硫肥对春油菜幼苗生理指标和土壤酶活性的影响

秦梅 韩燕 乔枫 孙小凤 严焕焕 耿贵工

摘 要：該研究以春油菜幼苗为材料，采用土壤盆栽试验，设7个不同施硫（0、35、70、105、140、175、210 mg·kg-1）处理，通过测定春油菜幼苗的株高、植株鲜重、叶绿素含量、MDA含量、SOD、POD、CAT活性、土壤全氮含量、pH、蔗糖酶、过氧化氢酶和脲酶活性指标，分析不同施硫量对春油菜幼苗生理生化指标和土壤相关酶活性的影响。结果表明：在春油菜苗期施用硫肥对幼苗的农艺性状、生理生化指标和土壤酶活性均产生了一定影响。施硫量在35～105 mg·kg-1范围时，对植株鲜重有明显的促进作用;施硫量在70～105 mg·kg-1范围时，类胡萝卜素含量达到最高;施硫量在70～105 mg·kg-1范围时，叶片中POD和CAT的活性明显升高，而MDA含量明显下降;经相关分析，MDA含量与POD活性呈极显著负相关（r=-0.92，P<0.01），与CAT活性呈显著负相关（r=-0.72，P<0.05），说明叶片MDA含量受POD和CAT活性变化的影响;施硫量高于105 mg·kg-1时，土壤脲酶和蔗糖酶活性受到抑制;施硫量高于140 mg·kg-1时，土壤过氧化氢酶活性受到抑制;随着施硫量的增加，土壤pH值和叶片SOD活性逐渐下降;经相关性分析，土壤脲酶活性和全氮含量间呈极显著正相关（r=1，P<0.01），表明土壤全氮含量受土壤脲酶活性变化的影响。由此可知，在低硫（35～105 mg·kg-1）条件下对春油菜幼苗生理生化指标及土壤酶活性具有一定的促进作用，而在高硫（>105 mg·kg-1）条件下则产生抑制。

关键词：硫， 春油菜， 生理生化， 土壤酶活性

中图分类号：Q945

文献标识码：A

文章编号：1000-3142（2019）06-0761-07

Abstract：Sulfur element is a medium trace element needed for plant growth. In order to clarify the physiological and biochemical indexes and soil enzyme activity of spring rape seedlings under different sulfur applications， based on the spring rape seedlings， the seven sulfur fertilizer  [0， 35， 70， 105， 140， 175， 210 mg·kg-1] were set up by pot experiment， and the plant height， plant fresh weight， the content of chlorophyll and MDA， the activities of SOD， POD and CAT of leaves， the content of soil total nitrogen， pH and the activity of invertas and catalase were measured respectively. The results were as follows：Sulfur application had certain influence on the agronomic characters， physiological and biochemical indexes of spring rape seedlings and soil enzyme activity. In a range of sulfur application （35-105 mg·kg-1） the plant fresh weight was significantly promoted， carotenoid content was the highest when sulfure fertilization was 70-105 mg·kg-1; In a range of sulfur application （75-105 mg·kg-1）， the activities of POD and CAT in leaves were significantly increased ， but the content of MDA in leaves was significantly decreased; According to correlation analysis， an extremely negative correlation was observed with MDA content and POD activity （r=-0.92， P<0.01）， and a significant negative correlation was observed with MDA content and CAT activity （r=-0.72， P<0.05）， indicating that MDA content is affected by the POD and CAT activities; The activities of invertase and urease in soil were inhibited with sulfur application higher than 105 mg·kg-1， the activity of catalase in soil was inhibited with sulfur application  higher than 140 mg·kg-1; with the increase of sulfur fertilizer， the activity of SOD in leaves and soil pH showed decreasing trends; according to correlation analysis， an extremely positive correlation was observed between the content of total nitrogen and the activity of urease （r=1， P<0.01）， indicating that soil total nitrogen content is affected by the soil urease activity. Therefore， physiological and biochemical indexes of spring rape seedlings and soil enzyme activity were promoted with low sulfur application （35-105 mg·kg-1）， while these indexes were inhibited with high sulfur application（>105 mg·kg-1）. This study can provide some theory reference for sulfur fertilization of spring rape.

Key words：sulfur， spring rape， physiology and biochemistry， soil enzyme activity

春油菜是我国北方油菜的主要高产区，主要分布在青海、 甘肃、新疆等气温较低、无霜期较短的地区，总面积约占全国油菜总面积的10%（杜德志等，2018）。青海是我国春油菜种植的重要产区，其种植面积约占全省的30%（宋佳等，2018）。春油菜是需硫量较大的作物之一，其植株体内含硫和吸硫量甚至高于含磷和吸磷量，在土壤缺硫条件下，大量施入氮磷钾肥将会影响作物对营养元素的吸收和利用，从而降低作物的产量和品质（Ahmad et al.，2007; Jamal et al.，2010; Grant et al.，2012）。硫元素是植物生长所需的中微量元素。合理增施硫肥可促进叶片光合作用，协调氮代谢的能力，进而促进物质的合成与积累（刘晶等，2017;Katarzyna et al.，2018）。

杂交油菜对硫肥的需求量较大，充足的硫肥是优化籽粒产量的前提条件之一（聂俊和刘忠培，2018）。在青海春油菜生产中含硫肥料的使用率较低，硫投入量普遍不足。对青海春油菜种植地区土壤有效硫含量调查结果表明，30%左右的春油菜在种植土壤中有效硫含量在2.88～11.29 mg·kg-1之间。据文献报道，土壤有效硫含量低于16.0 mg·kg-1时作物就有缺硫的可能（许自成等，2007）。目前，硫对油菜和土壤的研究主要集中在油菜氮硫吸收（白灯莎·买买提艾力等，2009）、油菜产量（崔岩山和王庆仁，2008）、土壤营养元素（Krzyszt et al.，2015），而关于硫对油菜幼苗生理指标这一方面尚未报道。因此，本研究针对青海春油菜种植区，在盆栽试验条件下研究不同施硫量对春油菜幼苗生长、生理特性及土壤酶活性的影响，为春油菜硫肥的施用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为春油菜品种‘青杂7号’。供试肥料为尿素（N46%），磷酸二铵（N18%、P2O546%），硝酸钾（N13%、K2045%），T90硫肥（S90%）。供试土壤为栗钙土，土壤基本理化性状：pH8.21，全氮1.22 g·kg-1，全磷2.65 g·kg-1，全钾25.01 mg·kg-1，有机质15.44 mg·kg-1，碱解氮66.0 mg·kg-1，速效磷15.0 mg·kg-1，速效钾152.0 mg·kg-1，速效硫9.24  mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验于2018年4—8月在青海大学农林科学院试验地大棚中进行，共设7个处理，每个处理重复4次，共28盆。各处理硫肥施用量：T0为0 mg·kg-1，T1为35 mg·kg-1，T2为70 mg·kg-1，T3为105 mg·kg-1，T4为140 mg·kg-1，T5为175 mg·kg-1，T6为210 mg·kg-1。施硫量为施入“纯硫”量。将硫肥打碎过筛后与处理好的土壤混合均匀装入盆中（盆高25 cm，直径17 cm），每盆土壤净重1 kg。土壤经吸附沉淀2周后播种油菜种子（精选饱满籽粒，采用点播方式），每盆播种50粒，出苗1周后定苗10株，保持土壤含水量60%～70%，期间不再施入肥料。播种30 d后采集土壤、植株地上和地下部分样品，待测。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 叶绿素色素含量和抗氧化酶活性 SOD含量测定采用氮蓝四唑（NBT）光还原法（苍晶和赵会杰，2014）;POD活性测定采用愈创木酚法（苍晶和赵会杰，2014）;CAT活性测定采用紫外分光光度法（苍晶和赵会杰，2014）;丙二醛（MDA）含量测定采用硫代巴比妥酸（TBA）法（苍晶和赵会杰，2014）。

1.3.2 土壤理化性质和土壤酶 pH值测定采用电位法（盛海彦，2012）;全氮含量采用半微量开氏法进行测定（盛海彦，2012）;脲酶活性采用靛酚比色法（盛海彦，2012）;过氧化氢酶活性采用高錳酸钾滴定法（盛海彦，2012）;碱性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法（盛海彦，2012）。

1.4 数据处理

用Microsoft Excel 2007 软件作图，用DPS 5.0 软件分析数据，用LSD法进行显著性水平检验。

2 结果与分析

2.1 施硫量对春油菜幼苗株高和植株鲜重的影响

硫肥施用量对春油菜幼苗株高和植株鲜重的影响较大。随施硫量的增加，株高和鲜重均呈先上升后下降趋势（图1：a，b）， T6处理的株高较T0处理显著降低了24.7%（P<0.05），T1、T2、T3处理的株高较T0略有增加;T4、T5处理的株高较T0均有所降低; T1、T2、T3处理的植株鲜重与T0处理相比均显著增加，增幅分别为22.4%、40.1%和45.6%（P<0.05），以T3处理为最高; T4、T5、T6处理的鲜重较T0处理均有下降。由此可知，中低施硫水平对春油菜幼苗的农艺性状影响不明显，而施硫量高于T6处理后，幼苗的生长严重受阻。

2.2 施硫对春油菜幼苗光合色素的影响

2.3 施硫量对春油菜幼苗抗氧化酶活性及MDA含量的影响

随施硫量的增加，叶片中SOD活性逐渐下降，POD和CAT活性呈先升高后降低趋势，而MDA含量呈先降低后升高趋势（图3：a，b，c，d）。T4、T5和T6处理的SOD活性与T0处理相比均显著降低（P<0.05）;T3、T4处理的POD活性较T0处理均显著升高（P<0.05）;T3处理CAT活性显著高于其他处理（P<0.05）， T6处理CAT活性较T0处

2.4 施硫量对土壤pH的影响

土壤pH随着施硫量的增加呈现逐渐降低的趋势（表1）。表1结果显示，施硫处理土壤pH值均显著低于T0处理（P<0.05），T6处理土壤pH值最低（为7.97），较T0处理降低了4.78%，表明施硫可降低土壤pH值。这可能与硫酸根离子有效地增强了土壤缓冲作用有关（杨杉等，2016）。

2.5 施硫对土壤酶活性及全氮含量的影响

3 讨论

葉绿素是植株进行光合代谢的基础，而硫恰是叶绿素合成所必需的元素，并参与叶绿素前体的合成（徐瑶等，2017）。蔡赛男等（2015）指出，施硫会显著增加幼苗叶片中叶绿素a和叶绿素b含量。在本研究中，施硫对春油菜幼苗叶片中叶绿素a、叶绿素b和叶绿素ab的含量无明显影响，但当施硫量为70～105 mg·kg-1范围时，春油菜幼苗叶片中类胡萝卜素含量明显增加，当施硫量高于105  mg·kg-1时抑制作用明显。这表明在春油菜苗期，叶片类胡萝卜素合成与施硫量关系密切，硫肥可能作为介质参与光合作用暗反应生成类胡萝卜素，进而促进春油菜幼苗光合作用，提高生物量。

在正常的代谢过程（如呼吸与光合作用） 中，植物体内的氧会被活化形成活性氧（ROS） ， 但当受到生物或非生物胁迫时，将会打破体内 ROS 生成与清除之间的动态平衡，导致 ROS大量积累，对植物造成伤害，而SOD、POD和CAT则是清除这些ROS的重要酶类。Ali & Teymur（2015）指出，土壤中施入适量硫肥对植株某些抗氧化酶具有激活作用。本研究发现，施硫量为105 mg·kg-1时，对提高春油菜幼苗叶片中POD和CAT活性最为明显。邹莉娜等（2018）指出，施硫会显著降低水稻幼苗中MDA含量。而张雅杰等（2015）认为施硫能使烤烟叶片 MDA 含量升高。本研究结果表明，施硫量为35～105 mg·kg-1范围时，春油菜幼苗叶片MDA含量明显降低，但其他处理随施硫量的增加逐步升高。说明，当春油菜幼苗体内ROS积累到一定程度后，施硫对POD和CAT在清除活性氧和防止膜脂过氧化方面起到很大的作用，且 POD 活性与 MDA含量极显著负相关， CAT与MDA含量显著负相关，因此POD较CAT对硫的响应更为敏感。同时，MDA含量的减少与POD和CAT活性上升密切相关，幼苗内ROS稳定状态打破可能是诱导POD和CAT活性快速上升的主要原因，而硫恰是激活这一反应的重要物质。马友华和丁瑞兴（2000）认为，硫不足会抑制烟叶SOD活性的提高，增施硫可显著提高黄褐土上烟叶 SOD 的活性。朱英华等（2008）认为，烤烟叶片的SOD 活性随硫浓度的升高而升高。本研究发现，增施硫肥会显著抑制SOD活性，这并非仅仅因施硫水平不同而发生的变化，很可能与幼苗在适应生长环境的过程中，内部不断进行代谢调整有关。

硫元素需在土壤中氧化成 SO42-后才能被植株吸收和利用（郑诗樟，2012），施硫后表现出不同的效应也受油菜品种、土壤类型、微生物种类和数量等综合因素影响，同时各种酶对环境的适应性也表现不同。硫肥施入碱性土壤后，会经过氧化作用产生酸，降低土壤pH，增加中性和碱性微生物数量，激发土壤脲酶和蔗糖酶活性，从而提高土壤养分的转化和循环（郑诗樟和刘志良，2015）。在本研究中，施硫量为35 mg·kg-1时土壤全氮及过氧化氢酶活性明显升高，施硫量在175～210 mg·kg-1范围时土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性明显降低，说明低硫处理时土壤酶活性被激发，加快土壤养分转化，高硫处理则会产生抑制，这可能与施入过多硫肥后，导致土壤中微生物数量和种类发生改变有关（王凡等，2007）。

4 结论

通过测定不同施硫量下春油菜幼苗生理指标及土壤酶活性，得出合理施硫可有效促进春油菜幼苗生长和增加叶片中叶类胡萝卜素的含量，当施硫量在35～105 mg·kg-1范围时，对植株鲜重有明显的促进作用;当施硫量在70～105 mg·kg-1范围时，类胡萝卜素含量表现最高，而施硫对叶绿素a、b和ab的含量影响不大。施硫会抑制春油菜幼苗叶片SOD活性，适量施硫可显著提高叶片中POD和CAT活性，降低MDA含量，当施硫量为35～105 mg·kg-1时对叶片中POD和CAT活性有明显促进作用，且在施硫量为105 mg·kg-1时促进作用最明显。施硫可显著降低土壤pH值，当施硫量高于105 mg·kg-1时土壤全氮含量、脲酶及蔗糖酶活性受到抑制，当施硫量高于140 mg·kg-1时，土壤过氧化氢酶活性受到抑制。因此，在今后的生产实践中可在春油菜种植区域提前施入适量硫肥，可以保证春油菜幼苗前期生长，为后期春油菜高产打下坚实基础。

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