大减少;高浓度的氮肥和磷肥取代了原来的含硫化肥［2］;随着高产品种的应用和化肥用量的增加，农作物产量显著增加，需硫量也在增加。因此，世界上很多地区农业系统中都出现了硫素的亏缺现象。

硫肥对小麦产量和品质的影响是近些年来国内外学者讨论的热点问题［3－5］。但是，关于硫肥对提高小麦产量与改善品质方面的研究结果并不一致。多数研究认为，施用硫肥能增加小麦产量与改善品质［4－7］。杨安中［5］认为基施硫肥不仅能增加小麦产量，还能增加小麦子粒蛋白质和面筋含量，提高小麦品质。Zhao等［8］分析发现施硫肥可以提高小麦子粒蛋白质凝胶蛋白和多聚体蛋白组分，增加面团的延展性，降低面团的抗阻力。但有研究认为硫肥的施用会引起负效应，吴静等［9］认为供硫充足的土壤若氮素供应不足，植株体内的硫浓度、硫的吸收累积会相应降低，产量明显下降。在陕西关中地区，刘洋等［10］通过田间试验发现在氮素充足的情况下施用硫肥可以促进小麦对氮素的吸收;王钧强等［11］发现施用硫肥能增加小麦千粒重和单位面积穗数，对提高产量具有一定作用。但在该地区，关于小麦硫素吸收、转运规律及硫肥效应等问题缺乏系统研究。为此，本试验研究了硫肥对陕西省关中地区冬小麦氮、硫吸收与转运及产量的影响，为当地冬小麦硫肥的施用和高产高效栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2011年10月至2012年6月在陕西省杨凌区西北农林科技大学灌溉试验站(E 108°04'02″，N 34°17'38″，海拔 520 m)进行。试验区域属半湿润易旱区，年均降水量550 600 mm，且主要集中在7 9月，年均气温13℃。试验地土壤类型为旱耕土垫人为土(红油土)，耕层(0—20 cm)土壤基本理化状况为有机质含量11.87 g/kg、碱解氮56 mg/kg、速效磷8.34 mg/kg、速效钾108.7 mg/kg、pH值 8.0、有效硫含量 6.4 mg/kg(0.5 mol/L NaHCO3浸提，比浊法测定)。

供试小麦品种为冬小麦小偃22，播种量为120 kg/hm2。试验采用随机区组设计，硫肥设 S 0、37.5、75、112.5和 150 kg/hm25个水平，分别以S0、S1、S2、S3、S4表示，每个处理重复3次。氮肥施用量为N 180 kg/hm2，磷肥为P2O5120 kg/hm2。氮肥用尿素，磷肥用磷酸二铵，硫肥用石膏。磷肥和硫肥作为基肥一次施入，氮肥70%基施、30%在拔节期追施。小区面积4×3 m2，每小区种植14行。其他管理措施与当地大田相同。

1.2 测定项目与方法

于分蘖期、返青 拔节期、孕穗期、开花期和成熟期取样，每个处理各取10个单茎。按叶、茎、鞘、穗(不含子粒)、子粒等器官分开，在105℃下杀青30 min，80℃烘至恒重，称取干重，然后用植物粉碎机粉碎。

成熟时选择长势均匀的小麦8行，每行收获1 m，计算生物学产量和子粒产量。收获时每处理取20株按常规法进行室内考种。

小麦植株的氮素含量用H2SO4－H2O2消化—凯氏定氮法测定;全硫用 HNO3－HClO4－HCl消化—比浊法测定。

小麦花前营养器官氮素(硫素)运转指标按以下公式计算［12］:

开花后氮(硫)转运量 =开花期地上部的氮(硫)积累量－成熟期地上部(除子粒外)氮(硫)积累量

开花后氮(硫)转运率 =氮(硫)转运量/开花期地上部氮 (硫)积累量×100%

转运氮(硫)对子粒(硫)贡献率 =氮(硫)转运量/成熟期子粒氮(硫)积累量×100%

2 结果与分析

2.1 不同施硫量对产量和产量构成因素的影响

由表1可以看出，小麦公顷穗数和子粒产量均随施硫量的增加而增加，千粒重随施硫量的增加先降低后增加。施硫量为S 150 kg/hm2时，公顷穗数、穗粒数、千粒重及子粒产量均达到最大值，子粒增产幅度达30.14%。施硫肥处理的公顷穗数、穗粒数和子粒产量等均显著高于不施硫肥处理。

2.2 施硫对冬小麦各器官氮、硫含量及N/S比的影响

2.2.1 施硫对冬小麦地上部营养器官氮含量的影响表2显示，在整个生育期，冬小麦地上部营养器官氮含量随着施硫量的增加先增加后降低，S2或S3处理达到最大值。从各时期看，冬小麦植株的含氮量在分蘖期和返青期变化不明显;从孕穗期到成熟期，地上部营养器官的含氮量显著下降。从分蘖期到开花期，S2或S3处理地上部营养器官氮含量显著高于S0。成熟期施硫处理与不施硫处理叶片氮含量差异不显著;而S2处理的茎鞘和穗的含氮量高于其他处理。同一时期叶片的氮含量大于其他器官的氮含量。

2.2.2 施硫对冬小麦地上部营养器官硫含量的影响由表3可以看出，随着生育进程的推进，地上部营养器官的硫含量逐渐增加。各器官相比，叶片的硫含量大于其他器官的硫含量。在分蘖期 开花期，冬小麦植株的含硫量随着施硫量的增加先增加后趋于稳定，S3和S4处理达到最大值。但在成熟期，地上部营养器官的硫含量则表现出不同的变化趋势。叶片和茎鞘的硫含量与分蘖期 开花期的变化趋势相同;穗的硫含量则随施硫量的增加先增加后降低。在整个生育期，施硫各处理均可提高冬小麦地上部营养器官的硫含量，其中S3和S4两个处理地上部营养器官的硫含量与S0相比，均达显著差异水平(成熟期穗除外)。

表3 施硫量对冬小麦地上部硫含量的影响(%)Table 3 Effect of different sulfur rates on sulphur content in the shoot of winter wheat

2.2.3 施硫对冬小麦地上部营养器官N/S比的影响冬小麦地上部营养器官的N/S比在整个生育期随施硫量的增加而降低(表4)。在孕穗期，叶片的N/S比达到最大值，各处理间的变异也较大;然后随着生育进程的推进，冬小麦地上部营养器官的N/S比一直下降，到成熟期下降到最小值。施硫对不同生育时期冬小麦地上部营养器官的N/S比有显著影响，S2、S3、S4 3个处理与S0相比，地上部营养器官的N/S比下降幅度达到差异显著水平。

表4 施硫量对冬小麦地上部N/S比的影响Table 4 Effect of different sulfur rates on N/S ratio in the shoot of winter wheat

2.2.4 施硫对子粒氮、硫含量及N/S比的影响 由表5可以看出，随施硫量的增加，子粒氮含量先增加后降低，硫含量则表现出升高趋势，子粒的N/S比表现出下降趋势。与S0相比，S1和S2处理的子粒氮、硫含量无显著差异，S3处理则达到显著差异水平;施硫对子粒N/S比的影响较为明显，除S1处理外，其它施硫处理的子粒N/S比与对照相比其下降幅度达到显著差异水平。

2.3 冬小麦各器官N/S比与产量的关系

冬小麦各器官的N/S比与产量的相关分析见图1。小麦生育期内，在分蘖期和返青期，植株的N/S比与产量的相关性基本相同，R2值分别为0.7028和0.7026;孕穗期叶片的N/S比与产量的相关性最好，R2值最大为0.8780，茎秆次之为0.7100;开花期各器官N/S比与产量的相关性较差，穗的R2值最小，只有0.3382;成熟期各器官N/S比与产量的相关性差异较大，子粒的N/S比与产量的相关性较好，R2值为0.8165，穗的N/S比与产量的相关性较差，R2值为0.5540。

表5 施硫量对冬小麦成熟期子粒氮硫含量及N/S比的影响Table 5 Effect of different sulfur rates on nitrogen and sulphur content and N/S ratio in grains

2.4 施硫对花后氮、硫素转运的影响

2.4.1 施硫对花后氮素转运的影响 由表6可看出，花后地上部营养器官的氮素向子粒转运明显，平均达到73.35%，对子粒的贡献率达到61.46%，各器官的氮素转运量和转运率差异较大，同时也受到施硫量的影响。叶片的氮素转运量和转运率均大于茎鞘和穗;各器官的转运量、转运率以及总转运量、总转运率和转运氮素对子粒氮素的贡献率均随施硫量的增加呈先增加再降低最后升高的趋势。说明施硫处理均能提高小麦叶、茎鞘和穗等营养器官的氮素转运量、转运率以及总转运量、总转运率和转运氮素对子粒氮素的贡献率(S2、S3处理中穗的转运率除外)。与对照相比，各施硫处理的总转运量、总转运率和转运氮素对子粒氮素的贡献率均显著增加。

图1 冬小麦各器官N/S比与产量的相关分析(n=15)Fig.1 Relationship of N/S ratio and grain yield in winter wheat

2.4.2 施硫对花后硫素转运的影响 表7显示，冬小麦开花后，地上部营养器官中硫素的总转运量、总转运率和转运硫素对子粒硫素的贡献率差异显著。叶片的硫素转运量和转运率最大，穗次之，茎鞘的最低，无输出;叶片中的硫素转运量、转运率随施硫量的增加而增加，穗中的硫素转运量、转运率随施硫量的增加呈先增加再降低最后升高的趋势。硫素的平均转运率为17.78%，远低于氮素的平均转运率(73.35%，表6);转运硫素对子粒硫素的贡献率为29.54%，也低于氮素的贡献率(61.46%，表6)。

表6 不同施硫量对开花后氮素积累转运的影响Table 6 Effect of different sulfur rates on nitrogen absorption and translocation of wheat after anthesis

表7 不同施硫量对开花后硫素积累转运的影响Table 7 Effect of different sulfur rates on sulphur absorption and translocation of wheat after anthesis

3 讨论与结论

植物的氮素同化和硫素同化过程彼此依赖，相互协调［13－14］。Hesse 等［15］证实氮素可以诱导有关硫吸收同化基因的表达，从而提高植株对硫的吸收同化能力。Mahler等［16］发现施用硫肥提高了植物中氮的浓度。本研究结果表明，陕西关中地区冬小麦地上部营养器官的硫含量随着施硫量的增加而增加，氮含量随着施硫量的增加先增加后降低。说明植物的氮、硫代谢密切相关。但Dijksshoorn等［17］认为施用硫肥未显著影响植株中氮的浓度。这可能与试验条件，如土壤的氮、硫有效性，供试作物的营养特性等有关。在生育后期，作物子粒中的氮素和硫素，一部分来自于开花后植株吸收同化的氮素和硫素向子粒的分配，另一部分来自于营养器官开花前贮存氮素和硫素向子粒的再分配［18－19］。本试验中，施硫促进了冬小麦花后营养器官氮素、硫素向子粒的运转，增加了总运转量对子粒氮素、硫素含量的贡献率(表6，表7)。

植株的N/S比是反映硫素营养状况的最佳参数，当N/S比大于16时，植株存在缺硫的可能性［17］。但 Zhao等［20］认为茎叶的 N/S 比不如全硫或-S对预测缺硫更敏感。本研究结果显示，关中地区冬小麦植株中的N/S比因器官、生育期和施肥水平的不同而异，各器官的N/S比差异明显;随着生育进程各器官的N/S也发生变化，进入生育后期各营养器官中的N/S比大幅度下降;N/S比随着施硫量的增加而降低;孕穗期叶片中N/S比值和变异性较大，其与产量的相关性最好(图1)。王东等［21］研究结果表明，子粒的 N/S比在 14.22 15.27范围内时，适宜子粒品质的形成。本研究中小麦子粒中的N/S比在10.14 17.00之间(表5)，只有在施硫量为S 75 kg/hm2，子粒 N/S比为14.62时比较适宜。而高施硫量处理(S3和S4)的增产效果显著，与不施硫处理相比增产幅度达到19.10% 30.14%，但子粒的 N/S比较低，只有10.14 11.92，低于适宜标准。因此硫肥施用中要注意协调产量和品质的关系。

施用硫肥对冬小麦产量有明显的增产作用［22－25］。有研究表明，施硫可增加小麦分化的小花数和减少不育小花数目，从而增加穗粒数，提高子粒产量［22］。也有研究表明硫肥的施用促进了小麦的生长发育，提高了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，因而增加了子粒产量［5，25］。在本研究中，施用硫肥可增加单位面积穗数和每穗粒数进而提高子粒产量，对千粒重影响较小。另外，施用不同种类的硫肥对小麦的子粒产量性状影响不同，马春英等［25］发现，施用不同种类硫肥均能提高冬小麦产量，施用石膏的处理产量最高，施硫酸铵的次之，施用硫磺的最低。朱云集等［26］认为施用过磷酸钙对豫麦49产量和品质的调控较好，其次为石膏、硫磺粉、硫酸铵、硫酸钾。

陕西省有27.1%的土壤缺硫，主要分布在中北部地区［27］。陕西省土壤有效硫含量在4.6 157.3 mg/kg之间，平均值29.3 mg/kg，低于我国南方10个省的平均值，其中关中灌区平均有效硫含量为26.6 mg/kg［28］。在关中地区，关于作物、土壤硫素供应状况、含硫肥料种类、硫肥施用方法等研究甚少。因此，在关中地区开展硫肥试验，对平衡农田养分供应，提高肥料利用率有重要的理论与实践意义。

综上所述，施用硫肥可促进冬小麦对氮、硫的吸收利用，增加小麦花后营养器官氮、硫向子粒的运转;增加单位面积穗数和每穗粒数，进而显著提高冬小麦产量。孕穗期叶片的N/S比可以作为陕西关中地区冬小麦硫素营养状况的一个重要参考指标。

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