硫肥对不同氮磷钾水平下春玉米硫素积累转化的影响

李 昊，耿玉辉，曹国军，周丽娟，申凯宏

(吉林农业大学 资源与环境学院，吉林 长春 130118)

玉米在我国粮食生产中所占据的地位越来越重要，目前已成为我国第一重要粮食作物[1]。据国家统计局统计结果显示，2019年全国粮食种植面积1.16 亿hm2，其中玉米种植面积为0.41亿hm2，占粮食种植总面积的35.6%;全国谷物总产量6.14亿t，其中玉米总产量为2.61亿t，占粮食总产量的42.5%[2]。玉米不仅影响着我国粮食市场的稳定，同时也影响着畜牧业和以玉米为原料的加工业的发展，因此为满足我国日益増长的玉米粮食需求，保障粮食供应稳定，进一步提高玉米产量成为当前亟待解决的农业问题[3]。

化肥能够在短时间内满足作物对养分的需求，对我国粮食逐年增产起着重要的作用[4-6]。但是，最近几年随着氮、磷、钾肥料的大量施入，其增产效应却在逐年降低，出现这种情况的一个重要原因是土壤中的中、微量元素含量相对缺乏，造成土壤养分失衡，导致氮、磷、钾肥增产效应下降[7-8]。另外有机肥施用量不够，中、微量元素补充不及时，造成土壤中、微量元素日益亏损，影响玉米产量的提高[9]。

硫是继氮、磷、钾之后作物生长所必需的第四大营养元素，其既是叶绿素、谷胱甘肽等细胞内化合物合成的重要介质，又是构成含硫氨基酸和蛋白质的基本元素，在细胞代谢中发挥着重要作用[10]。研究表明，在满足作物对氮、磷、钾大量肥料需求的基础上施入一定量的硫肥，玉米的千粒质量、穗粒数等产量构成因素均有所增加，增产效果明显[11]。因此，在施用氮、磷、钾等大量元素肥料的基础上配施硫肥就显得尤为重要。但值得注意的是，在不同的氮、磷、钾施肥水平下，作物对中、微量元素的养分需求也必然有所不同。虽然目前对硫肥的研究已不少，但对不同氮、磷、钾施肥水平下配施硫肥对春玉米硫素积累转化影响的研究报道相对较少。本研究探讨了不同氮、磷、钾水平下增施硫肥对春玉米产量和硫素积累转化的影响，以期为玉米高产栽培中硫肥的合理施用提供参考。

1.1 试验地概况

试验于2020年在吉林省乾安县赞字乡父字村进行。试验地位于东经123°21′16″-124°22′50″，北纬44°37′47″-45°18′08″，气候属于温带大陆性季风气候，常年玉米连作。试验地土壤类型为黑钙土，基本理化性质为：有机质含量17.39 g/kg，水解氮含量102.36 mg/kg，速效磷含量35.86 mg/kg，速效钾含量109.38 mg/kg，速效硫含量15.36 mg/kg，pH为7.8。

1.2 试验设计

试验采用双因素裂区设计，主区为氮(以N计)、磷(以P2O5计)、钾(以K2O计)3个不同施用水平，分别是低施用水平(L)，氮、磷、钾施用量分别为140，60，60 kg/hm2；
中施用水平(M)，氮、磷、钾施用量分别为210，90，90 kg/hm2；
高施用水平(H)，氮、磷、钾施用量分别为280，120，120 kg/hm2。副区为施硫(S6，纯硫 60 kg/hm2)与不施硫(S0，0 kg/hm2)2个水平。硫肥作为基肥一次性施入，为保证肥料均匀施用，将硫肥与少量土壤混合均匀撒施在垄沟内；
氮肥的40%作为基肥，30%作为拔节期追肥，30%作为喇叭口期追肥，追肥采用水肥一体化模式随水追施；
磷肥和钾肥均作为基肥一次性撒施在垄沟内。试验共设LS6(低氮、磷、钾水平+硫肥)、LS0(低氮、磷、钾水平+不施硫)、MS6(中氮、磷、钾水平+硫肥)、MS0(中氮、磷、钾水平+不施硫)、HS6(高氮、磷、钾水平+硫肥)、HS0(高氮、磷、钾水平+不施硫)6个处理。各处理小区面积35 m2(0.65 m(垄宽)×6(垄)×9 m(长))，重复3次，随机区组排列。试验玉米品种为‘富民985’，种植密度为80 000 株/hm2。供试玉米2020年5月10日播种，10月10日收获。试验期间其他管理措施同当地玉米大田。

1.3 测定项目与方法

于拔节期(7月3日，播种后第54天)、大喇叭口期(7月14日，播种后第65天)、抽雄期(7月29日，播种后第80天)、灌浆期(8月17日，播种后第99天)、乳熟期(9月1日，播种后第114天)、完熟期(10月10日，播种后第153天)，在各个小区随机选取长势均匀的有代表性的3株植株，取其叶片、茎秆、穗和籽粒等器官，在105 ℃烘箱内杀青30 min，然后在80 ℃下烘干至质量恒定，备用。

1.3.1 产量及其构成因素 于春玉米完熟期，在每个小区中间两垄(7.7 m长、共10 m2)内选取具有代表性的10个果穗，自然风干后进行考种，考察穗数(穗/hm2)、千粒质量(干质量，g)和穗粒数等产量构成因素，然后按照新鲜籽粒含水量14%折算获得产量(kg/hm2)。

1.3.2 硫素积累量 植株各器官中硫含量采用HNO3-HClO4消煮法和分光光度法测定。硫素积累量=烘干样品中硫含量×每公顷样品干物质质量。

1.3.3 硫素转运指标 硫素转运量=营养器官最大硫素积累量―完熟期营养器官硫素积累量；
硫素转运率=硫素转运量/营养器官最大硫素积累量×100%；
硫素转运对籽粒的贡献率=硫素转运量/完熟期籽粒硫素积累量×100%。

1.4 数据分析

试验数据采用Microsoft Excel 2019和SPSS Statistics 21( Duncan’s法)进行整理和显著性分析。

2.1 硫肥对不同氮、磷、钾水平下春玉米产量及其构成因素的影响

硫肥对不同氮、磷、钾水平下春玉米产量及其构成因素的影响见表1。

表1 硫肥对不同氮、磷、钾水平下春玉米产量及其构成因素的影响

由表1可以看出，在同一氮、磷、钾水平下，施硫处理的千粒质量、穗粒数、产量较不施硫处理均显著提高，平均提高了3.37%，2.67%和6.03%。在所有处理中，HS6处理春玉米千粒质量、穗粒数、产量均达到最大值，分别为347.93 g，520和12 937 kg/hm2。在不同肥料处理下，MS0处理产量较LS0处理增加了8.36%，而MS6处理较LS0处理增加了14.76%，HS0处理产量较MS0处理增加了11.81%，而HS6处理较MS0处理增加了16.82%，说明提高氮、磷、钾肥施用水平可以增加产量，而在此基础上配施硫肥能够进一步提升春玉米产量。此外，LS6处理比LS0处理增产7.72%，MS6处理比MS0处理增产5.90%，HS6处理比HS0处理增产4.48%，说明硫肥的增产效果与氮、磷、钾肥施用水平有关，随着氮、磷、钾肥施用水平的提高，硫肥的增产效果呈递减趋势。

2.2 硫肥对不同氮、磷、钾水平下春玉米地上部分硫素养分吸收与积累的影响

2.2.1 地上部分硫素积累量 由图1可知，不同处理的春玉米地上部分硫素总积累量整体变化趋势相同，均随着生育期的推移而逐渐增加，大喇叭口期至抽雄期硫素积累速率最快，至生育后期硫素积累速率逐渐变缓，在完熟期硫素积累量达到最大。同一氮、磷、钾水平下，施硫处理的地上部分硫素积累量高于不施硫处理，其中完熟期HS6处理春玉米地上部分硫素积累量最高，为24.05 kg/hm2，较HS0处理提高了6.58%，说明硫肥的施用对春玉米地上部分硫素的吸收积累有促进作用。完熟期， MS0处理玉米地上部分硫素积累量较LS0处理增加了15.5%，而MS6处理较LS0处理增加了23.83%，HS0处理地上部分硫素积累量较MS0处理增加了24.28%，而HS6处理较MS0处理增加了32.45%，说明硫素积累量随着氮、磷、钾施用水平的提高而增加，且随着硫肥的施用地上部分硫素积累量进一步增加。从完熟期地上部分硫素的积累量来看，LS6处理比LS0处理地上部增加了8.85%，MS6处理比MS0处理增加7.21%，HS6处理比HS0处理增加6.58%，说明硫肥对春玉米硫素积累量的影响与氮、磷、钾肥施用水平有关，随着氮、磷、钾肥施用水平的提高，硫肥对硫素积累的促进效果逐渐减小。

图柱上标不同小写字母表示不同处理间差异达显著水平(P<0.05)。下图同

2.2.2 叶片硫素积累量 如图2所示，随着生育期的推移各处理的叶片硫素积累量呈相同变化趋势，即拔节期至抽雄期不断增加，其中大喇叭口期至抽雄期增长速率最快，在抽雄期硫素积累量达到最大值，之后呈下降趋势。在氮、磷、钾肥施用水平相同的条件下，施硫处理的叶片硫素积累量高于不施硫处理，其中在抽雄期，LS6处理的叶片硫素积累量比LS0处理提高了8.44%，说明在同一氮、磷、钾水平下，施用硫肥可以增加叶片的硫素积累量。抽雄期，MS0处理叶片硫素积累量比LS0处理提高了13.12%，而MS6处理比LS0处理提高了19.66%，HS0处理叶片硫素积累量比MS0处理提高了13.86%，而HS6处理比MS0处理提高了17.97%，说明提高氮、磷、钾肥施用水平能促进叶片对硫素的积累，提高氮、磷、钾肥施用水平同时配施硫肥，对促进叶片硫素积累的效果更加明显。

图2 硫肥对不同氮、磷、钾水平下春玉米叶片硫素积累量的影响

2.2.3 茎秆硫素积累量 如图3所示，随着生育期的推移，各处理茎秆硫素积累量整体变化趋势相同，即大喇叭口期至抽雄期积累量不断增加，在抽雄期达到最大值，之后呈下降趋势。在同一氮、磷、钾水平下，施硫处理的茎秆硫素积累量均显著高于不施硫处理，其中在抽雄期，HS6处理的茎秆硫素积累量较HS0处理提高了8.37%，硫素积累增加效果最显著，表明在同一氮、磷、钾肥施用水平下，硫肥的施用可以有效地增加茎秆的硫素积累量。抽雄期，MS0处理茎秆硫素积累量较LS0处理提高了7.77%，而MS6处理较LS0处理提高了11.58%，HS0处理茎秆硫素积累量较MS0处理提高了9.63%，而HS6处理较MS0处理提高了18.81%，说明提高氮、磷、钾肥施用水平能够促进茎秆对硫素的吸收积累，提高氮、磷、钾肥施用水平同时配施硫肥能够进一步促进茎秆对硫素的吸收积累。

图3 硫肥对不同氮、磷、钾水平下春玉米茎秆硫素积累量的影响

2.2.4 穗硫素积累量 由图4可知，随着生育期的推移，不同处理穗的硫素积累量呈现持续增长趋势，在完熟期达到最大值，此时HS6处理的穗硫素积累量最大，为1.30 kg/hm2。同一氮、磷、钾水平下，施硫处理穗硫素积累量显著高于不施硫处理。其中在完熟期，HS6处理的穗硫素积累量比HS0处理提高16.84%，表明在同一氮、磷、钾肥施用水平下，硫肥的施用可以有效增加穗的硫素积累量。完熟期，MS0处理穗硫素积累量比LS0处理增加了7.11%，而MS6处理比LS0处理增加了18.38%，HS0处理穗硫素积累量比MS0处理增加了18.73%，而HS6处理比MS0处理增加了38.71%，说明提高氮、磷、钾肥施用水平能够促进穗对硫素的积累，同时施用硫肥，能进一步促进穗对硫素的积累。

图4 硫肥对不同氮、磷、钾水平下春玉米穗硫素积累量的影响

2.2.5 籽粒硫素积累量 由图5可以看出，随着生育期的推移，不同处理籽粒的硫素积累量呈持续增长趋势，从灌浆期开始积累，至完熟期达到最大值。在相同氮、磷、钾条件下，施硫处理的籽粒硫素积累量均明显高于不施硫处理，其中HS6处理在完熟期籽粒硫素积累量最高，为17.23 kg/hm2，表明在同一氮、磷、钾肥施用水平下，硫肥的施用可以有效增加籽粒的硫素积累量。完熟期，MS0处理籽粒硫素积累量较LS0处理提高了16.07%，而MS6处理较LS0处理提高了23.73%，HS0处理籽粒硫素积累量较MS0处理提高了27.97%，而HS6处理较MS0处理提高了33.69%，说明籽粒对硫素的积累随着氮、磷、钾肥施用水平的提高而有所增加，同时施用硫肥，籽粒的硫素积累量得到了进一步增加。

2.3 硫肥对不同氮、磷、钾水平下春玉米营养器官硫素转运的影响

由表2可知，在同一氮、磷、钾条件下，施硫处理的硫素叶片转运量、茎秆转运量及总转运量均高于不施硫处理，其中HS6处理的硫素总转运量最高，为11.96 kg/hm2，说明在春玉米生长过程中，施用硫肥可以有效促进叶片、茎秆中的硫素向籽粒转运。当硫肥施用量相同时，硫素叶片、茎秆转运量及总转运量均随着氮、磷、钾肥施用水平的提高而增加。硫素转运率的变化与转运量不同，在相同氮、磷、钾条件下，不施硫处理的硫素叶片、茎秆转运率和总转运率高于施硫处理，其中HS6处理的硫素总转运率最低，比不施硫的HS0处理降低了2.22%。在同一硫肥施用量条件下，硫素总转运率随着氮、磷、钾肥施用水平的提高而减小，HS6处理比LS6处理降低了4.69%；
同等氮、磷、钾水平下，施用硫肥能够减小营养器官的硫素转运率。相同氮、磷、钾肥施用水平下，不施硫处理的叶片、茎秆对籽粒的贡献率及总贡献率均大于施硫处理，这说明施硫后营养器官对籽粒的硫素贡献率均有所降低。

表2 硫肥对不同氮、磷、钾水平下春玉米营养器官中硫素转运的影响

3.1 硫肥对不同氮、磷、钾水平下春玉米产量及其构成因素的影响

适量施用硫肥可以提高作物的产量，改善作物的品质[12-13]。有研究发现，施硫处理洋葱的产量较不施硫处理显著提高，且株高、茎粗、叶片数、叶面积等指标与硫肥的施用量呈正相关[14-15]。Yuzhao等[16]研究发现，施用硫肥可增加玉米的穗粒数、千粒质量，从而提高产量。由本研究结果可以看出，在相同氮、磷、钾水平下，施硫处理的千粒质量较不施硫处理平均提高了3.37%，穗粒数较不施硫处理平均提高了2.67%，产量较不施硫处理平均增加了6.03%，表明硫肥可以通过提高春玉米的穗粒数和千粒质量而增加产量。由本研究结果还可以看出，提高氮、磷、钾肥施用水平同时配施硫肥能更进一步增加产量。玉米生长过程中需要大量的氮素养分，而氮与硫之间存在交互效应，因此增加氮素的供应会提高玉米对硫素的需求[17-18]。本研究中，LS6处理比LS0处理增产7.72%，MS6处理比MS0处理增产5.90%，HS6处理比HS0处理增产4.48%，可知随着氮、磷、钾肥施用水平的提高，春玉米产量逐渐提高，但硫肥的增产效果呈现递减趋势，这可能是由于增加氮、磷、钾肥料的供应，加大了玉米对硫素的需求，而硫素供应不足会抑制氮素的吸收和同化[19]，从而导致硫肥的增产效果呈现递减的趋势。

3.2 硫肥对不同氮、磷、钾水平下春玉米地上部分硫素吸收与积累的影响

施用硫肥能够提高玉米地上部分的硫素含量[11]。本研究中，在相同氮、磷、钾水平下，施硫处理在完熟期地上部分各器官以及总硫素积累量均高于不施硫处理，这主要是由于硫肥的施用增加了土壤有效硫的供应，进而提高了玉米地上部分对硫素的吸收积累。李娜等[20]的研究也证实，施硫可以显著提高玉米硫素的吸收。本研究还发现，随着氮、磷、钾肥施用水平的提高，玉米地上部分的硫素积累量增加，在此基础上配施硫肥，硫素积累量的增加效果更显著。

有研究指出，在作物的整个生育时期，硫素的需求量会随着氮素供应的增加而相应增加[21-22]，提高氮、磷、钾肥施用水平能够促进作物对其他营养元素的吸收[23]。本研究中，完熟期不同氮、磷、钾水平下，LS6处理地上部分硫素积累量比LS0处理增加了8.85%，MS6处理比MS0处理增加了7.21%，HS6处理比HS0处理增加了6.58%，可见硫肥对玉米硫素积累的促进效果随着氮、磷、钾水平的提高而逐渐减小。这可能主要是因为随着氮、磷、钾肥施用水平的提高，玉米对硫的需求增加，相同的施硫量不能满足高氮、磷、钾水平下春玉米对硫素的需求，导致硫肥促进吸收的效果逐渐降低[24]。结果表明，硫肥对春玉米硫素积累量的影响与氮、磷、钾肥施用水平有关，氮、磷、钾肥施用水平越高，玉米对硫的需求量就越高。需要指出的是，本研究只设置一个硫肥施用量水平，未对不同梯度施硫量与氮、磷、钾肥施用水平对硫素吸收的影响进行考察，无法确定不同施硫量与氮、磷、钾肥施用水平之间的对应关系，在将来可以开展进一步研究来精准度量两者之间的关系，为硫肥的合理施用提供更全面的理论依据。

3.3 硫肥对不同氮、磷、钾水平下春玉米营养器官硫素转运的影响

叶片和茎秆是向籽粒中转运硫素最多的器官[25-26]。赵玉霞等[27]指出，硫肥可促进作物营养器官中的氮素、硫素向籽粒中转运。在本研究中，在同一氮、磷、钾水平下，硫素的叶片、茎秆、总转运量皆表现为施硫处理大于不施硫处理，其中HS6处理的硫素总转运量最高，为11.96 kg/hm2，说明施硫可以提高春玉米营养器官向籽粒转运的硫素量，增加籽粒对硫的吸收。施硫处理的硫素转运率低于不施硫处理，其中HS6处理硫素转运率比HS0处理降低了2.22%；
对籽粒贡献率也表现为施硫处理低于不施硫处理。其原因可能是因为作物全硫量的近60%是从肥料中吸收的[28]，施用硫肥增加了土壤中的硫素含量，使得玉米从土壤中获得硫素的比例增加，从而降低了从营养器官转运中得到硫素的比例。结果表明，硫肥的施用会导致植株营养器官的硫素转运率和对籽粒的贡献率均减小[29]。

作物对硫素的吸收还与其他养分的供应量有关，氮和硫的配合施用可显著提高作物对硫素的吸收[30]。在本研究中，同等施硫量情况下，玉米叶片、茎秆的硫素转运量及总转运量与氮、磷、钾肥施用水平呈正相关。这可能是由于氮、磷、钾肥施用水平的提高促进了作物对硫素的吸收，从而增加了营养器官向籽粒的硫素转运量。李娜[29]研究发现，施氮会减小营养器官对籽粒的硫素转运率和贡献率。本研究中，同一施硫量条件下，随着氮、磷、钾肥施用水平的提高，硫素转运率及对籽粒的贡献率均呈递减的趋势。这可能是因为高氮、磷、钾水平虽然增加了硫素转运量，但籽粒吸收的硫增加更多，因而营养器官对籽粒中硫素的转运率和贡献率反而下降。

氮、磷、钾肥施用水平的提高不仅能够增加春玉米的产量，而且能够增加地上部分的硫素积累量。在同一氮、磷、钾水平下，施硫处理春玉米的产量和地上部分硫素积累量均明显增加，但是随着氮、磷、钾肥施用水平的提高，硫肥对产量和地上部分硫素积累量的增加效应逐渐降低。在同一氮、磷、钾水平下，施硫提高了春玉米营养器官中硫素的转运量，但降低了硫素转运率和对籽粒的贡献率。