硫肥對不同氮磷鉀水平下春玉米硫素積累轉(zhuǎn)化的影響

李 昊，耿玉輝，曹國軍，周麗娟，申凱宏

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，吉林 長春 130118)

玉米在我國糧食生產(chǎn)中所占據(jù)的地位越來越重要，目前已成為我國第一重要糧食作物[1]。據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計結(jié)果顯示，2019年全國糧食種植面積1.16 億hm2，其中玉米種植面積為0.41億hm2，占糧食種植總面積的35.6%;全國谷物總產(chǎn)量6.14億t，其中玉米總產(chǎn)量為2.61億t，占糧食總產(chǎn)量的42.5%[2]。玉米不僅影響著我國糧食市場的穩(wěn)定，同時也影響著畜牧業(yè)和以玉米為原料的加工業(yè)的發(fā)展，因此為滿足我國日益増長的玉米糧食需求，保障糧食供應(yīng)穩(wěn)定，進一步提高玉米產(chǎn)量成為當(dāng)前亟待解決的農(nóng)業(yè)問題[3]。

化肥能夠在短時間內(nèi)滿足作物對養(yǎng)分的需求，對我國糧食逐年增產(chǎn)起著重要的作用[4-6]。但是，最近幾年隨著氮、磷、鉀肥料的大量施入，其增產(chǎn)效應(yīng)卻在逐年降低，出現(xiàn)這種情況的一個重要原因是土壤中的中、微量元素含量相對缺乏，造成土壤養(yǎng)分失衡，導(dǎo)致氮、磷、鉀肥增產(chǎn)效應(yīng)下降[7-8]。另外有機肥施用量不夠，中、微量元素補充不及時，造成土壤中、微量元素日益虧損，影響玉米產(chǎn)量的提高[9]。

硫是繼氮、磷、鉀之后作物生長所必需的第四大營養(yǎng)元素，其既是葉綠素、谷胱甘肽等細(xì)胞內(nèi)化合物合成的重要介質(zhì)，又是構(gòu)成含硫氨基酸和蛋白質(zhì)的基本元素，在細(xì)胞代謝中發(fā)揮著重要作用[10]。研究表明，在滿足作物對氮、磷、鉀大量肥料需求的基礎(chǔ)上施入一定量的硫肥，玉米的千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)等產(chǎn)量構(gòu)成因素均有所增加，增產(chǎn)效果明顯[11]。因此，在施用氮、磷、鉀等大量元素肥料的基礎(chǔ)上配施硫肥就顯得尤為重要。但值得注意的是，在不同的氮、磷、鉀施肥水平下，作物對中、微量元素的養(yǎng)分需求也必然有所不同。雖然目前對硫肥的研究已不少，但對不同氮、磷、鉀施肥水平下配施硫肥對春玉米硫素積累轉(zhuǎn)化影響的研究報道相對較少。本研究探討了不同氮、磷、鉀水平下增施硫肥對春玉米產(chǎn)量和硫素積累轉(zhuǎn)化的影響，以期為玉米高產(chǎn)栽培中硫肥的合理施用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年在吉林省乾安縣贊字鄉(xiāng)父字村進行。試驗地位于東經(jīng)123°21′16″-124°22′50″，北緯44°37′47″-45°18′08″，氣候?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，常年玉米連作。試驗地土壤類型為黑鈣土，基本理化性質(zhì)為：有機質(zhì)含量17.39 g/kg，水解氮含量102.36 mg/kg，速效磷含量35.86 mg/kg，速效鉀含量109.38 mg/kg，速效硫含量15.36 mg/kg，pH為7.8。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用雙因素裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為氮(以N計)、磷(以P2O5計)、鉀(以K2O計)3個不同施用水平，分別是低施用水平(L)，氮、磷、鉀施用量分別為140，60，60 kg/hm2；中施用水平(M)，氮、磷、鉀施用量分別為210，90，90 kg/hm2；高施用水平(H)，氮、磷、鉀施用量分別為280，120，120 kg/hm2。副區(qū)為施硫(S6，純硫 60 kg/hm2)與不施硫(S0，0 kg/hm2)2個水平。硫肥作為基肥一次性施入，為保證肥料均勻施用，將硫肥與少量土壤混合均勻撒施在壟溝內(nèi)；氮肥的40%作為基肥，30%作為拔節(jié)期追肥，30%作為喇叭口期追肥，追肥采用水肥一體化模式隨水追施；磷肥和鉀肥均作為基肥一次性撒施在壟溝內(nèi)。試驗共設(shè)LS6(低氮、磷、鉀水平+硫肥)、LS0(低氮、磷、鉀水平+不施硫)、MS6(中氮、磷、鉀水平+硫肥)、MS0(中氮、磷、鉀水平+不施硫)、HS6(高氮、磷、鉀水平+硫肥)、HS0(高氮、磷、鉀水平+不施硫)6個處理。各處理小區(qū)面積35 m2(0.65 m(壟寬)×6(壟)×9 m(長))，重復(fù)3次，隨機區(qū)組排列。試驗玉米品種為‘富民985’，種植密度為80 000 株/hm2。供試玉米2020年5月10日播種，10月10日收獲。試驗期間其他管理措施同當(dāng)?shù)赜衩状筇铩?/p>

1.3 測定項目與方法

于拔節(jié)期(7月3日，播種后第54天)、大喇叭口期(7月14日，播種后第65天)、抽雄期(7月29日，播種后第80天)、灌漿期(8月17日，播種后第99天)、乳熟期(9月1日，播種后第114天)、完熟期(10月10日，播種后第153天)，在各個小區(qū)隨機選取長勢均勻的有代表性的3株植株，取其葉片、莖稈、穗和籽粒等器官，在105 ℃烘箱內(nèi)殺青30 min，然后在80 ℃下烘干至質(zhì)量恒定，備用。

1.3.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 于春玉米完熟期，在每個小區(qū)中間兩壟(7.7 m長、共10 m2)內(nèi)選取具有代表性的10個果穗，自然風(fēng)干后進行考種，考察穗數(shù)(穗/hm2)、千粒質(zhì)量(干質(zhì)量，g)和穗粒數(shù)等產(chǎn)量構(gòu)成因素，然后按照新鮮籽粒含水量14%折算獲得產(chǎn)量(kg/hm2)。

1.3.2 硫素積累量 植株各器官中硫含量采用HNO3-HClO4消煮法和分光光度法測定。硫素積累量=烘干樣品中硫含量×每公頃樣品干物質(zhì)質(zhì)量。

1.3.3 硫素轉(zhuǎn)運指標(biāo) 硫素轉(zhuǎn)運量=營養(yǎng)器官最大硫素積累量―完熟期營養(yǎng)器官硫素積累量；硫素轉(zhuǎn)運率=硫素轉(zhuǎn)運量/營養(yǎng)器官最大硫素積累量×100%；硫素轉(zhuǎn)運對籽粒的貢獻率=硫素轉(zhuǎn)運量/完熟期籽粒硫素積累量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2019和SPSS Statistics 21( Duncan’s法)進行整理和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 硫肥對不同氮、磷、鉀水平下春玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

硫肥對不同氮、磷、鉀水平下春玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響見表1。

表1 硫肥對不同氮、磷、鉀水平下春玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1可以看出，在同一氮、磷、鉀水平下，施硫處理的千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)、產(chǎn)量較不施硫處理均顯著提高，平均提高了3.37%，2.67%和6.03%。在所有處理中，HS6處理春玉米千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)、產(chǎn)量均達到最大值，分別為347.93 g，520和12 937 kg/hm2。在不同肥料處理下，MS0處理產(chǎn)量較LS0處理增加了8.36%，而MS6處理較LS0處理增加了14.76%，HS0處理產(chǎn)量較MS0處理增加了11.81%，而HS6處理較MS0處理增加了16.82%，說明提高氮、磷、鉀肥施用水平可以增加產(chǎn)量，而在此基礎(chǔ)上配施硫肥能夠進一步提升春玉米產(chǎn)量。此外，LS6處理比LS0處理增產(chǎn)7.72%，MS6處理比MS0處理增產(chǎn)5.90%，HS6處理比HS0處理增產(chǎn)4.48%，說明硫肥的增產(chǎn)效果與氮、磷、鉀肥施用水平有關(guān)，隨著氮、磷、鉀肥施用水平的提高，硫肥的增產(chǎn)效果呈遞減趨勢。

2.2 硫肥對不同氮、磷、鉀水平下春玉米地上部分硫素養(yǎng)分吸收與積累的影響

2.2.1 地上部分硫素積累量 由圖1可知，不同處理的春玉米地上部分硫素總積累量整體變化趨勢相同，均隨著生育期的推移而逐漸增加，大喇叭口期至抽雄期硫素積累速率最快，至生育后期硫素積累速率逐漸變緩，在完熟期硫素積累量達到最大。同一氮、磷、鉀水平下，施硫處理的地上部分硫素積累量高于不施硫處理，其中完熟期HS6處理春玉米地上部分硫素積累量最高，為24.05 kg/hm2，較HS0處理提高了6.58%，說明硫肥的施用對春玉米地上部分硫素的吸收積累有促進作用。完熟期， MS0處理玉米地上部分硫素積累量較LS0處理增加了15.5%，而MS6處理較LS0處理增加了23.83%，HS0處理地上部分硫素積累量較MS0處理增加了24.28%，而HS6處理較MS0處理增加了32.45%，說明硫素積累量隨著氮、磷、鉀施用水平的提高而增加，且隨著硫肥的施用地上部分硫素積累量進一步增加。從完熟期地上部分硫素的積累量來看，LS6處理比LS0處理地上部增加了8.85%，MS6處理比MS0處理增加7.21%，HS6處理比HS0處理增加6.58%，說明硫肥對春玉米硫素積累量的影響與氮、磷、鉀肥施用水平有關(guān)，隨著氮、磷、鉀肥施用水平的提高，硫肥對硫素積累的促進效果逐漸減小。

圖柱上標(biāo)不同小寫字母表示不同處理間差異達顯著水平(P<0.05)。下圖同

2.2.2 葉片硫素積累量 如圖2所示，隨著生育期的推移各處理的葉片硫素積累量呈相同變化趨勢，即拔節(jié)期至抽雄期不斷增加，其中大喇叭口期至抽雄期增長速率最快，在抽雄期硫素積累量達到最大值，之后呈下降趨勢。在氮、磷、鉀肥施用水平相同的條件下，施硫處理的葉片硫素積累量高于不施硫處理，其中在抽雄期，LS6處理的葉片硫素積累量比LS0處理提高了8.44%，說明在同一氮、磷、鉀水平下，施用硫肥可以增加葉片的硫素積累量。抽雄期，MS0處理葉片硫素積累量比LS0處理提高了13.12%，而MS6處理比LS0處理提高了19.66%，HS0處理葉片硫素積累量比MS0處理提高了13.86%，而HS6處理比MS0處理提高了17.97%，說明提高氮、磷、鉀肥施用水平能促進葉片對硫素的積累，提高氮、磷、鉀肥施用水平同時配施硫肥，對促進葉片硫素積累的效果更加明顯。

圖2 硫肥對不同氮、磷、鉀水平下春玉米葉片硫素積累量的影響

2.2.3 莖稈硫素積累量 如圖3所示，隨著生育期的推移，各處理莖稈硫素積累量整體變化趨勢相同，即大喇叭口期至抽雄期積累量不斷增加，在抽雄期達到最大值，之后呈下降趨勢。在同一氮、磷、鉀水平下，施硫處理的莖稈硫素積累量均顯著高于不施硫處理，其中在抽雄期，HS6處理的莖稈硫素積累量較HS0處理提高了8.37%，硫素積累增加效果最顯著，表明在同一氮、磷、鉀肥施用水平下，硫肥的施用可以有效地增加莖稈的硫素積累量。抽雄期，MS0處理莖稈硫素積累量較LS0處理提高了7.77%，而MS6處理較LS0處理提高了11.58%，HS0處理莖稈硫素積累量較MS0處理提高了9.63%，而HS6處理較MS0處理提高了18.81%，說明提高氮、磷、鉀肥施用水平能夠促進莖稈對硫素的吸收積累，提高氮、磷、鉀肥施用水平同時配施硫肥能夠進一步促進莖稈對硫素的吸收積累。

圖3 硫肥對不同氮、磷、鉀水平下春玉米莖稈硫素積累量的影響

2.2.4 穗硫素積累量 由圖4可知，隨著生育期的推移，不同處理穗的硫素積累量呈現(xiàn)持續(xù)增長趨勢，在完熟期達到最大值，此時HS6處理的穗硫素積累量最大，為1.30 kg/hm2。同一氮、磷、鉀水平下，施硫處理穗硫素積累量顯著高于不施硫處理。其中在完熟期，HS6處理的穗硫素積累量比HS0處理提高16.84%，表明在同一氮、磷、鉀肥施用水平下，硫肥的施用可以有效增加穗的硫素積累量。完熟期，MS0處理穗硫素積累量比LS0處理增加了7.11%，而MS6處理比LS0處理增加了18.38%，HS0處理穗硫素積累量比MS0處理增加了18.73%，而HS6處理比MS0處理增加了38.71%，說明提高氮、磷、鉀肥施用水平能夠促進穗對硫素的積累，同時施用硫肥，能進一步促進穗對硫素的積累。

圖4 硫肥對不同氮、磷、鉀水平下春玉米穗硫素積累量的影響

2.2.5 籽粒硫素積累量 由圖5可以看出，隨著生育期的推移，不同處理籽粒的硫素積累量呈持續(xù)增長趨勢，從灌漿期開始積累，至完熟期達到最大值。在相同氮、磷、鉀條件下，施硫處理的籽粒硫素積累量均明顯高于不施硫處理，其中HS6處理在完熟期籽粒硫素積累量最高，為17.23 kg/hm2，表明在同一氮、磷、鉀肥施用水平下，硫肥的施用可以有效增加籽粒的硫素積累量。完熟期，MS0處理籽粒硫素積累量較LS0處理提高了16.07%，而MS6處理較LS0處理提高了23.73%，HS0處理籽粒硫素積累量較MS0處理提高了27.97%，而HS6處理較MS0處理提高了33.69%，說明籽粒對硫素的積累隨著氮、磷、鉀肥施用水平的提高而有所增加，同時施用硫肥，籽粒的硫素積累量得到了進一步增加。

2.3 硫肥對不同氮、磷、鉀水平下春玉米營養(yǎng)器官硫素轉(zhuǎn)運的影響

由表2可知，在同一氮、磷、鉀條件下，施硫處理的硫素葉片轉(zhuǎn)運量、莖稈轉(zhuǎn)運量及總轉(zhuǎn)運量均高于不施硫處理，其中HS6處理的硫素總轉(zhuǎn)運量最高，為11.96 kg/hm2，說明在春玉米生長過程中，施用硫肥可以有效促進葉片、莖稈中的硫素向籽粒轉(zhuǎn)運。當(dāng)硫肥施用量相同時，硫素葉片、莖稈轉(zhuǎn)運量及總轉(zhuǎn)運量均隨著氮、磷、鉀肥施用水平的提高而增加。硫素轉(zhuǎn)運率的變化與轉(zhuǎn)運量不同，在相同氮、磷、鉀條件下，不施硫處理的硫素葉片、莖稈轉(zhuǎn)運率和總轉(zhuǎn)運率高于施硫處理，其中HS6處理的硫素總轉(zhuǎn)運率最低，比不施硫的HS0處理降低了2.22%。在同一硫肥施用量條件下，硫素總轉(zhuǎn)運率隨著氮、磷、鉀肥施用水平的提高而減小，HS6處理比LS6處理降低了4.69%；同等氮、磷、鉀水平下，施用硫肥能夠減小營養(yǎng)器官的硫素轉(zhuǎn)運率。相同氮、磷、鉀肥施用水平下，不施硫處理的葉片、莖稈對籽粒的貢獻率及總貢獻率均大于施硫處理，這說明施硫后營養(yǎng)器官對籽粒的硫素貢獻率均有所降低。

表2 硫肥對不同氮、磷、鉀水平下春玉米營養(yǎng)器官中硫素轉(zhuǎn)運的影響

3 討 論

3.1 硫肥對不同氮、磷、鉀水平下春玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

適量施用硫肥可以提高作物的產(chǎn)量，改善作物的品質(zhì)[12-13]。有研究發(fā)現(xiàn)，施硫處理洋蔥的產(chǎn)量較不施硫處理顯著提高，且株高、莖粗、葉片數(shù)、葉面積等指標(biāo)與硫肥的施用量呈正相關(guān)[14-15]。Yuzhao等[16]研究發(fā)現(xiàn)，施用硫肥可增加玉米的穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量，從而提高產(chǎn)量。由本研究結(jié)果可以看出，在相同氮、磷、鉀水平下，施硫處理的千粒質(zhì)量較不施硫處理平均提高了3.37%，穗粒數(shù)較不施硫處理平均提高了2.67%，產(chǎn)量較不施硫處理平均增加了6.03%，表明硫肥可以通過提高春玉米的穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量而增加產(chǎn)量。由本研究結(jié)果還可以看出，提高氮、磷、鉀肥施用水平同時配施硫肥能更進一步增加產(chǎn)量。玉米生長過程中需要大量的氮素養(yǎng)分，而氮與硫之間存在交互效應(yīng)，因此增加氮素的供應(yīng)會提高玉米對硫素的需求[17-18]。本研究中，LS6處理比LS0處理增產(chǎn)7.72%，MS6處理比MS0處理增產(chǎn)5.90%，HS6處理比HS0處理增產(chǎn)4.48%，可知隨著氮、磷、鉀肥施用水平的提高，春玉米產(chǎn)量逐漸提高，但硫肥的增產(chǎn)效果呈現(xiàn)遞減趨勢，這可能是由于增加氮、磷、鉀肥料的供應(yīng)，加大了玉米對硫素的需求，而硫素供應(yīng)不足會抑制氮素的吸收和同化[19]，從而導(dǎo)致硫肥的增產(chǎn)效果呈現(xiàn)遞減的趨勢。

3.2 硫肥對不同氮、磷、鉀水平下春玉米地上部分硫素吸收與積累的影響

施用硫肥能夠提高玉米地上部分的硫素含量[11]。本研究中，在相同氮、磷、鉀水平下，施硫處理在完熟期地上部分各器官以及總硫素積累量均高于不施硫處理，這主要是由于硫肥的施用增加了土壤有效硫的供應(yīng)，進而提高了玉米地上部分對硫素的吸收積累。李娜等[20]的研究也證實，施硫可以顯著提高玉米硫素的吸收。本研究還發(fā)現(xiàn)，隨著氮、磷、鉀肥施用水平的提高，玉米地上部分的硫素積累量增加，在此基礎(chǔ)上配施硫肥，硫素積累量的增加效果更顯著。

有研究指出，在作物的整個生育時期，硫素的需求量會隨著氮素供應(yīng)的增加而相應(yīng)增加[21-22]，提高氮、磷、鉀肥施用水平能夠促進作物對其他營養(yǎng)元素的吸收[23]。本研究中，完熟期不同氮、磷、鉀水平下，LS6處理地上部分硫素積累量比LS0處理增加了8.85%，MS6處理比MS0處理增加了7.21%，HS6處理比HS0處理增加了6.58%，可見硫肥對玉米硫素積累的促進效果隨著氮、磷、鉀水平的提高而逐漸減小。這可能主要是因為隨著氮、磷、鉀肥施用水平的提高，玉米對硫的需求增加，相同的施硫量不能滿足高氮、磷、鉀水平下春玉米對硫素的需求，導(dǎo)致硫肥促進吸收的效果逐漸降低[24]。結(jié)果表明，硫肥對春玉米硫素積累量的影響與氮、磷、鉀肥施用水平有關(guān)，氮、磷、鉀肥施用水平越高，玉米對硫的需求量就越高。需要指出的是，本研究只設(shè)置一個硫肥施用量水平，未對不同梯度施硫量與氮、磷、鉀肥施用水平對硫素吸收的影響進行考察，無法確定不同施硫量與氮、磷、鉀肥施用水平之間的對應(yīng)關(guān)系，在將來可以開展進一步研究來精準(zhǔn)度量兩者之間的關(guān)系，為硫肥的合理施用提供更全面的理論依據(jù)。

3.3 硫肥對不同氮、磷、鉀水平下春玉米營養(yǎng)器官硫素轉(zhuǎn)運的影響

葉片和莖稈是向籽粒中轉(zhuǎn)運硫素最多的器官[25-26]。趙玉霞等[27]指出，硫肥可促進作物營養(yǎng)器官中的氮素、硫素向籽粒中轉(zhuǎn)運。在本研究中，在同一氮、磷、鉀水平下，硫素的葉片、莖稈、總轉(zhuǎn)運量皆表現(xiàn)為施硫處理大于不施硫處理，其中HS6處理的硫素總轉(zhuǎn)運量最高，為11.96 kg/hm2，說明施硫可以提高春玉米營養(yǎng)器官向籽粒轉(zhuǎn)運的硫素量，增加籽粒對硫的吸收。施硫處理的硫素轉(zhuǎn)運率低于不施硫處理，其中HS6處理硫素轉(zhuǎn)運率比HS0處理降低了2.22%；對籽粒貢獻率也表現(xiàn)為施硫處理低于不施硫處理。其原因可能是因為作物全硫量的近60%是從肥料中吸收的[28]，施用硫肥增加了土壤中的硫素含量，使得玉米從土壤中獲得硫素的比例增加，從而降低了從營養(yǎng)器官轉(zhuǎn)運中得到硫素的比例。結(jié)果表明，硫肥的施用會導(dǎo)致植株營養(yǎng)器官的硫素轉(zhuǎn)運率和對籽粒的貢獻率均減小[29]。

作物對硫素的吸收還與其他養(yǎng)分的供應(yīng)量有關(guān)，氮和硫的配合施用可顯著提高作物對硫素的吸收[30]。在本研究中，同等施硫量情況下，玉米葉片、莖稈的硫素轉(zhuǎn)運量及總轉(zhuǎn)運量與氮、磷、鉀肥施用水平呈正相關(guān)。這可能是由于氮、磷、鉀肥施用水平的提高促進了作物對硫素的吸收，從而增加了營養(yǎng)器官向籽粒的硫素轉(zhuǎn)運量。李娜[29]研究發(fā)現(xiàn)，施氮會減小營養(yǎng)器官對籽粒的硫素轉(zhuǎn)運率和貢獻率。本研究中，同一施硫量條件下，隨著氮、磷、鉀肥施用水平的提高，硫素轉(zhuǎn)運率及對籽粒的貢獻率均呈遞減的趨勢。這可能是因為高氮、磷、鉀水平雖然增加了硫素轉(zhuǎn)運量，但籽粒吸收的硫增加更多，因而營養(yǎng)器官對籽粒中硫素的轉(zhuǎn)運率和貢獻率反而下降。

4 結(jié) 論

氮、磷、鉀肥施用水平的提高不僅能夠增加春玉米的產(chǎn)量，而且能夠增加地上部分的硫素積累量。在同一氮、磷、鉀水平下，施硫處理春玉米的產(chǎn)量和地上部分硫素積累量均明顯增加，但是隨著氮、磷、鉀肥施用水平的提高，硫肥對產(chǎn)量和地上部分硫素積累量的增加效應(yīng)逐漸降低。在同一氮、磷、鉀水平下，施硫提高了春玉米營養(yǎng)器官中硫素的轉(zhuǎn)運量，但降低了硫素轉(zhuǎn)運率和對籽粒的貢獻率。