王銳++彭文麗

（1.銅仁學院，貴州 銅仁 554300；2.銅仁市創(chuàng)建國家環(huán)境保護模范城市辦公室，貴州 銅仁 554300）

摘要：油菜是一種主要油料作物。目前土壤缺硫和潛在缺硫已經(jīng)成為影響油菜生長及產(chǎn)量提高的限制因素，而產(chǎn)量潛力高的雜交油菜生長需要較多的硫肥，因此有效地施用硫肥在提高油菜產(chǎn)量方面有重要作用。不同形式硫肥在土壤中通過土壤微生物介導在相關酶作用下轉化為硫酸根離子，硫素被油菜根系吸收的主要形態(tài)是土壤溶液中硫酸根離子形式。油菜的生長和產(chǎn)量與硫肥的施用量、土壤環(huán)境、施用時間及方式等因素相關。

關鍵詞：油菜；硫肥；硫酸根離子；生長；產(chǎn)量

中圖分類號：S565.4；S143 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）21-5441-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.21.001

Progress for Effect of Sulfur on Rapeseed Growth

WANG Rui1，2， PENG Wen-li1

（1.Tongren University， Tongren 554300， Guizhou， China；

2.Tongren Office of Establishing National Environmental Protection Model City， Tongren 554300， Guizhou， China）

Abstract： Rapeseed is one of major oilseed crops. Currently sulfur deficiencies of soil have became an restrictive factor influencing the growth and yield increase of rapeseed， but the rapeseed with high yield potential would demand more sulfur fertilizer， so to effectively apply sulfur fertilizer would be important to the increase of rapeseed yield. The different types of sulfur fertilizer in soil would be mediated and transformed into sulfate ions through concerned enzymes hydrolysis， and main forms of sulfur would be changed into sulfate ions in soil solution after being absorbed by rapeseed roots. Growth and yield of rapeseed are depending on the soil environment， rate， timing and methods of application and so on.

Key words： rapeseed； sulfur fertilizer； sulfate ion； growth； seed yields

油菜是一種主要油料作物，當前在北美、歐洲、澳大利亞和世界其他地方種植的油菜是雙低油菜（油菜子粒芥酸含量低于2%且硫甙含量低于30 μmol/g），種植的雙低油菜大部分被人類消費（http：//faostat.fao.Org/site/567/DesktopDefault.aspx？PageID=567#ancor）。為了抵抗外界病蟲害的侵染，油菜植株其他組織中也含有較高水平的硫甙，一般蛋白質(zhì)含量較高的油菜子中硫氨基酸含量比例相對較高，油菜的子粒和組織中含有的硫素量較大，因此，產(chǎn)量潛力較高的油菜對硫肥的需求量較大[1]。油菜對硫肥需要量是大麥的3～10倍，所以充足的硫肥是優(yōu)化子粒產(chǎn)量的前提條件之一[2]。

硫作為一種需求量較大的元素對于植物生長中細胞內(nèi)生物分子的催化作用及光化學功能的發(fā)揮起著重要作用，硫是2種重要氨基酸半胱氨酸（Cysteine）和蛋氨酸（Methionine）的組成元素，也是形成各種CoA、寡肽等，以及各種次生代謝產(chǎn)物不可缺少的營養(yǎng)元素[3]。由于硫元素電子狀態(tài)的變化，硫能處在4種不同的氧化形態(tài)，即6價（Sulfate，SO42-）→4價（Sulfite，SO32-）→0價（Sulfur，S0）→-2價（Sulfide，H2S），這些氧化形態(tài)在植物生長代謝過程中能充分發(fā)揮硫的生化特性和循環(huán)利用，SO42-首先用于細胞的增值合成，只有過量的SO42-才會用于植物的生長[4]。

1 硫肥影響油菜生長的作用機理研究

1.1 土壤中總硫的含量

土壤硫的含量取決于使用肥料的類型和土壤中有機物的殘留量，長期試驗表明土壤中硫的總含量不產(chǎn)生明顯的積累，不施硫肥的田間總硫含量為1 392 kg/hm2，而長期試驗使用有機肥的土壤總硫含量為1 808 kg/hm2[5]。中國長江流域0～20 cm耕層土壤中硫的含量為15.31 mg/kg[6]；對取自北美地區(qū)18個點的原始草地及其附近耕作區(qū)的0～10 cm表層土壤測量表明，其硫的含量分別為0.21～1.10 g/kg和0.15～1.20 g/kg[7]。

1.2 土壤中硫素的變化

SO42-形態(tài)的肥料是最重要的硫源，一般在土壤中總硫的含量少于5%，可以分為溶液態(tài)的和吸附態(tài)的SO42-。由于SO42-態(tài)的量在土壤溶液中占比較小并且為了在硫素的輸入、礦質(zhì)化、固定以及植物的吸收之間的平衡，從而導致土壤SO42-是不斷變化的，表層土壤含硫量的變化是由于硫肥的施用和有機硫的礦質(zhì)化[8]。SO42-的吸附與pH有關，pH越低吸附越強[9]。吸附的SO42-是植物可利用的有效硫素來源，硫的吸附可以看作是阻止土壤硫素流失的有效機制[8]。

1.3 硫素的礦質(zhì)化和硫的固定

在土壤中，硫是在無機態(tài)和有機態(tài)之間不斷循環(huán)的，不同的硫素是相互轉化的，硫素的礦質(zhì)化和固定是有微生物介導的過程。土壤中低含量的SO42-會刺激土壤微生物產(chǎn)生硫酸脂酶或者活化相關酶的活性，硫酸脂酶的活性受到土壤中SO42-的反饋抑制[10]。自然界土壤中Arylsulfatase（EC.3.16.1）是較早發(fā)現(xiàn)的酶之一，這種酶催化含硫脂鍵的有機物水解成無機態(tài)的SO42-離子，該酶的活性有賴于土壤的含水量、重金屬的含量、pH、土壤有機碳的含量、有機肥的使用狀況、土壤耕作情況及土壤取樣時間等因素[11]。硫脂酶（Sulfatase）已從細菌中分離出來，但很少在植株根部中發(fā)現(xiàn)該酶。

2 硫肥對油菜生長的影響研究

2.1 大田硫素減少的原因

目前許多油菜種植地區(qū)都面臨硫素缺乏的問題，早在20世紀80年代中期，歐洲由于大氣沉降物中硫含量的減少，油菜種植中有硫素缺乏的報道。2005年美國也有50萬hm2油菜缺硫的報道，在加拿大Prairie省有400萬hm2的種植區(qū)缺硫以及更大的區(qū)域潛在缺硫。近年來中國大量無硫高濃度化肥和復合肥的使用比例不斷增加，有機肥施用量卻逐漸減少，硫投入量下降。與此同時，作物產(chǎn)量大幅度提高，從土壤中帶走的硫量相應增多，土壤有效硫含量低于16 mg/kg的缺硫臨界值，土壤硫普遍出現(xiàn)虧缺，缺硫面積不斷擴大[6，12，13]。

硫的缺乏與土壤的性質(zhì)有很大關系，缺硫通常出現(xiàn)在有機質(zhì)含量低的地塊，因為有機質(zhì)的缺少而導致硫肥的礦質(zhì)化程度低，土壤質(zhì)地疏松會隨著時間導致礦質(zhì)硫從根區(qū)嚴重流失。隨著油菜生產(chǎn)量的增加、高產(chǎn)的栽培管理措施、高產(chǎn)品種的使用、空氣中含硫沉降物的減少，缺硫問題已在北美地區(qū)、歐洲、亞洲和澳洲等地出現(xiàn)。硫缺乏導致種植區(qū)油菜產(chǎn)量大幅度的減產(chǎn)，施用硫肥成為油菜高產(chǎn)種植中廣泛推廣應用的栽培管理措施之一，有統(tǒng)計表明，2006年在加拿大有3.36萬t的硫酸銨被施用（http：//www.cfi.ca/files/publications/statistical documents/CFIretail stats 04-06-30.PDF）。中國油菜主產(chǎn)區(qū)土壤硫自然補給量小于產(chǎn)出量，土壤有效硫含量不斷下降，油-稻和油-棉輪作區(qū)土壤硫消耗較多，土壤有效硫下降現(xiàn)象也日趨嚴重[12，14]。

2.2 油菜對硫肥的需求

油菜對硫肥的需求量要高于那些非十字花科作物，雙低油菜較其他高硫甙的品種含硫量低，但相對于高硫甙的油菜品種，雙低油菜對硫肥的需求量似乎并沒有明顯的減少。在英格蘭用雙低油菜和單低油菜品種進行對比研究表明，兩品種在成熟期對硫肥的吸收總量相似，只是由于單低品種的硫甙含量高，而有較多的硫素分配在收獲子粒中[15]。早期的研究表明，每生產(chǎn)100 kg的油菜需要約1.5 kg硫肥[16]。加拿大Prairie的較多研究表明，在Prairie每公頃硫肥的最佳用量為15～30 kg[4，17-20]。在澳洲油菜種植區(qū)，每公頃硫肥的推薦使用量為20～40 kg，歐洲的使用量是每公頃20～60 kg[21]。油菜生長對硫肥的需要量可能受到種植品種的影響，對5個雙低油菜品種的研究指出，油菜品種與硫肥明顯的互作對產(chǎn)量產(chǎn)生明顯的影響，可能的原因與品種產(chǎn)量潛力有較大的關系[22]。目前種植的品種大部分是雜交油菜，比以前的老品種具有較高的增長潛力[23]。加拿大的研究表明，在給定的硫肥水平下雜交種比自由授粉種植的品種產(chǎn)量高，這與雜交品種能很好地從土壤中吸收硫有關[24，25]。

硫和氮是蛋白質(zhì)的重要組成部分，兩種營養(yǎng)元素的充分施用對于優(yōu)化作物的產(chǎn)量關系密切。在硫肥供應不足的條件下施用太多的氮肥會導致作物營養(yǎng)的失衡，從而限制蛋白質(zhì)的合成以及減少油菜的生長和產(chǎn)量；對于嚴重缺硫的土壤，氮肥的施用會加重土壤缺硫的產(chǎn)生，從而導致作物的減產(chǎn)[26]。中國的研究表明，氮肥與硫肥的配合使用能增加油菜產(chǎn)量，提高氮肥的利用率[6，12，13]。隨著作物產(chǎn)量的增加，作物對硫素的需求也會相應增加[27]。對Saskatchewan北部高度缺硫土壤開展研究指出，在不施用硫肥的情況下把氮肥量從0增加到150 kg/hm2，油菜的產(chǎn)量會大幅減少；而當?shù)虻氖褂昧窟m宜時油菜產(chǎn)量會增加，這也證明了平衡施肥的重要性[19，28]。英格蘭的研究也得到了相似的結果，即缺硫時大量使用氮肥會導致油菜大量的減產(chǎn)，氮肥和硫肥的配合施用會增加冬油菜的產(chǎn)量[29]。已有的研究表明氮硫的互作關系，即優(yōu)化土壤中作物可利用的氮硫比率對于避免油菜減產(chǎn)是必要的，研究指出油菜生產(chǎn)較優(yōu)的氮硫比率為5∶1～8∶1之間。目前的研究也指出在硫脅迫的條件下，增加氮硫比和氮肥的使用會減少作物的產(chǎn)量；但當硫的供應量增加到硫脅迫水平以上時，調(diào)整氮硫比對油菜產(chǎn)量不會產(chǎn)生顯著影響，因此Karamanos等指出只要滿足作物的營養(yǎng)需求，作物最優(yōu)產(chǎn)量的獲得不是氮硫比率的問題[20，28]。

硫肥使用也影響油菜的品質(zhì)。研究表明，在土壤缺硫時油菜子粒的含油量隨硫肥的施用而增加[19，26，28]。硫肥效應不同的年份也不同，其兩年的結果相反[22]；但子粒的蛋白質(zhì)含量會隨硫肥的施用而增加[19，22]，也有研究結論指出蛋白質(zhì)含量隨硫肥的施用而減少，可能的原因是土壤缺硫時施用硫肥會增加油菜的產(chǎn)量而稀釋了子粒的蛋白質(zhì)含量[18]。硫甙是油菜中的含硫復合物，研究表明硫甙隨硫肥的施用增加而增加，硫肥與氮肥的互作對油菜子粒中硫甙的含量影響顯著，硫脅迫時增加氮肥會減少子粒硫甙的含量；而硫肥施用充足時硫甙的含量會增加。在雙低油菜上的研究表明，大量施用硫肥對硫甙含量的增加量可以控制在雙低的范圍內(nèi)，總的來講施用硫肥綜合效應是對油菜生產(chǎn)有利的[19，22]。

2.3 硫肥的施用時間、形態(tài)及使用方式

目前有較多的含硫肥料可以應用于油菜生產(chǎn)，包括二水硫酸鈣、硫酸鉀、硫酸銨、硫代硫酸銨和單質(zhì)硫肥。植株吸收硫素首先通過根系從土壤溶液中吸收SO42-的硫，因此硫素被植株吸收以前必然要轉化成硫酸根離子的形式才能被油菜生長利用。以二水硫酸鈣、硫酸鉀、硫酸銨的形式供應的硫素均為SO42-的形式，而硫代硫酸銨作為硫源則要將4價的硫氧化為6價的硫后被植株利用[30]。油菜對硫肥的不同供應形式的研究表明，SO42-形式的硫肥形態(tài)能在硫肥施用后的當年就對缺硫油菜產(chǎn)生作用，硫代硫酸銨在增加油菜產(chǎn)量方面的作用與硫酸銨相當[17]。硫酸銨作硫肥不需要氧化，硫素以溶液的形態(tài)轉移到根區(qū)被作物吸收利用，故硫肥的施用能在春季進行[17，31]。硫肥秋季施用會在高濕的沙壤土地產(chǎn)生一定的流失而降低硫肥利用率， 但也能產(chǎn)生較好的效果[32]。春秋兩季施用硫肥效率沒有顯著的差異，說明秋季施用的硫肥流失很少[17，31]。相比而言，在高濕條件下的研究發(fā)現(xiàn)硫肥的流失明顯[4]。油菜對硫肥需求最大的時期在開花期和角果期，因此硫肥的施用時間彈性較大，可以推遲到抽薹早期而對缺硫土壤均能產(chǎn)生較好的效果[19]。

隨著環(huán)境條件的不同，施用硫酸銨可能會在硫肥施用后的幾年產(chǎn)生殘留效應。加拿大Prairies的研究表明，施用硫酸銨20～30 kg/hm2能在之后2～4年內(nèi)對硫脅迫的土壤產(chǎn)生作用，硫代硫酸銨也有相似的研究結論[33]。在干旱狀況下，硫酸根離子的流失較少，硫酸根態(tài)的硫肥殘留效應可能是由于硫素的回流使土壤硫的含量增加[32，33]。在潮濕的環(huán)境中，硫酸根的流失較大，其殘留量較低。

硫酸銨的施用方法取決于土壤和天氣狀況。在濕度有利的環(huán)境中，很多的施用方式能給植物生長提供可以利用的硫肥。研究表明硫酸銨采用撒施、條施和點施3種施肥方式對油菜的產(chǎn)量影響相同[17]。3年的研究結果是條施比撒施的產(chǎn)量高，而隨后2年的試驗結果相一致，在相對干旱種植區(qū)域，硫肥條施相比于淺層撒施方式，這可能是肥料條施后的硫素能更有利于到達油菜的根區(qū)[28]。

2.4 硫肥的合理使用量研究

土壤測試是確定硫肥施用的常用研究方法，該法主要是提取土壤樣中的硫酸根態(tài)的硫素[34]。由于田間取樣的時間、地點不同，土壤中的硫酸根離子是不斷變化的，這給土壤提取法確定油菜對硫肥的需求產(chǎn)生了某些不確定性[20]。植物組織檢測也是確定油菜是否缺硫的方法之一，該法主要測量油菜成熟葉片中的硫含量，低于0.35%要施硫肥[21]；以及測定組織中含有的氮硫比，比值高于10～12時表明會產(chǎn)生硫脅迫[29]。

3 小結與展望

缺硫是當前油菜種植中的一個重要問題，相同的硫肥施用量時，雙低雜交品種有較高的產(chǎn)量潛力，雜交種吸收利用硫肥的效率高。使用硫酸根形態(tài)硫肥的使用量在15～60 kg/hm2，應依據(jù)種植區(qū)的環(huán)境條件選擇適宜的施用方法，提高和優(yōu)化油菜產(chǎn)量。在油菜生產(chǎn)過程中，土壤缺硫產(chǎn)生硫脅迫時，在抽薹早期以前施用硫酸根形態(tài)的硫肥都是有效的，但使用效果略低于在油菜生長早期施用硫肥。

植物組織提取法確定硫肥的施用能較好地反映油菜的缺硫狀況；對硫肥施用方式的研究較少，不同的研究其結果并不一致，需要加以研究；硫肥對油菜子粒品質(zhì)的影響目前還沒有比較確定的結果，有待進行更深入的研究。

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