不同马铃薯品种的氮利用效率及其分类研究

以7个马铃薯品种为供试材料,设置大田条件下施氮和不施氮2种处理,在对块茎产量和植株氮素吸收、利用评价的基础上,将不同氮效率品种马铃薯分类并解析了其差异机制。基于2016年施氮和不施氮条件下各品种马铃薯的平均产量,把不同氮效率品种马铃薯分为双高效型、低氮高效型、高氮高效型和双低效型。2017年选择双高效型、低氮高效型、双低效型的代表性品种,对各类型氮效率差异进一步解析表明,双高效型氮素利用效率显著高于另两个类型,氮素吸收效率则是双高效型、低氮高效型显著高于双低效型。不施氮条件下,双高效型马铃薯的干物质累积量在整个生育时期均显著高于另2个品种;双高效型、低氮高效型氮素累积速率在出苗后0～50d显著高于双低效型马铃薯。施氮条件下,双高效型马铃薯的干物质累积量显著高于另2个品种,与双低效型马铃薯相比,双高效型和低氮高效型产量的提高主要归因于它们前期较高的干物质累积;双高效型氮素累积速率显著高于双低效型、低氮高效型。双高效型马铃薯在各生育期的物质生产和氮素吸收能力强,从而有利于氮效率提升和产量的形成。该研究结果可为马铃薯氮高效品种筛选和利用提供理论支撑。     

水氮管理模式对不同氮效率水稻氮素利用特性及产量的影响

以高产氮高效品种(德香4103)和中产氮低效品种(宜香3724)为材料,通过“淹水灌溉+氮肥优化运筹(W1N1)”、“控制性交替灌溉+氮肥优化运筹(W2N1)”、“旱种+氮肥优化运筹(W3N2)” 3种水氮管理模式处理,研究其对氮素利用及产量的影响及其生理特性,并探讨氮素利用及产量与生理响应间的关系。结果表明,氮效率品种间的差异与水氮管理模式对水稻氮素利用特征、灌溉水生产效率、生理特性及产量均存在显著影响;不同氮效率品种间在氮肥利用效率方面的差异明显高于水氮管理模式的调控效应;而水氮管理模式对灌溉水生产效率、总吸氮量、氮素干物质生产效率及稻谷生产效率的调控作用显著。W2N1相对于W1N1及W3N2水氮管理模式能促进不同氮效率水稻拔节至抽穗期、抽穗至成熟期氮素的累积,提高功能叶谷氨酰胺合成酶(GS)活性、光合速率(P_n)及根系活力,进而提高稻谷产量及氮肥利用率,且对中产氮低效品种的调控效应显著高于对高产氮高效品种,为本试验最佳的水氮管理模式。高产氮高效品种的平均总颖花数、拔节至抽穗期稻株氮累积量、功能叶GS活性、P_n及根系活力均显著高于氮低效品种,尤其结实期高产氮高效品种更有利于维持叶片及根系的代谢同化能力,利于氮素转运、再分配到籽粒中提高稻谷生产效率及氮肥利用效率,是氮高效品种相对于氮低效品种高产、氮高效利用的重要原因。相关分析表明,水氮管理模式下不同氮效率水稻主要生育时期功能叶GS活性、P_n及根系活力与氮素利用及稻谷产量均存在显著或极显著的正相关;尤其以水稻抽穗期剑叶GS活性及根系活力与氮素利用及稻谷产量的正相关性最高。     

不同氮效率玉米品种对土壤硝态氮时空分布及农田氮素平衡的影响

阐明不同氮效率玉米品种对土壤硝态氮时空分布及农田氮素平衡的影响, 是挖掘品种氮素高效利用的生物学潜力, 提高氮素供应与作物需求的匹配度, 进而提高氮肥利用效率的重要途径。本研究以氮高效玉米品种郑单958、金山27和氮低效玉米品种蒙农2133、内单314、四单19为材料, 在不同施氮量下(0、300和450 kg hm^-2), 系统研究了不同氮效率玉米品种对土壤硝态氮时空分布、农田氮素平衡的影响, 并分析了植株氮积累量与土壤硝态氮累积量的关系。结果表明, 不同施氮水平下, 氮高效品种的产量、氮素吸收效率、氮肥利用率都显著高于氮低效品种; 相关分析表明植株氮素积累量与土壤硝态氮累积量呈显著负相关。从土壤硝态氮时空分布来看, 随生育进程, 土壤硝态氮含量最大土层逐渐下移, 下移速率不受品种氮效率影响, 其年际间差异与降雨量差异显著相关; 但吐丝后氮高效品种的60~100 cm土壤剖面内硝态氮含量显著低于氮低效品种, 差异达显著水平; 收获后土壤硝态氮残留量则表现为氮低效品种显著高于氮高效品种, 且随施氮量的增加显著增加。从农田氮素平衡来看, 品种的氮效率显著影响农田土壤氮素残留及表观损失, 氮低效品种的农田氮素表观损失是氮高效品种的2.2倍(300 kg hm^-2)和1.5倍(450 kg hm^-2), 且年际间差异较大。因此, 不同氮效率品种通过对氮素的差异性吸收显著影响农田氮素平衡。选用氮高效品种可显著降低土壤中硝态氮残留和表观损失, 降低氮素淋溶风险, 是提高氮肥利用率的有效途径。     

不同氮利用效率水稻基因型的根系形态与生理指标的研究

选用氮素利用高效型和低效型具有代表性的12个粳稻品种, 研究了225 kg hm-2施氮条件下根系形态和生理指标的差异及其与氮素利用效率的相互关系。结果表明, 有效分蘖临界叶龄期、拔节期、抽穗期和成熟期, 氮高效型水稻的根干重、根系体积、总吸收表面积、活跃吸收表面积和活跃吸收表面积比均显著或极显著大于氮低效型水稻。有效分蘖临界叶龄期和拔节期, 氮高效类型水稻的根冠比显著大于氮低效型, 而抽穗和成熟期则表现相反趋势。成熟期前, 氮高效型水稻的根系α-NA氧化量极显著大于氮低效型, 而成熟期, 氮高效型中杂交水稻的根系α-NA氧化量略低于个别氮低效型水稻品种。相关性分析表明, 有效分蘖临界叶龄期、拔节期、抽穗期和成熟期, 水稻的根干重、根系体积、根系的α-NA氧化量、总吸收表面积、活跃吸收表面积和活跃吸收表面积比与氮素利用效率呈显著或极显著正相关。有效分蘖临界叶龄期和拔节期, 植株的根冠比与氮素利用效率呈显著正相关, 而抽穗和成熟期则呈极显著负相关。氮高效型水稻在其一生中具有良好的根系形态和保持较强的根系活力, 为植株大量吸收和高效利用氮素奠定了良好基础。同时, 在水稻的生长过程中, 地下部与地上部的合理比例及协调生长也是促进植株高效吸收利用氮素的重要因素。     

不同氮效率油菜种质苗期氮吸收转运与利用差异研究

氮效率研究是油菜营养性状遗传改良的前提,为探究不同氮效率油菜种质苗期氮吸收、转运和利用的异同,以2个氮效率差异油菜种质H6（氮高效）和L18（氮低效）为供试材料,利用水培营养液设置正常氮（CK）和低氮（LN）2个氮浓度处理,培养14d后检测植株氮含量,计算氮累积量、氮转运系数和氮利用效率。结果显示,不同氮浓度处理对油菜苗期氮的吸收、转运和利用效率影响的差异达到极显著水平（P＜0.01）。与CK相比,LN处理的油菜生物量、氮含量和氮累积量均显著降低,而氮利用效率和根冠比显著提高;氮高效油菜种质H6的生物量、氮累积量、氮转运系数和氮生理利用效率均显著大于氮低效种质L18,分别为L18的2.07、1.42、3.23和1.56倍。从氮的吸收、转运和利用3个方面探讨了低氮胁迫处理下油菜种质苗期氮效率差异的原因,对深入开展油菜氮高效机理研究及油菜品种氮效率改良具有一定的指导意义。     

不同氮素利用效率基因型水稻氮素积累与转移的特性

选用氮素利用高效型和低效型具有代表性的12个粳稻基因型, 研究水稻氮素积累、转移特性的差异及其与氮素利用效率的相互关系。结果表明, 有效分蘖临界叶龄(N-n)、抽穗和成熟期, 氮高效类型水稻的氮素积累量极显著高于氮低效类型, 而拔节期差异不明显。水稻氮素的阶段性积累量, 除(N-n)至拔节阶段, 氮高效类型水稻极显著低于氮低效类型外, 其余各阶段氮高效类型水稻的氮积累量均极显著高于氮低效类型。水稻氮素的阶段性积累率, 移栽至(N-n)和(N-n)至拔节阶段氮低效类型水稻显著大于氮高效类型, 而在拔节至抽穗和抽穗至成熟阶段则表现出相反的趋势。抽穗前的氮素转移量和转移率, 氮高效类型水稻显著或极显著大于氮低效类型, 而抽穗前氮对籽粒的贡献率, 氮高效类型极显著低于氮低效类型。氮高效类型水稻具有在(N-n)前氮素适度积累, (N-n)后至抽穗阶段, 氮素的有效积累高而无效积累弱的特点。因此至抽穗期, 氮高效类型水稻的氮素积累量大于氮低效类型, 具有较高的氮素转移量和转移率。但由于氮高效类型水稻在抽穗以后仍具有较强的氮素积累能力, 因此其抽穗前氮对籽粒的贡献率相对低于氮低效类型。     

133份小麦亲本材料氮磷利用效率的聚类分析

根据小麦亲本材料子粒、叶片和茎秆的氮、磷含量,采用聚类分析,将133份小麦亲本材料分成了氮高效、吸收氮能力差和氮低效3类,和磷高效、费磷和磷低效3类,同时还筛选出了7个氮素利用效率和磷素利用效率均较高的亲本。方差分析表明,氮素和磷素利用效率不同的3类亲本,各器官的类间变异均大于类内变异,经F测验,氮素利用效率不同的3类亲本的子粒、叶片和茎秆的含氮量均存在极显著差异,而磷素利用效率不同的3类亲本的子粒和叶片的含磷量存在极显著或显著差异,茎秆含磷量类型间差异不显著。     

不同穗型常规籼稻品种氮素吸收利用的基本特点

在群体水培条件下,以国内、外不同年代育成的常规籼稻代表品种(2001年为88个、2002年为122个)为材料,测定干物质重(包括根系)、产量及其构成因素、氮素含量等,采用组内最小平方和的动态聚类方法将供试品种按单穗重从低到高依次分为A、B、C、D、E、F 6类,研究各类品种氮素吸收利用的基本特点。结果表明,(1)供试品种单穗重差异较大,适当增加穗重有利于水稻品种产量的提高;(2)不同穗型水稻品种植株含氮率差异较小,大穗型水稻品种抽穗期、结实期、成熟期群体氮素累积量和个体(单穗)氮素累积量均显著大于小穗型品种,个体(单穗)吸氮量特别是抽穗前单穗吸氮量大,是大穗型品种主要生育阶段群体氮素累积量显著大于小穗型品种的重要因素;(3)中等偏大穗型的水稻品种氮素收获指数、氮素籽粒生产效率较高;(4)大穗型水稻品种播种到抽穗天数、全生育期天数较长;(5)氮素累积量、氮素籽粒生产效率均是影响穗重的重要因素,但氮素累积量作用较大;(6)吸氮强度尤其是个体(单穗)吸氮强度是不同穗型水稻品种群体与个体(单穗)氮素累积量差异的主要因素。     

茄子氮高效基因型苗期筛选指标的研究

为明确茄子氮高效基因型苗期筛选指标,以茄子高氮高效低氮高效型基因型06-991和高氮高效低氮低效型基因型06-867为材料,采用溶液培养方法在高氮(11 mmo L/L)和低氮(2 mmo L/L)处理下,研究茄子苗期植株形态、根系特征和氮素在各个器官中的累积与分配的特性。结果表明,高氮处理下06-991和06-867茄子的植株形态、根系形态差异不显著;低氮处理下06-991的株高、叶片总叶绿素含量、植株干质量、平均根长、根体积、根干质量和植株氮累积量显著高于06-867,分别达到06-867的1.40,1.78,1.29,1.30,1.67,2.00倍。06-991的根冠比和植株向根部分配的氮素显著高于06-867。茄子各性状与氮素累积量相关性分析表明,2个氮水平下植株干质量和根干质量与植株氮素累积量呈极显著正相关,适合作为茄子苗期氮高效基因型筛选指标。     

甘蓝型油菜氮素高效吸收的植株形态与生理特性研究

为阐明甘蓝型油菜氮素高效吸收的形态和生理机制,利用6个氮素效率差异显著的甘蓝型油菜为供试材料,分析低氮条件下甘蓝型油菜抽薹期地上部和根系形态、叶片和根系生理特性的基因型差异及这些指标与高效氮素吸收的关系。结果表明,3个氮高效基因型在表型性状（株高、叶片数、最大叶长×宽、地上部干重、茎基粗、根长、根表面积、根体积、根平均直径和根干重）、生理（叶片可溶性糖含量、游离氨基酸总量、根系吸收总面积、活跃吸收面积、游离氨基酸总量和根系活力）和光合方面（净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度、蒸腾速率和氮素光合效率）均高于3个氮低效基因型。甘蓝型油菜抽薹期根平均直径、最大叶长×宽、蒸腾速率和根系硝酸还原酶共同决定了氮素吸收效率的92.10%。     

早熟与常规熟期冬油菜品种养分吸收规律差异研究

探明南方三熟区早熟与常规熟期冬油菜品种在干物质积累及养分吸收方面的规律差异,为稻-稻-油三熟制油菜施肥提供依据。于2017年冬季至2018年春季在湖南衡阳布置田间小区试验,供试品种为早熟品种湘油420和湘油642、常规熟期品种湘油1035和湘杂油710×1035,间隔10~15d取样,监测4个油菜品种的干物质积累动态,氮、磷、钾元素吸收的时空特征及产量。早熟冬油菜品种与常规熟期冬油菜品种的产量及产量收获指数无显著差异,早熟冬油菜品种的干物质、磷在花期-角果期积累比例最大,分别为79.9%~80.0%、69.3%~79.5%,氮、钾积累量在花期的比例最大,分别为46.8%~47.7%、39.9%~52.3%;常规熟期冬油菜品种的干物质、磷、钾在花期积累比例最大,分别为37.1%~38.6%、44.1%~49.3%、32.8%~36.2%,氮在苗期的积累比例最大（48.6%~73.9%）。相较于常规熟期冬油菜品种,早熟冬油菜品种对干物质及养分的吸收高峰推迟,干物质和磷、钾养分累积多集中在花期-角果期。冬油菜的养分积累量随干物质积累量的增大而提高。早熟冬油菜品种生育期185d,较常规熟期冬油菜品种短15d,能缓解稻油轮作时茬口矛盾;收获期早熟冬油菜品种氮、磷积累量明显高于常规熟期冬油菜品种,氮、磷、钾累积特性适用于缓控释肥养分释放速率慢、周期长的释肥特性。早熟冬油菜品种生育期短且养分积累量高,在南方三熟区存在季节优势和养分积累优势,适宜在南方三熟区大面积推广。     

Nitrogen Partitioning in Entire Plants of Different Spring Wheat Cultivars

The aim of this study was to investigate nitrogen partitioning in entire plants, including roots, of spring wheat in two temperature regimes during grain filling. Six cultivars, genetically different and with varying grain protein concentration, were grown in solution culture to full maturity. After anthesis, half the plants were grown in high temperature (23/17 °C, day/night) and half in low temperature (18/12 °C). Root nitrogen concentration was genetically influenced. The roots had ability to redistribute nitrogen to aboveground plant parts. At maturity the roots contained 10–20 % of the total nitrogen amount in the plants. Harvest index (HI) and harvest index for the entire plant (HI_tot) for cv. Heta were significantly higher at low temperature than at high. Cv. Heta had a rapid development rate from planting to maturity. Due to slow senescence at low temperature, cv. Kärn II showed lower HI and nitrogen harvest index (NHI) at low, compared with high, temperature. Cvs Kärn II and Sport showed higher nitrogen amount in the roots and shoots at low, compared with high, temperature. A negative correlation was found between NHI and NHI_tot vs. root weight, total shoot weight and root N amount. Because of the latter correlation, breeding for low root N concentration is suggested.     

施氮和间作对蚕豆根瘤形成及氮素吸收累积的影响

为探究不同施氮水平下小麦蚕豆间作对蚕豆根瘤形成及氮素吸收累积的影响,明确氮肥施用与豆科作物结瘤固氮、氮素吸收累积和产量的关系,通过2年田间试验,分析了N0、N1、N2和N3 4个施氮水平（蚕豆：0、45、90、135kg/hm²;小麦：0、90、180、270kg/hm²）下,单作、间作蚕豆各关键生育期根瘤鲜重、氮素吸收关键参数、地上部氮素累积量和产量的特征。结果表明,N0、N1和N2水平下,间作蚕豆根瘤鲜重比单作分别提高40.9%、27.2%和34.1%;高氮（N3）水平下,单作、间作蚕豆根瘤鲜重无显著差异。与单作相比,4个施氮水平下间作蚕豆的最大氮素累积量（A）和最大氮素吸收速率（R_max）降幅分别为8.01%~13.93%和10.27%~12.98%,表明氮素吸收累积特点与根瘤鲜重相反。在蚕豆营养生长阶段（出苗后90d内）,单作、间作蚕豆氮素累积量无差异;进入结荚期后（出苗90d后）,间作显著降低了蚕豆的氮素累积量。同时,蚕豆产量也受施氮量和种植模式的调控,与单作相比,4个施氮水平下,间作降低蚕豆产量平均达20.66%。整体而言,在N1水平下,蚕豆根瘤鲜重和产量达最大值,随着施氮量增加,蚕豆根瘤鲜重、氮素累积量和产量均随之降低,间作促进根瘤形成的优势减弱甚至消失。因此,间作体系中蚕豆氮肥的运筹与间作优势的形成密切相关。     

春小麦不同品质类型氮的吸收、转化利用及与籽粒产量和蛋白质含量的关系

以不同品质类型春小麦为材料,研究产量和蛋白质形成过程中营养体各器官氮的水平动态以及氮的转化和利用效率。结果表明,植株营养体各器官干物质总的积累趋势为开花期开始增加,达高峰后逐渐下降至成熟;氮的含量变化为开花期最高,随籽粒灌浆逐渐下降,成熟时降至最低。籽粒氮含量变化呈“V”型曲线,籽粒氮素积累呈“S”型     

不同品种组合下春夏玉米套作的氮素利用特征研究

选用玉米早熟品种鲁原单14、中熟品种掖单22和晚熟品种掖单13,以单作为对照,研究了品种对套作和单作条件下春、夏玉米氮素利用特征以及产量的影响。结果表明,单作和套作条件下,春玉米生长期的延长有利于其吸氮量的增加,但不利于夏玉米的氮素利用。套作处理的氮素吸收效率、氮肥生产效率和氮收获指数均高于单作,但氮素利用效率介于单作春玉米和单作夏玉米之间。当春玉米对氮素的竞争能力适中,夏玉米竞争能力强时,更利于套作体系氮素优势的充分发挥。与早熟、中熟、晚熟春玉米套作组合的氮吸收土地当量比平均分别为2.46、1.63和2.04;生物产量的土地当量比平均分别为1.91、1.603和1.78。但从全年氮素利用和生物产量看,较好的套作组合是掖单13/掖单22、掖单13/掖单13和鲁原单14/掖单13。与单作相比,春夏玉米套作显著提高了全年氮素生产力和生物产量,合理的品种选择有利于套作条件下玉米高产优质潜力的充分发挥。     

施氮量和底追比例对小麦氮素吸收转运及产量的影响

应用¹⁵N示踪技术研究了高产麦田中施氮量和底施与追施氮肥的比例对小麦氮素吸收转运及籽粒产量的影响。共设7个处理,对照为不施氮肥(N0);在施纯氮量为168和240 kg/hm²条件下,各设底肥氮量与追肥氮量比例（底追比例）为1∶1 (N1和N4)、1∶2 (N2和N5)、0∶1(N3和N6)。结果表明,播种至拔节期植株积累的底施氮占植株全生育期积累底施氮总量的78.04%~89.67%;小麦植株对追肥氮的利用率显著高于对底肥氮的利用率,适当增加追施氮肥的比例可提高氮肥利用率,其中N2处理的最高。在相同底追比例下,不同施氮量处理相比较,植株与籽粒中的氮素积累量均无显著差异;施氮量相同,随追施氮肥比例的增加,开花前贮存氮素的转运量和转运效率呈先增加后降低的趋势,N2和N5的转运量及转运效率最高;开花后氮素的同化量及对籽粒的贡献率则随追施氮比例的增加而提高;籽粒氮素积累量在N2、N3、N5和N6处理间无显著差异,但显著高于N1和N4。适量施氮并增加追施氮肥的比例可显著提高籽粒产量、蛋白质含量,N2、N5和N6均效果较好。在本试验条件下,施氮量为168 kg/hm²及底追比例为1∶2的处理是兼顾产量、品质和效益的最佳氮肥运筹方式。     

棉花早、中熟品系营养器官碳氮含量变化的差异及与干物质积累的相关性

为探究不同生育期棉花品种的干物质积累及产量与其碳氮代谢相关性，采用生育期不同的2个陆地棉近等基因系早熟系4003-10和中熟系4003-6，测定生殖生长阶段蕾期至吐絮期根、茎、叶的全氮、氨基酸、非结构性碳水化合物（己糖、蔗糖和淀粉）含量及棉株各部位生物量，比较2个品系的差异，并分析营养器官含氮量与生物量的相关性。结果表明，4003-6比4003-10具有更大的铃重、衣分及皮棉产量。生殖生长阶段4003-6叶片比4003-10具有较高的全氮、氨基酸、非结构性总碳、淀粉含量及碳氮比，表明前者叶片具有较强的碳氮代谢活性和碳水化合物生产能力；4003-6的根系氨基酸水平高于4003-10，且具有更高的氮素吸收效率。在营养器官中，根系含氮量对棉花植株地上部、根系、营养器官和生殖器官的生物量积累影响最大。早熟系4003-10单株根、茎、叶的含氮量与生殖器官生物量的相关系数均高于中熟系4003-6，表明早熟品系的吸氮能力对产量影响更大。     

灌溉方式和施氮量对棉花生长及氮素利用效率的影响

 设置2年田间小区试验,探讨了不同灌溉方式及施氮量对棉花生物量、氮素吸收量、皮棉产量及氮素效率的影响。结果表明,与漫灌相比滴灌显著增加了棉花生物量、氮素吸收量、皮棉产量以及氮肥利用率;滴灌棉花地上部各器官干物质积累量和氮素吸收量显著大于漫灌,而地下部干物质积累量和氮素吸收量显著低于漫灌,滴灌条件下较好的水分条件抑制了棉花根系生长而促进地上部生长。施用氮肥显著提高了棉花生物量、氮素吸收量。皮棉产量在施氮量为360 kg·hm^-2时最大,过高氮肥投入无助于棉花产量提高。随着施氮量的增加,氮肥利用率、农学利用率、偏生产力均显著降低。灌溉方式与施氮量互作效应对棉花单株铃数及皮棉产量产生显著影响。