硫肥對春油菜幼苗生理指標和土壤酶活性的影響

秦梅 韓燕 喬楓 孫小鳳 嚴煥煥 耿貴工

摘 要：該研究以春油菜幼苗為材料，采用土壤盆栽試驗，設7個不同施硫（0、35、70、105、140、175、210 mg·kg-1）處理，通過測定春油菜幼苗的株高、植株鮮重、葉綠素含量、MDA含量、SOD、POD、CAT活性、土壤全氮含量、pH、蔗糖酶、過氧化氫酶和脲酶活性指標，分析不同施硫量對春油菜幼苗生理生化指標和土壤相關酶活性的影響。結果表明：在春油菜苗期施用硫肥對幼苗的農藝性狀、生理生化指標和土壤酶活性均產生了一定影響。施硫量在35～105 mg·kg-1范圍時，對植株鮮重有明顯的促進作用;施硫量在70～105 mg·kg-1范圍時，類胡蘿卜素含量達到最高;施硫量在70～105 mg·kg-1范圍時，葉片中POD和CAT的活性明顯升高，而MDA含量明顯下降;經相關分析，MDA含量與POD活性呈極顯著負相關（r=-0.92，P<0.01），與CAT活性呈顯著負相關（r=-0.72，P<0.05），說明葉片MDA含量受POD和CAT活性變化的影響;施硫量高于105 mg·kg-1時，土壤脲酶和蔗糖酶活性受到抑制;施硫量高于140 mg·kg-1時，土壤過氧化氫酶活性受到抑制;隨著施硫量的增加，土壤pH值和葉片SOD活性逐漸下降;經相關性分析，土壤脲酶活性和全氮含量間呈極顯著正相關（r=1，P<0.01），表明土壤全氮含量受土壤脲酶活性變化的影響。由此可知，在低硫（35～105 mg·kg-1）條件下對春油菜幼苗生理生化指標及土壤酶活性具有一定的促進作用，而在高硫（>105 mg·kg-1）條件下則產生抑制。

關鍵詞：硫， 春油菜， 生理生化， 土壤酶活性

中圖分類號：Q945

文獻標識碼：A

文章編號：1000-3142（2019）06-0761-07

Abstract：Sulfur element is a medium trace element needed for plant growth. In order to clarify the physiological and biochemical indexes and soil enzyme activity of spring rape seedlings under different sulfur applications， based on the spring rape seedlings， the seven sulfur fertilizer? [0， 35， 70， 105， 140， 175， 210 mg·kg-1] were set up by pot experiment， and the plant height， plant fresh weight， the content of chlorophyll and MDA， the activities of SOD， POD and CAT of leaves， the content of soil total nitrogen， pH and the activity of invertas and catalase were measured respectively. The results were as follows：Sulfur application had certain influence on the agronomic characters， physiological and biochemical indexes of spring rape seedlings and soil enzyme activity. In a range of sulfur application （35-105 mg·kg-1） the plant fresh weight was significantly promoted， carotenoid content was the highest when sulfure fertilization was 70-105 mg·kg-1; In a range of sulfur application （75-105 mg·kg-1）， the activities of POD and CAT in leaves were significantly increased ， but the content of MDA in leaves was significantly decreased; According to correlation analysis， an extremely negative correlation was observed with MDA content and POD activity （r=-0.92， P<0.01）， and a significant negative correlation was observed with MDA content and CAT activity （r=-0.72， P<0.05）， indicating that MDA content is affected by the POD and CAT activities; The activities of invertase and urease in soil were inhibited with sulfur application higher than 105 mg·kg-1， the activity of catalase in soil was inhibited with sulfur application? higher than 140 mg·kg-1; with the increase of sulfur fertilizer， the activity of SOD in leaves and soil pH showed decreasing trends; according to correlation analysis， an extremely positive correlation was observed between the content of total nitrogen and the activity of urease （r=1， P<0.01）， indicating that soil total nitrogen content is affected by the soil urease activity. Therefore， physiological and biochemical indexes of spring rape seedlings and soil enzyme activity were promoted with low sulfur application （35-105 mg·kg-1）， while these indexes were inhibited with high sulfur application（>105 mg·kg-1）. This study can provide some theory reference for sulfur fertilization of spring rape.

Key words：sulfur， spring rape， physiology and biochemistry， soil enzyme activity

春油菜是我國北方油菜的主要高產區，主要分布在青海、 甘肅、新疆等氣溫較低、無霜期較短的地區，總面積約占全國油菜總面積的10%（杜德志等，2018）。青海是我國春油菜種植的重要產區，其種植面積約占全省的30%（宋佳等，2018）。春油菜是需硫量較大的作物之一，其植株體內含硫和吸硫量甚至高于含磷和吸磷量，在土壤缺硫條件下，大量施入氮磷鉀肥將會影響作物對營養元素的吸收和利用，從而降低作物的產量和品質（Ahmad et al.，2007; Jamal et al.，2010; Grant et al.，2012）。硫元素是植物生長所需的中微量元素。合理增施硫肥可促進葉片光合作用，協調氮代謝的能力，進而促進物質的合成與積累（劉晶等，2017;Katarzyna et al.，2018）。

雜交油菜對硫肥的需求量較大，充足的硫肥是優化籽粒產量的前提條件之一（聶俊和劉忠培，2018）。在青海春油菜生產中含硫肥料的使用率較低，硫投入量普遍不足。對青海春油菜種植地區土壤有效硫含量調查結果表明，30%左右的春油菜在種植土壤中有效硫含量在2.88～11.29 mg·kg-1之間。據文獻報道，土壤有效硫含量低于16.0 mg·kg-1時作物就有缺硫的可能（許自成等，2007）。目前，硫對油菜和土壤的研究主要集中在油菜氮硫吸收（白燈莎·買買提艾力等，2009）、油菜產量（崔巖山和王慶仁，2008）、土壤營養元素（Krzyszt et al.，2015），而關于硫對油菜幼苗生理指標這一方面尚未報道。因此，本研究針對青海春油菜種植區，在盆栽試驗條件下研究不同施硫量對春油菜幼苗生長、生理特性及土壤酶活性的影響，為春油菜硫肥的施用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為春油菜品種‘青雜7號’。供試肥料為尿素（N46%），磷酸二銨（N18%、P2O546%），硝酸鉀（N13%、K2045%），T90硫肥（S90%）。供試土壤為栗鈣土，土壤基本理化性狀：pH8.21，全氮1.22 g·kg-1，全磷2.65 g·kg-1，全鉀25.01 mg·kg-1，有機質15.44 mg·kg-1，堿解氮66.0 mg·kg-1，速效磷15.0 mg·kg-1，速效鉀152.0 mg·kg-1，速效硫9.24? mg·kg-1。

1.2 試驗設計

試驗于2018年4—8月在青海大學農林科學院試驗地大棚中進行，共設7個處理，每個處理重復4次，共28盆。各處理硫肥施用量：T0為0 mg·kg-1，T1為35 mg·kg-1，T2為70 mg·kg-1，T3為105 mg·kg-1，T4為140 mg·kg-1，T5為175 mg·kg-1，T6為210 mg·kg-1。施硫量為施入“純硫”量。將硫肥打碎過篩后與處理好的土壤混合均勻裝入盆中（盆高25 cm，直徑17 cm），每盆土壤凈重1 kg。土壤經吸附沉淀2周后播種油菜種子（精選飽滿籽粒，采用點播方式），每盆播種50粒，出苗1周后定苗10株，保持土壤含水量60%～70%，期間不再施入肥料。播種30 d后采集土壤、植株地上和地下部分樣品，待測。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 葉綠素色素含量和抗氧化酶活性 SOD含量測定采用氮藍四唑（NBT）光還原法（蒼晶和趙會杰，2014）;POD活性測定采用愈創木酚法（蒼晶和趙會杰，2014）;CAT活性測定采用紫外分光光度法（蒼晶和趙會杰，2014）;丙二醛（MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸（TBA）法（蒼晶和趙會杰，2014）。

1.3.2 土壤理化性質和土壤酶 pH值測定采用電位法（盛海彥，2012）;全氮含量采用半微量開氏法進行測定（盛海彥，2012）;脲酶活性采用靛酚比色法（盛海彥，2012）;過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法（盛海彥，2012）;堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法（盛海彥，2012）。

1.4 數據處理

用Microsoft Excel 2007 軟件作圖，用DPS 5.0 軟件分析數據，用LSD法進行顯著性水平檢驗。

2 結果與分析

2.1 施硫量對春油菜幼苗株高和植株鮮重的影響

硫肥施用量對春油菜幼苗株高和植株鮮重的影響較大。隨施硫量的增加，株高和鮮重均呈先上升后下降趨勢（圖1：a，b）， T6處理的株高較T0處理顯著降低了24.7%（P<0.05），T1、T2、T3處理的株高較T0略有增加;T4、T5處理的株高較T0均有所降低; T1、T2、T3處理的植株鮮重與T0處理相比均顯著增加，增幅分別為22.4%、40.1%和45.6%（P<0.05），以T3處理為最高; T4、T5、T6處理的鮮重較T0處理均有下降。由此可知，中低施硫水平對春油菜幼苗的農藝性狀影響不明顯，而施硫量高于T6處理后，幼苗的生長嚴重受阻。

2.2 施硫對春油菜幼苗光合色素的影響

2.3 施硫量對春油菜幼苗抗氧化酶活性及MDA含量的影響

隨施硫量的增加，葉片中SOD活性逐漸下降，POD和CAT活性呈先升高后降低趨勢，而MDA含量呈先降低后升高趨勢（圖3：a，b，c，d）。T4、T5和T6處理的SOD活性與T0處理相比均顯著降低（P<0.05）;T3、T4處理的POD活性較T0處理均顯著升高（P<0.05）;T3處理CAT活性顯著高于其他處理（P<0.05）， T6處理CAT活性較T0處

2.4 施硫量對土壤pH的影響

土壤pH隨著施硫量的增加呈現逐漸降低的趨勢（表1）。表1結果顯示，施硫處理土壤pH值均顯著低于T0處理（P<0.05），T6處理土壤pH值最低（為7.97），較T0處理降低了4.78%，表明施硫可降低土壤pH值。這可能與硫酸根離子有效地增強了土壤緩沖作用有關（楊杉等，2016）。

2.5 施硫對土壤酶活性及全氮含量的影響

3 討論

葉綠素是植株進行光合代謝的基礎，而硫恰是葉綠素合成所必需的元素，并參與葉綠素前體的合成（徐瑤等，2017）。蔡賽男等（2015）指出，施硫會顯著增加幼苗葉片中葉綠素a和葉綠素b含量。在本研究中，施硫對春油菜幼苗葉片中葉綠素a、葉綠素b和葉綠素ab的含量無明顯影響，但當施硫量為70～105 mg·kg-1范圍時，春油菜幼苗葉片中類胡蘿卜素含量明顯增加，當施硫量高于105? mg·kg-1時抑制作用明顯。這表明在春油菜苗期，葉片類胡蘿卜素合成與施硫量關系密切，硫肥可能作為介質參與光合作用暗反應生成類胡蘿卜素，進而促進春油菜幼苗光合作用，提高生物量。

在正常的代謝過程（如呼吸與光合作用） 中，植物體內的氧會被活化形成活性氧（ROS） ， 但當受到生物或非生物脅迫時，將會打破體內 ROS 生成與清除之間的動態平衡，導致 ROS大量積累，對植物造成傷害，而SOD、POD和CAT則是清除這些ROS的重要酶類。Ali & Teymur（2015）指出，土壤中施入適量硫肥對植株某些抗氧化酶具有激活作用。本研究發現，施硫量為105 mg·kg-1時，對提高春油菜幼苗葉片中POD和CAT活性最為明顯。鄒莉娜等（2018）指出，施硫會顯著降低水稻幼苗中MDA含量。而張雅杰等（2015）認為施硫能使烤煙葉片 MDA 含量升高。本研究結果表明，施硫量為35～105 mg·kg-1范圍時，春油菜幼苗葉片MDA含量明顯降低，但其他處理隨施硫量的增加逐步升高。說明，當春油菜幼苗體內ROS積累到一定程度后，施硫對POD和CAT在清除活性氧和防止膜脂過氧化方面起到很大的作用，且 POD 活性與 MDA含量極顯著負相關， CAT與MDA含量顯著負相關，因此POD較CAT對硫的響應更為敏感。同時，MDA含量的減少與POD和CAT活性上升密切相關，幼苗內ROS穩定狀態打破可能是誘導POD和CAT活性快速上升的主要原因，而硫恰是激活這一反應的重要物質。馬友華和丁瑞興（2000）認為，硫不足會抑制煙葉SOD活性的提高，增施硫可顯著提高黃褐土上煙葉 SOD 的活性。朱英華等（2008）認為，烤煙葉片的SOD 活性隨硫濃度的升高而升高。本研究發現，增施硫肥會顯著抑制SOD活性，這并非僅僅因施硫水平不同而發生的變化，很可能與幼苗在適應生長環境的過程中，內部不斷進行代謝調整有關。

硫元素需在土壤中氧化成 SO42-后才能被植株吸收和利用（鄭詩樟，2012），施硫后表現出不同的效應也受油菜品種、土壤類型、微生物種類和數量等綜合因素影響，同時各種酶對環境的適應性也表現不同。硫肥施入堿性土壤后，會經過氧化作用產生酸，降低土壤pH，增加中性和堿性微生物數量，激發土壤脲酶和蔗糖酶活性，從而提高土壤養分的轉化和循環（鄭詩樟和劉志良，2015）。在本研究中，施硫量為35 mg·kg-1時土壤全氮及過氧化氫酶活性明顯升高，施硫量在175～210 mg·kg-1范圍時土壤過氧化氫酶和蔗糖酶活性明顯降低，說明低硫處理時土壤酶活性被激發，加快土壤養分轉化，高硫處理則會產生抑制，這可能與施入過多硫肥后，導致土壤中微生物數量和種類發生改變有關（王凡等，2007）。

4 結論

通過測定不同施硫量下春油菜幼苗生理指標及土壤酶活性，得出合理施硫可有效促進春油菜幼苗生長和增加葉片中葉類胡蘿卜素的含量，當施硫量在35～105 mg·kg-1范圍時，對植株鮮重有明顯的促進作用;當施硫量在70～105 mg·kg-1范圍時，類胡蘿卜素含量表現最高，而施硫對葉綠素a、b和ab的含量影響不大。施硫會抑制春油菜幼苗葉片SOD活性，適量施硫可顯著提高葉片中POD和CAT活性，降低MDA含量，當施硫量為35～105 mg·kg-1時對葉片中POD和CAT活性有明顯促進作用，且在施硫量為105 mg·kg-1時促進作用最明顯。施硫可顯著降低土壤pH值，當施硫量高于105 mg·kg-1時土壤全氮含量、脲酶及蔗糖酶活性受到抑制，當施硫量高于140 mg·kg-1時，土壤過氧化氫酶活性受到抑制。因此，在今后的生產實踐中可在春油菜種植區域提前施入適量硫肥，可以保證春油菜幼苗前期生長，為后期春油菜高產打下堅實基礎。

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