基于冠层反射光谱的水稻追氮调控效应研究

【目的】利用实时冠层反射光谱监测水稻(Oryza sativa)植株氮素营养状况并推荐氮肥追用量,以实现高产、优质、高效水稻生产。【方法】基于不同基施氮量处理,利用水稻拔节期的差值植被指数(differential vegetation index,DVI)实时估测植株氮积累量,进而根据构建的追氮调控模型精确估算穗肥用量,最后研究基于反射光谱的水稻追氮调控效应。【结果】不同基施氮量处理下的水稻植株在穗肥施用期的氮素积累状况差异较大,基于追肥调控模型,高施基氮量处理的追氮量较对照调低(高氮低调),中施基氮量处理的追氮量较对照微高(中氮微调),而低施基氮量处理的追氮量较对照显著调高(低氮高调)。追施氮肥后,各调控处理间的植株氮含量(PNC)和差值植被指数(DVI)逐渐趋于一致。而调控处理的叶片净光合速率(Pn)和氮肥农学利用率较各自对照明显提高,并获得了更高的经济效益。与常规高产施氮处理相比,低氮高调、高氮低调处理Pn、干物质积累量、氮积累量、产量以及氮肥农学利用率等均有所提高。【结论】与传统非定量经验施肥相比,基于反射光谱的水稻追氮调控技术根据植株氮积累量和土壤供氮量而精确量化氮肥追用量,是一种较好的追肥精确管理技术。     

基于叶片SPAD值的华南双季早稻氮肥推荐模型的研究

研究于2021—2022年以合美占和粤晶丝苗2号为供试水稻品种进行了不同氮肥水平(0、60、120、180、240 kg/hm²)的田间试验，分别在水稻分蘖期、拔节期、孕穗期、乳熟期建立基于叶片SPAD值的双季早稻氮肥推荐模型，并对模型推荐的施肥量进行试验验证。结果表明：随着生育期推移，早稻叶片SPAD值呈下降的趋势；同一生育时期，早稻叶片SPAD值随着氮肥用量的增加呈递增的趋势；各生育期水稻产量与叶片SPAD值、施氮量具有显著相关性；以最高产量的90%～95%作为临界值，推知水稻分蘖期、拔节期、孕穗期、乳熟期的临界SPAD值分别为41.2、40.1、33.6、23.5；根据临界SPAD值，计算出基肥、分蘖期、拔节期、孕穗期、乳熟期的氮肥推荐施用量分别为90、27.2、12.7、21.5、6.4 kg/hm²，比常规施氮量减少了37.2 kg/hm²，节省了19%的氮肥，产量比常规施肥稍有增加，但差异未达显著水平。该研究建立的基于叶片SPAD值的早稻氮肥推荐模型可以为水稻全生育期氮素诊断提供参考。     

氮磷互作对水稻冠层光谱的影响及其PNN识别

【目的】氮、磷均为作物必需的大量营养元素,其丰缺诊断直接关系到合理科学施肥,进而影响产量、效益以及环境。本文旨在研究准确、快捷、无损地区分水稻缺氮和缺磷信息的光谱识别方法,从而指导田间施肥决策,精确作物管理、节约种植成本并控制农田面源污染。【方法】基于水稻6个氮素及两个磷素营养水平交互下的盆栽试验,分别在分蘖、拔节和抽穗期测定水稻冠层的可见近红外反射光谱（350-1 330 nm）及植株全氮（TN）和全磷（TP）含量等数据,分析氮磷互作对水稻植株体内TN和TP含量以及冠层反射光谱的影响,并运用概率神经网络(PNN)分别对不同生育时期的冠层光谱进行氮水平、磷水平、氮磷交互水平和缺素水平4个尺度下的分类识别。为避免光谱测量时仪器误差和光照、风力、温度、水分等环境条件所造成光谱数据批次间的差异,PNN分类识别前对光谱数据进行标准化处理,并将其中2/3作为训练集,另外1/3作为测试集。【结果】植株全氮含量受氮肥、磷肥和氮磷交互作用的影响显著;植株全磷含量则主要受磷肥和氮肥水平的双重影响,但不存在氮磷交互作用。水稻冠层光谱对氮肥的响应规律不受磷肥水平的影响,缺氮使可见光区反射率升高,近红外区反射率下降。缺磷使近红外区反射率下降,但可见光区的响应则受氮肥水平的影响,施氮处理呈上升趋势,氮胁迫处理则呈现分蘖期下降、拔节期上升、抽穗期下降的趋势。利用冠层光谱PNN模型可以对各个生育时期氮水平、磷水平、氮磷交互水平和缺素水平等不同施肥尺度进行识别,拔节期分类精度最高,抽穗期分类精度相对最低。4种分类尺度下PNN模型对磷素水平的分类精度最高,分蘖期和拔节期分别为83%和94%;其次是缺素水平,分别为78%和88%;对氮素水平以及氮磷交互水平等有较多个分类输出的识别精度较低,为61%-75%。值得一提的是,PNN模型对水稻施肥关键生育时期分蘖期和拔节期水稻植株缺氮缺磷、缺氮不缺磷、缺磷不缺氮、不缺氮不缺磷等4种缺素水平的分类中,所有只缺氮处理没有被预测为只缺磷处理,所有只缺磷处理也没有被误判为只缺氮处理,表明冠层光谱PNN模型能有效区分开氮磷胁迫。【结论】水稻的冠层光谱受到氮、磷水平的共同影响,利用水稻冠层光谱建立的PNN模型不仅能分别辨识各氮素、磷素施肥水平,并且能有效地区分开水稻缺磷和缺氮处理,避免混淆,对有目的性的指导施肥具有重要的意义和价值,可避免不恰当的施肥策略造成的环境、产量和经济损失。     

基于硝酸盐的滴灌春小麦氮素追肥模型建立研究

【目的】采用作物营养诊断技术,建立基于植株硝酸盐的滴灌春小麦氮素诊断时期和追肥模型。【方法】在滴灌春小麦关键生育时期测定植株硝酸盐含量,通过硝酸盐浓度与施氮量及产量的关系,确定关键生育时期的氮素诊断追肥模型。【结果】不同生育时期的滴灌春小麦植株茎基部硝酸盐含量与产量之间具有极显著的相关性,计算出拔节期和孕穗期硝酸盐的临界值分别为2 782.5和2 553.06 mg/kg,构建了滴灌春小麦拔节期和孕穗期各阶段的追肥施肥模型。【结论】采用拔节期和孕穗期滴灌春小麦植株硝酸盐作为诊断指标,建立相应的追肥模型,确定了滴灌春小麦拔节期和孕穗期各阶段不同硝酸盐测试值所对应的氮肥追肥用量。     

基于无人机遥感的冬小麦追肥推荐模型建立

为提高小麦氮素精准、高效的管理能力,实现实时、便捷、精准的变量施肥.本文在无人机遥感进行冬小麦氮素营养诊断的基础上,依据光谱诊断施肥模型,建立冬小麦返青期、拔节期和抽穗期等关键生育期追肥推荐模型.研究结果表明:无人机影像获得的DVI与冬小麦关键生育时期氮素参数植株氮浓度相关性最好(R2=0.8698);冬小麦返青期、拔节期和抽穗期氮素诊断临界DVI值分别为0.594、0.784和0.807;冬小麦最高产量为11364.3 kg/hm2,最佳产量为11230.9 kg/hm2,总施氮量为272.9 kg/hm2,最佳经济施肥量264.1 kg/hm2,基于光谱诊断的追肥推荐模型分别为返青期y=-39.69x+23.58、拔节期y=-129.97x+101.95、抽穗期y=-159.79x+128.93.诊断指标的建立为冬小麦基于光谱诊断的追肥模型奠定了基础,临界DVI值的确定为诊断冬小麦关键生育期是否补充氮肥提供依据,氮肥效应曲线建立和光谱诊断施肥模型选择实现了定量化的追肥推荐.     

基于无人机遥感技术的黄华占水稻施肥决策模型研究

目前,水稻生产中氮肥施用过量,肥料利用率和产量相对较低等问题日益突出。无人机遥感能够实现无损、及时、快速大面积地获取作物田间信息,已被广泛应用于精准农业管理中。以黄华占水稻为研究对象,设计了不同施氮梯度的小区试验,利用无人机搭载rededge-M多光谱相机获取水稻生育期冠层多光谱图像,提取NDVI植被指数,分析了不同氮素条件下水稻冠层NDVI值的变化规律,研究了NDVI和标准种植比值指数(RISP)与水稻植株氮含量之间的相关关系;依据有效积温数据,建立了基于标准种植比值法的水稻关键施肥节点的施肥量决策模型。研究结果表明:随施肥量增加,水稻冠层NDVI值也随之变大,整个生育期呈现出"快速增加-缓慢增加-缓慢降低"趋势;NDVI和RISP值均与水稻植株氮含量显著相关,且RISP的相关系数达0.9以上,可更好地用于诊断水稻生育期氮素养分状况;基于标准种植比值法的水稻施肥决策模型拟合决定系数为0.991。模型验证试验发现,模型种植区平均施氮用量为99.64kg·hm-2,而传统种植区平均用量为135.60kg·hm-2,施肥量减少26.52%。且模型种植和传统种植的产量差异不足1%,说明该施肥模型在保证产量的同时提高了氮肥利用率,为实现作物养分管理决策支持系统提供了一种新的模型方法。     

秸秆还田与水分管理对双季水稻氮素吸收及氮肥?利用率的影响

秸秆还田是促进农田养分循环的重要方式,也对提升农田地力有较好效果。以南方典型双季稻田为研究对象,设置三个秸秆还田水平和两种水分管理方式的两因子田间定位试验,于定位试验开展后的第5年通过测定早稻和晚稻季稻田土壤无机氮、微生物生物量氮动态、植株吸氮量动态以及收获期主要土壤肥力因子、水稻产量和植株各部分氮素累积量,分析秸秆还田与水分管理制度下水稻氮素吸收和氮肥利用率的特征及其影响因素。结果表明:秸秆还田提高了土壤有机碳和全氮含量以及土壤p H,长期淹水较之间歇灌溉降低了土壤有机碳、全氮和全磷含量。在氮肥用量一致条件下,早稻季秸秆还田降低了分蘖期土壤氮素有效性,导致水稻生育期内氮素吸收量显著下降,且显著降低水稻籽粒产量及氮肥利用率;氮肥利用率较对照下降2.0~7.6个百分点,且随秸秆还田量的增加而降低。晚稻季秸秆还田提高了生育期内土壤氮素有效性,显著提高了水稻生育期内氮素吸收量,增加水稻产量且显著提高氮肥利用率;氮肥利用率较对照提高8.6~13个百分点,且随秸秆还田量的增加而增加。研究表明,间歇灌溉和长期淹水灌溉两种水分管理方式对水稻氮素吸收、籽粒产量及氮肥利用率的影响差异不显著。早稻季秸秆还田配合长期淹水灌溉将加剧水稻产量和氮肥利用率下降。双季稻稻田实行间歇灌溉下的早稻季秸秆不还田、晚稻季秸秆全量还田(6 t/hm2)有利于获得较高水稻产量和氮肥利用率。     

氮肥运筹对秸秆全量还田双季稻氮产量及氮素吸收利用的影响

以南方双季稻系统为研究对象,研究稻草全量还田条件下不同氮肥运筹策略对早稻及晚稻产量和氮素吸收利用的影响。结果表明:稻草全量还田条件下,与当地习惯施氮量相比,氮肥减施(早稻约18%,晚稻约15%)并不显著影响早稻及晚稻的产量;与当地农民习惯施氮量相比,氮肥减施处理可提高晚稻的氮素积累。在施氮量相同的情况下,氮肥适当后移有利于早稻及晚稻对氮素的吸收。早稻及晚稻减氮施肥处理的氮肥利用率均高于习惯施肥处理,氮肥后移有利于早稻及晚稻氮肥利用率的提高。稻草全量还田条件下,适当减氮并加大追肥比例既能稳定双季稻产量,又能促进稻株氮素吸收,提高氮肥利用率。使用秸秆促腐菌剂可进一步提高水稻对氮素的吸收利用。     

安徽中籼稻实地养分管理技术研究

以4个中晚熟水稻品种为材料,研究不同时期不同氮肥管理措施下植株氮素含量与氮肥用量及LCC值之间的变化关系.结果表明,植株氮素含量表现为分蘖期>拔节期>抽穗期,LCC值为抽穗期>拔节期>分蘖期.植株含氮量、叶片LCC值与氮肥用量呈密切正相关,氮素含量与LCC值含量显著正相关,分蘖期、抽穗期水稻植株LCC值变化量与氮肥用量变化量显著正相关.依据最高产量处理确定适宜的LCC值临界指标,并计算不同LCC值下水稻所需氮肥追施用量.     

水稻-油菜轮作条件下氮肥效应及其后效

【目的】从周年轮作的角度分析了氮肥施用对水稻-油菜轮作体系中作物产量、氮素吸收量、肥料利用率的影响以及水稻季施用氮肥在油菜季的后效特点,比较和明确不同施肥处理下水稻-油菜轮作体系经济效益的差异。【方法】2010-2011年在湖北省洪湖市布置前茬水稻不同氮肥用量以及后茬油菜裂区施氮和不施氮两个副区的田间试验,研究了不同施氮条件下水稻和油菜的产量、氮素吸收量和氮肥利用率。根据试验结果分析稻油轮作系统氮肥后效及经济效应。【结果】由于氮肥用量和分配的不同,作物产量、氮肥利用率和经济效应表现出明显地差异,水稻季施氮165 kgN•hm-2产量最高,氮肥利用率最大;水稻季施用的氮肥具有明显的后效,显著增加油菜产量107-644 kg•hm-2,氮素吸收量增加3.9-35.2 kg•hm-2,相当于油菜季施氮5-33 kgN•hm-2的增产效果。氮肥的后效与施氮量成正比,虽然水稻季高氮处理增加氮肥后效,但是降低了水稻产量、当季氮肥利用率以及经济效益。本试验条件下,水稻季和油菜季施氮量均为165 kgN•hm-2时,经济效益最高。【结论】合理的氮肥施用能明显提高水稻和油菜的产量,在整个周年水旱轮作中水稻季氮肥具有一定的后效,油菜生长季应该在充分考虑前茬水稻氮肥后效的基础上进行优化推荐施用。     

秸秆还田配施氮肥对稻田土壤活性碳氮动态变化的影响

【目的】土壤微生物量碳氮和水溶性有机碳氮是土壤中最活跃的碳氮组分,是衡量土壤碳氮周转与养分有效性的重要指标。探讨秸秆配施氮肥、氮肥用量及基追比例对稻田土壤微生物量碳氮、水溶性有机碳氮、易氧化有机碳和速效氮的影响,明确秸秆还田条件下水稻生长季不同氮肥用量与基追比的土壤活性碳氮变化特征,为稻麦轮作区秸秆还田的氮肥管理提供理论依据。【方法】2012—2015年在湖北省荆门市田间试验中设置施氮量、秸秆配施氮肥和施氮时期3个大田试验。施氮量：不施氮（N0）,推荐施氮（165 kg·hm ^-2,N165）,习惯施氮（195 kg·hm ^-2,N195）;秸秆配施氮肥：秸秆移除（CK）,秸秆还田（移栽前将上季小麦秸秆全部还田,S）,秸秆还田+习惯施氮量（SN）,秸秆还田+推荐施氮量（SF）,秸秆还田+推荐施氮量+腐解菌剂（SM）;施氮时期：基施﹕拔节期﹕抽穗期氮肥施用比例为7﹕3﹕0（R1）,5﹕3﹕2（R2）,10﹕0﹕0（R3）。【结果】秸秆还田+习惯施氮量（SN）显著提高了水稻拔节期土壤微生物量碳（SMBC）含量,但是其成熟期水溶性有机碳含量（DOC）显著降低。秸秆还田+推荐施氮量（SF）显著提高了水稻拔节期土壤水溶性有机氮含量（DON）。腐解菌剂的施用显著降低了水稻成熟期DON含量,拔节期易氧化有机碳含量（ROC）也显著降低。秸秆还田下增加氮肥用量显著提高了水稻抽穗期和灌浆期土壤速效氮含量（AN）;推荐施氮处理（165 kg N·hm ^-2）的DON和AN含量显著升高;农民习惯施氮处理（195 kg N·hm ^-2）降低了DON和AN含量;增加追施氮肥比例对土壤SMBC和DOC含量无明显影响,但提高了水稻拔节期SMBN和ROC含量。【结论】施氮量及其基追比是影响秸秆还田下稻田土壤活性碳氮含量的主要因素,合理配施氮肥能提高土壤微生物量碳、速效氮及水溶性有机氮等活性碳氮组分含量,增加追肥比例也能提高水稻生育期内土壤活性碳氮含量。     

Topdressing nitrogen recommendation for early rice with an active sensor in south China

Fertilizing based on soil test and crop nitrogen (N) demand is the key to optimize yields and minimize fertilizer cost. In 2008, a field experiment with different N rates was conducted with early rice near Yingtan City, Jiangxi Province, in southern China. Canopy normalized difference vegetation index (NDVI) with an active sensor and plant N uptake (PNU) were collected at key fertilization stages; and the sufficiency index (SI) was calculated as the ratio of under-fertilized and well-fertilized NDVI. Rice PNU and yield were positively correlated with NDVI and SI at the tillering and panicle initiation stages. Canopy SI improved the PNU and yield estimations when the relationship was validated with a different dataset. A spectrally-determined N topdressing model (SDNT) was established and used in combination with a target yield strategy and split-fertilization scheme. An allocation coefficient for plant N requirement to accommodate the potential for high yield and soil N supply was introduced. Optimum nitrogen use efficiency (NUE) at different growth stages was incorporated into the model. The model was validated with data from a 2009 plot experiment and three production fields in 2010. The difference of recommended N rate and yield between SDNT and the current yield curve recommendation method was 2.1 and ?0.7 % at high planting density and ?2.4 and ?4.8 % at low planting density, respectively. Compared with farmers’ N management, the SDNT strategy resulted in similar or higher yield with reduced N rates, higher NUE and higher net profit in both 2009 and 2010. Because canopy NDVI can be obtained while sidedressing N fertilizer in a single field pass, the potential of SDNT to accommodate within-field spatial and temporal variability in N availability should improve N management in rice.     

缓释氮肥与普通尿素配施提高冬小麦-夏玉米施肥效果的研究

【目的】探求冬小麦-夏玉米轮作高产体系高效简化的施肥技术。【方法】通过两年定位试验,采用冬小麦-夏玉米轮作一年两熟高产（22 500 kg•hm-2）生产的土壤条件及栽培管理措施,分别以不施氮肥（CK）和普通尿素施一次基肥和三次追肥（简称一基三追）常规施肥模式（CK1）为对照,研究一次基肥和一次追肥（简称一基一追）施肥模式下缓释尿素和普通尿素不同配比模式对冬小麦-夏玉米轮作体系产量、地上部氮素积累量、氮肥利用效率、土壤无机氮动态等指标的影响。【结果】两年试验表明,在冬小麦季,与CK1相比,100%缓释尿素处理（T1）在产量、地上部氮素积累量、氮肥利用率方面与前者无显著差异,80%-20%缓释-普通尿素组合、60%-40%缓释-普通尿素组合处理（T2、T3）上述各项指标显著低于CK1;夏玉米季,各缓释尿素处理在产量、地上部氮素积累量、氮肥利用率方面均不低于CK1,表现出较好的施肥效应,其中T2处理两年产量、地上部氮素积累量、氮肥利用率均达最高。与CK1相比,在冬小麦季,T1在灌浆后具有相对较高的无机氮水平;在夏玉米季,T2在吐丝后15 d具有相对较高的无机氮水平,且在吐丝期土壤无机氮水平亦高于其它缓释尿素处理。【结论】本试验条件下,冬小麦-夏玉米轮作体系采用T1、T2处理一基一追模式的产量、地上部氮素积累量、氮肥利用率均高于CK1,总产量均超过22 500 kg•hm-2,实现了高产高效简化的施肥目标。     

氮高效利用基因型大麦氮素转移及氮形态组分特征

【目的】揭示氮高效利用基因型大麦生育后期氮素分配转运的生理机制,为大麦高效氮肥管理和高产栽培提供理论依据。【方法】采用土培盆栽试验,利用前期筛选出的氮高效利用基因型大麦（DH61、DH121+）和低效利用基因型大麦（DH80）为试验材料,分析其在不施氮、低氮（125 mgN·kg^-1土）、正常氮（250 mgN·kg^-1土）和高氮（375 mgN·kg^-1土）4个氮素处理下籽粒产量、生物量及生育后期地上部营养体氮素转移特性和植株氮形态组分构成特征。【结果】（1）随施氮量的减少,不同氮效率基因型大麦籽粒产量和地上部生物量均减少。同一施氮处理,高效基因型大麦籽粒产量和地上部生物量高于低效基因型。不施氮处理下,高效型大麦DH61和DH121+籽粒产量分别是低效型DH80的1.96、2.03倍;低氮处理下分别是低效型DH80的2.10、2.37倍。扬花期和灌浆期,不施氮和低氮处理下两类基因型大麦植株氮浓度无明显差异,氮高效基因型大麦干物质形成能力较强。（2）高效基因型大麦植株能够积累较多的氮素,扬花前高效基因型氮素积累量占大麦生育期氮积累量的比例高于低效基因型。低氮（125 mgN·kg^-1土）、正常氮（250 mgN·kg^-1土）、高氮处理（375 mgN·kg^-1土）下,高效基因花前氮素积累量是低效基因型的1.31、1.38、1.49倍,充足的氮素积累为后期灌浆结实奠定了物质基础。（3）随着氮素用量的增加,氮素转运量呈单峰曲线变化,氮素转移率和氮素转运量对籽粒的贡献率则逐渐下降,过高的氮肥施用不利于氮素向籽粒的转运。高效基因型DH61和DH121+籽粒氮素来源更多依赖于前期地上部营养体的氮素转移,不施氮和低氮氮素转运量对籽粒的贡献率分别为35.06%、40.06%和76.37%、81.72%。而低效基因型DH80籽粒的氮素来源则以后期根系氮素的吸收和转移为主,氮素吸收量对籽粒的贡献率为68.20%和34.84%。（4）相同氮素处理下,扬花至灌浆期大麦茎秆和叶片中营养性氮含量增加,功能性氮含量变化平稳,而结构性氮含量则降低;籽粒营养性氮含量逐渐增加,结构性氮含量缓慢下降。且较低效基因型,高效基因型大麦茎秆和叶片结构性氮含量的降低幅度大,氮素转运能力强。低氮处理下,高效基因型扬花期至灌浆期茎秆和叶片结构性氮含量分别降低49.57%、62.58%;灌浆至成熟期分别降低64.47%、28.11%。【结论】氮高效利用基因型大麦籽粒氮含量受花后茎秆和叶片中结构性氮的分解转化决定,营养器官中结构性氮的再利用有利于氮素利用效率的提高。     

氮肥滴施次数及比例对机采棉产量和氮肥利用率的影响

【目的】 研究氮肥随水滴施次数和分配比例对机采棉生长、产量以及氮肥利用率的影响。【方法】 2017~2018两年田间试验,设置5个处理:(1)不施氮肥(CK),(2)施肥8次+前轻后重(习惯施肥,N8-B),(3)施肥8次+前重后轻(N8-F),(4)施肥10次+前轻后重(N10-B),(5)施肥10次+前重后轻(N10-F)。【结果】 增加氮肥施用次数显著提高棉花干物质重和氮素吸收量。在相同氮肥滴施次数下,氮肥分配“前重后轻”处理(F)棉花干物质重和氮素吸收量均显著高于“前轻后重”处理(B)。2017和2018年,施肥10次处理棉花产量较施肥8次处理分别增加17.9%和34.7%,棉花氮肥利用率分别提高了24.02和28.61个百分点。N8-F和N10-F处理棉花产量较相同施肥次数的N8-B和N10-B处理分别增加7.0%~11.1%和12.1%~21.5%,氮肥利用率分别提高了12.0~26.5和11.2~24.9个百分点。【结论】 增加氮肥滴施次数及前期施用比例可促进滴灌机采棉生长和氮素吸收,提高机采棉产量和氮肥利用率。     

移栽和直播油菜的氮肥施用效果及适宜施氮量

 【目的】研究氮肥施用对移栽油菜和直播油菜生长发育状况和籽粒产量的影响,探寻直播油菜的氮素营养特点,比较和明确两种种植方式下油菜氮肥施用效果和适宜施氮量的差异,为油菜科学施肥提供依据。【方法】2009—2010年度在湖北省沙洋县布置移栽油菜和直播油菜氮肥用量田间试验,开展田间调查和产量分析,根据肥效模型确定适宜施氮量。【结果】由于种植方式的不同,移栽油菜和直播油菜生育期内植株形态和生长发育特点存在较大差异。移栽油菜单株优势明显,植株各方面发育均好于直播油菜,而直播油菜具有群体优势,籽粒产量水平与移栽油菜接近。施氮有效促进移栽油菜和直播油菜的生长发育,显著提高油菜籽粒产量。同时,两种种植方式下油菜氮肥施用效果存在差异,移栽油菜各项生长发育指标及产量形成受氮素影响更为明显。直播油菜拥有庞大的根群结构,吸收土壤氮素的能力强,对外源氮肥需求量少于移栽油菜。本试验条件下,移栽油菜和直播油菜的适宜施氮量分别为228.4 kg•hm-2和130.3 kg•hm-2。【结论】移栽油菜和直播油菜的植株形态、生长发育及施氮效果存在明显差异,产量水平相近的情况下直播油菜氮肥适宜用量明显低于移栽种植。因此直播油菜的经济效益较高,具有较好的发展前景。     

减氮覆膜对黄土旱塬小麦产量及养分吸收利用的影响

【目的】明确长期减氮定量监控施肥和地膜覆盖措施下黄土旱塬冬小麦产量变化规律和土壤养分吸收利用情况,指导该区小麦科学施肥、实现区域小麦增产。【方法】基于在晋南旱地冬小麦种植区的长期定位试验区,于2012—2019年设置农户施肥种植模式（农户模式）、减氮定量监控施肥（减氮处理）和减氮定量监控施肥+垄膜沟播（减氮覆膜）3种处理,具体分析在减氮覆膜条件下连续7年冬小麦产量及产量构成、冬小麦对氮磷钾肥吸收及利用效率、冬小麦花前花后营养元素转移和吸收以及0—2 m土层氮素残留状况。【结果】减氮处理较农户模式在总施氮量减少33.5%、平衡施用磷钾肥的情况下,籽粒产量、生物产量无显著差异。籽粒吸氮量提高8.9%,氮肥、磷肥表观回收率和氮肥偏生产力分别提高7.6%、2.7%和55.0%。花前营养器官转移量提高24.2%,0—2 m土层硝态氮总残留量降低了34.4%。在减氮处理基础上进行地膜覆盖后,籽粒产量和生物产量分别较不覆膜提高24.3%和25.5%,籽粒的氮磷钾吸收量分别提高20.9%、35.0%和33.1%,氮、磷、钾肥表观回收率及其偏生产力分别提高3.7%、2.7%、4.8%和22.8%、22.8%、22.0%,花前氮素和磷素吸收量分别显著增加25.4%和57.5%,0—2 m土层硝态氮总残留量降低25.1%。【结论】通过减少氮肥用量和平衡施用磷钾肥,可在实现冬小麦稳产的前提下,提高肥料的利用效率,减少土壤中氮素的残留量。在减氮处理基础上进行覆膜种植后,可实现冬小麦产量的增加,促进养分的吸收转移,进一步提高肥料利用效率,同时在降低硝态氮累积带来环境风险方面有更加显著的效应。     

麦后移栽棉氮素营养诊断与追肥模型

【目的】基于江汉平原麦后移栽棉花适宜氮素诊断指标建立追肥模型,为棉花氮素精准管理提供依据。【方法】于2019年采用田间小区试验,设置6个施氮量处理(0、90、180、270、360、450 kg N/hm²),分析蕾期、花铃期倒4叶叶绿素含量(SPAD值)、叶柄硝酸盐含量(NIT)及24个高光谱参数与前期施氮量的关系,研究麦后移栽棉适宜氮素营养诊断关键指标,结合氮肥效应函数建立氮素追肥模型。【结果】随施氮量的增加,棉花倒4叶SPAD值、叶柄NIT含量显著增大,棉花冠层光谱绿光波段形成的反射峰变缓,但当氮肥增加到360 kg/hm²时不再显著增加(蕾期NIT除外)。蕾期、花铃期倒4叶SPAD值、叶柄NIT含量、冠层高光谱参数(RSI和mND705)与前期施氮量均呈极显著一元二次方程关系(R²＞0.8,RMSE＜1),可作为江汉平原麦后移栽棉氮素营养诊断指标,以产量潜力的95%为临界值,蕾期麦后移栽棉SPAD值、叶柄NIT含量、冠层RSI和mND705临界值分别为34.802、2.307、1.526和0.549,花铃期相应为34.841、4.174、1.589和0.619。【结论】4个指标为江汉平原麦后移栽棉氮素营养诊断指标。麦后移栽棉最适宜施氮量为310.64 kg/hm²,产量潜力为4 662.53 kg/hm²。     

高产高效夏玉米的冠层结构及其光合特性

【目的】研究高产高效夏玉米的冠层结构特性,探讨高产高效形成的生理机制,为夏玉米高产高效栽培提供理论依据。【方法】通过对播种方式、播种时间、种植密度、施肥时期及用量和收获时间等综合农艺管理措施的合理优化,设置综合生产管理（MT）和施氮量试验（NT）,研究探讨高产高效夏玉米的冠层结构特征和光合特性。【结果】施氮量试验中,施氮184.5 kg•hm-2（N2）时,产量、穗位及底层透光率达到最高,超过这一水平,产量、透光率和净光合速率均有所降低。综合生产管理中,再高产高效处理的叶面积指数从大喇叭口期（V12）到抽雄后6周（6WAT）始终维持在4.4以上,生育后期下降缓慢;穗位及底层透光率以及茎粗、穗位茎节长、株高和穗位高等植株性状整齐度相对较高,获得了10.91 t•hm-2的产量和54.97 kg•kg-1的氮素利用效率。【结论】单一增施氮肥,产量没有持续增加,冠层透光率有所下降;将栽培方式与肥料运筹结合,再高产高效处理的叶面积指数高值持续时间较长,穗位叶层透光率、植株性状整齐度和净光合速率较高,实现了产量与氮素利用效率的协同提高。     

小麦氮素积累动态的高光谱监测

 【目的】研究小麦地上部氮积累量与冠层高光谱参数的定量关系,分析多种高光谱参数估算地上部氮积累量的效果。【方法】连续3年采用不同蛋白质含量的小麦品种在不同施氮水平下进行大田试验,于小麦不同生育期采集田间冠层高光谱数据并测定植株不同器官生物量和氮含量。【结果】植株氮积累量随着施氮水平的提高而增加,不同地力水平间存在明显差异。植株氮积累量的光谱敏感波段主要存在于近红外平台和可见光区,而地上部氮积累量与冠层光谱的相关性明显降低。对植株氮积累量的光谱估算,在不同品种、氮素水平、生育时期和年度间可以使用统一的光谱模型。在籽粒灌浆期间植株氮积累量自开花期随时间进程的积分累积值与对应时期籽粒氮素积累状况存在显著的定量关系,根据特征光谱参数植株氮素营养籽粒氮积累量这一技术路径,以植株氮积累量为交接点将模型链接,建立高光谱参数与籽粒氮积累量间定量方程。将植株氮积累量与籽粒氮积累量相加,确立了基于高光谱参数的籽粒灌浆期间地上部氮积累量监测模型。经不同年际独立资料的检验表明,利用光谱参数SDr/SDb、VOG2、VOG3、RVI（810,560）、[（R750-800）/（R695-740）]-1和Dr/Db建立模型可以实时监测小麦地上部氮素积累动态变化,预测精度R2分别为0.774、0.791、0.803、0.803、0.802和0.778,相对误差RE分别为16.7%、15.5%、15.6%、18.5%、15.5%和17.3%。【结论】利用关键特征光谱参数可以有效地评价小麦地上部氮素积累状况,其中尤以植被指数VOG2、VOG3和[（R750-800）/（R695-740）]-1的效果更好。