氮和硫施肥对春小麦生物量中磷和硅含量与吸收的影响

《Agronomy》：Impact of Nitrogen and Sulphur Fertilisation on Phosphorus and Silicon Content and Uptake by Biomass of Spring Wheat Hanna Klikocka, Anna Podle?na and Janusz Podle?ny

　　

氮和硫是植物最重要的营养元素之一（与碳、氢、氧并列），也是构成植物有机物质的主要元素。本研究假设，轻质土壤（始成土）天然无法满足春小麦对氮和硫的需求，进而影响植物生物量中磷和硅的含量。因此，为确定氮和硫在特定生长阶段对这两种元素含量和吸收的影响，研究人员进行了一项为期三年的田间试验，使用了不同剂量的氮（0、40、80和120 kg ha?1）和硫（0、50 kg ha?1），并在特定生长阶段（BBCH 30–31：叶片；BBCH 55–59：全株；BBCH 89–90：籽粒和秸秆）测定含量和吸收。结果表明，施用氮和硫肥对研究物候阶段植物体磷和硅的含量与吸收有显著的增加作用。总体而言，随着氮肥施用剂量的增加，植物体和籽粒产量也随之增加。研究发现，硫对春小麦绿重、秸秆和籽粒的增加具有有益影响。还观察到氮和硫施肥显著影响了所研究阶段植物各部位Si:P比的增长。磷和硅含量之间存在显著的正相关，表明这两种元素并非相互拮抗。相比之下，植物磷含量与硅吸收之间存在负相关。在氮和硫施肥条件下，植物对硅的吸收更强，Si:P比的增加以及植物平均累积的硅是磷的3.5倍的事实证明了这一点。硅的最高含量出现在BBCH 30–31和BBCH 55–59阶段植物的绿色部分，而在BBCH 89–92阶段，秸秆中的硅含量接近其一半，籽粒中的硅含量则要低一千倍。

研究背景与目的

作为全球重要的主粮作物，春小麦的产量和品质受到养分管理的深刻影响。氮和硫是植物生长发育所必需的关键营养元素，与碳、氢、氧共同构成植物有机物质的基础。然而，在特定的土壤环境下，例如本研究关注的轻质始成土，天然供应的氮和硫可能不足以满足春小麦的生长需求。这种养分限制不仅直接影响产量，还可能通过复杂的元素互作，间接影响其他关键元素如磷和硅在植物体内的含量、吸收与动态平衡。尽管已有大量关于氮肥或硫肥对作物影响的研究，但关于氮硫配施如何影响春小麦不同发育阶段（特别是在关键物候期）磷和硅的含量、吸收以及两者比例（Si:P比）的系统性研究尚存空白。因此，为填补这一研究空白，明确氮硫施肥对磷硅营养的调控效应，本研究应运而生。

研究方法概述

本研究在波兰东南部马利采村的一块始成土上，进行了为期三年（2009-2011年）的田间试验。供试春小麦品种为‘Tybalt’。试验采用裂区设计，设置了4个氮水平（0、40、80、120 kg N ha^-1）和2个硫水平（0、50 kg S ha^-1），共8个处理组合，4次重复。试验过程中详细记录了气象数据，并在三个关键物候期（BBCH 30–31、BBCH 55–59、BBCH 89–92）采集植物样本（叶片、全株、秸秆和籽粒）。采用标准化的化学分析方法（包括流动分析仪测定磷，电感耦合等离子体质谱仪测定硅）测定了样本中的磷和硅含量，并计算了其吸收量及Si:P比。数据采用方差分析和Tukey检验进行统计分析，并计算了皮尔逊相关系数以揭示各性状间的关联。

研究主要结果

3.1. 春小麦的风干质量

氮肥和硫肥的施用均能显著提高春小麦在各物候阶段（BBCH 30–31、55–59、89–92）的生物量（风干质量）产量。其中，硫肥平均使生物量增产4.87%。氮肥在40 kg ha^-1时即显著提高叶片和茎秆产量，在80 kg ha^-1时显著提高全株和籽粒产量。天气条件（特别是谢利亚尼诺夫水热系数）对产量有显著影响，2011年相对湿润的条件最有利于产量形成。

3.2. 磷

硫肥对BBCH 30–31阶段的磷含量和吸收无显著影响，但显著提高了BBCH 55–59阶段及成熟期秸秆和籽粒中的磷含量与吸收，平均分别提高4.38%和9.22%。高氮（120 kg ha^-1）降低了BBCH 30–31阶段的磷含量，但各施氮处理均显著提高了该阶段的磷吸收。在成熟期，随着氮肥用量增加，秸秆中磷含量下降，但磷吸收量在80和120 kg N ha^-1时显著提高。籽粒磷含量在高氮下有所下降，但吸收量增加。氮硫交互作用对全株（BBCH 55–59）和秸秆中的磷含量有显著影响。

3.3. 硅

硫肥显著提高了所有研究阶段生物量中硅的含量和吸收，平均分别提高13.02%和14.41%。随着氮肥用量的增加，各阶段硅的含量和吸收也均显著增加。硅在籽粒中的含量和吸收量比营养器官（叶片、全株、秸秆）低近一千倍。氮硫交互作用显著影响了全株和秸秆中的硅含量。

3.4. Si:P 比值

硫肥和氮肥的施用均显著提高了BBCH 30–31、55–59阶段生物量及成熟期秸秆中的Si:P比值，表明在这些阶段，植物累积的硅多于磷。在籽粒中，由于磷含量远高于硅，计算了P:Si比，结果表明硫肥和氮肥显著缩小了P:Si比。天气条件影响了营养器官的Si:P比。

3.5. 所研究性状之间的相关性

相关分析表明，生物量产量与磷吸收、硅含量及吸收呈高度正相关。磷含量与硅含量呈显著正相关，但与硅吸收呈高度负相关。这证实了磷和硅之间不存在拮抗作用，但在氮硫施肥条件下，植物对硅的吸收竞争力更强。

讨论与结论

讨论部分深入探讨了氮硫施肥影响春小麦生物量、磷硅营养的内在机制。研究指出，硫通过参与蛋白质合成等多种生化功能，与氮协同作用，优化作物生长。氮是关键的产量构成因子，而硫的添加可以改善氮的利用效率，减少损失。在磷营养方面，结果呈现复杂性：高氮可能降低某些阶段的磷浓度（稀释效应），但通过提高生物量而增加了总吸收量；硫肥则普遍促进了中后期磷的吸收。对于硅，研究证实春小麦是硅的“积累者”，硅主要沉积在营养器官的表皮细胞壁中形成硅质层，起机械保护和减少蒸腾等作用。氮硫配施显著增强了硅的吸收，可能与改善了根系生长和土壤条件有关。本研究最重要的发现之一是揭示了磷和硅之间的正向关系，而非拮抗，并且氮硫施肥通过提高Si:P比，强化了植物对硅的累积。这可能是由于硅通过改变根际环境、竞争土壤吸附位点等方式，提高了磷的有效性，同时硅自身在植物抗逆中的作用也可能因氮硫供应而增强。

研究结论如下：

在始成土上对Tybalt春小麦施用氮和硫的研究表明，二者对磷和硅的含量、吸收以及Si:P比均有显著影响。观察到氮、硫施肥和天气条件对春小麦绿重、秸秆和籽粒生长的影响。研究证实了磷和硅含量之间存在显著正相关，表明这两种元素并非相互拮抗。然而，在氮和硫施肥条件下，植物对硅的吸收更强（负相关），Si:P比的增加以及植物平均累积的硅是磷的3.5倍的事实证明了这一点。硅的最高含量出现在BBCH 30–31和BBCH 55–59阶段植物的绿色部分，在BBCH 89–92阶段，秸秆中的含量近其一半，而籽粒中的含量则要低一千倍。

基于本研究，推荐在供试土壤和气候条件下，施用最高80 kg ha^-1的氮肥并补充50 kg ha^-1的硫肥。该施肥方案可保证春小麦获得有利的产量，并为植物积累磷和硅提供最佳环境。

（解读文章全文约1500汉字）