《Frontiers in Plant Science》：Sulfur fertilization optimizes maize yield through nutrient regulation and biomass responses in six contrasting soils of Northeast China
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推荐：本综述通过两年田间试验，系统探究了硫肥在东北六种典型土壤（黑土、风沙土、白浆土、暗棕壤、黑钙土、盐碱土）中对春玉米产量的调控机制。研究发现，适量施硫可显著提升玉米籽粒产量，其核心机制在于优化抽雄前氮、硫（S/N）养分协同吸收，促进早期生物量积累，并提高同化物向籽粒的再分配效率，而非单纯依赖抽雄后同化作用。本文为东北温带春玉米系统的土壤特异性硫管理提供了科学依据。
引言：重新凸显的硫素限制
硫作为一种必需的大量元素，在作物生长、蛋白质合成、酶活化和氮代谢中扮演着关键角色。然而，由于大气硫沉降减少、有机肥投入降低以及高浓度氮磷肥（不含硫）的广泛应用，硫缺乏已重新成为限制玉米生产的一个重要因素。东北是中国主要的玉米产区，土壤类型多样，理化性质与硫供应能力差异显著，这为探究硫介导的“养分-生物量”调控机制是否在不同土壤中具有保守性，或其效应是否受土壤特异性硫供应能力调控提供了绝佳的自然框架。尽管该地区硫缺乏问题日益受到关注，但关于硫肥如何调控不同土壤类型下玉米产量形成机制的理解仍很有限。
材料与方法：两年六土五梯度试验设计
为解答上述问题，研究团队在2019-2020年，于吉林省选取了六种代表性的旱作土壤类型（白浆土、暗棕壤、黑土、风沙土、黑钙土、盐碱土）进行田间试验。所有试验点均采用随机区组设计，设置了五个硫肥梯度（S0, S30, S60, S90, S120 kg S ha-1），同时保持氮、磷、钾肥投入量一致，以排除氮硫互作的混杂效应。供试玉米品种为当地广泛种植的高产杂交种良玉99。研究测定了成熟期的籽粒产量及其构成要素（穗粒数、千粒重），并在抽雄期和成熟期采集植株样品，测定其干物质产量，以及氮、硫的积累、化学计量与再分配动态。数据分析采用了非线性回归、路径分析等多种统计方法，以解析各生理性状对产量形成的直接与间接贡献。
结果揭示：硫肥增产的普遍性与土壤特异性
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产量响应：增产显著，最优施硫量因土而异
为期两年的试验数据清晰地表明，硫肥施用能显著提高六种土壤上的玉米籽粒产量。通过二次非线性回归拟合，研究人员计算出各土壤类型在两年间的最优施硫量范围在54至102 kg S ha-1之间。其中，黑土和风沙土对硫肥的增产响应最为显著，而盐碱土的响应最弱。在最优施硫量下，与不施硫对照相比，硫肥使玉米产量增加了2.5%至25.8%。
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产量构成：穗粒数与千粒重双驱动
硫肥增产主要归因于穗粒数和千粒重的协同增加。路径分析结果显示，除盐碱土外，在其他五种土壤中，单位面积穗数对最终产量的直接影响不显著，而穗粒数和千粒重则对产量有显著的正向贡献。这表明，在研究的种植密度下，硫肥主要通过优化单穗的产量潜力来提升整体产量。
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养分调控：优化氮硫协同，促进前期积累
硫肥施用深刻影响了玉米的氮、硫养分动态。中等硫肥用量显著增加了抽雄期和成熟期植株对硫和氮的吸收总量。更重要的是，硫肥改善了植株体内的氮硫化学计量比。不施硫处理氮硫比偏高，表明硫相对缺乏；而适量施硫使氮硫比维持在8-9的较优生理范围，这有利于蛋白质合成和酶功能。硫肥还增加了抽雄前养分积累占总积累量的比例，为后期籽粒灌浆提供了充足的“储备”。
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生物量动态：强化前期生长，提高同化物再分配
硫肥对生物量积累和分配的影响模式与养分动态高度一致。适量施硫显著促进了抽雄前的生物量积累，而抽雄后的生物量增加相对有限。相关性分析表明，在所有土壤类型上，抽雄前生物量与最终籽粒产量的相关性均强于抽雄后生物量，其中以黑土的相关性最高。
硫肥还显著提高了生物量从营养器官向籽粒的再分配效率及其对籽粒的贡献率。与不施硫相比，施用S60至S90处理使生物量再分配效率从5.0%提升至11.6%-11.7%，其对籽粒的贡献率也从7.7%增加至17.8%。伴随养分和生物量的高效再分配，作物的收获指数也从S0的40.8%提高至S30-S90的42.6%-42.7%。
讨论与结论：硫肥调控的“养分-生物量”协同框架
本研究通过跨土壤类型的系统分析，揭示了硫肥提升玉米产量的核心生理生态机制。研究发现，硫肥并非仅仅作为矫正缺硫症状的“急救”措施，而是作为养分调控网络中的关键一环，通过促进抽雄前的早期生长、优化氮硫养分的协同吸收与平衡，进而显著增加抽雄前的生物量库容。这个强大的前期生物量“源”，不仅直接决定了穗分化和籽粒建成潜力（影响穗粒数），还为灌浆期提供了可被高效再动员的养分和同化物储备，最终通过提高千粒重和收获指数来实现产量提升。
该“硫-氮协同→前期生物量积累→高效再分配→产量提升”的调控框架在不同土壤类型中表现出保守性，但其效应强度受到土壤固有硫供应能力的显著调节。例如，在黑土和风沙土上效应最强，而在受多重逆境限制的盐碱土上效应最弱。这强调了土壤特异性管理的重要性。本研究的另一重要发现是，超过S90的更高硫肥用量并未带来进一步的产量增益，甚至可能导致收获指数略有下降，这表明存在一个生理最适范围，超过此范围，硫的供应将不再是限制因子。
综上所述，在东北温带春玉米生产体系中，针对不同土壤类型实施适量的硫肥管理（约60-90 kg S ha-1），可通过激活“养分-生物量”协同调控通路，有效挖掘玉米的产量潜力。这一研究结果为制定基于土壤测试的精准硫肥推荐策略，实现该区域玉米生产的提质增效与可持续发展提供了坚实的科学依据。
