硫肥对小油菜产量、品质及生理特征的影响

耿计彪，张 超，李 强，胡恒宇，田 芮，马晓丽

(1.金沂蒙集团有限公司，山东 临沭 276700；2.山东省水土保持与环境保育重点实验室，临沂大学资源环境学院，山东 临沂 276005)

小油菜是我国播种面积较大，且在蔬菜生产与供应中占有重要地位的速生型绿叶蔬菜[1]。为获得最大产量，过量施用化肥(尤其氮肥)的现象突出，造成叶片中硝酸盐大量积累[2]。硫素是作物蛋白质、多种酶和生理活性物质的重要组成成分，合理增施硫肥可协调氮代谢的能力，促进物质的合成与积累[3-4]，调节叶片内硝态氮的含量，并能够显著增加土壤交换性阳离子量[5]。硫和氮在植株体内的生理功能和同化途径相似，氮、硫中的一种元素缺乏会抑制另一种元素的吸收和同化。在植物代谢中，当氮为限制因素时，叶中可溶性的硫积累；而缺硫时，氮代谢发生紊乱。施用硫肥可增加作物叶片可溶性蛋白，降低土壤pH值，减少氮在土壤中的损失[6]。但是近年来高浓度不含硫化肥(尿素、磷酸二铵等)的大量施用造成土壤中硫含量日益减少，导致我国30%的耕地面积出现缺硫症状[7]，并成为农作物高产的障碍因子[8-9]。因此，本试验拟在盆栽条件下研究不同硫肥用量对小油菜产量、品质和叶片生理特性的影响，为实现小油菜优质高产的合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种为“四月慢”，试验地点位于临沂大学温室大棚内(118°19′8.10″E,35°05′23.89"N)，该地属暖温带半湿润季风型气候区。试验用土取自临沂大学周围小麦-玉米种植农田，长期施用化肥且无秸秆还田耕作措施。土壤质地为粉壤，土壤类型为石灰淡色潮湿雏形土。供试土壤的基本性质：pH值7.3，有机质含量10.9 g/kg，全氮含量0.9 g/kg，容重1.2 g/cm3，田间持水量24.2%(重量法测定)，硝态氮、铵态氮、有效磷、速效钾和有效硫含量分别为24.9、16.5、46.6、113.4和22.8 mg/kg。

供试肥料包括磷酸二铵(N 18%，P2O546%)，氯化钾(K2O 60%)，尿素(N 46%)，硫磺(S 98%)。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，共设5个施硫处理，分别为0、30、60、90和120 kg/hm2，以CK、S30、S60、S90和S120表示，每个处理重复4次。试验用盆直径为18 cm、高20 cm，每盆装入3 kg土壤。所有处理氮磷钾肥施入量相同，N、P2O5、K2O分别为120、90、90 kg/hm2(均按盆口面积折算每盆施肥量)，所有肥料均在播种前与土壤充分混匀后装入盆中。

试验于2017年4月19日播种，播种时先从盆上层中取出约2 cm厚的土壤，用清水浇透盆中剩余土壤，然后均匀撒播15粒种子，播种后将取出的土壤覆回，所有试验盆按随机区组排放于温室棚中，整个生育期各盆的管理保持一致。待幼苗长出3片子叶时每盆定苗两株，在5月19日、5月29日和6月8日分别进行取样，采样时用夹链袋装好叶片并放在冷冻保鲜盒内，带回实验室进行分析测定。

1.3 测定项目及方法

叶片光合特性指标采用LI-6400XT便携式光合速率仪测定，测定时间为9：00～11：00；叶片SPAD值使用SPAD-502型手持叶绿素仪(日本生产)进行测定。硝酸还原酶(NR)采用活体法测定，以产生的亚硝态氮的量表示[10]；谷氨酰胺合成酶(GS)活性采用Tris-HCl提取法[11]。超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑光化还原法测定；过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法测定；丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸法，在532、600和450 nm波长下比色测定[12]。可溶性糖含量采用蒽酮比色法，Vc含量采用2,6-二硝基苯肼法，硝酸盐含量采用高效液相色谱法测定[13]。土壤有效硫采用0.15%氯化钙溶液浸提，经过氧化氢加热氧化后，通过氯化钡比浊法测定[14]。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2010做预处理，并用SAS 8.0统计软件进行ANOVA方差分析及差异显著性检验(P<0.05)；采用Sigmaplot 12.5软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 硫肥用量对小油菜产量和品质的影响

硫肥的施用显著提高了小油菜的鲜重(表1)，较CK增加3.3%～25.5%，且随施硫量的增加呈先增加后降低的抛物线变化(图1)，相关系数达到0.899；S90处理小油菜鲜重最大，显著高于S120和S30，但与S60差异不显著。CK处理硝酸盐含量最高，达到405.9 mg/kg，施硫降低了硝酸盐含量，且以S60的含量最低，其他施硫处理间差异不显著。施硫较CK显著增加了叶片可溶性糖含量，增幅在22.2%～38.9%，但各施硫处理间差异不显著；Vc含量变化与可溶性糖表现出相似的变化，均随硫施用量的增加呈现先增加后降低的趋势，以S90含量最高，达到565.2 mg/kg。

表1 不同施硫水平下小油菜的产量和品质

注:同列数据后不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平，下同。

图1 油菜产量与硫肥用量的相关关系

2.2 硫肥用量对小油菜叶片叶绿素及光合速率的影响

硫肥施用对小油菜叶片SPAD值有显著影响，CK处理在各生长时段均处于最低水平，各处理SPAD值均随生育期的延长逐渐上升(图2)。播种后30 d，表现为S60>S90=S120>S30>CK；40 d后S60和S90显著高于其他处理，S30和S120处理差异不显著；收获期(50 d)S60的SPAD值达56.4，显著高于S120处理，其余施硫处理间差异不显著。播种后30 d，各处理光合速率差异不显著(图3)；40 d时CK显著低于其他处理，S30显著低于S60，其余施硫处理间差异不显著；收获期表现为S60>S90=S120>S30>CK的趋势。

图2 不同硫肥用量下小油菜叶片SPAD值

图3 不同硫肥用量下小油菜光合速率

2.3 硫肥用量对小油菜叶片氮素代谢关键酶活性的影响

小油菜的硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性均随生育期的进行呈现逐渐上升的趋势(图4，5)，在收获期达到最大；同一时期内，NR和GS均随施硫量的增加呈先增加后降低的抛物线变化趋势，以60或90 kg/hm2为转折点。播种后30 d时，S60处理NR活性最高，S120与CK差异不显著，且S30、S90和S120处理间差异不显著；40 d时，S60、S90和S120显著高于S30处理；在收获期，S90处理NR活性达到38.5 μg/(g·h)，显著高于其他处理。播种后30 d各处理GS活性差异不显著，40 d时表现为S60>S120=S90=S30>CK，在收获期，CK处理GS活性最低，S60处理最高，达到2.4 ΔOD/(g·h)，显著高于其他施硫处理。

2.4 硫肥用量对小油菜保护性酶活性和丙二醛含量的影响

施硫可显著提高小油菜叶片超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性，且随硫肥用量的增加呈现先增加后降低趋势(表2)。CK与S120处理SOD和POD活性差异不显著，其余施硫处理差异不显著且显著高于对照。CK处理叶片丙二醛含量最高，达到34.7 μmol/g，显著高于S60和S90的含量，但各施硫处理间差异不显著。

图4 不同硫肥用量下小油菜的硝酸还原酶活性

图5 不同硫肥用量下小油菜的谷氨酰胺合成酶活性

表2 收获期不同硫肥施用量下小油菜叶片酶活性和丙二醛含量

3 讨论

叶绿素是植株进行光合代谢的基础，叶片SPAD值代表了叶绿素的相对含量[18]。本试验中，施用硫肥显著提高各生育期叶片的SPAD值，光合速率与SPAD值表现出正相关性。硫是铁氧还原蛋白的重要组分，是叶绿素合成的必需元素，在光合作用还原中起电子转移的作用[19]；硫也是叶绿素合成和ATP磺酰活性所必需的元素，以氨基酸的形式参与叶绿素前体的合成[20]。因此，硫的供给增加了叶片SPAD值。同时，硫肥显著增强了叶片光合能力，使叶片积累较多的干物质，尤其在生长后期，以施60 kg/hm2硫肥处理最为明显，为小油菜高产打下坚实的物质基础。

4 结论

施用硫肥可显著提高小油菜鲜重，较不施硫肥增产3.3%～25.5%。施60 kg/hm2硫肥较对照处理叶片硝酸盐含量显著减少15.5%，但施硫处理间叶片可溶性糖和Vc含量差异不显著。播种后50 d，小油菜叶片叶绿素含量、光合速率、硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶达到最大值；同一时段内以60和90 kg/hm2施硫处理最高，对照处理均处于最低水平。施硫显著提高了叶片超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性，减少了丙二醛的含量。因此，施60～90 kg/hm2硫肥可显著提高小油菜产量和改善叶片品质，本试验为保证小油菜安全生产和合理施用硫肥提供了科学依据。