湖南中低產(chǎn)雙季稻田硫肥施用效應(yīng)

孫玉桃，董春華，聶 軍，魯艷紅，唐友云，廖育林

(1. 湖南省土壤肥料研究所，長(zhǎng)沙 410125；2. 農(nóng)業(yè)部湖南耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，長(zhǎng)沙 410125)

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2017年4月在湖南省土壤肥料研究所網(wǎng)室進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，供試土壤采自湖南中低產(chǎn)稻田水稻土—河沙泥和黃泥；田間小區(qū)試驗(yàn)于2017-2018年在湖南省長(zhǎng)沙縣干杉鄉(xiāng)雙季稻田進(jìn)行(28°8′17″N, 113°12′18″E)，試驗(yàn)土壤為紅黃泥。其基本理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of three tested soil

1.1.1 盆栽試驗(yàn) 盆栽試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)處理：不施肥(CK1)，即不施化肥氮磷鉀，不施鎂肥，不施硫肥； NPKMg(CK2)即施化肥氮磷鉀，施鎂肥； NPKMgS施與CK2等量的化肥氮磷鉀和鎂肥，施硫肥。采用瓷盆培養(yǎng)，盆高29 cm，直徑29 cm，裝入充分混勻并通過1 cm篩孔的風(fēng)干土13.0 kg。按處理每千克風(fēng)干土施N(尿素與磷銨，先以P2O5用量為基礎(chǔ)，稱取磷銨用量，剩下的為尿素)0.12 g，基肥(包括磷銨和部分尿素，插秧前施)、分蘗肥(尿素，插秧后7 d內(nèi)施)、穗肥(尿素，于主莖劍葉露尖時(shí)施)分別占50%、30%和20%；每千克風(fēng)干土施P2O5(磷銨)0.06 g，施K2O(氯化鉀)0.12 g，施Mg(碳酸鎂)0.01 g，施S(硫磺)0.04 g。尿素含46.0%N，磷銨含14% N，含41% P2O5，碳酸鎂含25%Mg，硫磺為單質(zhì)硫；經(jīng)計(jì)算，每盆施尿素2.87 g，磷銨1.84 kg，氯化鉀2.51 g，碳酸鎂0.7 g，硫磺粉0.46 g。5次重復(fù)，隨機(jī)排列。每盆插3蔸，每蔸插6苗。4月2日播種，4月26日移栽。供試水稻品種為‘培兩優(yōu)特青’。

1.1.2 田間小區(qū)試驗(yàn) 設(shè)置硫肥施用試驗(yàn)和硫肥不同用量試驗(yàn)2個(gè)田間小區(qū)試驗(yàn)。硫肥不同用量試驗(yàn)是在硫肥施用試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

硫肥施用試驗(yàn)：試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理不施肥(CK1)不施化肥氮磷鉀，不施鎂肥，不施硫肥； NPKMg(CK2)施化肥氮磷鉀，施鎂肥； NPKMgS施與CK2等量的化肥氮磷鉀和鎂肥，施硫肥。早稻和晚稻N、P2O5、K2O、Mg、S均分別施195.0、97.5、195.0、22.5、45.0 kg·hm-2。供試水稻品種為早稻‘香兩優(yōu)68’，晚稻‘培兩優(yōu)特青’。

硫肥不同用量試驗(yàn)：試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理：施化肥氮磷鉀和鎂肥，施硫肥0 kg·hm-2(S0)；施與S0等量的化肥氮磷鉀和鎂肥，施硫肥15 kg·hm-2(S1，低硫肥施用量)；施與S0等量的化肥氮磷鉀和鎂肥，施硫肥45 kg·hm-2(S2，中硫肥施用量)；施與S0等量的化肥氮磷鉀和鎂肥，施硫肥75 kg·hm-2(S3，高硫肥施用量)。早稻N、P2O5、K2O施180、60、120 kg·hm-2，晚稻N、P2O5、K2O施180、60、180 kg·hm-2。供試水稻品種為早稻‘八兩優(yōu)100’，晚稻為‘新香優(yōu)644’。

硫肥施用試驗(yàn)和硫肥不同用量試驗(yàn)用肥品種及施肥方法、比例均同盆栽試驗(yàn)。2個(gè)試驗(yàn)田的冬季均種植紫云英，并翻壓還田，試驗(yàn)小區(qū)均隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積20 m2，4次重復(fù)，單排單灌，收獲時(shí)，各小區(qū)單打單曬。其他管理與當(dāng)?shù)厮痉N植基本一致。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

土壤和植株養(yǎng)分含量指標(biāo)采用常規(guī)方法測(cè)定[24]，其中，土壤有效硫采用硫酸鋇比濁法，pH采用電位法，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，速效磷采用Olsen法，速效鉀和緩效鉀采用火焰光度法，水稻植株全硫采用硫酸鋇比濁法。葉綠素含量(SPAD值)采用手持葉綠素計(jì)測(cè)定。水稻產(chǎn)量采用電子臺(tái)秤稱量。早稻和晚稻均人工考種，指標(biāo)主要包括有效穗、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量等。

根據(jù)Baligar等[25]和Witt等[26]提出的計(jì)算植物養(yǎng)分利用效率的方法，計(jì)算硫肥利用相關(guān)指標(biāo)。吸硫總量(kg)是指水稻地上部所吸收的硫總量；硫盈虧量(kg)=所施硫肥中的硫總量-水稻地上部所吸收的硫總量，正值為盈，負(fù)值為虧；硫肥利用率(%)=(植物從含硫肥料中吸收的硫素×100)/肥料中硫素總量；硫素利用率 (kg·kg-1)= 植物總生物量或經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量(如谷物產(chǎn)量、水果產(chǎn)量等)/植物吸收單位硫素量；硫農(nóng)學(xué)利用效率(kg·kg-1)=(施硫區(qū)產(chǎn)量-不施硫區(qū)產(chǎn)量)/施硫量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2010和SPSS 13.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；不同施肥處理間采用Duncan’s的新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(α=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用硫肥對(duì)水稻葉綠素含量的影響

2.1.1 増施硫肥對(duì)水稻葉綠素含量(SPAD值)的影響 水稻齊穗后的光合產(chǎn)物占稻谷產(chǎn)量形成的2/3，而齊穗期稻株葉綠素含量(SPAD值)的高低對(duì)產(chǎn)量的影響最大[27]。盆栽試驗(yàn)中，齊穗期冠層3片功能葉的測(cè)定結(jié)果顯示(表2)，河沙泥和黃泥2種盆栽基質(zhì)的増施硫肥處理的水稻3葉SPAD值均值較不施硫肥處理的分別提高 1.0%和0.5%，其中，倒2葉的SPAD值增加最多，分別提高3.8%和0.7%。河沙泥的提高率高于 黃泥。

2.1.2 不同硫肥施用量對(duì)水稻葉綠素含量(SPAD值)的影響 表3表示田間試驗(yàn)晚稻乳熟期SPAD值的測(cè)定結(jié)果。由表3可知，隨著硫肥用量的增加，水稻冠層3葉的平均SPAD值逐漸增加，施硫15、45和75 kg·hm-2處理比不施硫肥的水稻SPAD值分別提高1.0%、2.0%和 2.7%，這與其增產(chǎn)趨勢(shì)一致。

2.2 施用硫肥對(duì)中低產(chǎn)稻田水稻產(chǎn)量的影響

2.2.1 増施硫肥對(duì)水稻產(chǎn)量變化的影響 盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明(表4)，施化肥處理的水稻產(chǎn)量均顯著高于不施肥對(duì)照，其中，黃泥水稻土的增產(chǎn)率明顯高于河沙泥；化肥施用處理中，河沙泥施用硫肥比不施硫肥處理增產(chǎn)11.6%，黃泥增產(chǎn)1.5%，后者增產(chǎn)率是前者的12.9%。

表2 増施硫肥對(duì)水稻齊穗期冠層3葉葉綠素含量(SPAD值)的影響Table 2 Effects of sulphur fertilizer on chlorophyll content (SPAD values) of 3 leaves in canopy at full heading stage of rice

注：同列不同小寫字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。下同。

Note:Different lowercase in same column letters indicate significant difference (P<0.05).The same below.

表3 硫肥不同施用量對(duì)晚稻乳熟期葉綠素含量(SPAD值)的影響Table 3 Effects of different amounts of sulfur fertilizer application on chlorophyll content (SPAD values) of late rice at milk-ripe stage

表4 河沙泥和黃泥水稻土類型下施硫肥對(duì)晚稻產(chǎn)量的影響Table 4 Effects of sulfur fertilizer application on late rice yield in river sand mud and yellow mud paddy soil

田間試驗(yàn)結(jié)果表明(表5)，施化肥處理的水稻產(chǎn)量均顯著高于不施化肥處理，其中，晚稻效果均優(yōu)于早稻；化肥施用處理中，早稻硫肥施用處理比不施硫肥處理增產(chǎn)3.0%，晚稻硫肥施用處理未顯示出增產(chǎn)效果。田間試驗(yàn)的化肥施用處理比不施化肥處理的增產(chǎn)效果明顯低于盆栽試驗(yàn)，這可能與水稻土土類有關(guān)。

表5 施用硫肥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響Table 5 Effects of sulfur fertilizer application on early and late rice yield

2.2.2 不同用量硫肥施用下水稻產(chǎn)量變化 在増施硫肥對(duì)比試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究硫肥不同用量施用下的水稻增產(chǎn)效果，以探求其最佳施用水平。表6表示不同用量硫肥施用下早晚稻產(chǎn)量變化，由表6可知，早稻施用不同用量硫肥增產(chǎn)效果不明顯，晚稻硫肥施用處理比不施硫肥處理增產(chǎn)2.4%～9.9%，且硫肥施用量與稻谷產(chǎn)量正相關(guān)。方差統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，高硫肥施用量(75 kg·hm-2)與中(45 kg·hm-2)、低硫肥施用量(15 kg·hm-2)間早晚稻稻谷產(chǎn)量差異達(dá)顯著水平，而中、低硫肥施用量處理間及低硫肥施用量處理與不施硫肥處理間差異均不顯著。因此，在本試驗(yàn)中的硫肥施肥量范圍內(nèi)尚無法得到其最佳硫肥施用量。

表6 施用不同用量硫肥對(duì)早晚稻產(chǎn)量的影響Table 6 Effects of different amounts of sulfur fertilizer application on early and late rice yield

2.3 施用硫肥對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.3.1 増施硫肥對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響 表7顯示的是盆栽試驗(yàn)水稻考種結(jié)果?；适┯锰幚碇校c不施硫肥處理相比較，施用硫肥能增加有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)，以河沙泥為盆栽基質(zhì)的有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)分別增加8.0%和6.3%，以黃泥為盆栽基質(zhì)的分別增加5.2%和3.3%，但差異均不顯著，河沙泥増施硫肥的效果優(yōu)于黃泥，這與増施硫肥對(duì)水稻的增產(chǎn)效果一致。大田試驗(yàn)僅早稻施硫肥增產(chǎn)3.0%，通過對(duì)大田試驗(yàn)的早稻進(jìn)行考種，増施硫肥增加了有效穗數(shù)4.7%。

2.3.2 不同用量硫肥施用對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響 表8為大田試驗(yàn)不同用量硫肥施用下的水稻考種結(jié)果。由表8可知，施用硫肥對(duì)有效穗數(shù)的影響最大，施低、中、高用量硫肥的有效穗數(shù)比不施硫肥的分別提高1.9%、3.0%、10.9%，這與其增產(chǎn)效果趨勢(shì)一致；對(duì)每穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量的影響較小。說明有效穗是決定硫肥不同施用量增產(chǎn)的主導(dǎo)因素。

2.4 硫肥不同施用量對(duì)中低產(chǎn)稻田水稻硫素吸收、平衡與利用的影響

可能由于早稻移栽前翻壓綠肥，導(dǎo)致硫肥施用下水稻增產(chǎn)效果不明顯，故現(xiàn)以晚稻為例，探討分析硫肥不同施用量對(duì)中低產(chǎn)稻田水稻硫素吸收、平衡與利用的影響。表9表示硫肥不同施用量下水稻硫素的吸收、平衡與利用效果。由表9可知，隨硫肥施用量的增加，晚稻吸硫量呈增加趨勢(shì)，由-0.58 kg·hm-2增至2.3 kg·hm-2。從硫素的盈虧量可知，施硫肥45 kg·hm-2，硫盈余27.21 kg；施硫肥75 kg·hm-2，硫盈余56.88 kg，占施硫量的75.8%。因此，本試驗(yàn)中，晚稻施硫肥45～75 kg·hm-2，即有利于土壤硫素的富集和含量的提高。由差減法測(cè)得硫肥的利用率均在5%以下，其中，施硫肥45 kg·hm-2處理 最高。

表7 施硫肥對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)性狀的影響Table 7 Effects of sulfur fertilizer application on economic characters of early and late rice

表8 硫肥用量對(duì)晚稻產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 8 Effects of different amounts of sulfur fertilizer application on yield components of late rice

根據(jù)Baligar等[25]和Witt等[26]提出的計(jì)算植物養(yǎng)分利用效率的方法。計(jì)算結(jié)果表明，晚稻的硫素利用效率為407.6～465.1 kg·kg-1。施中量硫(45 kg·hm-2)、高量硫肥(75 kg·hm-2)使晚稻硫素利用效率降低，比對(duì)照分別下降 7.0%和4.1%，表明施硫肥使水稻對(duì)硫的相對(duì)吸收總量(相對(duì)于稻谷產(chǎn)量)高于對(duì)照，其中45 kg·hm-2處理又略高于75 kg·hm-2處理，低硫肥施用量處理則為負(fù)效應(yīng)。從硫農(nóng)學(xué)利用效率分析，每施1 kg硫可增產(chǎn)稻谷7.0～10.9 kg，施用中量硫(45 kg·hm-2)、高量硫肥(75 kg·hm-2)使晚稻硫農(nóng)學(xué)利用效率降低，比15 kg·hm-2處理分別下降35.8%和16.5%(表9)。

表9 施硫量對(duì)中低產(chǎn)稻田土壤水稻硫吸收、平衡與利用的影響Table 9 Effects of different amounts of sulfur fertilizer application on uptake, balance and utilization of sulfur in soil of low and medium yield double-cropping rice field

3 討 論

農(nóng)田土壤硫的輸入主要靠有機(jī)肥、含硫化肥、大氣沉降和灌溉水等，而輸出主要是作物攜帶、淋溶和徑流損失，在缺硫和潛在缺硫土壤中多種作物施用硫肥均具不同程度的增產(chǎn)效果[11]。而近年來，隨著無硫或低硫高濃度化肥的廣泛使用、作物產(chǎn)量的大幅度提高及有機(jī)肥用量的逐漸減少，土壤硫的供給越來越不能滿足作物生長(zhǎng)的需要，硫素供應(yīng)與作物需硫矛盾日益突出。

本研究顯示，低產(chǎn)雙季稻田施用硫肥的效應(yīng)可能還會(huì)受到土壤質(zhì)地、季別、綠肥施用等因素的影響。盆栽試驗(yàn)中，水稻增產(chǎn)效果河沙泥 (11.6%)>黃泥(1.5%)，這可能與質(zhì)地較粗的河沙泥有效硫含量普遍低于質(zhì)地較細(xì)的黃泥有關(guān)，質(zhì)地較粗的河沙泥土難以涵養(yǎng)有效養(yǎng)分；田間増施硫肥小區(qū)試驗(yàn)中，施硫增產(chǎn)效果：早稻 (3.0%)>晚稻(未顯效)，這可能是因?yàn)?，受到冬季干土效?yīng)及春天氣溫較低而使土壤硫的有效性下降，增施硫肥后早稻增產(chǎn)效果明顯，隨早稻的浸水效應(yīng)和晚稻生長(zhǎng)期間氣溫增高，土壤硫活性增加、有效硫含量升高，增施硫肥后晚稻增產(chǎn)效果不明顯；同時(shí)，盆栽試驗(yàn)的結(jié)果為大田試驗(yàn)硫肥的用量改進(jìn)提供了參考。硫肥不同用量試驗(yàn)結(jié)果顯示，施用硫肥可增加葉綠素含量(SPAD值)和促進(jìn)光合作用，這可能是因?yàn)楹虬被崾侨~綠素合成的重要介質(zhì)，合成的含硫鐵氧還蛋白在光合作用中起電子轉(zhuǎn)移等作用[28-29]。水稻施用硫肥后增產(chǎn)，主要是增加了水稻的有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)，特別是有效穗數(shù)增加明顯，這與歐陽志榮等[18]的研究一致。硫肥的施用量對(duì)稻田硫素的平衡意義重大，本研究中，當(dāng)硫肥施用量≥45 kg·hm-2時(shí)，硫素盈余，硫肥的利用率均在5%以下，這有利于土壤硫素的保持和提升，但土壤硫素的逐步累積是否會(huì)導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)惡化和對(duì)水稻產(chǎn)量形成產(chǎn)生負(fù)面影響，還值得進(jìn)一步研究[9,22]。

4 結(jié) 論

水稻盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，化肥施用處理中，與不施硫肥處理相比較，河沙泥和黃泥施用硫肥處理的稻谷產(chǎn)量、有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、齊穗期冠層3片功能葉葉綠素平均含量分別增加11.6%和1.5%、8.0%和6.3% 、5.2%和3.3%、1.0%和0.5%；大田試驗(yàn)僅早稻增施硫肥處理增產(chǎn) 3.0%，有效穗數(shù)增加4.7%。早稻施硫肥的增產(chǎn)效果不明顯，晚稻增產(chǎn)2.4%～9.9%，且硫肥施用量與有效穗數(shù)和稻谷產(chǎn)量正相關(guān)；晚稻隨硫肥施用量的增加，晚稻產(chǎn)量、吸硫量、乳熟期葉綠素平均含量呈增加趨勢(shì)，硫肥的生產(chǎn)效率呈下降趨勢(shì)。本研究對(duì)指導(dǎo)湖南中低產(chǎn)田硫肥的合理施用，意義重大。