湖南中低产双季稻田硫肥施用效应

孙玉桃，董春华，聂 军，鲁艳红，唐友云，廖育林

(1. 湖南省土壤肥料研究所，长沙 410125；2. 农业部湖南耕地保育科学观测实验站，长沙 410125)

1 材料与方法

1.1 试验设计

于2017年4月在湖南省土壤肥料研究所网室进行盆栽试验，供试土壤采自湖南中低产稻田水稻土—河沙泥和黄泥；田间小区试验于2017-2018年在湖南省长沙县干杉乡双季稻田进行(28°8′17″N, 113°12′18″E)，试验土壤为红黄泥。其基本理化性质见表1。

表1 供试土壤理化性质Table 1 Physical and chemical properties of three tested soil

1.1.1 盆栽试验 盆栽试验设置3个处理：不施肥(CK1)，即不施化肥氮磷钾，不施镁肥，不施硫肥； NPKMg(CK2)即施化肥氮磷钾，施镁肥； NPKMgS施与CK2等量的化肥氮磷钾和镁肥，施硫肥。采用瓷盆培养，盆高29 cm，直径29 cm，装入充分混匀并通过1 cm筛孔的风干土13.0 kg。按处理每千克风干土施N(尿素与磷铵，先以P2O5用量为基础，称取磷铵用量，剩下的为尿素)0.12 g，基肥(包括磷铵和部分尿素，插秧前施)、分蘖肥(尿素，插秧后7 d内施)、穗肥(尿素，于主茎剑叶露尖时施)分别占50%、30%和20%；每千克风干土施P2O5(磷铵)0.06 g，施K2O(氯化钾)0.12 g，施Mg(碳酸镁)0.01 g，施S(硫磺)0.04 g。尿素含46.0%N，磷铵含14% N，含41% P2O5，碳酸镁含25%Mg，硫磺为单质硫；经计算，每盆施尿素2.87 g，磷铵1.84 kg，氯化钾2.51 g，碳酸镁0.7 g，硫磺粉0.46 g。5次重复，随机排列。每盆插3蔸，每蔸插6苗。4月2日播种，4月26日移栽。供试水稻品种为‘培两优特青’。

1.1.2 田间小区试验 设置硫肥施用试验和硫肥不同用量试验2个田间小区试验。硫肥不同用量试验是在硫肥施用试验的基础上进行。

硫肥施用试验：试验设3个处理不施肥(CK1)不施化肥氮磷钾，不施镁肥，不施硫肥； NPKMg(CK2)施化肥氮磷钾，施镁肥； NPKMgS施与CK2等量的化肥氮磷钾和镁肥，施硫肥。早稻和晚稻N、P2O5、K2O、Mg、S均分别施195.0、97.5、195.0、22.5、45.0 kg·hm-2。供试水稻品种为早稻‘香两优68’，晚稻‘培两优特青’。

硫肥不同用量试验：试验设4个处理：施化肥氮磷钾和镁肥，施硫肥0 kg·hm-2(S0)；施与S0等量的化肥氮磷钾和镁肥，施硫肥15 kg·hm-2(S1，低硫肥施用量)；施与S0等量的化肥氮磷钾和镁肥，施硫肥45 kg·hm-2(S2，中硫肥施用量)；施与S0等量的化肥氮磷钾和镁肥，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。供试水稻品种为早稻‘八两优100’，晚稻为‘新香优644’。

硫肥施用试验和硫肥不同用量试验用肥品种及施肥方法、比例均同盆栽试验。2个试验田的冬季均种植紫云英，并翻压还田，试验小区均随机区组排列，小区面积20 m2，4次重复，单排单灌，收获时，各小区单打单晒。其他管理与当地水稻种植基本一致。

1.2 测定项目及方法

土壤和植株养分含量指标采用常规方法测定[24]，其中，土壤有效硫采用硫酸钡比浊法，pH采用电位法，有机质采用重铬酸钾容量法，碱解氮采用碱解扩散法，速效磷采用Olsen法，速效钾和缓效钾采用火焰光度法，水稻植株全硫采用硫酸钡比浊法。叶绿素含量(SPAD值)采用手持叶绿素计测定。水稻产量采用电子台秤称量。早稻和晚稻均人工考种，指标主要包括有效穗、每穗粒数、结实率、千粒质量等。

根据Baligar等[25]和Witt等[26]提出的计算植物养分利用效率的方法，计算硫肥利用相关指标。吸硫总量(kg)是指水稻地上部所吸收的硫总量；硫盈亏量(kg)=所施硫肥中的硫总量-水稻地上部所吸收的硫总量，正值为盈，负值为亏；硫肥利用率(%)=(植物从含硫肥料中吸收的硫素×100)/肥料中硫素总量；硫素利用率 (kg·kg-1)= 植物总生物量或经济产量(如谷物产量、水果产量等)/植物吸收单位硫素量；硫农学利用效率(kg·kg-1)=(施硫区产量-不施硫区产量)/施硫量。

1.3 数据统计与分析

采用Excel 2010和SPSS 13.0对试验数据进行分析；不同施肥处理间采用Duncan’s的新复极差法进行差异显著性检验(α=0.05)。

2 结果与分析

2.1 施用硫肥对水稻叶绿素含量的影响

2.1.1 増施硫肥对水稻叶绿素含量(SPAD值)的影响 水稻齐穗后的光合产物占稻谷产量形成的2/3，而齐穗期稻株叶绿素含量(SPAD值)的高低对产量的影响最大[27]。盆栽试验中，齐穗期冠层3片功能叶的测定结果显示(表2)，河沙泥和黄泥2种盆栽基质的増施硫肥处理的水稻3叶SPAD值均值较不施硫肥处理的分别提高 1.0%和0.5%，其中，倒2叶的SPAD值增加最多，分别提高3.8%和0.7%。河沙泥的提高率高于 黄泥。

2.1.2 不同硫肥施用量对水稻叶绿素含量(SPAD值)的影响 表3表示田间试验晚稻乳熟期SPAD值的测定结果。由表3可知，随着硫肥用量的增加，水稻冠层3叶的平均SPAD值逐渐增加，施硫15、45和75 kg·hm-2处理比不施硫肥的水稻SPAD值分别提高1.0%、2.0%和 2.7%，这与其增产趋势一致。

2.2 施用硫肥对中低产稻田水稻产量的影响

2.2.1 増施硫肥对水稻产量变化的影响 盆栽试验结果表明(表4)，施化肥处理的水稻产量均显著高于不施肥对照，其中，黄泥水稻土的增产率明显高于河沙泥；化肥施用处理中，河沙泥施用硫肥比不施硫肥处理增产11.6%，黄泥增产1.5%，后者增产率是前者的12.9%。

表2 増施硫肥对水稻齐穗期冠层3叶叶绿素含量(SPAD值)的影响Table 2 Effects of sulphur fertilizer on chlorophyll content (SPAD values) of 3 leaves in canopy at full heading stage of rice

注：同列不同小写字母表示差异达显著水平(P<0.05)。下同。

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

表3 硫肥不同施用量对晚稻乳熟期叶绿素含量(SPAD值)的影响Table 3 Effects of different amounts of sulfur fertilizer application on chlorophyll content (SPAD values) of late rice at milk-ripe stage

表4 河沙泥和黄泥水稻土类型下施硫肥对晚稻产量的影响Table 4 Effects of sulfur fertilizer application on late rice yield in river sand mud and yellow mud paddy soil

田间试验结果表明(表5)，施化肥处理的水稻产量均显著高于不施化肥处理，其中，晚稻效果均优于早稻；化肥施用处理中，早稻硫肥施用处理比不施硫肥处理增产3.0%，晚稻硫肥施用处理未显示出增产效果。田间试验的化肥施用处理比不施化肥处理的增产效果明显低于盆栽试验，这可能与水稻土土类有关。

表5 施用硫肥对水稻产量的影响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产量变化 在増施硫肥对比试验的基础上，进一步研究硫肥不同用量施用下的水稻增产效果，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产量变化，由表6可知，早稻施用不同用量硫肥增产效果不明显，晚稻硫肥施用处理比不施硫肥处理增产2.4%～9.9%，且硫肥施用量与稻谷产量正相关。方差统计分析结果表明，高硫肥施用量(75 kg·hm-2)与中(45 kg·hm-2)、低硫肥施用量(15 kg·hm-2)间早晚稻稻谷产量差异达显著水平，而中、低硫肥施用量处理间及低硫肥施用量处理与不施硫肥处理间差异均不显著。因此，在本试验中的硫肥施肥量范围内尚无法得到其最佳硫肥施用量。

表6 施用不同用量硫肥对早晚稻产量的影响Table 6 Effects of different amounts of sulfur fertilizer application on early and late rice yield

2.3 施用硫肥对水稻产量构成因素的影响

2.3.1 増施硫肥对水稻产量构成因素的影响 表7显示的是盆栽试验水稻考种结果。化肥施用处理中，与不施硫肥处理相比较，施用硫肥能增加有效穗数和每穗粒数，以河沙泥为盆栽基质的有效穗数和每穗粒数分别增加8.0%和6.3%，以黄泥为盆栽基质的分别增加5.2%和3.3%，但差异均不显著，河沙泥増施硫肥的效果优于黄泥，这与増施硫肥对水稻的增产效果一致。大田试验仅早稻施硫肥增产3.0%，通过对大田试验的早稻进行考种，増施硫肥增加了有效穗数4.7%。

2.3.2 不同用量硫肥施用对水稻产量构成因素的影响 表8为大田试验不同用量硫肥施用下的水稻考种结果。由表8可知，施用硫肥对有效穗数的影响最大，施低、中、高用量硫肥的有效穗数比不施硫肥的分别提高1.9%、3.0%、10.9%，这与其增产效果趋势一致；对每穗粒数和千粒质量的影响较小。说明有效穗是决定硫肥不同施用量增产的主导因素。

2.4 硫肥不同施用量对中低产稻田水稻硫素吸收、平衡与利用的影响

可能由于早稻移栽前翻压绿肥，导致硫肥施用下水稻增产效果不明显，故现以晚稻为例，探讨分析硫肥不同施用量对中低产稻田水稻硫素吸收、平衡与利用的影响。表9表示硫肥不同施用量下水稻硫素的吸收、平衡与利用效果。由表9可知，随硫肥施用量的增加，晚稻吸硫量呈增加趋势，由-0.58 kg·hm-2增至2.3 kg·hm-2。从硫素的盈亏量可知，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，本试验中，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。由差减法测得硫肥的利用率均在5%以下，其中，施硫肥45 kg·hm-2处理 最高。

表7 施硫肥对水稻经济性状的影响Table 7 Effects of sulfur fertilizer application on economic characters of early and late rice

表8 硫肥用量对晚稻产量构成的影响Table 8 Effects of different amounts of sulfur fertilizer application on yield components of late rice

根据Baligar等[25]和Witt等[26]提出的计算植物养分利用效率的方法。计算结果表明，晚稻的硫素利用效率为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，比对照分别下降 7.0%和4.1%，表明施硫肥使水稻对硫的相对吸收总量(相对于稻谷产量)高于对照，其中45 kg·hm-2处理又略高于75 kg·hm-2处理，低硫肥施用量处理则为负效应。从硫农学利用效率分析，每施1 kg硫可增产稻谷7.0～10.9 kg，施用中量硫(45 kg·hm-2)、高量硫肥(75 kg·hm-2)使晚稻硫农学利用效率降低，比15 kg·hm-2处理分别下降35.8%和16.5%(表9)。

表9 施硫量对中低产稻田土壤水稻硫吸收、平衡与利用的影响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 讨 论

农田土壤硫的输入主要靠有机肥、含硫化肥、大气沉降和灌溉水等，而输出主要是作物携带、淋溶和径流损失，在缺硫和潜在缺硫土壤中多种作物施用硫肥均具不同程度的增产效果[11]。而近年来，随着无硫或低硫高浓度化肥的广泛使用、作物产量的大幅度提高及有机肥用量的逐渐减少，土壤硫的供给越来越不能满足作物生长的需要，硫素供应与作物需硫矛盾日益突出。

本研究显示，低产双季稻田施用硫肥的效应可能还会受到土壤质地、季别、绿肥施用等因素的影响。盆栽试验中，水稻增产效果河沙泥 (11.6%)>黄泥(1.5%)，这可能与质地较粗的河沙泥有效硫含量普遍低于质地较细的黄泥有关，质地较粗的河沙泥土难以涵养有效养分；田间増施硫肥小区试验中，施硫增产效果：早稻 (3.0%)>晚稻(未显效)，这可能是因为，受到冬季干土效应及春天气温较低而使土壤硫的有效性下降，增施硫肥后早稻增产效果明显，随早稻的浸水效应和晚稻生长期间气温增高，土壤硫活性增加、有效硫含量升高，增施硫肥后晚稻增产效果不明显；同时，盆栽试验的结果为大田试验硫肥的用量改进提供了参考。硫肥不同用量试验结果显示，施用硫肥可增加叶绿素含量(SPAD值)和促进光合作用，这可能是因为含硫氨基酸是叶绿素合成的重要介质，合成的含硫铁氧还蛋白在光合作用中起电子转移等作用[28-29]。水稻施用硫肥后增产，主要是增加了水稻的有效穗数和每穗粒数，特别是有效穗数增加明显，这与欧阳志荣等[18]的研究一致。硫肥的施用量对稻田硫素的平衡意义重大，本研究中，当硫肥施用量≥45 kg·hm-2时，硫素盈余，硫肥的利用率均在5%以下，这有利于土壤硫素的保持和提升，但土壤硫素的逐步累积是否会导致土壤理化性质恶化和对水稻产量形成产生负面影响，还值得进一步研究[9,22]。

4 结 论

水稻盆栽试验结果表明，化肥施用处理中，与不施硫肥处理相比较，河沙泥和黄泥施用硫肥处理的稻谷产量、有效穗数、每穗粒数、齐穗期冠层3片功能叶叶绿素平均含量分别增加11.6%和1.5%、8.0%和6.3% 、5.2%和3.3%、1.0%和0.5%；大田试验仅早稻增施硫肥处理增产 3.0%，有效穗数增加4.7%。早稻施硫肥的增产效果不明显，晚稻增产2.4%～9.9%，且硫肥施用量与有效穗数和稻谷产量正相关；晚稻随硫肥施用量的增加，晚稻产量、吸硫量、乳熟期叶绿素平均含量呈增加趋势，硫肥的生产效率呈下降趋势。本研究对指导湖南中低产田硫肥的合理施用，意义重大。