硫肥對小油菜產(chǎn)量、品質(zhì)及生理特征的影響

耿計彪，張 超，李 強，胡恒宇，田 芮，馬曉麗

(1.金沂蒙集團有限公司，山東 臨沭 276700；2.山東省水土保持與環(huán)境保育重點實驗室，臨沂大學資源環(huán)境學院，山東 臨沂 276005)

小油菜是我國播種面積較大，且在蔬菜生產(chǎn)與供應中占有重要地位的速生型綠葉蔬菜[1]。為獲得最大產(chǎn)量，過量施用化肥(尤其氮肥)的現(xiàn)象突出，造成葉片中硝酸鹽大量積累[2]。硫素是作物蛋白質(zhì)、多種酶和生理活性物質(zhì)的重要組成成分，合理增施硫肥可協(xié)調(diào)氮代謝的能力，促進物質(zhì)的合成與積累[3-4]，調(diào)節(jié)葉片內(nèi)硝態(tài)氮的含量，并能夠顯著增加土壤交換性陽離子量[5]。硫和氮在植株體內(nèi)的生理功能和同化途徑相似，氮、硫中的一種元素缺乏會抑制另一種元素的吸收和同化。在植物代謝中，當?shù)獮橄拗埔蛩貢r，葉中可溶性的硫積累；而缺硫時，氮代謝發(fā)生紊亂。施用硫肥可增加作物葉片可溶性蛋白，降低土壤pH值，減少氮在土壤中的損失[6]。但是近年來高濃度不含硫化肥(尿素、磷酸二銨等)的大量施用造成土壤中硫含量日益減少，導致我國30%的耕地面積出現(xiàn)缺硫癥狀[7]，并成為農(nóng)作物高產(chǎn)的障礙因子[8-9]。因此，本試驗擬在盆栽條件下研究不同硫肥用量對小油菜產(chǎn)量、品質(zhì)和葉片生理特性的影響，為實現(xiàn)小油菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種為“四月慢”，試驗地點位于臨沂大學溫室大棚內(nèi)(118°19′8.10″E,35°05′23.89"N)，該地屬暖溫帶半濕潤季風型氣候區(qū)。試驗用土取自臨沂大學周圍小麥-玉米種植農(nóng)田，長期施用化肥且無秸稈還田耕作措施。土壤質(zhì)地為粉壤，土壤類型為石灰淡色潮濕雛形土。供試土壤的基本性質(zhì)：pH值7.3，有機質(zhì)含量10.9 g/kg，全氮含量0.9 g/kg，容重1.2 g/cm3，田間持水量24.2%(重量法測定)，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀和有效硫含量分別為24.9、16.5、46.6、113.4和22.8 mg/kg。

供試肥料包括磷酸二銨(N 18%，P2O546%)，氯化鉀(K2O 60%)，尿素(N 46%)，硫磺(S 98%)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)5個施硫處理，分別為0、30、60、90和120 kg/hm2，以CK、S30、S60、S90和S120表示，每個處理重復4次。試驗用盆直徑為18 cm、高20 cm，每盆裝入3 kg土壤。所有處理氮磷鉀肥施入量相同，N、P2O5、K2O分別為120、90、90 kg/hm2(均按盆口面積折算每盆施肥量)，所有肥料均在播種前與土壤充分混勻后裝入盆中。

試驗于2017年4月19日播種，播種時先從盆上層中取出約2 cm厚的土壤，用清水澆透盆中剩余土壤，然后均勻撒播15粒種子，播種后將取出的土壤覆回，所有試驗盆按隨機區(qū)組排放于溫室棚中，整個生育期各盆的管理保持一致。待幼苗長出3片子葉時每盆定苗兩株，在5月19日、5月29日和6月8日分別進行取樣，采樣時用夾鏈袋裝好葉片并放在冷凍保鮮盒內(nèi)，帶回實驗室進行分析測定。

1.3 測定項目及方法

葉片光合特性指標采用LI-6400XT便攜式光合速率儀測定，測定時間為9：00～11：00；葉片SPAD值使用SPAD-502型手持葉綠素儀(日本生產(chǎn))進行測定。硝酸還原酶(NR)采用活體法測定，以產(chǎn)生的亞硝態(tài)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)活性采用氮藍四唑光化還原法測定；過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測定；丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸法，在532、600和450 nm波長下比色測定[12]?？扇苄蕴呛坎捎幂焱壬ǎ琕c含量采用2,6-二硝基苯肼法，硝酸鹽含量采用高效液相色譜法測定[13]。土壤有效硫采用0.15%氯化鈣溶液浸提，經(jīng)過氧化氫加熱氧化后，通過氯化鋇比濁法測定[14]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010做預處理，并用SAS 8.0統(tǒng)計軟件進行ANOVA方差分析及差異顯著性檢驗(P<0.05)；采用Sigmaplot 12.5軟件進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 硫肥用量對小油菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

硫肥的施用顯著提高了小油菜的鮮重(表1)，較CK增加3.3%～25.5%，且隨施硫量的增加呈先增加后降低的拋物線變化(圖1)，相關(guān)系數(shù)達到0.899；S90處理小油菜鮮重最大，顯著高于S120和S30，但與S60差異不顯著。CK處理硝酸鹽含量最高，達到405.9 mg/kg，施硫降低了硝酸鹽含量，且以S60的含量最低，其他施硫處理間差異不顯著。施硫較CK顯著增加了葉片可溶性糖含量，增幅在22.2%～38.9%，但各施硫處理間差異不顯著；Vc含量變化與可溶性糖表現(xiàn)出相似的變化，均隨硫施用量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，以S90含量最高，達到565.2 mg/kg。

表1 不同施硫水平下小油菜的產(chǎn)量和品質(zhì)

注:同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異達5%顯著水平，下同。

圖1 油菜產(chǎn)量與硫肥用量的相關(guān)關(guān)系

2.2 硫肥用量對小油菜葉片葉綠素及光合速率的影響

硫肥施用對小油菜葉片SPAD值有顯著影響，CK處理在各生長時段均處于最低水平，各處理SPAD值均隨生育期的延長逐漸上升(圖2)。播種后30 d，表現(xiàn)為S60>S90=S120>S30>CK；40 d后S60和S90顯著高于其他處理，S30和S120處理差異不顯著；收獲期(50 d)S60的SPAD值達56.4，顯著高于S120處理，其余施硫處理間差異不顯著。播種后30 d，各處理光合速率差異不顯著(圖3)；40 d時CK顯著低于其他處理，S30顯著低于S60，其余施硫處理間差異不顯著；收獲期表現(xiàn)為S60>S90=S120>S30>CK的趨勢。

圖2 不同硫肥用量下小油菜葉片SPAD值

圖3 不同硫肥用量下小油菜光合速率

2.3 硫肥用量對小油菜葉片氮素代謝關(guān)鍵酶活性的影響

小油菜的硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶活性均隨生育期的進行呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(圖4，5)，在收獲期達到最大；同一時期內(nèi)，NR和GS均隨施硫量的增加呈先增加后降低的拋物線變化趨勢，以60或90 kg/hm2為轉(zhuǎn)折點。播種后30 d時，S60處理NR活性最高，S120與CK差異不顯著，且S30、S90和S120處理間差異不顯著；40 d時，S60、S90和S120顯著高于S30處理；在收獲期，S90處理NR活性達到38.5 μg/(g·h)，顯著高于其他處理。播種后30 d各處理GS活性差異不顯著，40 d時表現(xiàn)為S60>S120=S90=S30>CK，在收獲期，CK處理GS活性最低，S60處理最高，達到2.4 ΔOD/(g·h)，顯著高于其他施硫處理。

2.4 硫肥用量對小油菜保護性酶活性和丙二醛含量的影響

施硫可顯著提高小油菜葉片超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性，且隨硫肥用量的增加呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(表2)。CK與S120處理SOD和POD活性差異不顯著，其余施硫處理差異不顯著且顯著高于對照。CK處理葉片丙二醛含量最高，達到34.7 μmol/g，顯著高于S60和S90的含量，但各施硫處理間差異不顯著。

圖4 不同硫肥用量下小油菜的硝酸還原酶活性

圖5 不同硫肥用量下小油菜的谷氨酰胺合成酶活性

表2 收獲期不同硫肥施用量下小油菜葉片酶活性和丙二醛含量

3 討論

葉綠素是植株進行光合代謝的基礎(chǔ)，葉片SPAD值代表了葉綠素的相對含量[18]。本試驗中，施用硫肥顯著提高各生育期葉片的SPAD值，光合速率與SPAD值表現(xiàn)出正相關(guān)性。硫是鐵氧還原蛋白的重要組分，是葉綠素合成的必需元素，在光合作用還原中起電子轉(zhuǎn)移的作用[19]；硫也是葉綠素合成和ATP磺?；钚运匦璧脑?，以氨基酸的形式參與葉綠素前體的合成[20]。因此，硫的供給增加了葉片SPAD值。同時，硫肥顯著增強了葉片光合能力，使葉片積累較多的干物質(zhì)，尤其在生長后期，以施60 kg/hm2硫肥處理最為明顯，為小油菜高產(chǎn)打下堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

施用硫肥可顯著提高小油菜鮮重，較不施硫肥增產(chǎn)3.3%～25.5%。施60 kg/hm2硫肥較對照處理葉片硝酸鹽含量顯著減少15.5%，但施硫處理間葉片可溶性糖和Vc含量差異不顯著。播種后50 d，小油菜葉片葉綠素含量、光合速率、硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶達到最大值；同一時段內(nèi)以60和90 kg/hm2施硫處理最高，對照處理均處于最低水平。施硫顯著提高了葉片超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性，減少了丙二醛的含量。因此，施60～90 kg/hm2硫肥可顯著提高小油菜產(chǎn)量和改善葉片品質(zhì)，本試驗為保證小油菜安全生產(chǎn)和合理施用硫肥提供了科學依據(jù)。