硫肥对油菜生长的影响研究进展

（1.铜仁学院，贵州 铜仁 554300；2.铜仁市创建国家环境保护模范城市办公室，贵州 铜仁 554300）

摘要：油菜是一种主要油料作物。目前土壤缺硫和潜在缺硫已经成为影响油菜生长及产量提高的限制因素，而产量潜力高的杂交油菜生长需要较多的硫肥，因此有效地施用硫肥在提高油菜产量方面有重要作用。不同形式硫肥在土壤中通过土壤微生物介导在相关酶作用下转化为硫酸根离子，硫素被油菜根系吸收的主要形态是土壤溶液中硫酸根离子形式。油菜的生长和产量与硫肥的施用量、土壤环境、施用时间及方式等因素相关。

关键词：油菜；硫肥；硫酸根离子；生长；产量

中图分类号：S565.4；S143 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）21-5441-04

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.21.001

Progress for Effect of Sulfur on Rapeseed Growth

WANG Rui1，2， PENG Wen-li1

（1.Tongren University， Tongren 554300， Guizhou， China；

2.Tongren Office of Establishing National Environmental Protection Model City， Tongren 554300， Guizhou， China）

Abstract： Rapeseed is one of major oilseed crops. Currently sulfur deficiencies of soil have became an restrictive factor influencing the growth and yield increase of rapeseed， but the rapeseed with high yield potential would demand more sulfur fertilizer， so to effectively apply sulfur fertilizer would be important to the increase of rapeseed yield. The different types of sulfur fertilizer in soil would be mediated and transformed into sulfate ions through concerned enzymes hydrolysis， and main forms of sulfur would be changed into sulfate ions in soil solution after being absorbed by rapeseed roots. Growth and yield of rapeseed are depending on the soil environment， rate， timing and methods of application and so on.

Key words： rapeseed； sulfur fertilizer； sulfate ion； growth； seed yields

油菜是一N主要油料作物，当前在北美、欧洲、澳大利亚和世界其他地方种植的油菜是双低油菜（油菜子粒芥酸含量低于2%且硫甙含量低于30 μmol/g），种植的双低油菜大部分被人类消费（http：///site/567/DesktopDefault.aspx？PageID=567#ancor）。为了抵抗外界病虫害的侵染，油菜植株其他组织中也含有较高水平的硫甙，一般蛋白质含量较高的油菜子中硫氨基酸含量比例相对较高，油菜的子粒和组织中含有的硫素量较大，因此，产量潜力较高的油菜对硫肥的需求量较大[1]。油菜对硫肥需要量是大麦的3～10倍，所以充足的硫肥是优化子粒产量的前提条件之一[2]。

硫作为一种需求量较大的元素对于植物生长中细胞内生物分子的催化作用及光化学功能的发挥起着重要作用，硫是2种重要氨基酸半胱氨酸（Cysteine）和蛋氨酸（Methionine）的组成元素，也是形成各种CoA、寡肽等，以及各种次生代谢产物不可缺少的营养元素[3]。由于硫元素电子状态的变化，硫能处在4种不同的氧化形态，即6价（Sulfate，SO42-）4价（Sulfite，SO32-）0价（Sulfur，S0）-2价（Sulfide，H2S），这些氧化形态在植物生长代谢过程中能充分发挥硫的生化特性和循环利用，SO42-首先用于细胞的增值合成，只有过量的SO42-才会用于植物的生长[4]。

1 硫肥影响油菜生长的作用机理研究

1.1 土壤中总硫的含量

土壤硫的含量取决于使用肥料的类型和土壤中有机物的残留量，长期试验表明土壤中硫的总含量不产生明显的积累，不施硫肥的田间总硫含量为1 392 kg/hm2，而长期试验使用有机肥的土壤总硫含量为1 808 kg/hm2[5]。中国长江流域0～20 cm耕层土壤中硫的含量为15.31 mg/kg[6]；对取自北美地区18个点的原始草地及其附近耕作区的0～10 cm表层土壤测量表明，其硫的含量分别为0.21～1.10 g/kg和0.15～1.20 g/kg[7]。

1.2 土壤中硫素的变化

SO42-形态的肥料是最重要的硫源，一般在土壤中总硫的含量少于5%，可以分为溶液态的和吸附态的SO42-。由于SO42-态的量在土壤溶液中占比较小并且为了在硫素的输入、矿质化、固定以及植物的吸收之间的平衡，从而导致土壤SO42-是不断变化的，表层土壤含硫量的变化是由于硫肥的施用和有机硫的矿质化[8]。SO42-的吸附与pH有关，pH越低吸附越强[9]。吸附的SO42-是植物可利用的有效硫素来源，硫的吸附可以看作是阻止土壤硫素流失的有效机制[8]。

1.3 硫素的矿质化和硫的固定

在土壤中，硫是在无机态和有机态之间不断循环的，不同的硫素是相互转化的，硫素的矿质化和固定是有微生物介导的过程。土壤中低含量的SO42-会刺激土壤微生物产生硫酸脂酶或者活化相关酶的活性，硫酸脂酶的活性受到土壤中SO42-的反馈抑制[10]。自然界土壤中Arylsulfatase（EC.3.16.1）是较早发现的酶之一，这种酶催化含硫脂键的有机物水解成无机态的SO42-离子，该酶的活性有赖于土壤的含水量、重金属的含量、pH、土壤有机碳的含量、有机肥的使用状况、土壤耕作情况及土壤取样时间等因素[11]。硫脂酶（Sulfatase）已从细菌中分离出来，但很少在植株根部中发现该酶。

2 硫肥对油菜生长的影响研究

2.1 大田硫素减少的原因

目前许多油菜种植地区都面临硫素缺乏的问题，早在20世纪80年代中期，欧洲由于大气沉降物中硫含量的减少，油菜种植中有硫素缺乏的报道。2005年美国也有50万hm2油菜缺硫的报道，在加拿大Prairie省有400万hm2的种植区缺硫以及更大的区域潜在缺硫。近年来中国大量无硫高浓度化肥和复合肥的使用比例不断增加，有机肥施用量却逐渐减少，硫投入量下降。与此同时，作物产量大幅度提高，从土壤中带走的硫量相应增多，土壤有效硫含量低于16 mg/kg的缺硫临界值，土壤硫普遍出现亏缺，缺硫面积不断扩大[6，12，13]。

硫的缺乏与土壤的性质有很大关系，缺硫通常出现在有机质含量低的地块，因为有机质的缺少而导致硫肥的矿质化程度低，土壤质地疏松会随着时间导致矿质硫从根区严重流失。随着油菜生产量的增加、高产的栽培管理措施、高产品种的使用、空气中含硫沉降物的减少，缺硫问题已在北美地区、欧洲、亚洲和澳洲等地出现。硫缺乏导致种植区油菜产量大幅度的减产，施用硫肥成为油菜高产种植中广泛推广应用的栽培管理措施之一，有统计表明，2006年在加拿大有3.36万t的硫酸铵被施用（http：//www.cfi.ca/files/publications/statistical documents/CFIretail stats 04-06-30.PDF）。中国油菜主产区土壤硫自然补给量小于产出量，土壤有效硫含量不断下降，油-稻和油-棉轮作区土壤硫消耗较多，土壤有效硫下降现象也日趋严重[12，14]。

2.2 油菜对硫肥的需求

油菜对硫肥的需求量要高于那些非十字花科作物，双低油菜较其他高硫甙的品种含硫量低，但相对于高硫甙的油菜品种，双低油菜对硫肥的需求量似乎并没有明显的减少。在英格兰用双低油菜和单低油菜品种进行对比研究表明，两品种在成熟期对硫肥的吸收总量相似，只是由于单低品种的硫甙含量高，而有较多的硫素分配在收获子粒中[15]。早期的研究表明，每生产100 kg的油菜需要约1.5 kg硫肥[16]。加拿大Prairie的较多研究表明，在Prairie每公顷硫肥的最佳用量为15～30 kg[4，17-20]。在澳洲油菜种植区，每公顷硫肥的推荐使用量为20～40 kg，欧洲的使用量是每公顷20～60 kg[21]。油菜生长对硫肥的需要量可能受到种植品种的影响，对5个双低油菜品种的研究指出，油菜品种与硫肥明显的互作对产量产生明显的影响，可能的原因与品种产量潜力有较大的关系[22]。目前种植的品种大部分是杂交油菜，比以前的老品种具有较高的增L潜力[23]。加拿大的研究表明，在给定的硫肥水平下杂交种比自由授粉种植的品种产量高，这与杂交品种能很好地从土壤中吸收硫有关[24，25]。

硫和氮是蛋白质的重要组成部分，两种营养元素的充分施用对于优化作物的产量关系密切。在硫肥供应不足的条件下施用太多的氮肥会导致作物营养的失衡，从而限制蛋白质的合成以及减少油菜的生长和产量；对于严重缺硫的土壤，氮肥的施用会加重土壤缺硫的产生，从而导致作物的减产[26]。中国的研究表明，氮肥与硫肥的配合使用能增加油菜产量，提高氮肥的利用率[6，12，13]。随着作物产量的增加，作物对硫素的需求也会相应增加[27]。对Saskatchewan北部高度缺硫土壤开展研究指出，在不施用硫肥的情况下把氮肥量从0增加到150 kg/hm2，油菜的产量会大幅减少；而当氮硫的使用量适宜时油菜产量会增加，这也证明了平衡施肥的重要性[19，28]。英格兰的研究也得到了相似的结果，即缺硫时大量使用氮肥会导致油菜大量的减产，氮肥和硫肥的配合施用会增加冬油菜的产量[29]。已有的研究表明氮硫的互作关系，即优化土壤中作物可利用的氮硫比率对于避免油菜减产是必要的，研究指出油菜生产较优的氮硫比率为5∶1～8∶1之间。目前的研究也指出在硫胁迫的条件下，增加氮硫比和氮肥的使用会减少作物的产量；但当硫的供应量增加到硫胁迫水平以上时，调整氮硫比对油菜产量不会产生显著影响，因此Karamanos等指出只要满足作物的营养需求，作物最优产量的获得不是氮硫比率的问题[20，28]。

硫肥使用也影响油菜的品质。研究表明，在土壤缺硫时油菜子粒的含油量随硫肥的施用而增加[19，26，28]。硫肥效应不同的年份也不同，其两年的结果相反[22]；但子粒的蛋白质含量会随硫肥的施用而增加[19，22]，也有研究结论指出蛋白质含量随硫肥的施用而减少，可能的原因是土壤缺硫时施用硫肥会增加油菜的产量而稀释了子粒的蛋白质含量[18]。硫甙是油菜中的含硫复合物，研究表明硫甙随硫肥的施用增加而增加，硫肥与氮肥的互作对油菜子粒中硫甙的含量影响显著，硫胁迫时增加氮肥会减少子粒硫甙的含量；而硫肥施用充足时硫甙的含量会增加。在双低油菜上的研究表明，大量施用硫肥对硫甙含量的增加量可以控制在双低的范围内，总的来讲施用硫肥综合效应是对油菜生产有利的[19，22]。

2.3 硫肥的施用时间、形态及使用方式

目前有较多的含硫肥料可以应用于油菜生产，包括二水硫酸钙、硫酸钾、硫酸铵、硫代硫酸铵和单质硫肥。植株吸收硫素首先通过根系从土壤溶液中吸收SO42-的硫，因此硫素被植株吸收以前必然要转化成硫酸根离子的形式才能被油菜生长利用。以二水硫酸钙、硫酸钾、硫酸铵的形式供应的硫素均为SO42-的形式，而硫代硫酸铵作为硫源则要将4价的硫氧化为6价的硫后被植株利用[30]。油菜对硫肥的不同供应形式的研究表明，SO42-形式的硫肥形态能在硫肥施用后的当年就对缺硫油菜产生作用，硫代硫酸铵在增加油菜产量方面的作用与硫酸铵相当[17]。硫酸铵作硫肥不需要氧化，硫素以溶液的形态转移到根区被作物吸收利用，故硫肥的施用能在春季进行[17，31]。硫肥秋季施用会在高湿的沙壤土地产生一定的流失而降低硫肥利用率， 但也能产生较好的效果[32]。春秋两季施用硫肥效率没有显著的差异，说明秋季施用的硫肥流失很少[17，31]。相比而言，在高湿条件下的研究发现硫肥的流失明显[4]。油菜对硫肥需求最大的时期在开花期和角果期，因此硫肥的施用时间弹性较大，可以推迟到抽薹早期而对缺硫土壤均能产生较好的效果[19]。

随着环境条件的不同，施用硫酸铵可能会在硫肥施用后的几年产生残留效应。加拿大Prairies的研究表明，施用硫酸铵20～30 kg/hm2能在之后2～4年内对硫胁迫的土壤产生作用，硫代硫酸铵也有相似的研究结论[33]。在干旱状况下，硫酸根离子的流失较少，硫酸根态的硫肥残留效应可能是由于硫素的回流使土壤硫的含量增加[32，33]。在潮湿的环境中，硫酸根的流失较大，其残留量较低。

硫酸铵的施用方法取决于土壤和天气状况。在湿度有利的环境中，很多的施用方式能给植物生长提供可以利用的硫肥。研究表明硫酸铵采用撒施、条施和点施3种施肥方式对油菜的产量影响相同[17]。3年的研究结果是条施比撒施的产量高，而随后2年的试验结果相一致，在相对干旱种植^域，硫肥条施相比于浅层撒施方式，这可能是肥料条施后的硫素能更有利于到达油菜的根区[28]。

2.4 硫肥的合理使用量研究

土壤测试是确定硫肥施用的常用研究方法，该法主要是提取土壤样中的硫酸根态的硫素[34]。由于田间取样的时间、地点不同，土壤中的硫酸根离子是不断变化的，这给土壤提取法确定油菜对硫肥的需求产生了某些不确定性[20]。植物组织检测也是确定油菜是否缺硫的方法之一，该法主要测量油菜成熟叶片中的硫含量，低于0.35%要施硫肥[21]；以及测定组织中含有的氮硫比，比值高于10～12时表明会产生硫胁迫[29]。

3 小结与展望

缺硫是当前油菜种植中的一个重要问题，相同的硫肥施用量时，双低杂交品种有较高的产量潜力，杂交种吸收利用硫肥的效率高。使用硫酸根形态硫肥的使用量在15～60 kg/hm2，应依据种植区的环境条件选择适宜的施用方法，提高和优化油菜产量。在油菜生产过程中，土壤缺硫产生硫胁迫时，在抽薹早期以前施用硫酸根形态的硫肥都是有效的，但使用效果略低于在油菜生长早期施用硫肥。

植物组织提取法确定硫肥的施用能较好地反映油菜的缺硫状况；对硫肥施用方式的研究较少，不同的研究其结果并不一致，需要加以研究；硫肥对油菜子粒品质的影响目前还没有比较确定的结果，有待进行更深入的研究。

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