水氮耦合对冬小麦氮素吸收及产量的影响

为了解决华北平原资源与环境问题,提高水肥资源利用效率是其根本途径之一.利用华北平原典型地区河南封丘的定位试验,设有5个氮素水平,3个计划湿润层,系统研究了水氮耦合对冬小麦氮素吸收、氮肥利用率及产量的影响.结果表明:封丘地区的最佳施氮量在235~250kg/hm~2,计划湿润层为37~40 cm,过低或过高都会影响小麦的产量和氮肥利用率.灌水量对冬小麦植株全氮含量、氮利用率和产量的影响与降水特征密切相关.关键生育期如返青拔节期、抽穗灌浆期降水不足会严重影响冬小麦产量.适当灌水可增加冬小麦产量,但灌水过多也无助于进一步提高冬小麦产量.降水相对较多的情况下,灌水对植株含氮量影响不大;降水不足时,增加灌水量则会抑制氮素由秸秆向籽粒的转移.     

滴灌施肥下水氮供应对夏玉米产量、硝态氮和水氮利用效率的影响

【目的】寻找滴灌夏玉米最佳施氮量。【方法】本试验在测坑-防雨棚设施条件下进行,试验设置2个灌水定额,分别为50 mm(WH为充分灌溉)25 mm(WL为限水灌溉);4个氮肥水平,即0、90、180、270 kg/hm~2,分别以N0、N1、N2和N3表示。采用完全区组设计,共计8个处理,3次重复。研究了滴灌施肥条件下,灌水定额和氮肥互作对土壤水分消耗、NO3--N运移积累以及夏玉米产量和水氮利用效率的影响。【结果】灌水、氮肥及其交互作用均显著影响夏玉米地上部干物质量、籽粒产量和水氮利用效率。限水灌溉条件下,玉米拔节期—灌浆初期发生中轻度水分亏缺,对后期产量形成产生显著影响,但限水灌溉显著提高了土壤贮水的消耗量和水分利用效率。在2种灌溉水平下,施氮量与产量均成抛物线关系,充分灌溉条件下施氮量264.3 kg/hm~2时为转折点,限水灌溉条件下施氮量176.9 kg/hm2为转折点。充分灌溉条件下,随着施氮量的增加氮肥农学利用率呈增加趋势;但在限水灌溉条件下,随着施氮量的增加氮肥农学利用率表现出降低的趋势。随着施氮量增加,各土层土壤硝态氮量显著增加,且60～100 cm土层硝态氮累积所占比例增加。与充分灌溉相比,限水灌溉作物吸氮量降低,各生育期土壤中硝态氮残留增加。【结论】玉米产量对氮素的响应与供水量相关,水分亏缺下,产生最大产量需要的氮素用量随之降低。因此,生产中应根据土壤含水率调整施氮量,以实现最高产量和水肥利用效率。     

不同喷灌施氮频率下冬小麦产量和氮素利用研究

为了研究圆形喷灌机水肥一体化条件下不同施氮频率对冬小麦生长、产量、植株氮素利用及土壤硝态氮含量变化的影响,试验设置4个施氮频率(拔节期1次,拔节期和灌浆期2次,返青期、拔节期和灌浆期3次,返青期、拔节期、开花期和灌浆期4次施肥),开展2年田间试验。试验结果表明:施氮频率从1次增加至4次对冬小麦产量影响显著,其中4次处理产量最高(分别为9 128.5、9 092.3 kg/hm2);对不同生育阶段的生物量分配有显著影响,同时冬小麦收获指数、蛋白质产量和氮肥偏生产力有显著提高;此外0~40 cm土层土壤的硝态氮含量在冬小麦生育期保持较高水平。综合来看,建议冬小麦圆形喷灌机水肥一体作业时采取基肥和4次追氮的施肥管理方案。     

拔节期水氮处理对冬小麦耗水特性和水分利用效率的影响

【目的】探索黄淮地区冬小麦适宜水氮管理模式。【方法】通过田间小区试验,研究了不同灌水量(90 mm (W1)、60 mm (W2)、0 mm (W3))和施氮量(300 kg/hm2(N1)、225 kg/hm2(N2)、150 kg/hm2(N3))对冬小麦耗水特性、产量和水分利用效率的影响。【结果】灌水量从0增加到90 mm,冬小麦耗水量增加了67～106 mm,降水和土壤供水量占耗水量的比例降低;随施氮量增加,冬小麦耗水量和土壤供水占耗水量的比例增加,降水所占比例降低。相同灌水条件下,灌水量和降水量占总耗水量比例随施氮量增加而降低;施氮量从150 kg/hm2增加到300 kg/hm2,土壤贮水量消耗占总耗水量的比例从1.6%～4.9%增加到8.3%～9.9%。拔节期灌水、追施氮肥提高了拔节—开花期、开花—成熟期阶段耗水量和平均日耗水强度;与W3N3处理相比,随灌水和施氮量的增加,拔节—成熟期的耗水量增加了7.4%～63.5%;增加灌水量降低了冬小麦水分利用效率、土壤水利用效率和灌溉水利用效率,提高了降水利用效率。在W1条件下,N1、N2处理的水分利用效率、降水利用效率和灌溉水利用效率分别比N3提高了18.18%～22.98%、24.66%～26.32%和24.68%～26.32%;在W2、W3条件下,水分利用效率、降水利用效率、灌溉水利用效率随施氮量的增加逐渐增加,土壤水利用效率随着施氮量增加逐渐减小。【结论】在试验条件下,综合考虑籽粒产量和水分利用效率,拔节期灌水90 mm、施氮225 kg/hm2和拔节期灌水60 mm、施氮300 kg/hm2为产量和水分利用效率兼优的灌溉施肥组合。     

不同生育期水分亏缺及氮营养对冬小麦生长和产量的影响

利用管栽条件研究了不同施氮量条件下不同生育阶段水分有限亏缺对冬小麦生长及其产量的影响。结果表明:在冬小麦拔节期、开花期、灌浆期水分亏缺处理,其株高、根、冠干物质及植株总重差异达到极显著水平,无论任何生育阶段水分亏缺还是全生育期正常供水,株高、根、冠及植株总重都随施氮量的增加而增加,并且氮肥对地上部的促进作用要大于对地下部的促进作用。在拔节期、开花期水分亏缺对小麦的每穗粒数、千粒重、单株产量影响显著,灌浆期水分亏缺对千粒重有显著影响。在适中的施氮水平下苗期、灌浆期适当的水分亏缺对冬小麦的生长和产量没有显著的影响,而在高氮、低氮条件下影响较为显著。     

不同生育期灌水和施氮对春玉米农田硝态氮迁移及产量的影响

通过对大田春玉米进行不同生育期灌水和施氮处理,研究了不同灌水和施氮对玉米农田硝态氮运移和产量的影响。结果表明:生物产量和籽粒产量及其灌溉水利用效率有随施氮量增加而增大的趋势。与全生育期灌水比较,任何生育期不灌水处理都造成生物产量和籽粒产量降低,而生育期不灌水处理增加了灌溉水利用效率,两个生育期不灌水处理的生物产量和籽粒产量的灌溉水利用效率最高。在春玉米生长阶段,拔节期,抽穗期和成熟期不灌水对生物产量影响显著,抽穗期不灌水、苗期与灌浆期不灌水、拔节期期和灌浆期不灌水处理显著影响籽粒产量。     

水氮配施对轮作冬小麦-夏玉米灌浆期光合特性的影响

研究不同水氮配施对轮作冬小麦-夏玉米灌浆期叶面积指数、光合速率、蒸腾速率及叶片水分利用效率的影响。结果表明,冬小麦旗叶光合速率和蒸腾速率均以处理W1500N210最高,叶面积指数和叶片水分利用率均以处理W1500N270最高,夏玉米叶片光合速率在处理W1500N270达到最高,蒸腾速率则以处理W1500N210最高;灌水和施氮及其交互效应对冬小麦、夏玉米叶面积指数、叶片光合速率、蒸腾速率和叶片水分利用率均有显著影响;冬小麦、夏玉米灌浆期叶面积指数、叶片光合速率、蒸腾速率和叶片水分利用率均随施氮量和灌水量的增加而增加;但施氮量超过210kg/hm2时不再显著增加。     

不同水肥措施下的冬小麦水氮利用和生物效应研究

【目的】寻找合适的冬小麦水肥方案。【方法】采用田间试验方法,在传统畦灌和水肥一体化微喷灌下分别设置不同施氮肥处理,研究了小麦干物质积累、产量、水氮利用和土壤贮水量。【结果】与传统畦灌比,微喷灌各处理灌水量减少50%,干物质积累量、产量、氮肥生产效率、水分利用效率分别增加28.2%～41.1%、0.2%～27.3%、0.8%～76.6%和23.3%～61.7%。其中传统畦灌下,推荐施氮肥与不施氮肥、农民习惯施氮肥和推荐施氮肥减氮20%处理比较,小麦干物质积累量、产量、氮肥生产效率、水分利用效率分别增加4.0%～11.4%、1.8%～26.9%、32.1%～75.3%、0.8%～28.2%。微喷灌下,与推荐施氮肥比,推荐施氮肥减氮20%的小麦干物质积累量、产量、氮肥生产效率、水分利用效率分别提高6.4%、4.5%、0.8%、2.3%。【结论】综合比较,水肥一体化微喷灌下推荐施氮肥减氮20%表现最优,提高冬小麦水氮利用效率,稳定产量,是节水减肥可推荐的有效途径。     

黄淮海平原播前土壤水分对冬小麦产量的影响

通过2个生长季的田间试验,研究了黄淮海平原播前土壤水分对冬小麦生长发育、籽粒产量及水分利用的影响。结果表明,在播前不灌水条件下,越冬期或返青期灌水都可以获得较高的籽粒产量和水分利用效率,表明播前土壤贮存的水分可以满足冬小麦返青以前对水分的需求。在播前储水灌溉条件下,越冬期不需要灌溉,返青期是适宜的灌水时间;在拔节期或灌浆期灌水都会降低冬小麦的产量和水分利用效率。     

不同土壤肥力条件下水肥运筹对滴灌冬小麦生长发育与产量品质的影响

为提高冬小麦水肥利用效率,旨在探索滴灌冬小麦最佳水肥运筹模式,为滴灌条件下冬小麦优质高产的水肥高效管理提供科学依据。本研究选择两块不同土壤基础肥力的田块,进行冬小麦不同生育阶段的水氮组合处理对比试验研究,通过对冬小麦生长、产量和品质等指标的测定,分析不同土壤肥力条件、不同水氮运筹方案对滴灌冬小麦产量及品质的影响。结果表明:土壤基础肥力对滴灌冬小麦株高的影响显著,再适当增加返青-拔节期灌水量,对滴灌冬小麦株高有更好的调控效应;增施基肥能提高冬小麦光合产物从而提高冬小麦产量。土壤基础肥力提高对滴灌冬小麦籽粒容重、蛋白质含量、维生素B1、氨基酸含量和吸水率具有负效应。推荐高肥力田滴灌冬小麦水肥运筹方式为W2N2即灌浆期水分调控和氮肥后移的组合方式,低肥力田滴灌冬小麦水肥运筹方式为W1N3即返青-拔节期水肥调控的组合方式为宜。     

氮肥运筹对夏玉米氮素盈亏与利用的影响

基于2年田间试验,确立了尿素(纯氮0、80、160、240 kg/hm2,基追比为2∶3)和控释氮肥(纯氮0、60、120、180、240 kg/hm2,一次性基施)运筹下夏玉米临界氮浓度稀释曲线模型,据此构建氮素吸收模型、氮素营养指数模型和氮积累亏缺模型进行夏玉米氮素营养诊断,并比较不同氮肥运筹的氮素利用效率。结果表明,夏玉米临界氮浓度与地上部最大生物量间符合幂函数关系。利用独立试验数据对模型进行验证,结果表明该模型可靠性较高(相对误差为0.46%~4.08%)。氮素营养指数模型和氮积累亏缺模型可用于诊断植株氮素营养并定量调控氮肥管理。尿素和控释氮肥的适宜施氮范围分别为160~174 kg/hm2和120~150 kg/hm2。与尿素相比,控释氮肥的氮肥利用率显著提高,获得理论最高产量时,可节省氮肥用量约14%。     

不同水氮管理模式对玉米地土壤氮素和肥料氮素的影响

为了解决东北地区灌溉条件下水氮合理施用问题,以大田试验为基础,采用15N同位素示踪技术,设置3个灌水定额水平(W1:40 mm,W2:60 mm,W3:80 mm)和3个施氮量水平(N1:180 kg/hm~2,N2:240 kg/hm~2,N3:300 kg/hm~2),分析比较了不同水氮管理模式对玉米地土壤氮素的吸收、土壤无机氮残留、土壤-作物氮平衡以及肥料氮去向的影响。结果表明:随着施氮量的增加,0～100 cm土层铵态氮、硝态氮的含量和累积量均呈现增加的趋势;提高灌水量可以提高60～100 cm土层铵态氮累积量、80～100 cm土层硝态氮累积量。对土壤-作物氮平衡的研究表明,增加施氮量可以提高土壤无机氮残留量和氮素盈余,而作物氮素吸收量随着施氮量的增加呈先增后减的趋势,氮素盈余量和表观损失量随灌水量的增加表现为先降低后增加。肥料氮累积量随着施氮量的增加呈先增后减的趋势,施氮量300 kg/hm~2时肥料氮累积量占比21. 27%～31. 23%,肥料氮残留量和损失量所占比例均有所提高。玉米植株氮素中有66. 70%～75. 05%来自于对土壤氮的累积,随着施氮量的增加,玉米植株土壤氮素累积量呈先增后减的趋势。综合不同水氮管理模式对玉米地土壤无机氮残留、土壤-作物氮平衡以及肥料氮去向的影响得出,灌水60 mm、施氮240 kg/hm~2的水氮组合可保证肥料氮的充分利用,减少无机氮的残留和损失。     

基于临界氮浓度的宁夏玉米氮吸收与亏缺模型研究

以宁夏回族自治区当地玉米主栽品种天赐19为试验材料,设置6个氮素水平(0、90、180、270、360、450 kg/hm~2),研究滴灌玉米地上部生物量和氮累积动态变化,构建玉米临界氮稀释曲线模型,在此基础上构建氮吸收模型和氮累积亏缺模型,实现对滴灌玉米氮素营养状况的快速诊断。结果表明,滴灌玉米地上部干物质量增长和氮吸收累积均受施氮水平的影响,且随生育进程的推进呈上升趋势,氮累积量过高或过低均不利于产量形成,玉米植株存在氮奢侈消费现象;滴灌玉米临界氮浓度、最高和最低氮浓度与地上部干物质量之间均可用幂函数方程表示,其平均决定系数R~2分别为0. 976、0. 903和0. 941,均达到极显著水平;基于临界氮浓度构建的氮吸收模型和氮累积亏缺模型对滴灌玉米生育期内氮素营养诊断结果一致,综合施氮量与产量的拟合曲线,推荐宁夏引黄灌区滴灌玉米施氮量以270～311 kg/hm~2为宜。研究结果可为宁夏引黄灌区滴灌玉米实现精准施肥和优化氮素管理提供理论参考。     

水氮供应对温室黄瓜氮素吸收及土壤硝态氮分布的影响

采用温室小区试验,研究了不同水氮供应条件对温室黄瓜氮素吸收及土壤硝态氮分布的影响。结果表明,氮素在植株体各器官中的累积量随生育期的推进不断增大,在盛果期累积量达到最大,且总体增长趋势呈"S"型;在不同生育期,黄瓜各器官中氮累积量均表现为叶茎根,而在盛果期,果实中的氮累积量达到最大,且随灌水量和施肥量的增加而增加;灌水量、施氮量及水氮交互作用对黄瓜氮累积量、UPE及PFP均有显著性影响,在同一灌水条件下,NUE、UPE及PFP均随着施氮量的增加而减少,而对于同一施氮水平,UPE、PFP均随着灌水量的增加显著提高,NUE在不同灌水量条件下变化趋势则有所不同。灌水量及施氮量对土壤硝态氮分布有重要影响,且施氮量是影响土壤硝态氮累积的关键因素,随灌水量的增加表层土壤中硝态氮累积量呈逐渐降低的趋势,而随施氮量的增加则逐渐增大,且施氮量越高,淋洗现象越明显。     

滴灌施氮对番茄氮代谢及水氮利用的影响

为探究滴灌施氮对番茄氮代谢的影响及适宜水氮供应模式,开展了3种滴灌方式(常规滴灌CDI、固定滴灌FDI和交替滴灌ADI)和3种施氮水平对番茄氮代谢和水氮利用影响的盆栽试验.与CDI相比,N80(N肥用量为0.16 g/kg土)下,ADI保持番茄叶片游离氨基酸含量与硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性,果实成熟期叶片硝态氮和可溶性蛋白质含量分别提高16.4％和16.1％;N80下ADI和FDI保持水分利用效率(WUE)、氮肥偏生产力和番茄干物质量.各施氮水平间比较,ADI下番茄叶片NR和GS活性、WUE、地上部干物质量和总干物质量以N80最高.总干物质量与叶片可溶性蛋白质含量、NR和GS活性关联度较高.因此,ADI-N80,即交替滴灌-N80既有利于改善番茄氮代谢,又保持了番茄WUE、氮肥偏生产力和干物质量,为最适宜水氮供应模式.     

不同氮源对秸秆堆沤氮素损失的影响

试验以玉米秸秆为研究对象,比较以硫酸铵或尿素为氮源调节碳氮比后对纳米膜覆盖发酵过程中的NH₃排放和堆沤产物氮素留存的影响,为减少秸秆好氧堆沤过程中的氮素损失提供参考依据。结果表明:堆沤7～60 d硫酸铵处理的发酵温度高于尿素处理;尿素处理膜内NH₃最高浓度为0.045%,而硫酸铵处理自始至终膜内侧NH₃未检测出;试验结束后尿素处理0和50 cm处的pH值分别上升至8.34和7.86,硫酸铵处理pH值分别下降至6.04和6.28;硫酸铵处理堆沤产物的干物质损失率、总养分含量、种子发芽指数和胡富比均高于尿素处理;相对于尿素处理,硫酸铵处理的氮素损失率减少了24.59%;除含水率外,尿素处理和硫酸铵处理堆沤产物的理化性质均符合NY/T 525—2021《有机肥料》的限量要求。      

玉米优化施氮高产高效生理机制

缺氮降低玉米产量;过量施氮并不能进一步提高玉米产量,反而降低氮素利用效率,并造成严重的环境问题。合理施氮能够保证玉米不同生育期充足的氮素吸收,有利于最大产量的获得。分析近年来国内外学者对不同供氮水平影响玉米形态和生理过程的研究,从根系发育、叶片形态和光合作用以及穗发育的角度探讨缺氮减产、过量供氮不能增产的原因,以期为合理的玉米氮肥管理以及氮高效玉米品种的选育提供理论依据。      

基质栽培番茄临界氮浓度和氮营养指数研究

为了确定番茄的需氮量以及利用氮营养指数估测番茄氮盈亏水平的可行性,分别建立了基质栽培番茄临界氮浓度、氮营养指数和氮亏缺模型,为番茄精确施肥提供理论依据。采用基质栽培番茄,营养液氮素形态设置3个硝铵比为100∶0、75∶25和50∶50,标记为N100、N75+A25和N50+A50;氮素水平设置为Hoagland氮浓度(15mmol/L)的1/4、1/2和3/4。实验采用完全随机区组设计,共9个处理,每个处理15个重复。分别构建了不同氮源下番茄地上部生物量的临界氮浓度稀释曲线模型。结果表明,不同氮源处理番茄临界氮浓度和地上最大生物量间均符合幂指数关系,不同氮源模型间存在一定差异,参数ac(ac为地上部生物量为1g/株时的临界氮浓度)差异表明对于相同的地上部生物量,N75+A25处理番茄的氮累积能力高于N100和N50+A50;b值(b为曲线斜率)不同说明N75+A25处理植株衰老缓慢,叶氮浓度下降较N100和N50+A50慢,因而其曲线斜率低。基于临界氮浓度的氮营养指数(NNI)和氮亏缺模型Nand对番茄的适宜氮源和浓度诊断结果一致,均以N75+A25(1/2)s为最佳施氮组合。根据模型推算的NNI与相对地上部生物量、相对氮累积量和相对产量均呈显著相关性。临界氮稀释模型具有明确的生物学意义,该模型得出的分析结果是合适和可靠的。     

A Review of Carbon and Nitrogen Processes in Four Soil Nitrogen Dynamics Models

Four soil nitrogen dynamics models are reviewed and compared. These models are SOILN from Sweden, ANIMO from The Netherlands, DAISY from Denmark and SUNDIAL from the UK. The constituent processes are analysed with particular reference to the equations used in each of the models. Processes considered are surface application (as fertilizer, manure or slurry, atmospheric deposition and deposition or incorporation of dead plant material), mineralization/immobilization (between organic and inorganic forms), nitrification (from ammonium to nitrate), nitrate leaching, denitrification (to N₂O and N₂) and uptake by plants. Sources of information for model parameters are also reviewed and compared with values assumed in the models. Rate coefficients are comparable for most transformation processes, except denitrification where a further more detailed study is required. Assumptions about the effects of temperature and soil water content on transformation rates are compared, and shown to be broadly similar in all models. Previous applications of the models have been mainly for arable land receiving mineral fertilizer; an assessment of their applicability to grassland receiving animal manure and slurry suggests that they are suitable for this application with only minor modifications.     

外源施氮对再生水灌溉设施土壤氮素矿化特征的影响

【目的】明确再生水灌溉土壤氮素矿化过程及其特征。【方法】采集再生水和清水灌溉年限为5 a的常规施氮设施土壤,风干过2 mm筛备用。采用室内常温培养的方法,分别添加不同质量浓度外源氮肥,分析不同外源施氮量对设施土壤氮素矿化特征的影响;并利用Matlab构建矿化时间、外源施氮量与氮素矿化量的耦合模型。【结果】与清水灌溉土壤相比,再生水灌溉土壤矿质氮量提高了1.85～2.64倍;与再生水对照土壤相比,外源施氮200、160、140、100 mg/kg处理土壤矿质氮量分别提高了3.43、3.34、2.85、2.38倍;土壤氮素矿化速率大致可划分为2个阶段,第1阶段,0～14 d为矿化激发阶段,第2阶段,14 d以后为稳定矿化阶段;构建了土壤氮素矿化量与外源施氮量、矿化时间的二元二次函数模型,该模型决定系数达到0.9以上,运用该模型预测最佳外源施氮量为212.83 mg/kg,土壤氮素矿化量的最大值为233.23 mg/kg,而对应的矿化时间为26.75 d。【结论】外源施氮对再生水灌溉设施土壤氮素矿化具有正激发效应,外源施氮量为160 mg/kg时,土壤氮素净矿化量最大,达到85.89 mg/kg,土壤氮素矿化量与外源施氮量、矿化时间的关系可表达为二元二次函数。