应用15N示踪技术研究水稻对氮肥的吸收和分配

运用15N示踪技术研究了不同生育时期水稻对肥料氮的吸收和分配。结果表明：15N分别标记基肥（N1）、分蘖肥（N2）和拔节孕穗肥（N3）处理中,水稻吸收的氮素在分蘖盛期、拔节孕穗期和开花期分别有23.1%、8.3%和19.9%来自肥料;从开花期到成熟期,不同时期标记的15N转运量大小为：拔节孕穗期追肥（N3）>基肥（N1）>分蘖期追肥（N2）, 但基肥的氮素转运效率最高, 其他两次追肥氮素转运效率相当;在成熟期,N1、N2、N3处理残留在的稻草中的15N分配比例分别为24.3%、26.7%和30.4%。无论是氮肥基施,还是分蘖期或拔节孕穗期追肥,水稻开花期之前所吸收的15N主要分配在叶片中,其次是鞘,再次是茎,开花期后,随着15N从营养器官向籽粒中的转移,叶片、茎秆和鞘中的15N分配百分比逐渐下降,籽粒15N的分配百分比逐渐上升。试验结果还显示,基肥15N标记时,分蘖盛期所吸收氮来自肥料最高,为23.1%,随生育期的推进逐渐下降,到成熟期仅为10.6%,成熟期吸收的氮来自分蘖期和拔节孕穗期追施的氮肥分别为5.9%和12.4%。表明（1）当土壤氮素含量不高时, 基肥对水稻整个生育期生长很重要,基肥适量增加可显著增加水稻茎蘖数,对水稻群体质量建成有决定作用;（2）拔节孕穗肥可显著促进水稻生育后期的籽粒灌浆和充实,增加拔节孕穗期的氮素供应有利于提高水稻的氮素收获指数;（3）分蘖期追肥氮素损失较大,水稻吸收较少,可以适量增加水稻基肥而不施分蘖肥,或在水稻分蘖后期水稻生物量较大时适量施肥以促进水稻吸收。     

不同时期追氮对冬小麦植株氮素积累及转运特性的影响

采用盆栽和大田相结合,并应用15N示踪技术,研究了不同时期追氮对两个不同穗型冬小麦品种植株氮素积累及转运特性的影响。结果表明,成熟期小麦植株各部位氮素积累量和分配比例均表现为子粒茎鞘+叶根系或颖壳+穗轴;子粒中氮素积累量以拔节期追氮处理最高,氮素在子粒中的分配比例以抽穗期追氮最高,在根系中的分配比例则以全部底施处理最高。小麦植株吸收追施15N的比例为16.45%～26.6%,兰考矮早八和豫麦49-198分别以返青期追氮和拔节期追氮吸收的比例最高;子粒中氮素来自15N的比例均以返青期追氮最高,分别为27.16%和22.20%,但和拔节期追氮处理差异不显著。随着追氮时期推迟,氮的花后同化量、花后贡献率增加,而花前贡献率呈下降趋势;全氮对子粒贡献率表现为花前转运的贡献大于花后同化的贡献,但抽穗期追氮处理中,15N对子粒的贡献率表现为花后同化率大于花前转运贡献率。综合考虑子粒产量、蛋白质含量以拔节期追氮较为合适。     

不同氮效率水稻生育后期氮素积累转运特征

以不同氮效率水稻基因型为供试材料,通过15N标记的氮肥盆栽试验精确定量不同氮效率的水稻齐穗后氮素积累和转运量。结果表明,无论在何种施氮水平下,氮高效水稻(南光和武运粳)的籽粒产量均显著高于氮低效水稻Elio;不同氮效率水稻在齐穗期和齐穗后15天时干物质积累量差异不显著,但在成熟期时氮高效水稻的干物质积累量显著高于氮低效水稻,增幅约为16·4%;与干物质积累相对应的是,不同氮效率水稻的氮素积累量在齐穗期和齐穗后15天也没有差异,但在成熟期时氮高效基因型水稻武运粳和南光的氮素积累量较氮低效基因型水稻Elio高约31%和21%,差异显著。15N标记试验结果可以看出,氮低效水稻Elio齐穗时吸收的一部分15N移出了植株体,其占15N转运量的11%。从齐穗至成熟,氮低效水稻Elio从茎叶转移出的15N量(2·75mg穴-1)远远低于氮高效水稻武运粳(3·54mg穴-1)和南光(3·22mg穴-1),差异显著。氮高效水稻武运粳和南光从茎叶转移出的15N量约占籽粒所需N量的91%和85%,而从土壤中吸收的15N量约占9%和15%。综上所述,氮高效、低效水稻氮素积累和转运特征的差异主要表现在齐穗期以后,氮高效水稻具有强的氮素吸收或者转运能力,以满足籽粒形成期植株对氮素的利用。     

太湖地区水稻追肥的氨挥发损失和氮素平衡

采用密闭室通气法和¹⁵N 微区试验, 对太湖地区水稻不同生育期追施氮肥的氨挥发损失、水稻对氮肥的吸收利用和土壤氮素残留情况进行了研究。结果表明, 氨挥发损失主要发生在施肥后1 周内, 峰值出现在施肥后1~2 d, 氨挥发速率变化与田面水NH₄⁺-N 浓度变化规律一致, 分蘖肥和穗肥氨挥发损失率分别为16.7%和6.3%; 水稻分蘖肥的作物氮素利用率低于穗肥, 分别为36.7%和49.6%, 主要原因是穗肥的氨挥发损失较少,并且更易于向籽粒转移; 2 次追施氮肥的表观损失率分别为52.8%和40.7%; 在土壤中残留肥料氮为10.6%, 大都集中在0~20 cm 土壤中, 耕层以下较少。本结果表明, 在水稻孕穗时期施氮肥有利于提高氮肥利用效率、减少氮肥损失, 主要体现在穗肥拥有较低的氨挥发损失率和较高的籽粒利用率。     

基于15N同位素示踪盐渍化农田向日葵氮素利用规律

为探明盐渍化农田不同施氮水平下向日葵氮素吸收利用规律,采用¹⁵N同位素示踪技术进行田间微区试验,以不施氮处理(N0)为对照,设计3种施氮水平(N1=150 kg/hm²、N2=225 kg/hm²、N3=300 kg/hm²),于向日葵成熟期测定植株和0—100 cm土层土壤¹⁵N同位素丰度及总氮含量,研究各处理肥料氮素的去向及其利用机制。结果表明:向日葵氮素吸收量随施氮量的增加而增加,成熟期作物氮素吸收量在N2水平较不施氮显著增加38.7%;土壤氮和肥料氮对作物当季氮素吸收的贡献比例为84.9%和15.1%。N2水平下,肥料氮的贡献比例较N1增加35.7%,土壤氮的贡献比例较N1降低4.3%。肥料氮残留量随土层深度增加而减少,土壤中47.4%的残留肥料氮主要集中在0—20 cm土层。不同施氮水平下肥料氮去向均表现为氮肥损失率>氮肥残留率>氮肥利用率,N2施氮水平下氮肥利用率较N1、N3显著提高22.7%和14.6%,土壤残留率较N1、N3减少8.5%和8.6%。综合考虑向日葵氮素吸收利用及土壤中氮素残留情况,225 kg/hm²施氮量下氮肥利用率为27.4%,氮肥残留率为32.3%,氮肥损失率为40.3%,是中度盐渍化农田较适宜的施氮量。     

种稻下氮肥的氨挥发及其在氮素损失中的重要性的研究

在特制密闭盆钵甲,研究了¹⁵N标记氮肥作水稻基肥混施时,氨的挥发及其在氮素损失中的重要性,随着通气速率的增高,氨的挥发及其在氮素损失中的重要性也增大,至换气频率达15-20次/分时即接近或达到最大值.在酸性水稻土上,硫铵的氮素损失的主要途径是反硝化作用,特别是气温较低的月份;尿素的氮素损失途径,在气温较低的月份中以反硝化作用为主,在温度较高的月份中,则氨的挥发与反硝化作用都是重要的;对碳铵来说,氨的挥发和反硝化作用都是氮素损失的重要途径.在石灰性土壤上,碳铵的氮素损失的主要途径是氨的挥发,而在硫铵和尿素的氮素损失中,氨的挥发和反硝化作用则都是重要的.     

小麦蚕豆间作施氮对小麦氮素吸收、累积的影响

田间试验研究了小麦蚕豆间作及4种施氮水平(0、90 kg·hm^-2、180 kg·hm^-2和270 kg·hm^-2)对小麦植株体内氮含量、小麦地上部氮素累积及氮素养分吸收速率的影响。结果表明: 间作显著增加了小麦地上部植株的氮含量, 与单作相比, 分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期不同施氮处理间作小麦植株的氮含量平均比单作提高20.0%、21.9%、21.4%和17.1%; 抽穗期和成熟期间作小麦叶、茎和穗中的氮含量均高于单作; 间作显著提高了小麦植株的氮素累积量和氮素吸收速率, 与单作相比整个生育期间作小麦氮素累积量增幅为15.5%~30.4%。无论单作还是间作, 小麦植株氮含量和氮素累积量随氮肥用量的增加而增加, 施氮对单作小麦植株氮含量、氮素累积量和氮素吸收速率的影响大于间作, 随着氮肥用量的增加, 间作优势逐渐减弱; 单作小麦植株的氮素吸收速率随氮肥用量的增加而增加, 间作小麦植株的氮素吸收速率随氮肥用量的增加呈先增后降的趋势。本研究表明, 间作和施氮促进了小麦对氮素的吸收利用, 间作优势与施氮水平密切相关, 间作体系中氮素养分的合理投入是发挥间作优势的关键。     

不同作物管理技术对水稻氮素吸收和利用的影响

通过2年田间试验,以杂交粳稻甬优1号为材料,研究不同作物管理技术对稻株氮素吸收利用和产量形成的影响。结果表明,水稻超高产集成技术产量提高21.2%,在分蘖期和抽穗期总氮量低于高产管理,但在成熟期总氮量与高产管理相近;在成熟期叶片、茎鞘中氮滞留量及其占总吸氮量的比例减少;穗部吸氮量提高,其占总吸氮量的比例增加。因此,水稻超高产集成技术能促进水稻叶片和茎鞘中的贮藏性氮向穗部转运,在总氮吸收量变化不大情况下,氮素的吸收利用率、氮素的农学利用率、氮素的生理利用率和氮肥偏生产力等均显著提高。     

不同氮肥水平下水稻产量以及氮素吸收、利用的基因型差异比较

采用田间试验在施氮量为06、0、120、1802、40、3003、60.kg/hm27个水平下研究了不同水稻子粒产量、产量构成因子以及氮素吸收和利用的差异。结果表明,水稻品种4007的子粒产量在各个施氮水平下显著高于品种ELIO对氮肥的响应度高。施氮水平显著影响子粒产量构成因子。有效穗数与子粒产量存在显著正相关:ELIO和4007的相关系数(r)分别为0.839**和0.933**,表明有效穗数对水稻子粒产量起着非常重要的作用。本试验条件下,ELIO和4007获得最高产量所需的有效穗数分别为332、561个/m2;两者的氮素吸收效率在各施氮素水平下差异很小,均随着施氮量的增加而增加,而氮素利用效率均随着施氮量的增加而下降。4007的氮素利用效率在各个施氮水平下显著高于ELIO,较高的氮素收获指数(NHI)是主要原因之一。水稻氮素利用效率与成熟期茎秆、叶片的氮含量显著负相关,说明开花期后植物将吸收的氮素从营养器官有效地转运到子粒中是氮素利用效率高的重要原因之一。     

种稻下氮素的气态损失与氮肥品种及施用方法的关系

关于水稻田中¹⁵N标记氮肥的氮素去向,国内外都积累了一些资料,并发表了文献综述^[1,2]。近些年来,稻田中氮肥的氮素损失途径的研究又受到了重视^[3-6]。在前两报中^[5,6],我们报导了在石灰性和微酸性水稻土上,碳铵、尿素和硫铵的氮素损失的盆栽和田间试验研究的结果。本次试验的目的主要是探讨两种措施在减少氮素损失中的作用。     

尿素与复合氮肥增效剂配施对水稻氮素利用的影响

采用^15N-尿素进行盆栽和田间试验，研究了复合氮肥增效剂用量、尿素与复合氮肥增效剂配施对水稻生长、籽粒产量和氮素吸收利用的影响。结果表明，适宜用量（施氮量的20％）的复合氮肥增效剂能显著促进水稻幼苗生长发育；尿素全量配施复合氮肥增效剂不影响水稻生长，能显著提高水稻植株Ndff％、氮吸收总量，氮素利用率和^15N的吸收量,尿素减量5％～15％（即减少施氮7．8～23．7kg／hm^2）配施复合氮肥增效剂基本上不影响水稻生长、籽粒产量和吸氮总量，能显著提高氮素的农学效率、生理效率和氮素利用率；植株吸氮总量、净吸收氮量和^15N总吸收量与不施增效剂的处理相当或有所提高。尿素减量达30％以上配施复合氮肥增效剂，对水稻植株生长和氮素吸收利用产生明显不利影响。尿素与施氮量20％的复合氮肥增效剂配施，不影响大田水稻植株生长和单季产量，能提高氮素利用率，节省氮肥投入达15％。     

低量施氮对小青菜生长和氮素损失的影响

采用田间试验和微区试验相结合,研究了低量施氮对小青菜(Brassica.chinensis)产量、氮肥利用率和氮素损失的影响,其中氮素总损失用15N示踪法测定,氨挥发用通气密闭室法测定,反硝化损失用乙炔抑制-原状土柱培养法测定,不加乙炔测定N2O排放。结果表明,施用氮肥显著增加了小青菜的产量和吸氮量,在75和150kg/hm2氮肥水平下,氮肥利用率分别为46.8%和39.4%。由于试验地土壤pH低(5.38),各处理的氨挥发均很低且差异不大,施用氮肥没有增加氨挥发。试验地土壤反硝化损失和N2O排放量较高,分别为N4.34kg/hm2/sup和N2.65kg/hm2,施用氮肥没有增加反硝化损失和N2O排放,表明氮源不是反硝化作用的限制因子。在N75和150kg/hm2两个施氮水平下,氮素回收率分别为103%和91.3%,并且土壤残留氮主要累积在020cm土层,表明肥料氮损失很少,这与氨挥发、反硝化损失较低的结果相吻合。     

丛枝菌根根外菌丝对不同形态氮素的吸收能力

本试验以玉米为宿主植物,以Glomus mosseae和Glomus intraradices为接种剂,采用空气隔板分室-半液培系统,在植株收获前48 h向菌丝室供应15N标记的不同形态氮素,探讨丛枝菌根根外菌丝吸收传递不同形态氮素的能力。结果表明,丛枝菌根根外菌丝吸收传递15N能力因菌种和氮素形态而异。丛枝菌根真菌G.intraradices吸收传递15N的能力高于G.mosseae,根外菌丝吸收传递不同形态15N的能力为15NH4+>15N-Gln>15N-Gly>15NO3-。根外菌丝吸收传递的15N对植株氮营养的贡献仅为0.004%~0.032%。     

氮肥用量与运筹对水稻氮素吸收转运及产量的影响

应用15N示踪技术研究了大田条件下氮肥用量与运筹对水稻氮素吸收、转运及籽粒产量的影响。试验分别设置3个氮肥水平(0、150和240 kg/hm2N)和两种基追比例(即基肥:蘖肥穗粒肥分别为40%︰30%︰30%(A)和30%︰20%︰50%(B)),共5个处理,依次记作N0、N150A、N150B、N240A、N240B。结果表明,在0~240 kg/hm2范围内,提高氮肥水平,显著增加水稻吸收的肥料氮素、土壤氮素数量以及肥料氮在土壤中的残留量。成熟期高氮处理(240 kg/hm2)水稻吸收的肥料氮素、土壤氮素及肥料氮在土壤中的残留量较多,分别为110.25、65.91、32.69 kg/hm2,而氮素的吸收利用率和土壤残留率下降,氮素损失率增加。在相同的氮肥水平下,采用基肥蘖肥穗粒肥比例为30%︰20%︰50%时,水稻吸收的肥料氮数量显著增加,氮素吸收利用率和土壤残留率提高,氮素损失率降低。适量施氮并增加穗粒肥的施氮比例,可以显著增加水稻产量。在本实验条件下,施氮量为240 kg/hm2及基肥蘖肥穗粒肥为30%︰20%︰50%的施氮处理是兼顾产量和环境的最佳氮肥运筹方式。     

氮肥用量与留叶数对烤烟氮吸收及烟碱含量的影响研究

利用15N示踪技术,试验研究了N肥不同用量和留叶数对烤烟烟叶N吸收、分布及烟碱含量的影响。结果表明,不同施N量及留叶数对烤烟生长发育、干物质累积、N素吸收利用分布及烟碱含量均有明显影响,N素吸收分布很大程度影响烟碱含量,烤烟吸收的肥料N约1/2分布于烟叶部分,且上部叶含量最高,烤烟N素营养对上部叶烟碱的形成及含量有很大影响,控制施N量及留叶数可一定程度降低上部叶N含量,进而影响烟碱含量。     

不同灌溉处理对夏玉米氮素吸收及转移的影响

通过田间试验, 研究了两个生长季夏玉米4 个不同水分处理(灌溉1 水、灌溉2 水、灌溉3 水、灌溉4 水)对其各个生育阶段氮素吸收、分配、转移的影响。结果表明, 拔节抽雄期灌水可以增加夏玉米茎叶的氮素积累量和氮分配比, 生育后期灌水各处理之间单株氮素积累量无显著差异; 穗部的氮素积累75%来源于扬花后期氮素同化吸收, 25%来自营养器官茎叶的氮素转移, 说明灌浆至成熟期穗部氮素主要吸收利用土壤中的氮, 充足的水分可以保证营养器官积累更多的氮素, 但后期同化氮素比率随着灌水的增加而减小。因此, 灌浆至成熟期需要维持适中的水分条件, 在保证吸收利用土壤氮素的同时, 增加储存在茎叶中的氮素向籽粒的转移, 从而提高氮素利用效率。     

栽插和秸秆还田方式对水稻氮素吸收利用和产量的影响

【目的】秸秆还田方式影响土壤和肥料中养分的有效性,本研究通过比较不同还田方式下水稻产量、氮素吸收利用的差异,为水稻人工插秧和毯苗机插技术选择适宜的秸秆还田方式提供依据。【方法】本试验于2016-2018年在成都温江四川农业大学水稻研究所试验田进行,以籼型三系杂交稻F优498为试验材料,采用两因素裂区设计,主区为秸秆不还田(S0)、覆盖还田(S1)和翻埋还田(S2) 3种还田方式,副区为人工插秧(HT)和毯苗机插(MT) 2种栽插方式,氮肥用量为N 135 kg/hm^2,按基肥∶蘖肥∶促花肥∶保花肥=3∶3∶2∶2的比例施用。磷肥(过磷酸钙)用量为P2O5 90 kg/hm^2,作基肥一次施入;钾肥(氯化钾)用量为K2O 150 kg/hm^2,施用比例为基肥∶穗肥=7∶3。分别于分蘖盛期、拔节期、齐穗期和成熟期采集茎鞘、叶和穗样品测定干物重和氮含量,计算不同时期氮素积累、转运及氮素利用效率。【结果】秸秆还田方式对人工和机械插秧水稻产量、植株氮素积累及氮素利用具有显著影响。1)与S0相比,S1、S2处理提高了水稻产量,抑制了水稻分蘖盛期氮素积累,促进了拔节期至成熟期各器官及植株氮素积累,提高了植株氮含量,S1效果优于S2,且S1提高了氮素茎鞘转运量(44.1%)、茎鞘转运率(10.2%)、叶片转运量(23.5%)和穗氮增加幅度(21.2%),S2仅提高了氮素茎鞘转运量(24.7%)、茎鞘转运率(6.5%)和穗氮增加幅度(16.7%)。氮肥农学效率和氮素回收率表现为S1> S2,但S1、S2氮素的稻谷生产效率均有所降低。2)分蘖盛期至拔节期,HT处理的水稻各器官氮素积累、各时期植株氮素积累、氮素转运和产量均大于MT处理的,氮素回收率则显著低于MT处理的。秸秆还田方式对不同栽插方式氮素积累和转运的影响程度不一,分蘖盛期HT处理的氮素积累以S2处理最小,MT处理则以S1最小。两种栽插方式下拔节期至成熟期氮素积累和转运量、氮肥农学利用率及吸收利用率均以S1处理最大。【结论】从提高水稻产量和氮素利用率来看,人工插秧和毯苗机插均适宜采用小麦秸秆覆盖还田模式,并以覆盖还田结合人工插秧方式为最佳。     

水稻对~(14)CO_3~(2-)的吸收和积累动态

用同位素示踪技术研究水稻对14CO32-的吸收和积累动态,及其在水稻田中的行为特性。结果表明:通过水稻根系和浸于水中的茎杆下部吸收的14CO32-离子会向上部组织输送并形成积累趋势;在上部组织中,叶和茎杆上部的14C比活度随时间呈逐渐上升的趋势,而穗中的比活度于14d达最大值(271.9Bq/g)后又呈下降趋势;茎杆下部由于直接浸于水中,表现出对14CO32-离子的快速吸收、吸附,此后随时间呈下降趋势,根部表现出上升过程迟后于茎杆下部,其14C比活度也低于茎杆下部。上部组织(穗、叶和茎杆上部)中14C的百分含量随时间上升,而下部组织(茎杆下部和根)则相反,至试验后期(21~35d),其百分含量基本持平(约各占50%),14C从下部组织向上部组织输送的特征非常明显。     

移栽叶龄对水稻氮素吸收利用及~(15)N-肥料去向影响

利用15N示踪技术研究了不同叶龄移栽对水稻产量、氮肥吸收利用及其氮素去向的差异。结果表明,随移栽叶龄推迟,水稻产量显著降低,籽粒与秸秆氮肥吸收量、肥料利用率及其残留量也降低,而氮素损失增加。水稻所吸收的氮素约2/3来源于土壤氮,1/3来源于当季肥料施的氮。肥料利用率为20.8%~25.7%,氮肥残留率为17.9%~32.2%,有42.1%~61.3%的肥料损失。无论哪种叶龄移栽条件下,肥料主要残留在0~20cm土层中。研究表明水稻早栽能增加产量、提高肥料利用率,减少肥料损失,降低氮素对环境的污染。