基于PCA-BPNN的温室番茄果实直径预测模型

【目的】 研究温室番茄果实直径变化量的动态预测模型,为番茄所需水肥规律提供数据支持。【方法】 选择番茄果实横径为研究对象,以5株番茄果实膨大期的数据建立模型,采用主成分分析法对植物生理生态信息和环境信息进行分析,提取主要成分,以主成分为自变量,输出变量为因变量,建立一个包含空气温度、空气湿度、土壤含水率、叶片温度及果实横径的BP神经网络回归动态预测模型,并以3株番茄果实膨大期内所测的数据作为测试数据进行预测,比较预测值和实测值。【结果】 第1株番茄预测值与实测值的决定系数为(R²)0.964,均方根误差(RMSE)为0.238,第2株番茄预测值与实测值的决定系数(R²)为0.960,均方根误差(RMSE)为0.051,第3株番茄预测值与实测值的决定系数(R²)为0.951,均方根误差(RMSE)为0.047。【结论】 该模型可以预测温室短时内番茄果实直径变化量,可以用于新疆连栋温室内的秋季番茄果实直径变化预测,可根据预测量与实测量之间差值对水肥实行微调。     

基于叶片反射光谱估测水稻氮营养指数

【目的】基于叶片反射光谱建立快速、无损监测水稻氮营养指数（nitrogen nutrition index,NNI）的估算模型。【方法】2018—2019年开展2个水稻品种（徽两优898和Y两优900）及5个氮肥梯度（施氮量为0、75、150、225和300 kg·hm^-2,分别记为N₀、N₁、N₂、N₃、N₄）的田间小区试验,测定关键生育期不同叶位叶片反射光谱和植株NNI,构建多种光谱指数的水稻NNI监测模型。【结果】单叶及叶位组合的敏感波段均分布在540 nm的绿光波长处,其与近红外波段构成的窄波段比值指数SR（R₉₀₀,R₅₄₀）可较好反演水稻NNI。但不同叶位叶片窄波段比值指数与水稻NNI的预测精度表现不同,顶3叶（L₃）预测精度最好（R²=0.731,RMSE =0.130,RE=11.6%）,顶2叶（L₂）次之（R²=0.707,RMSE =0.136,RE =12.2%）,顶1叶（L₁）最差（R²=0.443,RMSE =0.187,RE =14.7%）;顶2叶和顶3叶组合平均光谱（L₂₃）的预测精度优于单叶水平和其他叶位组合（R²=0.740,RMSE =0.128,RE =11.5%）。再将窄波段比值指数SR（R₉₀₀,R₅₄₀）近红外与绿光区域分别重采样50 nm和10 nm,所构建的宽波段比值指数SR[AR_{（900±50）},AR_{（540±10）}]模型精度较SR（R₉₀₀,R₅₄₀）未明显降低,且在L₂₃水平下2个模型的模型精度和预测精度基本一致（R²=0.740,RMSE =0.128,RE =11.5%）。水稻NNI小于1时与产量呈线性的正相关关系（P<0.05）,大于1时产量趋于平稳。【结论】L₂和L₃叶片反射光谱为监测水稻NNI的敏感叶位,其中叶位组合L₂₃可提高模型预测精度。基于叶片反射光谱构建的多种波段比值指数（SR（R₉₀₀,R₅₄₀）和SR[AR_{（900±50）},AR_{（540±10）}]）可快速估测水稻NNI,从而为不同传感器对水稻氮营养指数估测监测研究提供了理论依据。     

穗肥钾肥施用量对杂交稻甬优12产量的影响

以杂交稻甬优12为试材,研究不同穗肥钾肥施用量对产量的影响。结果表明,6个钾肥(K₂O)施用量中以148.5 kg·hm^-2处理为最佳,即穗肥的施用推荐方案为225 kg·hm^-2复合肥+187.5 kg·hm^-2农用氯化钾。经二次函数数学模型Y=10 335.819+18.939X-0.049X²测算,理论上可获得产量12 068 kg·hm^-2;能够兼顾甬优12的高产要求,同时降低了钾肥的投入成本,有利于节约钾素资源,推进农业可持续发展。     

施磷水平对不同茬口下冬小麦生长发育及产量的影响

【目的】研究施磷水平对不同茬口下冬小麦生长发育及产量的影响,探明小麦合理轮作制度和磷肥管理。【方法】于2018—2019和2019—2020连续两年在花生（PCR）、玉米（MCR）和花生‖玉米（ICR）茬口下种植冬小麦,分别设P₀（0 kg P₂O₅·hm^-2）、P₉₀（90 kg P₂O₅·hm^-2）、P₁₈₀（180 kg P₂O₅·hm^-2）和P₂₇₀（270 kg P₂O₅·hm^-2）4个施磷水平,研究施磷水平对不同茬口下冬小麦分蘖及成穗率、灌浆速率、干物质积累与分配、产量及产量构成的影响。【结果】（1）同一茬口下,随着施磷量的增加,冬小麦单位面积最大分蘖数、有效分蘖数、干物质积累量和单穗干重均呈P₂₇₀>P₁₈₀>P₉₀>P₀处理;冬小麦穗粒数、干物质向籽粒中分配率和产量呈先增加后降低的趋势,P₁₈₀施磷水平下达到最大值。（2）不同茬口下,各施磷水平冬小麦单位面积最大分蘖数、有效分蘖数均表现为PCR>ICR>MCR;在不施磷（P₀）和低磷（P₉₀）水平时,花生茬口下的冬小麦各时期干物质量、产量均大于花生‖玉米茬口和玉米茬口,但在P₁₈₀、P₂₇₀施磷水平时,花生‖玉米茬口下的冬小麦各时期干物质量、产量则均大于花生茬口和玉米茬口。（3）结合施磷量与产量拟合曲线,花生茬口冬小麦最高产量为10 493.6 kg·hm^-2,最佳经济产量施磷量为177.0 kg·hm^-2;花生‖玉米茬口最高产量为10 749.8 kg·hm^-2,最佳经济产量施磷量为178.9 kg·hm^-2;玉米茬口最高产量为9 936.2 kg·hm^-2,最佳经济产量施磷量为189.3 kg·hm^-2。【结论】花生茬口及花生‖玉米茬口的冬小麦分蘖成穗、干物质积累与转移、籽粒灌浆和产量形成方面均优于玉米茬口,冬小麦产量潜力大,最佳经济产量施磷量低,为177.0—178.9 kg·hm^-2。     

基于灰色关联下神经网络在南果梨始花期预报中的应用

为探寻更精确有效的南果梨始花期预报方法,采用灰色关联分析法确定与始花期关联较大的冬季气象因子,以此作为BP(Black Propagation)神经网络与RBF(Radial Basis Function)神经网络建模的输入因子并预测南果梨始花期,利用均方根误差(RMSE)和相对误差(RE)评价该模型的预测效果,同时对比与南果梨始花期显著相关的冬季气象因子建立逐步回归方程并进行回代后的预测结果。结果表明：（1）与南果梨始花期灰色关联较大的气象因子为冬季日均气温、日最高气温、日最低气温、日均相对湿度,关联度均在0.6以上,故将这4个因子作为BP和RBF神经网络模型的输入层来预测南果梨始花期;（2）与始花期显著相关的气象因子有日均气温、日均5 cm地温、日最低气温、日最高气温,相关系数分别为-0.646、-0.628、-0.638、-0.663,所建回归模型均通过了显著性检验且具有统计学意义;（3）BP和RBF方法建立的模型拟合精度总体上较接近;（4）基于灰色关联下BP神经网络和RBF神经网络预测结果误差分别为1 d和2.25 d,BP神经网络预测的开花日期更接近实际开花日期;（5）基于灰色关联下BP神经网络模型RMSE为1、RE为6.34%、R²为0.7,而RBF神经网络模型RMSE为2.25、RE为13.13%、R²为0.568。综上,灰色关联分析法建立的BP神经网络模型较RBF模型预测南果梨始花期更精确。     

AquaCrop模型对旱区冬小麦抗旱灌溉的模拟研究

【目的】根据干旱情况及时采取灌溉措施,对旱区抗旱以及提高水分利用效率具有重要意义。从大田农业的实际情况出发,研究AquaCrop模型在旱区的适用性及干旱年份抗旱灌溉模拟,为实现抗旱保产提供依据。【方法】于2012-2014年,在旱区陕西杨凌及杨凌周边区域进行冬小麦大田试验,采用2013-2014年揉谷试验区的冬小麦观测数据进行模型的参数调试,采用2012-2013年揉谷试验区和2013-2014年武功试验区的冬小麦观测数据进行模型的验证,从而获得AquaCrop模型在陕西杨凌及周边地区的模型参数。模型参数包括影响冠层生长的冠层增长系数、冠层衰老系数和最大冠层覆盖度,影响生物量积累的水分生产力,影响产量形成的参考收获指数等。然后根据调查的干旱年份2012-2013年的灌溉情况制定出4种灌溉情景,并利用参数本地化后的AquaCrop模型模拟2012-2013年4种灌溉情景对冬小麦生物量和产量的影响,通过模拟结果得出最优灌溉策略。最后比较2012-2013年揉谷试验区、2013-2014年揉谷试验区和武功试验区冬小麦的产量水分利用效率。【结果】在冬小麦冠层覆盖度方面,AquaCrop模型模拟的冠层覆盖度和实测值之间的决定系数（R²）与均方根误差（RMSE）分别为0.464和8.0%。在冬小麦生物量模拟方面,AquaCrop模型模拟的生物量和实测值之间的R²和RMSE分别为0.889和1.622 t·hm^-2。在冬小麦产量模拟方面,AquaCrop模型模拟的产量与实测产量之间的RMSE为0.377 t·hm^-2。2013年为干旱年份,在播种后第77天进行冬灌并且在播种后第172天的拔节期再进行灌溉的两种情景获得最大的生物量;在播种后第77天进行冬灌、播种后第172天拔节期和播种后第200天抽穗期再分别灌溉,小麦产量最高,达到6.451 t·hm^-2。2012-2013年揉谷试验区、2013-2014年揉谷试验区和武功试验区冬小麦的产量水分利用效率分别为1.84、1.69和1.82 kg·m^-3。【结论】AquaCrop模型能够较好地模拟旱区冬小麦的生物量和产量,并且AquaCrop模型模拟的干旱年份下不同灌溉策略的生物量和产量,基本可以说明不同灌溉时间和灌溉次数对冬小麦最终产量的影响。同时说明2012-2013年增加的2次灌溉使干旱年份冬小麦的产量水分利用效率超过正常年份。以上研究符合当地农业生产实际情况,说明AquaCrop模型可以为旱区抗旱保产提供依据。AquaCrop模型具有很好的应用前景,正逐渐成为一个重要的田间决策工具。     

江汉平原大豆高产栽培试验

于2016年进行16个大豆品种(系)比较试验,2017年以中豆40为试验材料,采用裂区田间试验设计,对施肥水平和栽培密度进行研究。结果显示,中豆40以“青春期”长、熟期中等、单株分枝多、单株结荚多、单株粒重高等突出表现,对比鄂豆10号优势明显。长“青春期”型、中迟熟型大豆品种的产量性状优势明显。以中豆40为例,配套栽培密度45.0万~50.0万株·hm^-2,配施N 90 kg·hm^-2、P₂O₅ 67.5~90 kg·hm^-2和K₂O 67.5~90 kg·hm^-2,是江汉平原大豆实现高产稳产的关键技术。     

基于高光谱遥感和集成学习方法的冬小麦产量估测研究

【目的】利用2种灌溉处理下不同发育阶段的冬小麦冠层高光谱信息,通过机器学习方法对小麦籽粒产量进行估测精度研究,明确产量最佳估测模型,对于育种工作有着重要应用价值。【方法】以黄淮麦区207个主栽小麦品种为材料,于2018—2019和2019—2020年度连续2个生长季在河南省新乡基地的正常灌溉和节水处理下种植,并调查开花期、灌浆前期和灌浆中期的冠层高光谱数据,分别以6种机器学习方法和集成方法建立光谱指数产量估测模型。【结果】2种灌溉处理下,3个生育期各光谱指数均与产量呈极显著相关（P<0.0001）,且表现出较高的遗传力（0.61-0.85）,主要受遗传因素控制。在正常灌溉处理下,与传统机器学习方法表现最佳的模型相比,集成学习方法在3个生育期的平均决定系数(R²) 分别由0.610、0.611和0.640提高至0.649、0.612和0.675,平均均方根误差 (RMSE) 分别降低至0.607、0.612和0.593 t·hm^-2;节水处理下,3个生育期的平均R²分别由0.461、0.408和0.452提高至0.467、0.433和0.498,平均RMSE分别降低至0.519、0.559和0.504 t·hm^-2。【结论】利用集成方法将不同模型估测结果进行结合,能够有效地提高产量估测精度,2种灌溉处理下均在灌浆中期估测精度最佳,可为冬小麦育种工作中产量估测提供参考。     

不同水氮条件下冬小麦穗器官临界氮稀释模型研究

【目的】 开花后穗部器官成为小麦生长中心,保证穗部充足的氮素营养是籽粒产量和蛋白品质形成的基础,精确诊断穗氮营养对预测评价产量和品质具有重要意义。【方法】 选用周麦27和豫麦49-198为材料,在大田条件下设置3个灌溉条件（W0：雨养、W1：拔节期浇水1次、W2：拔节和开花各浇水1次）和5个施氮水平（0（N0）、90 kg·hm^-2（N6）、180 kg·hm^-2（N12）、270 kg·hm^-2（N18）和360 kg·hm^-2（N24））,于小麦开花后不同的灌浆时段采集各处理小麦穗器官干物质及氮素含量数据,构建不同灌溉条件下冬小麦穗器官的临界氮稀释（Nc）曲线,并于成熟期测定籽粒产量和蛋白质含量。【结果】 在同一灌溉条件下,随着施氮量的增加,穗部干物质及氮含量均增加;不同灌溉条件下的穗部临界氮浓度与生物量间均符合幂指数关系,不同灌溉条件的模型间存在差异（W0: Nc=2.58 DM^-0.242; W1: Nc=2.92 DM^-0.24; W2: Nc=3.10 DM^-0.231）。氮营养指数（NNI）在不同灌溉条件下均随着施氮量的增加而增加,适宜施氮量因灌溉条件而异,雨养条件为180—270 kg·hm^-2,灌溉条件为270 kg·hm^-2左右。相对产量（RY）与NNI之间显著相关,具体表现为线性+平台特征,在雨养条件下NNI为1.01时,RY获得最大值;而在灌溉条件下NNI为0.97时,RY获得最大值。籽粒蛋白含量与NNI之间呈显著的线性定量关系,灌溉导致蛋白质含量有所降低。【结论】 确立的穗器官Nc及NNI模型,能够有效指示不同水氮条件下小麦氮素丰缺变化,实时评价产量状况,准确预测蛋白质含量,为小麦生育后期的田间及收储管理提供参考和依据。     

干旱胁迫下春玉米冠层吐丝动态及籽粒数模拟研究

【目的】为实现干旱胁迫下玉米冠层吐丝动态的模拟,建立开花—吐丝间隔（anthesis-silking interval,ASI）和吐丝百分率与单位面积籽粒数的关系,改善干旱胁迫条件下玉米籽粒数的模拟效果。【方法】本研究基于锦州农业气象试验站干旱胁迫控制试验,测定了不同水分处理下玉米开花前后植株平均生长速率（PGR）、玉米冠层逐日吐丝百分率动态、ASI、开花后果穗生物量累积和株籽粒数等指标,利用上述数据确定了玉米冠层吐丝动态模型参数;进行了模拟吐丝百分率对植株生长速率平均值（PGR_AVE）和标准差（PGR_SD）两个输入参数的敏感性分析;基于果穗生物量累积过程,考虑干旱胁迫条件下冠层内植株个体间PGR的差异,开展开花前后不同干旱胁迫条件下冠层吐丝动态过程模拟;建立ASI与株结实率（株籽粒数占株最大潜在籽粒数的百分比）的定量关系;基于冠层吐丝动态模型模拟的开花后吐丝植株百分率、单株最大潜在籽粒数和株结实率,构建了基于冠层吐丝动态的籽粒数模型,进行了干旱胁迫下的籽粒数模拟与检验。【结果】冠层吐丝动态模型对PGR_AVE和PGR_SD的敏感性分析结果显示,与PGR_SD变化相比,PGR_AVE变化对吐丝百分率影响更大,PGR_AVE越大,PGR_SD越小,植株达到50%吐丝的时间越短。玉米冠层吐丝动态模型可以较准确地模拟开花后逐日吐丝百分率,花期干旱胁迫下观测值与模拟值的决定系数R ²为0.88—0.98,均方根误差RMSE为4%—12%,归一化均方根误差NRMSE为8%—27%;耦合冠层吐丝动态模拟结果,构建了基于冠层吐丝动态的籽粒数模型,该模型可以较准确地模拟干旱胁迫下玉米单位面积籽粒数,观测值与模拟值的R ²为0.85,RMSE为185粒/m²,NRMSE为10%。【结论】通过引入冠层吐丝动态模型,构建基于冠层吐丝动态的籽粒数模型,实现了干旱胁迫下玉米关键物候期（吐丝时间、开花—吐丝间隔和吐丝百分率）的模拟和籽粒数模拟,为实现干旱胁迫下基于冠层吐丝动态的产量模拟奠定基础。     

北方麦区小麦产量与蛋白质含量变化对土壤硝态氮的响应

【目的】分析我国北方麦区不同土壤硝态氮残留梯度下减施氮肥后小麦籽粒产量、蛋白质含量变化,为保证合理减施氮肥,有效降低麦田土壤硝态氮残留提供理论依据。【方法】于2018—2019年在我国北方麦区43个地点进行田间试验,研究不同硝态氮残留情况下氮肥减施对小麦产量、蛋白质含量、产量构成及氮素吸收利用的影响。【结果】与农户施肥相比,监控施肥的氮肥用量减少55 kg·hm^-2（26%）,产量为5 885 kg·hm^-2,比农户施肥增产3.1%,籽粒蛋白质含量为132.4 g·kg^-1,与农户施肥相比无显著差异。当1 m土层硝态氮残留量<55 kg·hm^-2时,小麦产量最低,为4 252 kg·hm^-2,硝态氮残留在55—100 kg·hm^-2时,产量达到最高,为7 186 kg·hm^-2,硝态氮残留量过高并不能持续提高小麦产量;当土壤硝态氮残留量<100 kg·hm^-2时,不施氮肥小麦产量会显著降低,但采用监控施肥技术合理减施氮肥,无论土壤硝态氮残留多少,均不会减产。土壤硝态氮残留>300 kg·hm^-2时,小麦籽粒的蛋白质含量达到最高,平均为146.93 g·kg^-1;当土壤硝态氮残留量<200 kg·hm^-2时,不施氮肥会显著降低籽粒蛋白质含量,但通过监控土壤硝态氮合理减施氮肥,无论硝态氮残留高低,均不会降低籽粒蛋白质含量;硝态氮残留介于55—100 kg·hm^-2时,农户与监控施肥处理的小麦籽粒蛋白质含量分别为124.5和123.1 g·kg^-1。采用监控施肥技术,小麦氮肥吸收效率（地上部吸氮量/施氮量）与氮肥偏生产力分别为1.36 和45.7 kg·kg^-1,较农户施肥显著提高61.5%和57.1%。【结论】综合考虑维持北方麦区小麦较高的产量和蛋白质含量,收获期1 m土层硝态氮残留量应介于55—100 kg·hm^-2。基于小麦目标产量、籽粒蛋白质含量和土壤硝态氮监控,确定合理的氮肥用量,对实现小麦氮肥减施、绿色生产有重要意义。     

节水减氮对夏玉米干物质和氮素积累转运及产量的调控效应

【目的】 针对当前夏玉米生产中灌溉水资源不足和施氮过量的问题,本研究拟通过分析比较节水减氮模式与常规水氮模式对夏玉米生长和产量的调控效应,为开发夏玉米水肥减量增效的生产模式提供依据。【方法】 于2018—2019年在陕西杨凌开展水氮二因素田间试验。灌溉设常规灌溉（800 m³·hm^-2）、减量灌溉（400 m³·hm^-2）和不灌溉（0）3个处理;施氮设常规施氮（300 kg N·hm^-2）、减施25%（225 kg N·hm^-2）、减施50%（150 kg N·hm^-2）、减施75%（75 kg N·hm^-2）和不施氮肥（0）5个处理,分析夏玉米产量、光合特性以及干物质（氮素）积累和转运特性。【结果】 （1）减量灌溉、减氮25%的节水减氮模式较常规水氮模式对产量及产量构成因素无显著影响。（2）与常规水氮模式相比,减量灌溉、减氮25%对夏玉米叶面积指数（LAI）无显著影响,也能加快花前LAI上升速度且花后LAI下降缓慢;显著提高抽雄期穗位叶净光合速率10.0%,维持植株花后较高的穗位叶净光合速率,保证干物质生产。（3）减量灌溉和减氮25%较常规水氮模式对成熟期干物质积累量无显著影响,但干物质最大增长速率显著提高6.3%,最大增长速率出现日期显著提前0.8 d。（4）与常规水氮模式相比,减量灌溉、减氮25%处理花前干物质转运量、转运率和花前转运量对籽粒贡献率分别显著提高36.4%、40.1%和28.6%;花前氮素转运量、转运率以及转运量对籽粒的贡献率分别显著提高30.3%、22.0%和42.1%。花后干物质、氮素积累量以及对籽粒的贡献率在2种水肥模式下无差异。【结论】 施氮225 kg·hm^-2、灌溉400 m³·hm^-2的节水减氮模式能有效协调干物质和氮素的积累和转运,提高成熟期籽粒同化物分配比例,实现关中平原夏玉米节水减肥增效的生产目标。     

不同灌溉和施肥模式对水稻产量、氮利用和稻田氮转化特征的影响

【目的】阐明常规淹灌和干湿交替灌溉下,不同施肥模式对水稻关键生育期氮吸收转运、氮素利用率和稻田氮转化特征的影响及其与水稻产量的关系,以期为绿色高效稻田水肥管理提供理论依据。【方法】 2018—2019年连续进行2年,以杂交籼稻中浙优1号为供试材料,设常规淹灌（FI）、干湿交替（AWD）2种灌溉模式以及空白对照（N₀）、常规施氮（PUN₁₀₀）、减氮20%（PUN₈₀）、缓控释复合肥减氮20%+生物炭（CRFN₈₀-BC）和稳定性复合肥减氮20%+生物炭（SFN₈₀-BC）5种施肥模式,对比分析了不同灌溉和施肥模式下水稻产量、氮吸收利用及稻田氮转化特征。【结果】（1）与FI灌溉模式相比,AWD灌溉显著增加了各处理水稻产量（P<0.05）,CRFN₈₀-BC和SFN₈₀-BC处理水稻产量分别达9 721 kg·hm^-2、10 056 kg·hm^-2（2018年）和9 492 kg·hm^-2、9 907 kg·hm^-2（2019年）,且均显著高于PUN₈₀和PUN₁₀₀处理（P<0.05）,这可能与水稻穗粒数、有效穗增加密切相关。（2）与N₀、PUN₁₀₀和PUN₈₀处理相比,AWD灌溉显著提高了抽穗前CRFN₈₀-BC和SFN₈₀-BC处理水稻茎鞘和叶片氮累积量、抽穗至成熟期茎鞘和叶片氮转运量及其氮转运贡献率;同时,显著增加了成熟期0—30 cm剖面稻田可溶性总氮（dissloved total N,DTN）和NO₃^-含量,并有效降低稻田渗滤液中DTN、NH₄⁺和NO₃^-质量浓度。（3）相关分析结果表明,水稻产量与营养生长期叶片和茎鞘氮累积量,抽穗后氮转运量和氮转运贡献率,成熟期水稻氮素利用率和稻田氮有效性显著正相关,表明适宜的水氮管理能协同促进氮素在水稻中的吸收和运转畅通,增加稻田氮素有效性,进而显著提高水稻产量和氮素利用率。【结论】综合2年水稻产量与氮素吸收利用、稻田氮素有效性特征,干湿交替灌溉下生物炭配施缓控释/稳定性复合肥能有效提高水稻高产群体构建、氮吸收转运和氮素利用效率,并降低稻田氮淋溶损失。     

新疆小麦、玉米的产量和氮磷钾肥利用效率

【目的】明确新疆小麦、玉米化肥利用效率现状,进一步优化养分管理,提高化肥利用效率,为新疆乃至全国粮食安全提供基础数据和技术支撑。【方法】2018—2020年,在新疆主要粮食种植区开展72个田间试验（小麦40个、玉米32个）,设置氮磷钾（NPK）、无氮（PK）、无磷（NK）、无钾（NP）4个处理,3次重复,分析新疆当前施肥条件下小麦、玉米的养分吸收,氮、磷、钾肥产量反应,农学效率,肥料利用率等特征。【结果】（1）新疆小麦氮（N）、磷（P₂O₅）、钾肥（K₂O）平均施用量分别为233.1、128.0和75.5 kg·hm^-2,玉米氮、磷、钾肥平均施用量分别为254.9、148.0和67.8 kg·hm^-2。（2）小麦NPK处理平均产量为7 504 kg·hm^-2,氮、磷、钾肥的平均产量反应分别为2 206 kg·hm^-2（500—3 795 kg·hm^-2）、2 016 kg·hm^-2（288—4 230 kg·hm^-2）和1 362 kg·hm^-2（105—2 910 kg·hm^-2）,施氮、磷、钾肥的平均增产率分别为45.0%、39.7%和23.0%;玉米NPK处理平均产量为13 715 kg·hm^-2,氮、磷、钾肥的平均产量反应分别为4 657 kg·hm^-2（1 559—6 900 kg·hm^-2）、1 942 kg·hm^-2（473—4 699 kg·hm^-2）和1 297 kg·hm^-2（113—5 440 kg·hm^-2）,施氮、磷、钾肥的平均增产率分别为52.2%、21.2%和15.5%。玉米施氮肥的产量反应明显高于小麦。（3）NPK处理中,每形成100 kg小麦籽粒需氮（N）2.7 kg（1.7—4.0 kg）、磷（P₂O₅）0.8 kg（0.4-1.3 kg）、钾（K₂O）2.1 kg（1.2—3.9 kg）;每形成100 kg玉米籽粒需氮（N）2.1 kg（1.5-2.9 kg）、磷（P₂O₅）0.8 kg（0.4-1.2 kg）、钾（K₂O）2.1 kg（0.7—3.4 kg）。（4）新疆小麦氮、磷、钾肥的平均农学效率分别为9.6、15.9和18.7 kg·kg^-1,磷、钾肥显著高于氮肥;玉米氮、磷、钾肥的平均农学效率分别为18.7、13.4和18.1 kg·kg^-1,氮、钾肥显著高于磷肥。玉米氮肥的农学效率高于小麦,磷、钾肥的农学效率两种作物差异不大。（5）新疆小麦氮、磷、钾肥的平均利用率分别为41.4%、21.8%和45.2%;玉米氮、磷、钾肥的平均利用率分别为46.9%、20.5%和49.6%。小麦、玉米的氮、钾肥利用率均显著高于磷肥。【结论】当前新疆小麦、玉米产量水平较高,氮、磷、钾肥利用效率已处于较高水平,氮、钾肥的利用率显著高于磷肥。小麦、玉米对缺氮最为敏感,其次对缺磷,缺钾的减产幅度最低。当前新疆小麦、玉米的氮肥施用量较合理,施钾量不足,小麦存在过量施磷。今后需加大小麦、玉米的钾肥投入,减少小麦的磷肥投入。     

氮肥缓速配施对机插杂交稻氮素利用特征的影响

【目的】探索在西南稻区,钵苗机插和氮肥缓速配施能否发挥杂交籼稻的大穗优势获得高产,以及钵苗机插杂交稻在氮肥缓速配施下的氮素吸收利用特征,为我国杂交水稻育插秧节肥丰产技术的应用提供理论和实践依据。【方法】本试验采用二因素裂区设计,主区为钵苗机插和毯苗机插2种机插方式,分别记为M₁和M₂;副区为4种氮肥管理模式,分别是N₁（100%缓释肥一次基施）,N₂（70%缓释肥+30%尿素一次基施（缓速基施））和N₃（70%缓释肥做基肥+30%尿素做穗肥（缓基速追））,其中,施肥处理的总施氮量均为150 kg·hm^-2,另设一个不施氮肥的处理作为对照,记为N₀;以F优498为试验材料,以毯苗机插和缓释肥一次基施为参照,研究钵苗机插和氮肥缓速配施下的杂交籼稻氮素吸收利用特征。【结果】与毯苗机插相比,钵苗机插杂交籼稻拔节至抽穗阶段的氮素吸收速率显著加快了0.49—1.33 kg·hm^-2·d^-1,抽穗至成熟阶段的茎叶氮素转运量、转运率以及氮素转运对穗部的贡献率均显著提高,抽穗期和成熟期植株的氮素吸收量分别显著提高了12.63%和5.20%;干物质、稻谷生产效率和氮素收获指数分别提高了8.19—11.39、0.66—5.72和5.41—6.42个百分点;氮肥农学利用率、生理利用率和偏生产力平均分别提高了12.62%、11.94%和8.69%,有效穗数和每穗粒数也显著提高,2016年和2017年的平均产量分别提高了1 042.4 kg·hm^-2和722.3 kg·hm^-2（增产幅度分别达到10.30%和7.2%）。在钵苗机插下,与缓释肥一次性基施相比,缓速基施降低了抽穗期和成熟期的氮素积累量,加快了播种至拔节阶段的氮素吸收速率和积累量,但拔节至抽穗阶段显著降低,造成氮肥回收利用率和生理利用率明显降低,此外,它还降低了每穗粒数和单位面积颖花数,导致2年的平均产量下降了3.66%;而缓基速追在抽穗期和成熟期氮素积累量分别提高了2.34%和1.80%,拔节至抽穗阶段氮素吸收速率和吸收量分别提高了0.60 kg·hm^-2·d^-1和18.01 kg·hm^-2,氮肥回收利用率提高了2.84个百分点,农学利用率、生理利用率和偏生产力分别提高了12.54%、7.91%和52.55%,其每穗粒数和单位面积颖花数也得到了显著提高,最终产量显著提高了4.61%。【结论】 钵苗机插杂交籼稻在氮素利用效率方面比毯苗具有明显优势,而且采用“缓基速追”的施肥方式,能进一步提升钵苗机插杂交籼稻氮素的吸收与转运能力,进而提高了产量。     

秸秆还田和氮肥用量对冬小麦产量和氮素利用的影响

【目的】在陕西关中小麦-玉米轮作区通过连续7年田间定位试验,探索秸秆还田配施化学氮肥对冬小麦产量、籽粒蛋白质含量、地上部吸氮量、收获期土壤硝态氮残留量及土壤氮素平衡的影响,为小麦增产及氮素高效利用提供科学依据。【方法】试验采用裂区设计,主处理为玉米秸秆还田和不还田,副处理设置5个施氮水平,分别为0（N0,不施用氮肥）、84 kg·hm^-2（N84,当地推荐氮肥用量的一半）、168 kg·hm^-2（N168,当地推荐氮肥用量）、252 kg·hm^-2（N252,高氮肥用量）、336 kg·hm^-2（N336,超高氮肥用量）。【结果】与秸秆不还田处理相比秸秆还田未提高冬小麦籽粒产量,施用氮肥较不施氮肥小麦增产18%—29%,而超高氮肥用量较推荐氮肥用量有减产风险。秸秆还田和氮肥用量对小麦产量有交互效应。与秸秆不还田处理相比,秸秆还田在氮肥用量为252和336 kg·hm^-2时,公顷小麦穗数增加5%—7%,产量平均增加5%—6%。秸秆还田对小麦籽粒蛋白质含量无显著影响,施用氮肥的籽粒蛋白质含量较不施用氮肥增加16%—33%。秸秆还田对小麦地上部吸氮量无显著影响,施用氮肥的地上部吸氮量较不施用氮肥增加36%—72%。秸秆还田和氮肥用量对小麦地上部吸氮量有交互效应。与秸秆不还田处理相比,秸秆还田在氮肥用量为252和336 kg·hm^-2时地上部吸氮量平均增加5%—8%。与秸秆不还田相比,秸秆还田使土壤硝态氮残留量平均增加18%,增加的硝态氮含量主要分布在70—170 cm土层。N168处理在秸秆不还田条件下土壤氮处于亏损状态,秸秆还田后有效地弥补了氮亏缺,进一步增加氮肥用量,将大幅增加土壤氮盈余量。相对于秸秆还田,氮肥用量对土壤氮盈余量的影响更大。【结论】秸秆还田配施高氮肥用量能增加小麦产量和地上部吸氮量,但同时增加了土壤硝态氮残留量和氮盈余量。综合考虑小麦籽粒产量、土壤硝态氮残留和土壤表观氮平衡等,秸秆还田配施168 kg·hm^-2氮肥更利于维持小麦产量和保护生态环境。     

覆膜时期和施氮量对陇东旱塬玉米产量和水氮利用效率的影响

目的以抗逆性强的紧凑型玉米品种先玉335为供试作物,研究施氮量、覆膜时期及其互作对陇东旱塬玉米生理指标、产量性状及水氮利用效率的影响,以期为陇东旱塬区玉米高产高效栽培提供理论依据。方法2012年11月至2019年11月,连续设置覆膜时期（春季覆膜和秋季覆膜）和施纯N量（0、75、150、225、300、375、450 kg·hm^-2）两因子的长期定位裂区试验,分析不同处理玉米生理指标、产量性状及水氮利用效率的变化。结果覆膜结合合理施氮可提高玉米光合速率和叶片叶绿素相对含量（SPAD值）,延长叶片持绿期,有效协调源库关系,增加穗粒数和百粒重。年份、施氮量及年份与施氮量互作均极显著影响玉米产量、穗粒数和百粒重,三者均随施氮量增加呈先增加后降低趋势。黄土旱塬玉米产量在施氮量150—450 kg·hm^-2范围内均显著高于75 kg·hm^-2的产量,以施氮量300 kg·hm^-2最高,为15 142.5kg·hm^-2,与施氮量225 kg·hm^-2无显著差异,显著高于施氮75 kg·hm^-2,施氮量进一步增加,增产效应逐渐降低,甚至减产。降雨年型及关键生育期降雨量与产量变化关系密切。尤其是7—9月降水量,特别是7月上旬（玉米抽雄—吐丝期）降雨量及降雨年型对陇东旱塬玉米产量影响较大。年份、覆膜时期、施氮量及年份与施氮量互作也极显著影响水分利用效率,秋覆膜较春覆膜水分利用效率显著增加8.6%。与施氮300 kg·hm^-2相比,施氮225 kg·hm^-2氮肥偏生产力、氮素生理利用效率分别提高28.6%、20.1%,平均氮肥利用率从34.8%提高到35.8%,可实现产量和氮素效率的同步提高。结论覆膜结合施氮150—225 kg·hm^-2可作为陇东旱塬雨养农业区较理想的高产高效栽培模式,干旱年份秋覆膜的增产效应更突出,生产中建议结合气象预测预报的降雨年型选择适宜的施氮量和覆膜时期。     

施氮量对迟播油菜氮素利用和产量品质的影响

【目的】长江流域多熟制模式下,油菜播种推迟,引起产量低、品质差。为探究施氮量对迟播油菜氮素利用和产量、品质的影响,本研究通过测定不同施氮量下迟播油菜产量构成、农艺性状、养分积累、籽粒品质,以期探明迟播油菜最佳施氮量。【方法】以甘蓝型油菜品种中油杂19为材料,在湖北应城、黄冈进行大田裂区试验,设置2个播期（常规播期S1,10月10日;迟播S2, 11月10日）为主区,4个施氮量（N0：不施氮肥;N1：120 kg·hm^-2;N2：240 kg·hm^-2;N3：360 kg·hm^-2）为副区。【结果】（1）迟播（S2）显著降低油菜籽粒产量,增加氮肥施用量,不同播期油菜单株角果数、每角果粒数及千粒重均有显著上升趋势,与N0相比,在N1、N2和N3处理下,籽粒产量在常规播期下两地平均增加31.9%、68.6%和79.8%,在迟播下两地平均增长36.0%、82.3%和87.3%;（2）播期推迟,油菜根颈粗、株高、分枝起点高度和根系干重均显著下降,地上部干重增加,根冠比下降。增加氮肥施用量,不同播期油菜根颈粗、株高及分枝起点高度增加,地上及根系干重均上升,但根冠比呈现下降趋势;此外,与N0相比,在N1、N2和N3下,倒伏角度在正常播期下两地平均增加162.7%、254.7%和374.7%,在迟播下两地平均增长105.5%、208.7%和303.1%,即增施氮肥加重了倒伏的发生;（3）推迟播期,油菜根系氮含量和氮积累量均下降;籽粒氮含量上升而氮积累量下降、含油率下降;茎秆、角果壳氮含量变化不显著,但氮积累量显著上升。增加氮肥施用量,各部位氮含量和氮积累量增加,含油率下降,但产油量呈上升趋势,在240 kg·hm^-2施氮量水平时,产油量在两个播期下均达最大,应城分别为1 830.5和1 534.5 kg·hm^-2,黄冈分别为1 535.1和1 220.0 kg·hm^-2。籽粒氮素利用率也达最高,应城分别为34.88%和31.14%,黄冈分别为27.95%和25.48%。籽粒氮素利用率与籽粒产量和产油量呈极显著正相关,与倒伏角度不相关,因此可以通过提高籽粒氮素利用率提高籽粒产量和产油量,同时不加重倒伏发生。【结论】增加氮肥施用可提高迟播油菜产量,但氮肥施用应控制在240 kg·hm^-2左右,以控制倒伏进一步加剧,并获得最大产油量。