湖南中低產雙季稻田硫肥施用效應

孫玉桃，董春華，聶 軍，魯艷紅，唐友云，廖育林

(1. 湖南省土壤肥料研究所，長沙 410125；2. 農業部湖南耕地保育科學觀測實驗站，長沙 410125)

1 材料與方法

1.1 試驗設計

于2017年4月在湖南省土壤肥料研究所網室進行盆栽試驗，供試土壤采自湖南中低產稻田水稻土—河沙泥和黃泥；田間小區試驗于2017-2018年在湖南省長沙縣干杉鄉雙季稻田進行(28°8′17″N, 113°12′18″E)，試驗土壤為紅黃泥。其基本理化性質見表1。

表1 供試土壤理化性質Table 1 Physical and chemical properties of three tested soil

1.1.1 盆栽試驗 盆栽試驗設置3個處理：不施肥(CK1)，即不施化肥氮磷鉀，不施鎂肥，不施硫肥； NPKMg(CK2)即施化肥氮磷鉀，施鎂肥； NPKMgS施與CK2等量的化肥氮磷鉀和鎂肥，施硫肥。采用瓷盆培養，盆高29 cm，直徑29 cm，裝入充分混勻并通過1 cm篩孔的風干土13.0 kg。按處理每千克風干土施N(尿素與磷銨，先以P2O5用量為基礎，稱取磷銨用量，剩下的為尿素)0.12 g，基肥(包括磷銨和部分尿素，插秧前施)、分蘗肥(尿素，插秧后7 d內施)、穗肥(尿素，于主莖劍葉露尖時施)分別占50%、30%和20%；每千克風干土施P2O5(磷銨)0.06 g，施K2O(氯化鉀)0.12 g，施Mg(碳酸鎂)0.01 g，施S(硫磺)0.04 g。尿素含46.0%N，磷銨含14% N，含41% P2O5，碳酸鎂含25%Mg，硫磺為單質硫；經計算，每盆施尿素2.87 g，磷銨1.84 kg，氯化鉀2.51 g，碳酸鎂0.7 g，硫磺粉0.46 g。5次重復，隨機排列。每盆插3蔸，每蔸插6苗。4月2日播種，4月26日移栽。供試水稻品種為‘培兩優特青’。

1.1.2 田間小區試驗 設置硫肥施用試驗和硫肥不同用量試驗2個田間小區試驗。硫肥不同用量試驗是在硫肥施用試驗的基礎上進行。

硫肥施用試驗：試驗設3個處理不施肥(CK1)不施化肥氮磷鉀，不施鎂肥，不施硫肥； NPKMg(CK2)施化肥氮磷鉀，施鎂肥； NPKMgS施與CK2等量的化肥氮磷鉀和鎂肥，施硫肥。早稻和晚稻N、P2O5、K2O、Mg、S均分別施195.0、97.5、195.0、22.5、45.0 kg·hm-2。供試水稻品種為早稻‘香兩優68’，晚稻‘培兩優特青’。

硫肥不同用量試驗：試驗設4個處理：施化肥氮磷鉀和鎂肥，施硫肥0 kg·hm-2(S0)；施與S0等量的化肥氮磷鉀和鎂肥，施硫肥15 kg·hm-2(S1，低硫肥施用量)；施與S0等量的化肥氮磷鉀和鎂肥，施硫肥45 kg·hm-2(S2，中硫肥施用量)；施與S0等量的化肥氮磷鉀和鎂肥，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。供試水稻品種為早稻‘八兩優100’，晚稻為‘新香優644’。

硫肥施用試驗和硫肥不同用量試驗用肥品種及施肥方法、比例均同盆栽試驗。2個試驗田的冬季均種植紫云英，并翻壓還田，試驗小區均隨機區組排列，小區面積20 m2，4次重復，單排單灌，收獲時，各小區單打單曬。其他管理與當地水稻種植基本一致。

1.2 測定項目及方法

土壤和植株養分含量指標采用常規方法測定[24]，其中，土壤有效硫采用硫酸鋇比濁法，pH采用電位法，有機質采用重鉻酸鉀容量法，堿解氮采用堿解擴散法，速效磷采用Olsen法，速效鉀和緩效鉀采用火焰光度法，水稻植株全硫采用硫酸鋇比濁法。葉綠素含量(SPAD值)采用手持葉綠素計測定。水稻產量采用電子臺秤稱量。早稻和晚稻均人工考種，指標主要包括有效穗、每穗粒數、結實率、千粒質量等。

根據Baligar等[25]和Witt等[26]提出的計算植物養分利用效率的方法，計算硫肥利用相關指標。吸硫總量(kg)是指水稻地上部所吸收的硫總量；硫盈虧量(kg)=所施硫肥中的硫總量-水稻地上部所吸收的硫總量，正值為盈，負值為虧；硫肥利用率(%)=(植物從含硫肥料中吸收的硫素×100)/肥料中硫素總量；硫素利用率 (kg·kg-1)= 植物總生物量或經濟產量(如谷物產量、水果產量等)/植物吸收單位硫素量；硫農學利用效率(kg·kg-1)=(施硫區產量-不施硫區產量)/施硫量。

1.3 數據統計與分析

采用Excel 2010和SPSS 13.0對試驗數據進行分析；不同施肥處理間采用Duncan’s的新復極差法進行差異顯著性檢驗(α=0.05)。

2 結果與分析

2.1 施用硫肥對水稻葉綠素含量的影響

2.1.1 増施硫肥對水稻葉綠素含量(SPAD值)的影響 水稻齊穗后的光合產物占稻谷產量形成的2/3，而齊穗期稻株葉綠素含量(SPAD值)的高低對產量的影響最大[27]。盆栽試驗中，齊穗期冠層3片功能葉的測定結果顯示(表2)，河沙泥和黃泥2種盆栽基質的増施硫肥處理的水稻3葉SPAD值均值較不施硫肥處理的分別提高 1.0%和0.5%，其中，倒2葉的SPAD值增加最多，分別提高3.8%和0.7%。河沙泥的提高率高于 黃泥。

2.1.2 不同硫肥施用量對水稻葉綠素含量(SPAD值)的影響 表3表示田間試驗晚稻乳熟期SPAD值的測定結果。由表3可知，隨著硫肥用量的增加，水稻冠層3葉的平均SPAD值逐漸增加，施硫15、45和75 kg·hm-2處理比不施硫肥的水稻SPAD值分別提高1.0%、2.0%和 2.7%，這與其增產趨勢一致。

2.2 施用硫肥對中低產稻田水稻產量的影響

2.2.1 増施硫肥對水稻產量變化的影響 盆栽試驗結果表明(表4)，施化肥處理的水稻產量均顯著高于不施肥對照，其中，黃泥水稻土的增產率明顯高于河沙泥；化肥施用處理中，河沙泥施用硫肥比不施硫肥處理增產11.6%，黃泥增產1.5%，后者增產率是前者的12.9%。

表2 増施硫肥對水稻齊穗期冠層3葉葉綠素含量(SPAD值)的影響Table 2 Effects of sulphur fertilizer on chlorophyll content (SPAD values) of 3 leaves in canopy at full heading stage of rice

注：同列不同小寫字母表示差異達顯著水平(P<0.05)。下同。

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

表3 硫肥不同施用量對晚稻乳熟期葉綠素含量(SPAD值)的影響Table 3 Effects of different amounts of sulfur fertilizer application on chlorophyll content (SPAD values) of late rice at milk-ripe stage

表4 河沙泥和黃泥水稻土類型下施硫肥對晚稻產量的影響Table 4 Effects of sulfur fertilizer application on late rice yield in river sand mud and yellow mud paddy soil

田間試驗結果表明(表5)，施化肥處理的水稻產量均顯著高于不施化肥處理，其中，晚稻效果均優于早稻；化肥施用處理中，早稻硫肥施用處理比不施硫肥處理增產3.0%，晚稻硫肥施用處理未顯示出增產效果。田間試驗的化肥施用處理比不施化肥處理的增產效果明顯低于盆栽試驗，這可能與水稻土土類有關。

表5 施用硫肥對水稻產量的影響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產量變化 在増施硫肥對比試驗的基礎上，進一步研究硫肥不同用量施用下的水稻增產效果，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產量變化，由表6可知，早稻施用不同用量硫肥增產效果不明顯，晚稻硫肥施用處理比不施硫肥處理增產2.4%～9.9%，且硫肥施用量與稻谷產量正相關。方差統計分析結果表明，高硫肥施用量(75 kg·hm-2)與中(45 kg·hm-2)、低硫肥施用量(15 kg·hm-2)間早晚稻稻谷產量差異達顯著水平，而中、低硫肥施用量處理間及低硫肥施用量處理與不施硫肥處理間差異均不顯著。因此，在本試驗中的硫肥施肥量范圍內尚無法得到其最佳硫肥施用量。

表6 施用不同用量硫肥對早晚稻產量的影響Table 6 Effects of different amounts of sulfur fertilizer application on early and late rice yield

2.3 施用硫肥對水稻產量構成因素的影響

2.3.1 増施硫肥對水稻產量構成因素的影響 表7顯示的是盆栽試驗水稻考種結果。化肥施用處理中，與不施硫肥處理相比較，施用硫肥能增加有效穗數和每穗粒數，以河沙泥為盆栽基質的有效穗數和每穗粒數分別增加8.0%和6.3%，以黃泥為盆栽基質的分別增加5.2%和3.3%，但差異均不顯著，河沙泥増施硫肥的效果優于黃泥，這與増施硫肥對水稻的增產效果一致。大田試驗僅早稻施硫肥增產3.0%，通過對大田試驗的早稻進行考種，増施硫肥增加了有效穗數4.7%。

2.3.2 不同用量硫肥施用對水稻產量構成因素的影響 表8為大田試驗不同用量硫肥施用下的水稻考種結果。由表8可知，施用硫肥對有效穗數的影響最大，施低、中、高用量硫肥的有效穗數比不施硫肥的分別提高1.9%、3.0%、10.9%，這與其增產效果趨勢一致；對每穗粒數和千粒質量的影響較小。說明有效穗是決定硫肥不同施用量增產的主導因素。

2.4 硫肥不同施用量對中低產稻田水稻硫素吸收、平衡與利用的影響

可能由于早稻移栽前翻壓綠肥，導致硫肥施用下水稻增產效果不明顯，故現以晚稻為例，探討分析硫肥不同施用量對中低產稻田水稻硫素吸收、平衡與利用的影響。表9表示硫肥不同施用量下水稻硫素的吸收、平衡與利用效果。由表9可知，隨硫肥施用量的增加，晚稻吸硫量呈增加趨勢，由-0.58 kg·hm-2增至2.3 kg·hm-2。從硫素的盈虧量可知，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，本試驗中，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。由差減法測得硫肥的利用率均在5%以下，其中，施硫肥45 kg·hm-2處理 最高。

表7 施硫肥對水稻經濟性狀的影響Table 7 Effects of sulfur fertilizer application on economic characters of early and late rice

表8 硫肥用量對晚稻產量構成的影響Table 8 Effects of different amounts of sulfur fertilizer application on yield components of late rice

根據Baligar等[25]和Witt等[26]提出的計算植物養分利用效率的方法。計算結果表明，晚稻的硫素利用效率為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，比對照分別下降 7.0%和4.1%，表明施硫肥使水稻對硫的相對吸收總量(相對于稻谷產量)高于對照，其中45 kg·hm-2處理又略高于75 kg·hm-2處理，低硫肥施用量處理則為負效應。從硫農學利用效率分析，每施1 kg硫可增產稻谷7.0～10.9 kg，施用中量硫(45 kg·hm-2)、高量硫肥(75 kg·hm-2)使晚稻硫農學利用效率降低，比15 kg·hm-2處理分別下降35.8%和16.5%(表9)。

表9 施硫量對中低產稻田土壤水稻硫吸收、平衡與利用的影響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 討 論

農田土壤硫的輸入主要靠有機肥、含硫化肥、大氣沉降和灌溉水等，而輸出主要是作物攜帶、淋溶和徑流損失，在缺硫和潛在缺硫土壤中多種作物施用硫肥均具不同程度的增產效果[11]。而近年來，隨著無硫或低硫高濃度化肥的廣泛使用、作物產量的大幅度提高及有機肥用量的逐漸減少，土壤硫的供給越來越不能滿足作物生長的需要，硫素供應與作物需硫矛盾日益突出。

本研究顯示，低產雙季稻田施用硫肥的效應可能還會受到土壤質地、季別、綠肥施用等因素的影響。盆栽試驗中，水稻增產效果河沙泥 (11.6%)>黃泥(1.5%)，這可能與質地較粗的河沙泥有效硫含量普遍低于質地較細的黃泥有關，質地較粗的河沙泥土難以涵養有效養分；田間増施硫肥小區試驗中，施硫增產效果：早稻 (3.0%)>晚稻(未顯效)，這可能是因為，受到冬季干土效應及春天氣溫較低而使土壤硫的有效性下降，增施硫肥后早稻增產效果明顯，隨早稻的浸水效應和晚稻生長期間氣溫增高，土壤硫活性增加、有效硫含量升高，增施硫肥后晚稻增產效果不明顯；同時，盆栽試驗的結果為大田試驗硫肥的用量改進提供了參考。硫肥不同用量試驗結果顯示，施用硫肥可增加葉綠素含量(SPAD值)和促進光合作用，這可能是因為含硫氨基酸是葉綠素合成的重要介質，合成的含硫鐵氧還蛋白在光合作用中起電子轉移等作用[28-29]。水稻施用硫肥后增產，主要是增加了水稻的有效穗數和每穗粒數，特別是有效穗數增加明顯，這與歐陽志榮等[18]的研究一致。硫肥的施用量對稻田硫素的平衡意義重大，本研究中，當硫肥施用量≥45 kg·hm-2時，硫素盈余，硫肥的利用率均在5%以下，這有利于土壤硫素的保持和提升，但土壤硫素的逐步累積是否會導致土壤理化性質惡化和對水稻產量形成產生負面影響，還值得進一步研究[9,22]。

4 結 論

水稻盆栽試驗結果表明，化肥施用處理中，與不施硫肥處理相比較，河沙泥和黃泥施用硫肥處理的稻谷產量、有效穗數、每穗粒數、齊穗期冠層3片功能葉葉綠素平均含量分別增加11.6%和1.5%、8.0%和6.3% 、5.2%和3.3%、1.0%和0.5%；大田試驗僅早稻增施硫肥處理增產 3.0%，有效穗數增加4.7%。早稻施硫肥的增產效果不明顯，晚稻增產2.4%～9.9%，且硫肥施用量與有效穗數和稻谷產量正相關；晚稻隨硫肥施用量的增加，晚稻產量、吸硫量、乳熟期葉綠素平均含量呈增加趨勢，硫肥的生產效率呈下降趨勢。本研究對指導湖南中低產田硫肥的合理施用，意義重大。