施用硫肥對陜西關(guān)中地區(qū)冬小麥氮、硫吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)及產(chǎn)量的影響

趙玉霞，李娜，王文巖，李雪芳，周芳，王林權(quán)

(西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)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(yīng)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(xué)者討論的熱點(diǎn)問題［3－5］。但是，關(guān)于硫肥對提高小麥產(chǎn)量與改善品質(zhì)方面的研究結(jié)果并不一致。多數(shù)研究認(rèn)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(rèn)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(tuán)的延展性，降低面團(tuán)的抗阻力。但有研究認(rèn)為硫肥的施用會引起負(fù)效應(yīng)，吳靜等［9］認(rèn)為供硫充足的土壤若氮素供應(yīng)不足，植株體內(nèi)的硫濃度、硫的吸收累積會相應(yīng)降低，產(chǎn)量明顯下降。在陜西關(guān)中地區(qū)，劉洋等［10］通過田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在氮素充足的情況下施用硫肥可以促進(jìn)小麥對氮素的吸收;王鈞強(qiáng)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(guān)于小麥硫素吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律及硫肥效應(yīng)等問題缺乏系統(tǒng)研究。為此，本試驗(yàn)研究了硫肥對陜西省關(guān)中地區(qū)冬小麥氮、硫吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)及產(chǎn)量的影響，為當(dāng)?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(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)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(xué)灌溉試驗(yàn)站(E 108°04'02″，N 34°17'38″，海拔 520 m)進(jìn)行。試驗(yàn)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(yàn)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(jī)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(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，硫肥設(shè) 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(fù)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(dāng)?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(jī)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(xué)產(chǎn)量和子粒產(chǎn)量。收獲時每處理取20株按常規(guī)法進(jìn)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(yùn)轉(zhuǎn)指標(biāo)按以下公式計算［12］:

開花后氮(硫)轉(zhuǎn)運(yùn)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(zhuǎn)運(yùn)率 =氮(硫)轉(zhuǎn)運(yùn)量/開花期地上部氮 (硫)積累量×100%

轉(zhuǎn)運(yùn)氮(硫)對子粒(硫)貢獻(xiàn)率 =氮(硫)轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期子粒氮(硫)積累量×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施硫量對產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)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(dá)到最大值，子粒增產(chǎn)幅度達(dá)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(dá)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(jìn)程的推進(jìn)，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(dá)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(dá)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(dá)到最大值，各處理間的變異也較大;然后隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，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(dá)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⒘蚝考癗/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(dá)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(dá)到顯著差異水平。

2.3 冬小麥各器官N/S比與產(chǎn)量的關(guān)系

冬小麥各器官的N/S比與產(chǎn)量的相關(guān)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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)性差異較大，子粒的N/S比與產(chǎn)量的相關(guān)性較好，R2值為0.8165，穗的N/S比與產(chǎn)量的相關(guān)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?、硫素轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

2.4.1 施硫?qū)ê蟮剞D(zhuǎn)運(yùn)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(zhuǎn)運(yùn)明顯，平均達(dá)到73.35%，對子粒的貢獻(xiàn)率達(dá)到61.46%，各器官的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率差異較大，同時也受到施硫量的影響。葉片的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率均大于莖鞘和穗;各器官的轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率以及總轉(zhuǎn)運(yùn)量、總轉(zhuǎn)運(yùn)率和轉(zhuǎn)運(yùn)氮素對子粒氮素的貢獻(xiàn)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(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率以及總轉(zhuǎn)運(yùn)量、總轉(zhuǎn)運(yùn)率和轉(zhuǎn)運(yùn)氮素對子粒氮素的貢獻(xiàn)率(S2、S3處理中穗的轉(zhuǎn)運(yùn)率除外)。與對照相比，各施硫處理的總轉(zhuǎn)運(yùn)量、總轉(zhuǎn)運(yùn)率和轉(zhuǎn)運(yùn)氮素對子粒氮素的貢獻(xiàn)率均顯著增加。

圖1 冬小麥各器官N/S比與產(chǎn)量的相關(guān)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(zhuǎn)運(yùn)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(zhuǎn)運(yùn)量、總轉(zhuǎn)運(yùn)率和轉(zhuǎn)運(yùn)硫素對子粒硫素的貢獻(xiàn)率差異顯著。葉片的硫素轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率最大，穗次之，莖鞘的最低，無輸出;葉片中的硫素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率隨施硫量的增加而增加，穗中的硫素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)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(zhuǎn)運(yùn)率為17.78%，遠(yuǎn)低于氮素的平均轉(zhuǎn)運(yùn)率(73.35%，表6);轉(zhuǎn)運(yùn)硫素對子粒硫素的貢獻(xiàn)率為29.54%，也低于氮素的貢獻(xiàn)率(61.46%，表6)。

表6 不同施硫量對開花后氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)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(zhuǎn)運(yùn)的影響Table 7 Effect of different sulfur rates on sulphur absorption and translocation of wheat after anthesis

3 討論與結(jié)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(shí)氮素可以誘導(dǎo)有關(guān)硫吸收同化基因的表達(dá)，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(jié)果表明，陜西關(guān)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(guān)。但Dijksshoorn等［17］認(rèn)為施用硫肥未顯著影響植株中氮的濃度。這可能與試驗(yàn)條件，如土壤的氮、硫有效性，供試作物的營養(yǎng)特性等有關(guān)。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(yàn)中，施硫促進(jìn)了冬小麥花后營養(yǎng)器官氮素、硫素向子粒的運(yùn)轉(zhuǎn)，增加了總運(yùn)轉(zhuǎn)量對子粒氮素、硫素含量的貢獻(xiàn)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(dāng)N/S比大于16時，植株存在缺硫的可能性［17］。但 Zhao等［20］認(rèn)為莖葉的 N/S 比不如全硫或-S對預(yù)測缺硫更敏感。本研究結(jié)果顯示，關(guān)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(jìn)程各器官的N/S也發(fā)生變化，進(jìn)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(guān)性最好(圖1)。王東等［21］研究結(jié)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)。因此硫肥施用中要注意協(xié)調(diào)產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)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(jìn)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(gòu)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(jìn)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(rèn)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(guān)中灌區(qū)平均有效硫含量為26.6 mg/kg［28］。在關(guān)中地區(qū)，關(guān)于作物、土壤硫素供應(yīng)狀況、含硫肥料種類、硫肥施用方法等研究甚少。因此，在關(guān)中地區(qū)開展硫肥試驗(yàn)，對平衡農(nóng)田養(yǎng)分供應(yīng)，提高肥料利用率有重要的理論與實(shí)踐意義。

綜上所述，施用硫肥可促進(jìn)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(yùn)轉(zhuǎn);增加單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù)，進(jìn)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(guān)中地區(qū)冬小麥硫素營養(yǎng)狀況的一個重要參考指標(biāo)。

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