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豫葛
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1 中国农业科学 2010,43(2):32328 Scientia Agricultura Sinica doi: /j.issn 长期施用含硫与含氯肥料对水稻产量及其构成要素的影响沈浦, 李冬初, 高菊生, 徐明岗, 王伯仁, 侯晓娟 ( 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 / 农业部作物营养与施肥重点开放实验室, 北京 ) 摘要 : 目的研究长期施用含硫酸根氯离子的肥料对南方红壤水稻产量及其构成要素的影响方法统计分析长期施用含硫酸根氯离子肥料的稻田耕层土壤中 SO4 Cl 含量变化及其与早晚水稻产量的关系结果长期施用含 SO4 肥料,SO4 S 含量在土壤中表现为前期上升, 后期下降, 其含量变化与早晚稻总产量呈显著负相关长期施用 Cl Cl +SO4 SO 4 肥料,3 个处理早稻和晚稻历年平均产量分别为 kg hm 2 和 kg hm 2, 以施 Cl 处理产量最高施 SO4 处理 15 年后水稻产量下降迅速, 显著低于施 Cl 处理, 至 2000 年后又平缓上升, 各处理之间无显著差异施氯处理土壤 SO4 S 含量维持在 mg kg 1 左右, 未出现缺硫现象结论在南方红壤丘陵区水田上长期施用含硫肥料易导致土壤 SO4 S 过量累积, 对水稻生长存在一定风险, 施用含氯肥料效果要好于含硫肥料关键词 : 水稻 ; 长期施肥 ; 含硫肥料 ; 含氯肥料 ; 产量 ; 构成要素 Effects of LongTerm Application of SulphurContaining and ChlorideContaining Chemical Fertilizers on Yield and Its Components of Rice SHEN Pu, LI Dongchu, GAO Jusheng, XU Minggang, WANG Boren, HOU Xiaojuan (Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Plant Nutrition Cycling, Ministry of Agriculture, Beijing ) Abstract: Objective Effects of longterm application of sulphurcontaining and chloridecontaining chemical fertilizers on yield and its components of rice were studied in southern red soil. Method The concentration of SO 4 and Cl in paddy soil, and its relationship with yield of early and late rice were analyzed after longterm application sulphurcontaining and chloridecontaining, chemical fertilizers using the statistical method. Result The concentration of SO 4 S in paddy soil increased first and then decreased later after longterm application of sulphurcontaining chemical fertilizers, and total yield of early and late rice were showed a negative correlation with concentration of SO 4 S significantly. The average yields of early rice ( ) were , , kg hm 2, and the yields of late rice were , , and kg hm 2, respectively, after longterm application of Cl, Cl +SO 4, SO 4 fertilizers. The yield was the highest under Cl treatment. Yield of rice in SO 4 treatment declined rapidly after 15 years of fertilization and was less than that of Cl treatment significantly, but increased slowly after 2000, and the yield of the three treatments showed no significant difference. The concentration of SO 4 S maintained mg kg 1, and the symptom of sulphur lack did not appear. Conclusion The concentration of SO 4 was accumulated easily in southern hilly area paddy soil after longterm application of sulphurcontaining fertilizers, which resulted in the risks of rice growth, the effects of longterm application of chloridecontaining fertilizers was better than sulphurcontaining fertilizers. Key words: rice; longterm fertilization; sulphurcontaining fertilizers; chloridecontaining fertilizers; yield; component 收稿日期 : ; 接受日期 : 基金项目 : 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目 (20084) 国家十一五重点科技支撑计划项目 (2006BAD05B BAD02A14) 作者简介 : 沈浦, 硕士研究生 Tel: ; shenpuych@163.com 通信作者高菊生, 高级农艺师 Tel: ; gjusheng@163.com

2 2 期沈浦等 : 长期施用含硫与含氯肥料对水稻产量及其构成要素的影响引言研究意义硫和氯是作物生长发育所必需的营养元素, 以 SO 4 Cl 等有效形态被作物吸收, 对水稻等作物的生长发育具有重要作用 [12] 硫氯元素常伴随化肥进入土壤 [35], 以至于很多研究者往往忽视这两种元素对作物的影响, 由于水稻对硫氯需要量相对较少, 短期试验往往达不到研究的需要, 因此利用长期试验研究施用硫氯肥料对水稻产量及其构成要素的影响具有重要的意义前人研究进展国内外研究认为, 施用含硫肥料可以促进水稻生长发育改善品质和增加产量 [68], 改良土壤环境和提高土壤氮磷等养分含量 [910] 邹长明等研究发现, 长期施用含硫肥料, 植株和土壤中 SO 4 S 都有明显积累, 造成土壤酸度增加, 氧化还原电位下降, 从而导致土壤理化性质恶化, 影响水稻对其它营养元素的吸收, 对水稻产量形成产生负面影响 [11] 施用含氯肥料, 一般 Cl 不会在稻田生态系统中大量累积, 且常规施肥带入的 Cl 对非盐渍化土壤上的作物不会产生氯害 [115] 有效穗数穗粒数和千粒重是水稻产量构成的三大要素, 其相互制约对水稻产量产生影响 [1617] 不同种类肥料对水稻产量构成的影响不同本研究切入点这些关于硫氯肥料对水稻生长和土壤性质影响的研究多为短期试验, 对于长期施用硫氯肥料, 其对水稻产量如何影响尚缺乏系统的研究拟解决的关键问题通过分析南方红壤稻田长期施用含硫酸根氯离子肥料后, 土壤中 SO 4 Cl 累积情况, 早晚稻产量及其构成要素 ( 有效穗数穗粒数千粒重 ) 的历年变化资料, 研究长期施用 Cl Cl +SO 4 SO 4 肥料对水稻产量及其构成要素的影响, 为南方红壤地区硫氯肥料的科学合理施用提供理论和实践依据 1 材料与方法 1.1 供试土壤长期定位试验于 1975 年在中国农业科学院红壤实验站稻田上开展试验地处湖南省祁阳县文富市镇官山坪村, 属于典型中亚热带地区, 丘陵地形, 年均温度 17.8,>10 的活动积温约为 5 648, 无霜期为 293 d, 年均降雨量为 mm 试验小区面积为 25 m 2, 水稻插植规格 : 早稻为 20 cm 20 cm, 晚稻为 20 cm 25 cm 试验水稻品种为当地常用品种, 3 5 年更换一次种植制度为早稻晚稻冬闲试验开始时 (1975 年 ) 土壤基本性质为 :ph 6.85; 有机质 22.3 g kg 1 ; 全磷 0.28 g kg 1 ; 碱解氮 mg kg 1 ; 速效磷 18.2 mg kg 1 ; 速效钾 mg kg 1 ; 缓效钾 mg kg 1 ; 含 SO 4 S 为 30.1 mg kg 1,Cl 为 31.8 mg kg 1 试验设置 3 个处理处理 1:SO 4 处理, 施用化肥 (NH 4 ) 2 SO 4 + K 2 SO 4 + 过磷酸钙 ; 处理 2:Cl + SO 4 处理, 施用尿素 + 过磷酸钙 + KCl; 处理 3:Cl 处理, 施用 NH 4 Cl + KCl + KH 2 PO 4 处理 1 3 重复 4 次, 处理 2 重复 2 次, 作为 2 个处理之间的隔离区, 小区之间采用水泥埂隔开各处理氮磷钾肥料用量相同, 均作基肥于水稻移栽前一次性施入, 每季水稻分别为 N 150 kg hm 2,P 2 O 5 75 kg hm 2,K 2 O 225 kg hm 2 处理每季带入的 SO 4 S 分别为 kg hm 2 ; 带入的 Cl 分别为 kg hm 2 施用的肥料为当地农民常用的化肥, 尿素按含 N 46%, NH 4 Cl 按含 N 25%,(NH 4 ) 2 SO 4 按含 N 20%, 过磷酸钙按含 P 2 O 5 12% S 9%,KH 2 PO 4 按含 P 2 O % K 2 O 34. 6%,KCl 按含 K 2 O 60%,K 2 SO 4 按含 K 2 O 50% 计算 1.2 取样分析与数据统计方法在水稻生长季节定期进行田间观察和调查, 每年早晚稻成熟期进行考种及测定稻谷产量有效穗数穂粒数和千粒重土壤 SO 4 S 用 Ca(H 2 PO 4 ) 2 浸提, BaSO 4 比浊法 ;Cl 用水浸提,AgNO 3 滴定法本文分析了年长期施用含硫与含氯肥料试验的稻谷产量有效穗数穗粒数和千粒重等历年产量性状及土壤中 SO 4 S Cl 含量变化数据, 用 Excel 和 DPS 等软件对相关性及处理间差异性进行统计分析 2 结果 2.1 长期施用含硫与含氯肥料对水稻产量的影响通过对年产量数据的统计分析, 长期施用 Cl Cl +SO 4 与 SO 4 肥料, 早晚稻产量随施肥年份均呈下降趋势 ( 图 1) 3 个处理历年平均产量表现为 Cl 处理高于 Cl +SO 4 处理,SO 4 处理产量最低,3 个处理早稻产量分别为 kg hm 2, 晚稻分别为 kg hm 2 早晚稻 Cl 处理相比 SO 4 处理分别增产 kg hm 2 a 1 不同于氮磷钾等大量元素, 硫氯元素在土壤中积累或缺少是需要较长的时间过程加上外界环境的影响, 其对水稻生长的影响更缓慢本试验过程中, 施硫和施氯 ( 缺硫处理 ) 的下水稻产量呈现出 3

3 324 中国农业科学 43 卷图 1 早晚稻各处理产量变化 ( ) Fig. 1 Change of yield in early rice (left) and late rice (right) ( ) 个明显阶段 ( 表 ) 在 1990 年 ( 试验进行 15 年 ) 以前, 各处理之间水稻产量无显著差异, 且水稻产量随年份上下波动, 无明显的下降趋势年, 各处理产量开始缓慢下降, 尤其是施硫处理, 其早晚稻产量均显著低于施氯处理 ( 缺硫处理 ), 主要原因是长期施硫造成土壤理化环境的恶化, 土壤 ph 和氧化还原电位 (Eh) 下降, 这部分结果已有报道 [11] 2000 年以后至今, 各处理水稻产量又出现平缓上升趋势, 施硫处理与施氯处理 ( 缺硫 ) 之间无显著差异该试验结果表明, 在南方红壤丘陵区, 水稻不施硫,33 年之后没有发生明显缺硫症状, 这主要与大气和灌溉水等能供应水稻生长所需的硫营养有关长期施硫处理, 由于土壤中 SO 4 极易随水流走, 水稻产量到后期缓慢回升的这种变化趋势与土壤 SO 4 含量变化有关表不同阶段各处理早晚稻平均产量差异 Table Differences in average yield (kg hm 2 ) of early and late rice in different periods ( ) 季别处理施肥年份 Year 平均产量 Season Treatment Average yield (kg hm 2 ) 早稻 Early rice Cl a a a a Cl +SO a ab a a SO a b a a 晚稻 Late rice Cl a a a a Cl +SO a a a a SO a b a a 同一列不同字母表示处理间达显著差异 (P<0.05) Values in same column followed by a different letter were significant difference at 0.05 level among the treatments 2.2 土壤中 SO4 S Cl 累积及其对水稻产量影响由图 2 可知, 试验前期 ( ) 长期施 SO 4 处理土壤 SO 4 S 含量显著上升, 最高达 mg kg 1 后期 (2000 年后 ) 受土壤大气环境及其气候等因素影响, 土壤 SO 4 S 含量显著下降至 2008 年土壤有效硫含量下降至 52.9 mg kg 1 施 Cl 处理土壤 SO 4 S 含量维持在 26.5 mg kg 1, 与试验前土壤相比没有显著的上升或下降, 其含量也显著高于土壤缺硫临界值 (10 15 mg kg 1 ) Cl Cl +SO 4 SO 4 处理 ( ) 的 SO 4 S 平均含量分别为 mg kg 1, 其中,SO 4 处理 >Cl + SO 4 处理 >Cl 处理, 处理间差异显著长期施用 SO 4 处理 ( 无氯肥料 ), 土壤中的 Cl 含量呈显著下降趋势, 由试验前土壤的 mg kg 1 下降至施肥 33 年后的 mg kg 1, 减少了 45.66%; Cl +SO 4 处理土壤中 Cl 含量变化不明显, 多年维持在 mg kg 1 左右 ;Cl 处理土壤中 Cl 呈现一定的累积, 施肥 33 年后, 土壤中 Cl 含量上升至 mg kg 1, 比试验前土壤增加了 22.04% 由此可知, 在南方红壤丘陵水田上, 长期施用含

4 2 期沈浦等 : 长期施用含硫与含氯肥料对水稻产量及其构成要素的影响 325 图 2 长期施用含硫与含氯肥料土壤中 SO4 S Cl 累积 Fig. 2 The accumulation of SO 4 S, Cl in soil after longterm application of sulphurcontaining and chloridecontaining fertilizers 硫肥料, 由于土壤 SO 4 S 含量累积, 导致土壤酸度增加, 氧化还原电位降低, 从而易生成有害物质 (H 2 S), 抑制水稻根系及地上部生长本试验结果也表明, 长期施 Cl 肥料 ( 不施硫肥 ),33 年后土壤有效硫含量显著高于水稻缺硫临界值, 未出现缺硫症状由于水稻抗氯性强 ( 水稻耐氯临界值为 266 mg kg 1 ), 长期施用含氯肥料理论上不会对水稻生长发育产生毒害为进一步探讨长期施用含硫含氯肥料对水稻生长发育影响, 对水稻年总产量和土壤 SO 4 S Cl 含量进行相关分析 ( 图 3) 在长期施用含硫或含氯肥料下, 早晚稻年总产量与土壤中 SO 4 S 含量呈显著负相关由此可知土壤中适量的 SO 4 S 浓度通常有利于水稻增产, 过量 SO 4 在土壤中累积, 易于在还原性强的水田环境生成有害物质 (H 2 S), 从而对水稻生长发育造成不良影响, 导致水稻产量显著下降由于受水稻品种改善, 环境保护加强引起大气硫沉降越来越少, 以及土壤硫易流失等因素影响, 试验后期 (2000 年后 ) 土壤有效硫含量迅速下降, 其对水稻产生的负面影响随之消失, 水稻产量逐渐增加水稻为耐氯性强作物, 长期施用含氯肥料, 土壤 Cl 含量累积极缓慢, 因此长期施氯不会对水稻产生不良影响 2.3 长期施用含硫与含氯肥料对水稻产量构成要素影响长期施用 Cl Cl +SO 4 SO 4 等肥料, 处理间有效穗数穂粒数和千粒重变化趋势基本一致随着施肥年份的增加, 各处理总体有效穗数呈上升趋势, 其中, 晚稻有效穗数呈极显著上升 (R 2 = **,n=45) 各处理总体穂粒数呈显著上升趋势 ( 早稻 :R 2 = **, n=54; 晚稻 :R 2 = *,n=45), 而总体千粒重呈极显著下降趋势 ( 早稻 :R 2 = **,n=54; 晚稻 : R 2 = **,n=45)( 图 4) 长期施用 SO 4 肥料, 早晚稻平均每穂实粒数分图 3 土壤中 SO4 S Cl 含量与早晚稻总产量的相关关系 Fig. 3 Correlation relationship between concentration of SO 4 S and Cl in paddy soil and total yield of early and late rice

5 326 中国农业科学 43 卷图年 3 个处理总体产量构成要素变化趋势 Fig. 4 General trends of yield components in the three treatments ( ) 别比施用 Cl 肥料高 5.1% 和 5.7%; 处理间有效穗数及千粒重无显著差异 3 讨论一般研究认为, SO 4 Cl 随肥料施入土壤后, 由于土壤胶体带负电荷,SO 4 及 Cl 易淋失而不会在耕层土壤累积本研究发现, 长期施用含硫氯肥料在一定程度上会引起土壤中 Cl SO 4 的累积, 且 Cl SO 4 的累积量会随着施肥量的增加而增加, 邹长明樊军等对施含硫氯肥料的研究, 也有相似结果 [1819] Cl SO 4 都是阴离子, 会与 NO 3 HPO 4 等离子竞争, 其含量的增加会对土壤养分平衡及水稻吸收养分产生一定的影响有研究表明, 施 SO 4 可以增加 NO 3 的淋失量, 而 Cl 可以抑制 NO 3 的生成从而提高氮的利用率 [20] Cl SO 4 都是致酸离子, 其在土壤中累积易造成土壤 ph 下降, 从而对水稻生长发育及产量造成一定的影响 [5,20] 另外, 由于稻田的厌氧环境,SO 4 累积易产生 H 2 S 等还原性物质, 造成水稻的黑根及引起水稻生长发育不良 [18], 致使水稻产量下降本试验施肥前期,SO 4 处理有效硫随施肥年份总体呈现显著上升趋势,2000 年后土壤中 SO 4 S 含量呈现显著的下降趋势这可能是由于土壤对 SO 4 达到最大吸附量时, 其含量不再继续增加 [21], 而会随灌溉降雨等淋洗作用在土壤剖面下层累积 [19] 近些年由于国家对环境保护的要求越来越严格, 特别是 1997 年后制定的新工业三废排放试行标准, 进一步对大气中 SO 2 的排放总量做了要求, 各省市也相应地提出了控制 SO 2 排放的具体要求, 致使由大气干湿沉降进入土壤的硫相比之前也有所减少 [223] 另外, 由产量分析得知,2000 年后 SO 4 Cl + SO 4 处理的产量有一定程度的增加, 即从土壤中带走的硫量也相应的增加, 致使施肥后期土壤中 SO 4 含量下降与此同时,SO 4 含量下降在一定程度上也减少了土壤的酸化及土壤中的还原性物质, 对水稻生长发育及产量的不良影响程度也相应的减少长期施用 Cl 和 SO 4 肥料, 施肥前期 ( 年 ) 早晚稻平均产量分别在 kg hm 2 以上, 而 1990 年后 Cl SO 4 处理产量都有大幅度的下降趋势, 且 SO 4 处理产量显著低于 Cl 处理产量,2000 年以后, 各处理产量又呈上升趋势原因可能是由于长期施用 SO 4 肥料, 造成土壤 SO 4 迅速积累 [18,24], 致使土壤环境恶化, 有效养分含量下降, 影响水稻对养分元素 ( 如 P Fe Mo B Mg Cl) 的吸收转化及其生长发育, 从而导致水稻产量的下降 [11,25] ; 而施肥到一定年份 (2000 年以后 ), 由肥料带入的 Cl SO 4 及其它元素对土壤的影响达到一定限度, 土壤酸度不再增大 [18], 且随着灌溉雨水及作物残体分解等作用将各种营养元素带入土体, 在一定程度上改良了土壤条件, 增加了土壤有效营养元素含量, 也改善了水稻生长的环境, 因而稻谷产量有所增加长期无硫

6 2 期沈浦等 : 长期施用含硫与含氯肥料对水稻产量及其构成要素的影响 327 处理, 水稻未表现出缺硫症状, 主要是由于大气的干湿沉降及灌溉水中能够带入硫进入土壤, 致使土壤中 SO 4 含量保持在 mg kg 1 左右除此之外, 不同年份的气候在一定程度上存在差异 [26], 且本试验历年使用的水稻品种为当地常用品种, 而品种自身的遗传特性差异可能会对水稻的产量及其构成要素产生影响, 对此还需进一步研究 4 结论 4.1 南方红壤丘陵区水田上长期施用含硫肥料易导致土壤 SO 4 S 含量过量累积, 从而导致土壤环境恶化, 对水稻生长产生负面影响, 这种影响会随着土壤 SO 4 S 含量的降低而迅速消失 4.2 施硫肥料处理 15 年以后 (1990 年 ), 早晚稻产量显著低于施氯肥料 ( 无硫 ) 处理, 至 2000 年后各处理产量又平缓上升, 各处理之间无显著差异施氯处理土壤的 SO 4 S 含量维持在 mg kg 1 左右, 未出现缺硫现象 4.3 长期施用含 SO 4 与 Cl 肥料, 水稻历年平均产量以施 Cl 肥料最高长期施用含硫肥料, 由于土壤 SO 4 S 含量累积, 对水稻生长存在一定风险因此在南方红壤丘陵区水田上施用含氯肥料效果要好于含硫肥料致谢 : 含硫与含氯肥料长期定位试验是刘更另院士在 1975 年布置的, 秦道珠邹长明李绪花陈铭潘顺秋等先后参加过试验工作, 在此一并致谢 References [1] Vong P C, Dedourge O, Guckert A. Immobilization and mobilization of labeled sulphur in relation to soil arylsulphatase activity in rhizosphere soil of fieldgrown rape, barley and fallow. Plant and Soil, 2004, 258: [2] Islam M M, Ponnamperuma F N. Soil and plant tests for available sulfur in wetland rice soils. Plant and Soil, 1982, 68(1): [3] 刘更另, 李绪花, 秦道珠. 长期施用硫酸盐肥料对土壤性质和水稻生长的影响. 中国农业科学, 1989, 22(3): Liu G L, Li X H, Qin D Z. Effects of longterm sulfate fertilizer application on rice growth and paddy soils. Scientia Agricultura Sinica, 1989, 22(3): (in [4] 李祖章, 陶其骧, 范业成, 刘光荣. 氯浓度容量对红壤性稻田水稻影响的研究. 江西农业学报, 1991, 3(2): Li Z Z, Tao Q X, Fan Y C, Liu G R. The study of chlorine ion capacity on rice plant in red paddy field. Acta Agriculturae Jiangxi, 1991, 3(2): (in [5] 高菊生, 秦道珠, 刘更另, 徐明岗, 邹长明. 长期施用含 SO 4 和 Cl 肥料对水稻生长发育及产量的影响. 耕作与栽培, 2002(4): Gao J S, Qin D Z, Liu G L, Xu M G, Zou C M. Influence of longterm application of SO 4 containing or Cl containing fertilizers on rice growth and development and yields. Tillage and Cultivation, 2002(4): (in [6] 邓纯章, 龙碧云, 侯建萍. 我国南方部分地区农业中硫的状况及硫肥的效果. 土壤肥料, 1994(3): Deng C Z, Long B Y, Hou J P. Sulphur contents and effect of sulphur fertilizer in south China. Soils and Fertilizers, 1994(3): (in [7] 刘崇群, 曹淑卿, 陈国安, 吴锡军. 中国南方农业中的硫. 土壤学报, 1990, 27(4): Liu C Q, Cao S Q, Chen G A, Wu X J. Sulphur in the agriculture of China. Acta Pedologica Sinica, 1990, 27(4): (in [8] 范业成, 叶厚专. 江西硫肥肥效及其影响因素研究. 土壤通报, 1994, 25(3): Fan Y C, Ye H Z. Study on effect and influencing factors of sulphur fertilizer. Chinese Journal of Soil Science, 1994, 25(3): (in [9] 杨晓兰, 杨树青, 李雄, 黄小林, 谢军. 硫肥在水稻上的肥效试验. 江西农业学报, 2005, 17(2): Yang X L, Yang S Q, Li X, Huang X L, Xie J. Experiment in effect of sulphur fertilizer on rice. Acta Agriculturae Jiangxi, 2005, 17(2): (in [10] 蒋永忠, 吴金桂, 娄德仁, 宁运旺. 作物对硫的需求及施用硫肥的效果. 江苏农业科学, 1995(2): Jiang Y Z, Wu J G, Luo D R, Nin Y W. Sulphur demands for crops and effect of application of sulphurcontaining fertilizer. Jiangsu Agricultural Sciences, 1995(2): (in [11] 邹长明, 高菊生, 王伯仁, 申华平. 长期施用含硫化肥对水稻产量和养分吸收的影响. 土壤通报, 2006, 37(1): Zou C M, Gao J S, Wang B R, Shen H P. Effects of longterm application of sulfurcontaining chemical fertilizers on yield and nutrient uptake by rice. Chinese Journal of Soil Science, 2006, 37(1): (in [12] 毛知耘, 周则芳, 石孝均, 刘洪斌. 植物氯素营养与含氯化肥科学施用. 中国工程科学, 2000, 2(6): Mao Z G, Zhou Z F, Shi X J, Liu H B. Chlorine nutrition of plant and applation of chlorinecontaining fertilizers. Engineering Science, 2000, 2(6): (in

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