全 文 ：不同轮作制对农田生态系统中土壤硫攫取
与归还途径的研究 3
王庆仁 3 3 　崔岩山
(中国科学院生态环境研究中心 ,北京 100085)
【摘要】　研究了我国北方地区主要轮作制度下 ,土壤2植物生态系统中硫的主要输入 (归还) 与输出 (攫取)
途径. 结果表明 ,在我国北方普遍推行的小麦2玉米轮作制中 ,作物收获物从土壤中攫取的硫素总量为每年
26. 4 kg·hm - 2 ,由根系和植物其它残留物归还给土壤的硫素为每年 6. 8 kg·hm - 2 ;在小麦2大豆轮作制中 ,
作物收获物从土壤中攫取的硫素总量为每年 24. 4 kg·hm - 2 ,对土壤的归还量为每年 7. 2 kg·hm - 2 ;而在
玉米2油菜轮作制中 ,收获物从土壤中攫取的硫量为每年 45. 4 kg·hm - 2 ,归还给土壤的硫量为每年 8. 7 kg
·hm - 2 ;其它作物如棉花、高粱、花生、水稻种植一季通过收获物从土壤中带走的硫量分别为每年 7. 9、6. 4、
6. 7 和 18. 9 kg·hm - 2 ,对土壤的归还量分别为每年 2. 6、1. 8、4. 3 和 5. 6 kg·hm - 2 . 通过对系统主要输入输
出通量的估算 ,几种主要农田生态系统硫盈亏的状况计算结果说明 ,供试作物皆存在硫亏缺状况 :小麦每
年 6 kg·hm - 2 、玉米 8. 5 kg·hm - 2 、油菜 24 kg·hm - 2 、水稻 7. 1 kg·hm - 2 .
关键词 　硫 　生态系统 　输入/ 输出 　农业 　轮作制度
文章编号 　1001 - 9332 (2003) 06 - 0935 - 06 　中图分类号 　S512. 1 　文献标识码 　A
Pathways of soil sulfur input and output in agro2ecosystem under different cropping rotations. WAN G Qing2
ren ,CU I Yanshan ( Research Center f or Eco2Envi ronmental Sciences , Chinese Academy of Sciences , Beijing
100085 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2003 ,14 (6) :935～940.
This paper mainly dealt with the pathways of sulfur (S) input and output in agro2ecosystems under general crop2
ping rotations in northern China. The results indicated that in a typical corn2wheat rotation system ,S output by
the crop products was 26. 4 kg·hm - 2 ,and 6. 8 kg·hm - 2 of S was returned to the soil through root and plant
residues. Under wheat2soybean rotation ,24. 4 kg·hm - 2 of S was removed from and 7. 2 kg·hm - 2 of S were re2
turned to the soil. Under the rotation of corn with rape ,up to 45. 4 kg·hm2 was taken out from and only 8. 7 kg
·hm - 2 returned to the soil ,respectively. 7. 9 ,6. 4 ,6. 7 and 18. 9 kg·hm - 2 of S output by products and 2. 6 ,
1. 8 ,4. 3 and 5. 6 kg·hm - 2 of S input by residues were obtained in cotton ,sorghum ,peanuts and paddy rice ,re2
spectively. Through estimation of S balance for these systems ,6 ,8. 5 ,24 and 7. 1 kg·hm - 2·yr - 1 of S was lost
from soil by growing wheat ,corn ,rape and paddy rice ,respectively.
Key words 　Sulfur , Ecosystem , Input , Output , Agriculture , Cropping rotation.3 国家自然科学基金资助项目 (39870134) .3 3 通讯联系人.
2000 - 12 - 11 收稿 ,2001 - 08 - 02 接受.
1 　引 　　言
硫是大气环境中重要的有害元素之一 ,过量存
在所形成的酸雨不仅对建筑设施、金属材料等产生
严重的腐蚀破坏作用 ,而且对生态系统、人类健康与
居住环境等易带来许多不利影响[10 ] . 然而 ,硫又是
一切生物正常发育不可缺少的营养元素 ,是生命物
质的结构组分且参与生物体内许多重要的生化反
应 ,缺硫条件下植物的正常生长会严重受阻 ,甚至枯
萎、死亡[17 ,18 ] . 植物的硫素来源主要是土壤无机硫、
有机硫的自然矿化与生物分解 ,也可通过植物叶片
吸收部分大气中的 SO2 [11 ,16 ] . 在农业生态系统中 ,
不仅大气中的含硫化合物可通过干湿沉降过程进入
土壤 ,施肥、灌水、植物残落物以养分形式归还等 ,也
对土壤硫库产生重要的补偿作用[13～15 ] . 而作物收
获物、未还田的植物秸杆、地表径流、土壤侵蚀、淋
失、土壤与植物挥发等是土壤硫素输出的主要途径 ,
由此形成土壤硫素的生物地球循环. 然而 ,不同作物
对土壤硫的需求量存在着很大差异. 据报道 ,十字花
科植物如油菜 ( B rassica napus L . ) 较其他作物的需
硫量高 ,通常每生产 100 kg 籽粒需硫约 1. 5 kg[12 ] ,
油菜产量一般为 1～3. 5 t·hm - 2 ,是大麦生产同样
产量需硫量的 3～10 倍[2 ,5 ] . Nad 等[9 ]用35 S 标记试
验证明 ,硫吸收与利用总量以芥茉 ( B rassica j uncea)
最高 ,其次是豇豆 ( V igna unguiculata L . ) 和绿豆
( V igna radiata) . Colton 等 [3 ]报道 ,在 2 t·hm - 2的
产量水平下 ,Canola (双低油菜) 由籽粒从土壤中带
应 用 生 态 学 报 　2003 年 6 月 　第 14 卷 　第 6 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,J un. 2003 ,14 (6)∶935～940
走的硫达 20 kg·hm - 2 ,小麦为 4 kg·hm - 2 ,而羽扇
豆 ( L upi nus L . ) 也只有 8 kg·hm - 2 . Holmes[6 ]指
出 ,冬油菜需硫量约为 60～80 kg·hm - 2 ,而大多数
其他农作物和饲料作物吸收硫的范围是 8～4 kg·
hm - 2 .为此 ,弄清植物收获物等对土壤硫素的攫取
以及通过残落物归还、施肥、灌水等对土壤硫素的主
要输入途径 ,对于正确分析和了解一个特定生态系
统的硫素平衡与盈亏状况具有重要意义.
2 　材料与方法
211 　硫素输入、输出途径定量化确定
　　在对系统进行分解、剖析的基础上 ,对主要轮作制度的
不同作物在成熟期进行典型区域随机采样 (样品数各为 10
～20 个) ,并在室内分作不同部位 ,70 ℃48 h 烘干称重以计
算各部位所占比例 ,然后磨碎、测定. 由分析结果分别进行系
统硫素输入、输出主要途径的定量化描述. 研究基地以北京
市郊昌平区为主并延伸至怀柔、河北的丰宁县与内蒙古的多
伦县. 作物收获时设置样方 (5 m ×5 m) ,分别调查测定收获
物与残落物数量与比例. 昌平区主要轮作制度为小麦2玉米 ,
平均产量分别为 4 125～5 625 kg·hm - 2和 4 500～6 000 kg·
hm - 2 . 施肥量通常为单季 N 300 kg·hm - 2 、P 150 kg·hm - 2 ,
主要是尿素 (含 N 46 %) 和磷酸二铵 (含 N 18 %、含
P2O546 %) .有机肥用量为 2 000 kg·hm - 2 (0～4 500 kg·
hm - 2) . 采用机械播种与收获 ,小麦秸杆往往直接还田处理 ,
玉米秸杆用作家畜饲料.
212 　样品分析测定
土壤全硫用干灰化法 ,植物全硫用 HNO32HClO4 消化 ,
土壤有效硫用 Ca ( H2 PO4) 2 浸提 ,BaSO4 比浊法测定 ;大气硫
用野外吸附法采样 ,盐酸副玫瑰红比色法测定 ;水样采用还
原法、次甲基蓝比色法测定 [8 ] .
213 　分析计算
对该区主要大田作物进行产量、作物各部分所占比例的
调查考种与采样分析 ,包括几种典型的作物种植、轮作制度.
根据作物经济产量、生物量、不同部分各占比例的调查结果 ,
作物不同部位的硫浓度等计算各生物组分的硫素总量以及
作物的需硫量. 然后依据种植习惯、对作物残留物的利用方
式等确定作物收获与残落物硫素的输出与归还量. 对土壤与
植物硫化物的挥发释放速率引用已有的研究结果. 通过径
流、土壤侵蚀带出系统的硫量根据当地降雨量、降雨频度、径
流系数、侵蚀模数以及土壤含硫量等进行计算求得.
214 　系统中硫的盈亏与平衡运算
以某一轮作制度的特定土壤2作物生态系统作为一个独
立的系统单元 ,分析各种输入与输出该系统的可能途径 ,输
入与输出量之差即为该系统的硫盈亏状况. 某些偶然或不可
预测因素 (如火山喷发、沙尘暴、火灾、工矿区的点源污染以
及地震、洪水等自然灾害)对系统硫输入、输出量的影响并未
考虑在内.
3 　结果与讨论
311 　农田生态系统中硫的主要生物循环途径
　　自然生态系统中硫的主要来源是土壤中含硫成
土矿物与土壤有机硫的矿化、分解 ,天然降水所携带
的硫 (湿沉降) 、含硫飘尘的自然沉降 (干沉降) 以及
植物通过叶片气孔从大气中直接吸收的硫 (主要是
SO2) . 而农田生态系统中硫的输入除了上述途径
外 ,施肥、灌水等人为活动起了决定性的作用 (图
1) . 尤其是过去大量含硫化肥 (如硫酸铵、普通过磷
酸钙等)以及农家肥的施用 ,对土壤硫库起到了重要
的补偿作用 ,从而使农田生态系统中土壤的缺硫现
象长期得以掩盖[17 ,18 ] .
　　农田生态系统中硫的主要输出途径一般是以作
物籽粒为主要收获物的农产品 ,作物秸杆用于造纸、
制糖等形成的工业产品 ,用作家畜饲料转化成的肉、
蛋、奶、毛等牧产品. 某些偏远、欠发达地区以作物秸
杆作为主要能源以及近年来一些地区出现的秸杆气
化等 ,燃烧过程中造成部分以 SO2 形式的气态损
失 ,另一部分则残留在灰烬中 ,如果能以肥料形式归
还土壤 ,也可起到一定的补偿作用 (图 1) .
　　含硫肥料的施用、灌水中的硫以及大气硫的干
湿沉降通常可直接进入土壤溶液 ,而植物根系、残落
物、动物排泄物等主要以有机形态存在 ,进入土壤中
往往需经微生物分解后才能为植物提供有效硫源.
土壤溶液硫与吸附态硫可以相互转化 ,往往处于动
态平衡过程中 ,也易于因地表径流、灌、降水淋溶等
造成损失. 而在水田生态系统中 ,淹水条件下土壤微
生物还易于产生土壤硫的还原作用 ,导致硫以 H2 S
的形态挥发损失或与游离的 Fe、Al 等形成硫化物沉
淀 ,失去对植物的有效性 (图 1) .
312 　不同作物的需硫量差异
　　研究结果表明 ,作物对硫的需求量因品种和生
育期而异 ,十字花科植物、百合科植物、油料作物往
往需硫量较高 ,而禾谷类作物的需硫量较低. 然而 ,
即使同一作物 ,需硫量也因不同栽培种而存在一定
差异 ,如低硫甙、低芥酸的双低油菜需硫量反而往往
高于传统的油菜栽培种[16 ] . 作物苗期植株体内的硫
浓度通常较高 ,随着生育期的逐渐推移 ,植物个体发
育逐渐成熟 ,虽硫浓度有所下降 ,但吸收、累积总量
往往呈持续增加趋势 (图 2) [19 ] .
　　作物成熟期植株体内的硫浓度反映了不同植物
对硫需求量的差异 ,而不同部位的硫浓度一方面反
639 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷
图 1 　旱作与水田条件下农田生态系统中硫素的主要输入、输出途径
Fig. 1 Sulfur input and output in agro2ecosystems of upland and paddy fields.
图 2 　油菜不同生育期的含硫量变化
Fig. 2 Changes of tissue S concentration and total uptake by oilseed rape
during development .
Ⅰ. 硫总量 Total S ; Ⅱ. 硫浓度 S concentration ( %) .
映了不同作物对硫的吸收和分配比率 ,同时也可说
明由作物收获物攫取的硫量 (表 1) . 表 1 结果表明 ,
籽粒平均硫浓度以油菜最高 ,达 0. 5 %以上 ;其次是
棉花、大豆和水稻 ,分别为 0. 28 %～0. 13 % ;高粱含
量最低 ,仅 0. 03 %. 根系的平均硫浓度以花生最高 ,
其次是水稻和小麦 ,棉花的硫浓度最低. 花生根系硫
浓度较高的原因可能与向果实的就近转运有关.
313 　作物从系统中攫取与归还的硫量
　　在求得作物各部分的硫浓度后 ,根据不同器官
在作物生物总量中所占的比例 (如玉米根、茎、叶、果
实分别为 10. 35 %～18. 87 %、25. 81 %～40. 26 %、
6. 25 %～18. 78 %、35. 45 %～48. 78 % ;小麦分别为
7. 85 %～18. 98 %、35. 65 %～42. 31 %、4. 56 %～
8. 88 %、35. 65 %～48. 38 %)以及不同作物的生物总
量与经济产量 (表 2) ,确定各不同器官累积的硫总
量 (表 3) .
表 1 　不同作物各部位的硫浓度 3
Table 1 Sulfur concentration in various parts of crops ( %)
作物
Crops
根 Root
范围
Range
平均
Mean
标准差
S. E. D.
茎 Stem
范围
Range
平均
Mean
标准差
S. E. D.
叶 Leaf
范围
Range
平均
Mean
标准差
S. E. D.
籽粒或果实 Seed or fruit
范围
Range
平均
Mean
标准差
S. E. D.
玉米 Corn (10) 3 0. 014～0. 328 0. 097 0. 043 0. 002～0. 241 0. 17 0. 086 0. 051～0. 52 0. 153 0. 099 0. 018～0. 324 0. 041 0. 074
小麦 Wheat (20) 0. 165～0. 183 0. 174 0. 013 0. 003～0. 184 0. 132 0. 068 0. 136～0. 155 0. 144 0. 011 0. 039～0. 073 0. 056 0. 026
油菜 Rape seeds(11) 0. 102～0. 205 0. 132 0. 098 0. 283～0. 485 0. 312 0. 115 0. 256～0. 468 0. 346 0. 216 0. 425～0. 628 0. 535 0. 124
高粱 Sorghum(10) 0. 038～0. 167 0. 098 0. 049 0. 012～0. 188 0. 081 0. 052 0. 013～0. 366 0. 113 0. 101 0. 011～0. 062 0. 033 0. 031
大豆 Soybean (12) 0. 004～0. 259 0. 098 0. 061 0. 022～0. 311 0. 142 0. 096 0. 049～0. 829 0. 196 0. 176 0. 093～0. 215 0. 148 0. 042
棉花 Cotton (13) 0. 02～0. 107 0. 069 0. 025 0. 048～0. 281 0. 169 0. 095 0. 090～1. 05 0. 485 0. 265 0. 122～0. 398 0. 275 0. 095
花生 Peanut (14) 0. 180～0. 321 0. 237 0. 074 0. 062～0. 341 0. 226 0. 112 0. 172～0. 431 0. 266 0. 148 0. 029～0. 143 0. 073 0. 058
水稻 Paddy rice (18) 0. 046～0. 235 0. 184 0. 088 0. 078～0. 246 0. 182 0. 068 0. 550～0. 182 0. 168 0. 078 0. 087～0. 195 0. 133 0. 0433 括号内的数字为相应作物的样本数 Data in parentheses mean the number of samples.
7396 期 　　　　　　　　　王庆仁等 :不同轮作制对农田生态系统中土壤硫攫取与归还途径的研究 　　　　　　　　
表 2 　几种主要作物的经济产量与生物总量调查结果
Table 2 Total and economical yields of different crops ( kg·hm - 2)
作物
Crops
经济产量
Economical yields(kg·hm - 2)
范围
Range
平均
Mean
标准差
S. E. D.
生物总量
Total biomass
范围
Range
平均
Mean
标准差
S. E. D.
玉米 Corn 4500～6750 5625 1800 9045～15000 13329 3188
小麦 Wheat 3750～6000 5250 1500 8835～13980 12069 2844
油菜 Rape seeds 1200～2400 1950 600 7770～12375 9864 1985
高粱 Sorghum 2700～4800 3750 1230 8835～10485 9665 1283
大豆 Soybean 2250～3000 2700 420 8535～10995 9441 1653
棉花 Cotton 900～1800 1200 375 3195～4890 4529 852
花生 Peanuts 1200～2250 1650 480 3855～5385 5061 1023
水稻 Paddy rice 4500～7200 5700 1425 10350～14445 13319 1692
根据调查测定结果 ,作物各部分以残落物形式归还
于土壤的比例通常为 :根系对小麦、水稻、大豆为
100 % ,玉米、高粱、油菜为 85 % ,花生为 76 % ;茎对
于小麦、水稻为 15. 2 % ,其它作物为 6. 8 % ;叶片对
玉米、高粱为 13. 6 % ,小麦、水稻、花生为 43. 5 % ,其
它作物为 72. 3 %. 据此计算不同作物以残留物形式
归还于土壤的硫量以及作物以收获物形式从土壤中
攫取的硫量 (表 4) .
314 　自然与人为过程对系统输入、输出硫量的估算
　　自然与人为过程对土壤硫库的输入主要包括天
然降水、干沉降、植物对大气硫吸收、含硫肥料施用
与灌溉水中所携带的硫. 对土壤有效硫库的补充 ,必
然包括土壤矿物硫和有机硫的矿化分解. 而对土壤
硫的输出 ,除了作物收获物以外 ,还包括地表径流、
土壤侵蚀、淋溶侧渗、土壤与植物硫化物的挥发等损
失. 据 Ivanov 等[7 ]报道 ,雨水中的含硫量通常为 0. 7
±0. 2 mg·L - 1 ,雪中的含硫量为 0. 32 mg·L - 1 ,干
沉降速率 0. 2 (0. 1～0. 5) cm·sec. - 1 ,浓度为 0. 6 ±
0. 2μg·m - 3 ,一般植物对大气中 SO2 的直接吸收率
为 0. 6 cm·sec. - 1 . 极端试验件下 ,植物所需硫的
25 %～80 %可通过对大气硫的直接吸收供给[14 ,15 ] .
硫从系统中的挥发释放量也不同 ,如盐沼向大气层
释入的硫化物可达每年 3. 5～650 g·m - 2硫 ,湿润与
干旱带森林分别为每年 0. 88 和 0. 023 g·m - 2硫 ,农
作物以玉米田的释放率最高 ,为每年0. 273 g·m - 2
硫[1 ] . 对 于 含 硫 肥 料 , 普 通 化 肥 的 含 硫 量 以
(N H4) 2 SO4 最高 ,达 24 % , K2 SO4 为 16 %～22 % ,普
通过磷酸钙为 12 % ,重过磷酸钙仅为 1 %. 有机肥的
含硫量通常为 0. 1 % (0. 01 %～0. 5 %) ,灌溉水 (地
下水)中的含硫量为 0. 03 %(0 %～0. 1 %) [17 ] .
　　在硫的输出途径中 ,地表径流与降雨强度、土地
坡度、土壤水溶性硫含量以及植被覆盖度等密切相
关 ,集中、大量降雨往往使土壤的水溶性硫带出该系
统. 而土壤侵蚀除了降雨强度、坡度、植被外 ,还与土
壤结构、紧实度以及土壤总硫含量等因素密切相关.
表 3 　不同作物各部分所吸收累积的硫素总量
Table 3 Total amount of S accumulated in various parts of crops ( kg·hm - 2)
作物
Crops
根 Root
范围
Range
平均
Mean
标准差
S. E. D.
茎 Stem
范围
Range
平均
Mean
标准差
S. E. D.
叶 Leaf
范围
Range
平均
Mean
标准差
S. E. D.
籽粒或果实 (棉花) Seed or fruit
范围
Range
平均
Mean
标准差
S. E. D.
玉米 Corn 0. 87～2. 15 1. 98 0. 87 5. 23～7. 24 6. 84 2. 32 1. 32～2. 88 2. 51 0. 62 1. 88～2. 65 2. 31 0. 56
小麦 Wheat 1. 12～2. 88 2. 69 0. 98 5. 08～6. 99 6. 13 1. 99 0. 82～1. 12 0. 90 0. 18 1. 97～3. 08 2. 94 0. 23
油菜 Rape seed 2. 21～3. 38 2. 95 1. 02 13. 25～16. 26 15. 34 3. 25 2. 11～2. 89 2. 66 0. 99 8. 88～12. 13 10. 43 2. 34
高粱 Sorghum 0. 88～2. 01 1. 47 0. 65 2. 58～3. 01 2. 78 0. 86 0. 98～1. 43 1. 11 0. 12 0. 65～1. 46 1. 24 0. 46
大豆 Soybean 0. 66～2. 12 1. 69 0. 92 5. 18～6. 82 6. 07 1. 21 0. 88～1. 65 1. 44 0. 34 3. 56～4. 18 4. 00 0. 38
棉花 Cotton 0. 35～1. 34 0. 88 0. 28 2. 62～3. 01 2. 72 0. 12 1. 89～2. 34 2. 15 1. 01 3. 03～3. 88 3. 30 0. 13
花生 Peanuts 2. 66～4. 18 3. 61 0. 76 2. 88～3. 48 3. 29 0. 54 0. 78～1. 32 1. 14 0. 43 0. 98～1. 56 1. 20 0. 32
水 稻 Paddy rice 1. 89～4. 45 3. 55 1. 24 6. 86～9. 28 8. 60 1. 21 1. 43～1. 99 1. 61 0. 65 6. 68～9. 12 7. 58 1. 21
表 4 　不同作物以收获物从土壤中攫取以及以残留物归还土壤的硫量
Table 4 Amounts of S taken up and returned to soils by products and residues( kg·hm - 2)
作物
Crops
根
Root
范 围
Range
平均
Mean
茎
Stem
范 围
Range
平均
Mean
叶
Leaf
范 围
Range
平均
Mean
籽粒 (果实)
Seed (fruit)
范 围
Range
平均
Mean
作物累积硫总量
Total S uptake
范 围
Range
平均
Mean
收获物带走量
S output
范 围
Range
平均
Mean
残留物归还量
S returned
范 围
Range
平均
Mean
玉米 Corn 0. 74～2. 08 1. 98 0. 36～0. 49 0. 47 0. 18～0. 39 0. 34 1. 88～2. 65 2. 31 9. 30～19. 42 17. 45 8. 03～16. 45 14. 66 1. 27～2. 97 2. 78
小麦 Wheat 1. 12～2. 88 2. 69 0. 77～1. 06 0. 93 0. 36～0. 49 0. 39 1. 97～3. 08 2. 94 8. 997～17. 0 15. 82 6. 47～12. 64 11. 80 2. 25～4. 43 4. 01
油菜 Rape seeds 1. 88～3. 18 2. 95 0. 90～1. 11 1. 04 1. 53～2. 09 1. 92 8. 88～12. 1310. 43 26. 45～39. 66 36. 63 22. 14～33. 28 30. 72 4. 31～6. 38 5. 91
高粱 Sorghum 0. 75～1. 71 1. 47 0. 18～0. 20 0. 19 0. 13～0. 19 0. 15 0. 65～1. 46 1. 24 5. 09～10. 91 8. 23 4. 03～8. 80 6. 42 1. 06～2. 11 1. 81
大豆 Soybean 0. 66～2. 12 1. 69 0. 35～0. 46 0. 41 0. 38～1. 72 1. 04 3. 56～4. 18 4. 00 10. 28～18. 77 15. 68 8. 88～14. 47 12. 53 1. 40～4. 30 3. 15
棉花 Cotton 0. 35～1. 34 0. 88 0. 18～0. 20 0. 19 1. 37～1. 69 1. 56 3. 03～3. 88 3. 30 7. 89～13. 57 10. 46 6. 00～10. 33 7. 85 1. 89～3. 24 2. 62
花生 Peanuts 2. 02～3. 18 3. 61 0. 20～0. 24 0. 22 0. 34～0. 57 0. 50 0. 98～1. 56 1. 20 7. 30～15. 54 10. 98 4. 74～11. 55 6. 65 2. 56～3. 99 4. 33
水稻 Paddy rice 1. 89～4. 45 3. 55 1. 04～1. 41 1. 31 0. 62～0. 87 0. 70 6. 68～9. 12 7. 58 16. 86～26. 84 24. 45 13. 31～20. 11 18. 89 3. 55～6. 73 5. 56
839 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷
表 5 　农田生态系统中土壤硫的盈亏状况估算
Table 5 Estimation on prof it and loss of soil S in agro - ecosystems( kg·hm - 2·yr - 1)
输入途径
Pathway
of export
输入量 Input rate
玉米
Corn
小麦
Wheat
油菜
Rape
seed
水稻
Paddy
rice
输出途径
Pathway of import
输出量 Output rate
玉米
Corn
小麦
Wheat
油菜
Rape
seed
水稻
Paddy
rice
盈亏平衡 Balance
玉米
Corn
小麦
Wheat
油菜
Rape
seed
水稻
Paddy
rice
植物残落物 2. 78 4. 01 5. 91 5. 56 作物收获物 14. 66 11. 80 30. 72 18. 89 - 11. 9 - 7. 8 - 24. 8 - 13. 3
Residue return Products
施入肥料 0. 2 0. 2 0. 2 0. 2 地表径流 2. 0 2. 0 2. 0 2. 0 - 1. 8 - 1. 8 - 1. 8 - 1. 8
Fertilizer supply Ground runoff
灌水 9. 0 7. 5 6. 5 12. 0 土壤侵蚀 7. 8 7. 8 7. 8 7. 8 1. 2 - 0. 3 - 1. 3 4. 2
Irrigation water Soil erosion
干湿沉降 3. 94 3. 94 3. 94 3. 94 土壤与植物挥发 0. 0014 0. 0014 0. 0014 0. 08 3. 9 3. 9 3. 9 3. 9
Sedimentation Release from soil and plant
总计 Total 15. 92 15. 65 16. 55 21. 70 24. 46 21. 60 40. 52 28. 77 - 8. 54 - 5. 95 - 23. 97 - 7. 07
　　根据区域气象资料与地形、地貌条件 ,按年平均
降雨量 670 mm (450～890 mm) 、年集中降雨 2 次
(每次平均降雨 > 50 mm) 、地形坡度 3°～5°、径流量
每年 200 m3·hm - 2 (每年 80～320 m3·hm - 2) 、侵蚀
模数每年 26 000 kg·hm - 2 (年 20 000～3 200 kg·
hm - 2)估算 ,并根据实际测定结果 ,土壤全硫 300
mg·kg - 1 (130～470 mg·kg - 1) 、水溶性硫 10 mg·
kg - 1 (4～16 mg·kg - 1) ,由地表径流和土壤侵蚀带
出系统的平均硫量分别为每年 2 kg·hm - 2和 7. 8 kg
·hm - 2 .
　　另据 Goldan 等[4 ]报道 ,旱作条件下 ,土壤与植
物挥发的硫主要是有机硫化物 ,包括 COS (羰基
硫) 、DMS (二甲基硫) 、CH3 SH (甲基硫醇) 、DMDS
(二甲基二硫) 、CS2 (二硫化碳) 等 ,挥发速率每年达
0. 14 (0. 016～0. 273) g·m - 2 ,水田条件下不仅 DMS
的释放速率高 (每年 2. 4～7. 3 mg·m - 2 ) ,还产生
H2 S 释放 ,各种硫的释放总量为每年 8 mg·m - 2 . 这
是否与我国的情况相符 ,需要进一步研究.
315 　不同轮作制系统中硫的平衡与盈亏状况估算
　　根据现有研究结果 ,以几种主要作物为例 ,进行
土壤硫盈亏状况平均值的估算 (表 5) . 结果表明 ,小
麦、玉米、油菜、水稻生态系统中 ,土壤硫的输入总量
为每年 15. 6～21. 7 kg·hm - 2 ,输出通量为 21. 6～
40. 5 kg·hm - 2 ,亏缺量为 6～24 kg·hm - 2 . 同理可求
得种植其它几种作物的土壤硫盈亏状况. 在长期种
植制度下 ,土壤硫库的亏缺部分主要来自土壤矿物
态硫和土壤有机硫的矿化分解. 土壤的全硫含量为
50～600 mg·kg - 1 ,即耕层 (15 cm) 有效土体含硫可
达 1 125～13 500 kg·hm - 2 . 尽管土壤中大部分硫以
有机态或土壤矿物态存在 ,需经矿化分解后才能为
植物生态系统提供有效的硫源 ,这充分说明了土壤
对植物生态系统所蕴藏的供硫潜力.
　　在小麦2玉米轮作制中 ,土壤硫的年输入总量平
均为 31. 5 kg·hm - 2 ,输出总量平均为 46. 1 kg·
hm - 2 ,亏缺 14. 6 kg·hm - 2 ;在玉米2油菜轮作制中 ,
年输入总量平均为 32. 5 kg·hm - 2 ,输出总量平均达
65. 0 kg·hm - 2 ,亏缺 32. 5 kg·hm - 2 ;小麦2大豆轮作
制中 ,年输入总量平均为 31. 9 kg·hm - 2 ,输出总量
平均为 43. 9 kg·hm - 2 ,亏缺 8. 0 kg·hm - 2 . 单季稻
和双季稻对土壤硫的亏缺量分别为每年 7. 1 和14. 2
kg·hm - 2 .
4 　讨 　　论
　　我国北方农田生态系统中硫素的输入途径主要
是植物残落物归还、大气硫的干湿沉降、植物对气态
硫的直接吸收以及施肥、灌水等人为活动. 输出途径
主要有作物收获物携带、土壤侵蚀、地表径流以及土
壤与植物通过叶片气孔所造成的损失等. 从上述几
种轮作制度分析 ,对土壤生态系统硫素的攫取量皆
高于归还量 ,尽管统计来源和计算结果可能与某些
具体情况有一定出入 ,特别是火力发电厂、金属、石
油冶炼等工业区附近 ,大气污染使 SO2 对生态系统
具有重要的补偿作用 ,植物吸收与干湿沉降速率皆
较高 ,可能会成为生态系统中硫的主要来源. 从大农
业区域和总体情况分析 ,该区土壤硫库处于不断减
少的状态. 其中 ,尤以玉米2油菜轮作体系导致土壤
硫素的亏缺最为严重 ,显然是由于油菜的需硫量明
显高于其它作物所致. 从生态系统的养分循环考虑 ,
为维持土壤肥力 ,促进农业生态的可持续发展 ,土壤
硫的亏缺部分应该以人为方式进行适当归还.
　　值得注意的是 ,上述硫素盈亏的结果是借助于
有限的资料和近年来的部分研究结果整理推算而
来 ,其中某些资料来源于国外的相关研究 ,是否符合
当地的生态和生产条件 ,有待于进一步研究和验证.
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作者简介 　王庆仁 ,男 ,1958 年生 ,博士 ,副研究员 ,主要从
事土壤污染防治与农业环境生态方面的研究 ,发表论文 50
余篇. E2mail :grwang @mail. ifas. ufl. edu049 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷