全 文 ：施用硫肥对几种作物与牧草产量和硫素
含量的影响*
崔岩山 王庆仁* *
(中国科学院生态环境研究中心, 北京 100085)
摘要 为了研究不同作物的需 S 状况, 对我国北方 3 种主要农作物(小麦、玉米、油菜)和牧草(苜蓿)进
行了 5 个施硫水平( 0、5、10、20 和 40 mg!kg - 1)的盆栽试验.结果表明, 增施一定量的硫肥可以提高作物生
物量和产量, 4 种作物生物量增加 5% ~ 32% , 小麦和油菜籽粒产量增加 3% ~ 20% . 同时, 增施硫肥可以
使作物体内 S 素增加, 但不同作物含硫量明显不同, 油菜含硫量最高( 0. 479% ~ 1. 228% ) , 玉米含硫量最
低( 0. 043% ~ 0. 091% ) .同一作物不同部位含硫量不同, 但同一作物不同部位含硫量呈显著的线性正相
关. 如油菜∀、油菜#和小麦植株与其种子含硫量的相关性都达极显著水平, R 2 值分别为 0. 399、0. 654
和 0. 547( n= 15) .作物生物量、产量与施硫量相关性除苜蓿外, 都达显著或极显著水平;作物生物量、产量
与作物体内硫素含量除苜蓿外也显著或极显著相关;作物从土壤中吸收的 S 开始时随土壤的有效硫增加
而增加, 但达到一定程度时,随着有效硫的增加吸收的 S 略有下降.
关键词 硫肥 北方作物 增产效应
文章编号 1001- 9332( 2003) 08- 1261- 04 中图分类号 S153. 6 文献标识码 A
Effect of sulfur fertilization on yield production and sulfur content of crops and pasture in north China. CUI
Yanshan, WANG Qingren( Resear ch Center f or Eco- Environmental Sciences , Chinese A cademy of Sciences ,
Beij ing 100085, China) . Chin. J . A pp l . Ecol . , 2003, 14( 8) : 1261~ 1264.
Pot experiment on 3 crops ( wheat, corn, oilseed rape) and a pasture ( clover) under 5 levels ( 0, 5, 10, 20, 40
mg!kg- 1) of sulfur ( S) w as carried out to study S application on yield production, S contents and t heir relation
ship of these cr ops. The results show ed that under S application, the biomass of four plants increased by 5~
32% , and the gr ain yield incr eased by 3~ 20% . T he contents of S varied with different corps, for ex ample, the
content of S in the oilseed rape w as the highest ( 0. 479 ~ 1. 228% ) , and that in corn w as the lowest ( only
0. 043~ 0. 091% ) . The contents of S in different plant parts of the same crop had a positiv e cor relation wit h
content of S application. Both the biomass and grain yield for all t he crops except the clover had a close cor rela
tion wit h the content of S application. With available S in the soils increased, the amount of S absorbed by crops
was increased at the beginning , and then decr eased after reached the peak.
Key words Sulfur fertilization, Crops, Increase production.
* 国家自然科学基金资助项目( 39870134) .
* * 通讯联系人.
2001- 05- 09收稿, 2001- 08- 28接受.
1 引 言
S是植物生命活动必需的元素之一,在植物细
胞结构和生理生化功能中都具有不可替代的作用.
如在植物体中参于蛋白质合成、光合作用、呼吸作
用、脂类合成、生物固氮、糖代谢等.在环境中, 特别
是土壤中 S含量过低,必将导致植物的正常生理活
动受阻、代谢紊乱, 甚至枯萎死亡,最后导致生态系
统破坏,平衡失调.其原因是植物体可利用的 S除了
少部分通过叶片对大气中 SO2 的直接吸收外, 主要
来自于从土壤中吸收的硫酸盐. 由于近年来农业中
无 S或低高浓化肥的广泛应用, 世界范围内关于作
物缺 S的报道越来越多[ 1, 5, 8] .缺 S在某些地方已成
为制约农业产量提高的重要因素之一. 如何解决好
土壤施硫与作物需硫的平衡是人们越来越关注的问
题[ 4, 7] . 以我国北方主要农作物小麦、玉米、油菜、苜
蓿为材料,在温室栽培条件下,研究了不同施硫水平
对上述作物含硫量、生物量、作物产量等的影响及土
壤有效硫和全硫以及与作物生长的相互关系,为土
壤硫素的可持续利用、及硫肥的合理施用提供理论
依据.
2 材料与方法
2 1 试验材料
供试材料为小麦 (小偃 54)、玉米 (唐抗5 号 )、油菜
( H165)和苜蓿, 采用温室盆栽. 供试土壤采自北京昌平 (有
效硫为 46. 76 mg!kg- 1, 全硫为 296 mg!kg - 1)和内蒙古多伦
应 用 生 态 学 报 2003 年 8 月 第 14 卷 第 8 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Aug . 2003, 14( 8)∃1261~ 1264
(有效硫为 39. 61 mg!kg- 1, 全硫为 150 mg!kg - 1) .分别用大
盆和小盆进行试验.大盆为小麦与玉米(以下标记为玉米 A)
轮作、油菜(以下标记为油菜∀ )与玉米 (以下标记为玉米 B)
轮作.大盆每盆干土重 7. 5 kg, 小盆每盆干土重 5 kg , 施其
它肥料(以大盆计 )为 CO( NH2) 2 1. 96 g!Pot- 1 (即含 N 120
mg!kg- 1)、KH2PO 4 0. 87 g!盆- 1 (即含 P2O5 80 mg! kg- 1 )、
KCl 0. 38 g! Pot- 1 ( 即含 K 2O 60 mg! kg- 1 ) . 硫肥选用
( NH4) 2SO4, 施硫水平为 5 个浓度梯度, 分别为 0、5、10、20
和 40 mg!kg- 1 ,分别标记为 S0、S1、S2、S3 和 S4 .小盆盆栽有
油菜(以下标记为油菜# )和苜蓿,每 kg 施用的营养元素量
(包括硫素在内)与上面相同,不同的施硫量也分别用 S0、S1、
S2、S3、S4 标 记, 皆设 3 次重复. 由于 所用的 硫肥为
( NH4) 2SO4 ,不同的施硫水平也使氮肥的输入不相等, 所以
各施硫水平都相应地补充了不同的氮素,使各施硫水平的氮
素相同.大盆的小麦、油菜和小盆的油菜在 1999 年 4 月 25
日种植, 9 月 30 日收获 .大盆玉米和小盆苜蓿于 1999 年 10
月 5 日种植, 2000 年 2 月 10 日收获.
22 作物及土壤含硫量的测定
4 种作物收获后, 70 % 烘干 48 h, 测定生物量和子粒产
量,取样磨碎, 采用硝酸、高氯酸( 3∃1)消化,比浊法测定[ 3] .
土壤在收获完作物后,取样,风干, 过筛, 分别测定土壤
有效硫和全硫 .土壤有效硫采用 Ca( H2PO4 ) 2 浸提, 比浊法
测定[ 2] . 土壤全硫采用 Mg( NO3 ) 2 氧化,比浊法测定[ 6] .
3 结果与讨论
31 对作物的增产效应
各施硫处理的生物量和产量皆高于对照( S0 )
(表 1、2) .玉米A 植株生物量平均增产 25%,玉米 B
植株生物量平均增产 10%; 苜蓿植株生物量平均增
产 5%; 小麦植株生物量平均增产 32% ,籽粒平均增
产26%; 油菜 ∀植株生物量平均增产 32%, 籽粒平
均增产 20% ;油菜 #植株生物量平均增产 8% ,籽粒
平均增产 3% . 作物的最大生物量和最高产量对小
麦、玉米、苜蓿来说出现在施硫量为 S2 ( 10 mg!
kg
- 1
)时,油菜的最大生物量和最高产量则出现在
施硫量为 S3( 20 mg!kg- 1) .在此条件下, 对于小麦、
玉米、苜蓿来说, 其所需要的最佳施硫量为 10 mg!
kg
- 1
,但对于油菜来说, 其所需要的最佳施硫量为
20 mg!kg- 1.
32 不同施硫水平对作物及作物不同部位含硫量
的影响
在供试作物中,所有作物植株和种子的含硫量
均显著高于对照 ( S0) (表 3、4) . 植株含硫量开始随
施硫量的增加而增加,小麦、玉米、苜蓿的植株含硫
量在施硫量为 S2( 10 mg!kg- 1)时达到最高,然后随
表 1 4种作物植株干重(生物量)
Table 1 Dry weight ( biomass) of four crops ( mean& S. D)
作物
Crops
生物量 Biomass( g!pot- 1)
S0 S1 S2 S3 S4
油菜 I Oilseed rape I 3. 26 & 0. 55b 3. 31& 0. 06b 4. 17 & 0. 12ab 5. 14 & 0. 48a 4. 56& 0. 17ab
油菜 II Oilseed rape II 3. 74 & 0. 39b 3. 94& 0. 24ab 3. 93 & 0. 52ab 4. 28 & 0. 63a 4. 04& 0. 56ab
小麦 Wheat 8. 66 & 0. 78a 10. 06 & 0. 96a 13. 75& 3. 18a 11. 64 & 2. 99a 9. 17& 0. 58a
玉米 A Corn A 96. 37 & 12. 7b 121. 63 & 3. 91ab129. 93& 17. 69a121. 80 & 14. 67ab107. 37 & 12. 96b
玉米 B Corn B 19. 01 & 0. 85b 20. 20& 1. 79ab 21. 80& 0. 60a 21. 10 & 0. 75ab 20. 60& 1. 51ab
苜蓿 Clover 11. 72 & 0. 18a 12. 50 & 0. 88a 12. 82& 0. 21a 11. 99 & 0. 10a 11. 82 & 1. 23a
* 表中数据为 3组重复的平均值, 同一行内标有不同字母者差异达 5%显著水平(新复极差法) M ean
values of 3 replicates, in a row followed by the dif ferent let ters are significant dif ferenceat = 0. 05 by Duncan∋
s me thod. 下同T hesame below .
表 2 油菜和小麦籽粒产量
Table 2 Grain yield of oilseed rape and wheat ( mean & S. D)
作物
Crops
籽粒产量Grain y ield (g!pot- 1)
S0 S1 S2 S3 S4
油菜 I Oilseed rape I 0. 81 & 0. 07b 0. 89& 0. 14ab 0. 98 & 0. 20a 1. 18 & 0. 20a 0. 85& 0. 12ab
油菜 II Oilseed rape II 1. 08 & 0. 31a 1. 09& 0. 21a 1. 10 & 0. 28a 1. 14 & 0. 21a 1. 12& 0. 21a
小麦 Wheat 1. 43 & 0. 04b 1. 52& 0. 03b 1. 92 & 0. 12a 1. 93 & 0. 08a 1. 77& 0. 07ab
施硫量的增加植株含硫量有所下降. 小麦种子的含
硫量也在施硫量为 S2( 10 mg!kg- 1 )时达到最高,然
后随施硫肥的增加种子含硫量降低. 油菜植株和种
子中的含硫量则在施硫量为 S3 ( 20 mg!kg- 1)时达
到最高, 其后随施硫量的增加植株和种子中含硫量
有所下降.由此可见,油菜的需硫量高于其它 3种作
物,这可能与油菜籽的蛋白质及含油量较高有关,而
在油菜的蛋白质中,含有相对较高的含硫氨基酸(如
蛋氨酸、胱氨酸及半胱氨酸) ,可能是油菜需硫量较
高的主要原因.
不仅不同作物含硫量有显著差异, 而且同一种
作物不同部位含硫量也显著不同. 在所测试的 4种
农作物植株中, 油菜含硫量最高, 达 0. 479% ~
1. 228% ;玉米含硫量最低, 为 0. 043% ~ 0. 091%;
小麦含硫量居中, 为 0. 175% ~ 0. 386%; 苜蓿含硫
量为 0. 056% ~ 0. 134%. 在所测试的籽实内, 小麦
含硫量为 0. 022% ~ 0. 041%, 油菜含硫量为
0. 076% ~ 0. 123% .在同一种作物中,一般是植株中
含硫量较高,而籽实内含硫量较低.
在供试油菜和小麦的植株和种子中, 二者含硫
量呈密切的正相关.如油菜 ∀、油菜#和小麦植株与
其种子含硫量的相关性都达极显著水平, R 2 值分别
为 0. 399、0. 654和 0. 547( n= 15) .
33 施硫量、作物含硫量与作物产量、生物量的相
关性
小麦、油菜∀、油菜#、玉米 A、玉米 B及苜蓿植
株的生物量与施硫量及小麦、油菜∀、油菜 #的种子
产量与施硫量之间的关系可用二次曲线方程来描述
1262 应 用 生 态 学 报 14卷
表 3 不同施硫水平各作物植株含硫量
Table 3 Contents of S in plants under different S application(%) (mean & S. D)
处理
T reatments
小麦
Wheat
玉米A
Corn A
玉米 B
Corn B
油菜∀
Oilseed rape I
油菜#
Oilseed rape # 苜蓿Clover
对照 S 0CK S0 0. 197 & 0. 029b 0. 039 & 0. 002b 0. 048 & 0. 003b 0. 694 & 0. 014b 0. 562 & 0. 132b 0. 065 & 0. 011b处理 S 1T reatment S 1 0. 212 & 0. 014b 0. 059 & 0. 008ab 0. 055 & 0. 002b 0. 762 & 0. 032b 0. 746 & 0. 019ab 0. 104 & 0. 006ab处理 S 2T reatment S 2 0. 343 & 0. 051 a 0. 074 & 0. 007a 0. 077 & 0. 009a 0. 829 & 0. 052ab 0. 819 & 0. 076ab 0. 143 & 0. 031a处理 S 3T reatment S 3 0. 301 & 0. 039ab 0. 061 & 0. 006ab 0. 071 & 0. 009ab 1. 046 & 0. 163a 0. 927 & 0. 163a 0. 108 & 0. 023ab处理 S 4T reatment S 4 0. 293 & 0. 026ab 0. 055 & 0. 009ab 0. 067 & 0. 004ab 0. 843 & 0. 052ab 0. 839 & 0. 064ab 0. 107 & 0. 002ab
表 4 不同施硫水平各作物种子含硫量(%)
Table 4 Contents of S in seeds under different S application(%) (mean
& S. D)
处理
T reatment s
小麦
Wheat
油菜∀
Oilseed rape I
油菜#
Oilseed rape #
对照 S0 CK S0 0. 024& 0. 003b 0. 082 & 0. 006b 0. 076& 0. 002b处理 S1 T reatment S1 0. 034& 0. 004ab 0. 095 & 0. 002ab 0. 092& 0. 007ab处理 S2 T reatment S2 0. 046 & 0. 008a 0. 097 & 0. 005ab 0. 098& 0. 003ab处理 S3 T reatment S3 0. 037& 0. 001ab 0. 125 & 0. 010a 0. 120& 0. 009a处理 S4 T reatment S4 0. 034& 0. 006ab 0. 119 & 0. 003a 0. 113& 0. 001a
表 5 作物植株生物量或种子产量( Y)和施肥量(X )之间的拟合方程
Table 5 Fitting equation between biomass or grain yield( Y) and S ap
pl ication( X )
作物
C rops
方程
Equation
R
2
小麦植株 Wheat plants Y= 0. 0028X 2+ 0.3822X + 8. 9826 0. 680*
小麦种子 Wheat seeds Y= - 0. 001X 2+ 0. 0492X+ 1.4011 0. 862* *
玉米A植株 Co rn A plants Y = - 0.0633X 2+ 2. 5923X+ 103. 43 0. 703*
玉米B 植株 Corn B plant Y= 0. 0046X 2+ 0.2122X + 19. 291 0. 731*
油菜∀植株 Oilseed rape I plants Y= 0. 0028 X 2+ 0.1532X+ 2. 9886 0. 899* *
油菜∀种子 Oilseed rape I seeds Y = - 0.0008 X 2+ 0. 0336X+ 0. 7717 0. 914* *
油菜#植株 Oilseed rape #plants Y = - 0.0008 X 2+ 0. 0406X+ 3. 7206 0. 870* *
油菜#种子 Oilseed rape #seeds Y= - 0. 0164 X 2+ 0.1316X+ 0. 872 0. 945* *
苜蓿植株 Clover plants Y= 0. 0013 X 2+ 0.00459+ 12. 052 0. 355
*
P< 0. 05 ;
* *
P< 0. 01; P< 0. 05 R
2
= 0. 661; P< 0. 01 R
2
= 0.841; n= 5.
(表 5) .
从表 6可以看出, 作物产量和植株生物量与施
硫量的相关性除苜蓿外, 皆达显著或极显著水平, 如
油菜∀、油菜#的植株的生物量与施硫肥量极显著
相关;油菜 ∀、油菜 #、小麦的种子与施硫量也极显
著相关;小麦、玉米 A、玉米 B 的植株的生物量与施
肥量相关显著.
小麦、油菜 ∀、油菜#、玉米A、玉米 B及苜蓿植
株的生物量和植株含硫量以及小麦、油菜∀、油菜 #
的种子产量与种子含硫量的关系可以用直线方程来
描述(表 6) . 从表 6还可以看出,作物植株的生物量
与秸秆的含硫量除苜蓿相关性较差外, 其它作物的
相关性都达到显著水平, 尤其是小麦和油菜 ∀植株
的生物量与植株的含硫量相关性达到极水平显著,
R2分别达到 0. 447 和 0. 661. 这也在一定程度上说
明了硫素在植物的细胞构建及组织生长中起着不可
替代的作用.在作物种子产量与种子含硫量的相关
性中,油菜 ∀和油菜 #的种子产量与种子含硫量显
著相关,小麦的种子产量与种子含硫量也显著相关.
34 作物携带走的总硫量与土壤中有效硫和全 S
的关系
作物地上部分(植株和种子)携带走的总硫量通
表 6 作物秸秆生物量或种子产量 ( Y) 与作物秸秆含硫量或种子含
硫量(X )的回归方程
Table 6 Regression equation between biomass or grain yield( Y ) and
contents of S in plants or seeds( X )
关系
Relat ion
方程
Equat ion R
2
小麦种子产量与小麦种子含硫量
Contents of S in w heat seeds and
yield
Y= 20. 662X + 0. 992 0. 583* *
小麦秸秆生物量与小麦秸秆含硫量
Contents of S in w heat plant and
biomass
Y= 31. 693X + 2. 192 0. 447* *
油菜∀种子产量与油菜∀种子含硫量 Contents of S in oilseed rape ∀
seeds and yield
Y= 4. 805X + 0. 445 0. 250*
油菜∀秸秆生物量与油菜∀秸秆含硫量 Contents of S in oilseed rape ∀
plants an d biomass
Y= 4. 914X - 0. 055 0. 661* *
油菜#种子产量与油菜#种子含硫量 Contents of S in oilseed rape #
seeds and yield
Y= 4. 805X + 0. 538 0. 272*
油菜#秸秆生物量与油菜#秸秆含硫量 Contents of S in oilseed rape #
plants an d biomass
Y= 1. 542X + 2. 726 0. 250*
玉米 A 秸秆生物量与玉米 A 秸秆含硫量 Contents of S in corn A
plants an d biomass
Y= 603. 86X+ 77. 805 0. 254*
玉米 B 秸秆生物量与玉米 B 秸秆含硫量Contents of S in corn B plants
and biomass
Y = 68. 104X + 16. 236 0. 337*
苜蓿秸秆生物量与油菜秸秆含硫量
Contents of S in clover plants and
biomass
Y = 11. 165X + 10. 701 0. 130
* P < 0. 05; * * P < 0. 01; P < 0. 05, R 2= 0. 247; P < 0. 01, R 2 =
0. 388; n= 15.
过地上部分干物质重量乘作物含硫量计算.通过把
大盆和小盆 5个施硫水平分别进行计算, 同一施硫
水平的所有作物携带走的总硫(包括从大气中吸收
的 SO2)的总和平均,得每一施硫水平时每盆作物携
带走的总硫. 土壤的全硫和有效硫也为每一施硫水
平的平均值(表 7) .从表 7可以看出,大盆和小盆土
壤硫含量(有效硫和全 S)差别较大,这主要与这两
种土壤采自不同的地点及二者的自身性质有关; 对
于同一种土壤的不同施硫水平, 全硫的差别相对不
大,这主要是由于土壤全硫一般相对较稳定,变动幅
度不大.不同施硫水平有效硫差别相对较大,这与施
表 7 作物携带走的总硫量与土壤中有效硫和全 S含量
Table 7 Total S in crops, available S and total S in soils
施硫水平
S levels
小盆 Small pot
S0 S1 S2 S3 S4
大盆 Big po t
S0 S1 S2 S3 S4
作物总硫T otal S in 4. 9 7. 2 8. 2 9 7. 9 14. 6 21. 1 36. 1 28. 5 24. 6
crops( mg!po t- 1)
土壤全硫T otal S 145 151 150 159 160 285 291 300 295 312
in so ils( mg!kg- 1)
土壤有效硫Ava ilable S 33. 73 38. 63 40. 68 44. 7 46. 36 42. 44 45. 88 46. 62 47. 36 50. 16
in so ils( mg!kg- 1)
12638 期 崔岩山等:施用硫肥对几种作物与牧草产量和硫素含量的影响
入的硫量有很大的关系. 作物从土壤吸收的硫素与
土壤中有效硫和全 S相比,要远远小的多,但作物从
土壤吸收的硫素在小盆中随着施硫量的增加而增
加,在大盆中作物从土壤吸收的硫素在施硫量为 10
mg!kg- 1达到了最高, 这可能是作物吸硫对土壤中
硫素含量需求较高,而小盆土壤的有效硫和全硫含
量比大盆土壤低的缘故. 由于大气中的 SO2 对作物
硫素具有重要的补偿作用, 作物中的硫素有一部分
来自于大气中的 SO2. 因此,作物从土壤中携带走的
硫素要小于表中的数值. 作物携带走的硫量在 10
mg!kg - 1或 20 mg!kg- 1时达到最高, 并没有随有效
硫的增加而一直增加,这是因为小麦、玉米、苜蓿在
10 mg!kg - 1和油菜在 20 mg!kg - 1时生物量、产量及
含硫量均达到了最高.
4 结 语
S 作为农作物生长和发育不可缺少的必需元素
之一,在不同的农作物中其含量不同. S 在同一种作
物不同部位分布不同, 一般为植株中的含硫量大于
种子中的含硫量.即使在土壤有效硫水平较高的条
件下, 增施一定量的硫肥也可提高作物产量和生物
量,并且使作物体内含硫量增加.同一作物植株与种
子中的含硫量呈显著正相关. 除苜蓿外,其它 3种作
物的生物量和产量与作物含硫量呈显著相关, 作物
的生物量和产量与施硫量也呈显著的相关性. 作物
方面从土壤中吸收的硫素开始时随土壤有效硫的增
加而增加,但在达到一定程度时,随着有效硫的增加
所吸收的硫素略有下降, 说明当土壤有效硫满足了
植物生理需求时, 再增施肥,不仅不能提高作物产量
和生物量,而且土壤中过多的硫还可能增加对环境
的负荷. 同时, 也有可能在较高 N、P、K、S 的环境
里,表现出其它营养元素可能成为限制作物增产的
因素.
参考文献
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作者简介 崔岩山, 男, 1975 年生,博士生, 主要从事农业生
态学及植物修复等研究. Email: cys72@ 263. net
1264 应 用 生 态 学 报 14卷