不同钾效率类型油菜的农艺性状及钾素积累特征比较

为了解甘蓝型油菜不同钾素利用效率的植株所具有的表型特征,以长江流域冬油菜主产区广泛种植的34个甘蓝型油菜品种为试验材料,在田间试验小区以最佳肥料用量（每公顷210kg 氮,45kg五氧化二磷,67.5kg氧化钾）种植油菜,比较不同品种油菜对钾素的吸收利用率。根据平均值法可将材料分为四类：A-高效吸收高效利用型、B-低效吸收高效利用型、C-高效吸收低效利用型、D-低效吸收低效利用型。比较发现：A类的一次分枝数、一次分枝角果数、籽粒产量和茎秆干物质均显著高于B、C、D三类,每角粒数显著大于D类,而分枝节位则显著小于D类。A类籽粒钾含量和钾（氧化钾）积累显著高于其他类型。地上部钾积累总量表现为A（和C）高于B（和D）。     

不同氮素吸收类型粳稻品种吸氮能力的差异及原因分析

 2008-2009年,在群体水培条件下,以国内外不同年代育成的94个常规粳稻品种为供试材料,测定植株各器官干物质量和含氮率、产量及其构成因素等,采用组内最小平方和的动态聚类方法将供试品种按吸氮量的大小从低到高依次分为A、B、C、D、E、F 等6类,以探明影响氮素高效吸收型粳稻品种吸氮能力的主要原因。结果吸收型品种抽穗前后吸氮量显著大于氮素低效吸收型品种,抽穗前吸氮量对总吸氮量影响显著大于抽穗后吸氮量;3）氮素高效吸收型品种单穗吸氮量显著大于氮素低效吸收型品种,但单位面积穗数无优势,单穗吸氮量对总吸氮量的影响显著大于单位面积穗数;4）氮素高效吸收型品种播抽历期、全生育期较长,群体与个体吸氮强度大,吸氮强度对吸氮量的影响显著大于生育期;5）氮素高效吸收型品种干物质生产量显著大于氮素低效吸收型品种,但植株含氮率无优势,干物质生产量对总吸氮量的影响显著大于植株含氮率,干物质生产量大是氮素高效吸收型品种吸氮能力强的一个重要因素;6）氮素高效吸收型品种各器官（根、茎鞘叶、穗）吸氮量均显著大于氮素低效吸收型品种,抽穗前茎鞘叶吸氮量大,抽穗后氮从茎鞘叶向穗部转移多,成熟期穗部吸氮量大,有利于提高氮高效吸收型品种氮素累积量。表明：1）供试品种间吸氮量的差异很大,总吸氮量最大品种为最小品种的2.44倍,氮素高效吸收型品种平均产量极显著高于氮素低效吸收型品种;2）氮素高效     

不同产量类型小麦品种的干物质和氮素积累转运特征

为筛选氮高效且高产的小麦品种,于2016-2017年综合运用籽粒产量和氮素收获指数2项指标将河南省38个主推小麦品种划分为4种类型(高产高效型、高产低效型、低产高效型和低产低效型),分析比较不同类型小麦品种的产量构成因子、干物质积累和氮素的吸收转运特征。结果表明,高产水平下,氮高效品种的单位面积穗数显著高于氮低效品种,穗粒数都显著低于氮低效品种;低产水平下,氮高效品种的单位面积穗数和穗粒数与氮低效品种的差异均未达到显著水平。高产小麦品种花前干物质积累速率较低产(效)小麦高24.8%,花后干物质的转移量和转运效率最大,分别是低产低效型小麦的2.1倍和1.6倍。高产水平下,氮高效品种的干物质转移量较氮低效品种增加16.2%,但在干物质转移效率上与不同氮效率品种差异不显著;低产水平下,氮高效品种的氮素转移效率是氮低效品种的1.1倍。高产型小麦品种的氮素积累量显著高于低产型小麦品种,小麦花后氮素积累速率最高,在该时期,同等产量水平下,HYHE型小麦氮素积累量速率较HYLE型高28.8%,LYHE型小麦的氮素积累速率较LYLE型高66.0%,且花后氮素积累速率与氮素收获指数呈显著正相关。较高的花前干物质转移量和氮素积累量是小麦高产的基础,相同产量水平下,氮高效小麦品种的干物质转移量和氮素积累速率显著高于氮低效品种。     

油菜不同氮素籽粒生产效率类型品种干物质生产及农艺性状差异

2007～2008年度以98个甘蓝型常规油菜品种(系)为材料,通过测定初花期和成熟期不同器官干重和氮素含量以及成熟期植株农艺性状,采用组内最小平方和动态聚类方法将供试品种(系)按氮素籽粒生产效率(NUEg)从低到高依次分为6类,并研究不同类型材料间干物质生产和农艺性状差异。结果表明,成熟期总生物量、果壳干重和籽粒产量、一次分枝数和角果数可以作为NUEg的初步筛选指标。多元回归和通径分析结果表明,在干物质生产方面,成熟期籽粒和果壳干重对NUEg有显著影响,提高NUEg重点是提高花后角果干物质积累,尤其是籽粒干物质积累;在农艺性状方面,角果数、每角粒数和千粒重对NUEg有显著影响,提高NUEg首先应提高角果数,其次是每角粒数。     

油蔬两用油菜干物质积累及氮磷钾养分的吸收利用

为了解油蔬两用生产方式下油菜养分吸收利用特性以合理施肥,通过两年定点取样,以不摘薹处理为对照,比较油菜现蕾摘薹后至成熟期间甘蓝型油菜品种的干物质积累、养分吸收与分配的差异。结果发现：摘薹后油菜生育期、分枝结构、干物质积累、养分吸收利用特性等均发生了改变。与不摘臺相比,摘薹后油菜籽粒产量降低,整株干物重增多,生育期延长8d,分枝发生提前,二次分枝增多（达每株19.2枝）,籽粒产量主要来自二次分枝。氮磷钾三种元素含量随生育进程低,成熟时在角果中的含量大于根茎。摘薹后20d内,由于创伤的修复导致植株干物质积累量、氮磷钾养分吸收量增加缓慢。摘薹20d后,植株开始快速吸收养分;至成熟时,摘薹处理氮磷钾养分的积累更高。摘薹后油菜冠层结构以二次分枝为主、一次分枝为辅,二次分枝花果干物重、氮素积累量均高于一次分枝;而不摘薹处理一次分枝干物重和氮素积累量最高,主茎次之,二次分枝最低。油菜摘薹后生育期延长,干物质和养分积累持续时间变长。可见,油蔬两用生产的油菜需肥特性与常规油菜不同,需要结合特性研究具体的肥料运筹方式。     

供氮水平对不同氮效率玉米品种氮素吸收、干物质形成及产量的影响

以低氮高效型玉米品种郑单958、高氮高效型玉米品种先玉335、双低效型玉米品种豫单606、双高效型玉米品种秋乐368为材料，研究不同氮效率玉米品种在不施氮肥和纯氮90、180、270、360 kg/hm2处理下产量、干物质积累与转运及氮素吸收利用的差异。结果表明，与双低效型品种相比，低氮高效型品种在低氮条件下可以正常维持物质合成，具有较高的氮素积累量和干物质积累量，粒重增加，进而具有较高产量优势；高氮高效型品种在高氮条件下具有较高的花后干物质积累量、氮素积累量，能维持较长时间的光合作用，子粒库容量较高，库调节能力较强，子粒产量存在优势；双高效型品种同时具有以上特性。     

不同基因型马铃薯产量和氮素吸收利用差异

采用大田试验,以氮高效型马铃薯品种云薯401和氮低效型马铃薯品种云薯304为试验材料,研究3种氮素水平下(0、105和210 kg/hm^2)马铃薯产量、产量构成、氮素积累量和氮效率的差异。结果表明,云薯401和云薯304分别在中氮和高氮水平下产量达到最大值,云薯401产量均大于云薯304;云薯401植株成熟期氮素积累量、氮素吸收效率和氮素利用效率均高于云薯304。云薯401耐低氮能力强,适合广泛种植,云薯304适合于高氮条件下种植。成熟期植株氮素积累量可作为氮高效型马铃薯品种筛选指标,发掘和利用具有较高的氮素吸收效率和利用效率的马铃薯品种,有助于筛选和培育马铃薯氮高效品种。     

施氮提高直播冬油菜主序不同部位角果生产力

直播(密植)油菜主序籽粒对全田产量贡献率大。为充分发挥主序增产潜力,通过对大田直播油菜(甘蓝型油菜品种华油杂9号)进行施氮处理,将主序角果按形成时期(终花期、盛花期和始花期)分为上部、中部和下部角果,从产量构成因子、库源关系以及籽粒充实过程三个方面分析施氮对油菜主序不同部位的增产效果。结果表明,施氮可显著提升主序各部位的籽粒产量,与不施氮处理相比,施氮处理油菜主序上部、中部和下部角果籽粒的产量分别增加了73.3%、138.3%和108.6%。角果数的增多是增产的主要原因,主序各部位角果数分别增加了53.4%、37.9%和25.2%,同时氮肥施用提高了中部角果的千粒重和上部角果的每角粒数。氮肥的投入增大了上部和下部角果皮的干物质重和粒壳比,促进了角果皮干物质向籽粒的转移。与不施氮处理相比,籽粒干物质和氮素积累的持续时间和速率明显提高。籽粒干物质充实的持续时间是决定油菜角果数和每角粒数重要因素,而籽粒的千粒重则和干物质积累速率密切相关。因此可通过氮肥施用改善油菜后期各部位的源库关系,促进籽粒的充实进程,进而增加油菜的籽粒产量。     

氮高效玉米基因型氮素生产效率研究

通过田间试验,在高氮和低氮条件下对不同氮效率的27个玉米自交系氮素生产效率进行研究。结果表明,高氮和低氮下,高产氮高效型自交系在吐丝期氮素干物质生产效率最高,分别为53.69、58.69 g/g,高产氮高效型自交系在吐丝期干物质量高于低产氮低效型自交系。施氮肥后氮素子粒生产效率和氮素干物质生产效率均有下降趋势。高氮和低氮下高产氮高效型自交系在生育后期植株氮积累量高于低产氮低效型自交系,低氮下二者差异显著,高产氮高效型自交系比低产氮低效型自交系高5.88%,氮积累量的差异主要来自于吐丝后氮的积累。高产氮高效型植株生育后期根系吸收能力强,子粒氮素利用效率高,施氮肥后高产氮高效型植株生育后期氮吸收积累能力增强。     

油菜氮素吸收效率的基因型差异及其与农艺性状的关系

采用土培试验,在不同供氮水平下,对50份甘蓝型油菜材料进行氮素吸收效率筛选。结果表明,不同油菜基因型的氮素吸收效率具有显著差异,氮素供应水平较高时不同基因型氮素吸收效率的变异更大;在油菜各器官生物量、各生育期地上部生物量、各器官生物量占总生物量的比例和各种农艺性状等指标中,根系生物量差异最大,表明根系生物量可能是评价油菜氮素吸收效率的重要指标。氮素供应水平较高时,氮高效基因型与氮低效基因型地上部生物量的差异从五叶期到成熟期呈增高的趋势,有效角果数、株高和第一个有效分枝高度差异显著;而施氮水平较低时,地上部生物量差异不显著,千粒重和每角粒数差异也不显著。供氮水平改变时,氮高效基因型的油菜生物量、籽粒产量和茎叶生物量占总生物量的比例及多个农艺性状指标都有显著变化,而氮低效基因型的相应指标变化则较小,表明氮高效基因型对氮素供应水平更敏感。     

A process model for explaining genotypic and environmental variation in growth and yield of rice based on measured plant N accumulation

The objective of this study was to develop a mechanistic model for simulating the genotypic and environmental variation in rice growth and yield based on measured plant N accumulation. The model calibrations and evaluations were conducted for rice growth and yield data obtained from a cross-locational experiment on 9 genotypes at 7 climatically different locations in Asia. The rough dry grain yield measured in the experiment ranged from 71 to 1044 g m⁻² over the genotypes and locations. An entire process model was developed by integrating sub-models for simulating the processes of leaf area index development, partitioning of nitrogen within plant organs, vegetative biomass growth, spikelet number determination, and yield. The entire process model considered down-regulation of photosynthesis caused by limited capacity for end-product utilization in growing sink organs by representing canopy photosynthetic rate as a function of sugar content per unit leaf nitrogen content. The model well explained the observed genotypic and environmental variation in the dynamics of above-ground biomass growth (for validation dataset, R² = 95), leaf area index development (R² = 0.82) and leaf N content (R² = 0.85), and spikelet number per unit area (R² = 0.67) and rough grain yield (R² = 0.66), simultaneously. The model calibrations for each sub-model and the entire process model against observed data identified 10 genotype-specific model parameters as important traits for determining genotypic differences in the growth attributes. Out of the 10 parameters, 5 were related to the processes of phenological development and spikelet sterility, considered to be major determinants of genotypic adaptability to climate. The other 5 parameters of stomatal conductance, radiation extinction coefficient, nitrogen use efficiency in spikelet differentiation, critical leaf N causing senescence, and potential single grain mass had significant influence on the yield potential of genotypes under given climate conditions.     

膜下滴灌春玉米氮素吸收规律与增产效应

研究春玉米膜下滴灌条件下氮肥对玉米氮素吸收、干物质积累以及氮肥的增产作用,提出试验条件下的最佳施氮量.结果表明,增加施氮量能够增加膜下滴灌春玉米地上部干物质积累及氮素吸收能力,过量施氮导致干物质及氮素累积降低;玉米产量随着施氮量增加而增加,300 kg/hm²时达到最高产量,此时氮肥农学效率、氮肥利用率以及生理利用率均达到最大.采用二次曲线拟合,计算最佳施氮量为291.80 kg/hm²,此时最高产量为14 964.54 kg/hm².     

Radiation use efficiency,N accumulation and biomass production of high-yielding rice in aerobic culture

The concept of aerobic culture is to save water resource while maintaining high productivity in irrigated rice ecosystem. This study compared nitrogen (N) accumulation and radiation use efficiency (RUE) in the biomass production of rice crops in aerobic and flooded cultures. The total water input was 800–1300 mm and 1500–3500 mm in aerobic culture and flooded culture, respectively, and four high-yielding rice cultivars were grown with a high rate of N application (180 kg N ha⁻¹) at two sites (Tokyo and Osaka) in Japan in 2007 and 2008. The aboveground biomass and N accumulation at maturity were significantly higher in aerobic culture (17.2–18.5 t ha⁻¹ and 194–233  kg N ha⁻¹, respectively) than in flooded culture (14.7–15.8 t ha⁻¹ and 142–173 kg N ha⁻¹) except in Tokyo in 2007, where the surface soil moisture content frequently declined. The crop maintained higher N uptake in aerobic culture than in flooded culture, because in aerobic culture there was a higher N accumulation rate in the reproductive stage. RUE in aerobic culture was comparable to, or higher than, that in flooded culture (1.27–1.50 g MJ⁻¹ vs. 1.20–1.37 g MJ⁻¹), except in Tokyo in 2007 (1.30 g MJ⁻¹ vs. 1.37 g MJ⁻¹). These results suggest that higher biomass production in aerobic culture was attributable to greater N accumulation, leading to higher N concentration (N%) than in flooded culture. Cultivar differences in response to water regimes were thought to reflect differences in mainly (1) early vigor and RUE under temporary declines in soil moisture in aerobic culture and (2) the ability to maintain high N% in flooded culture.     

Seasonal changes in the effects of free-air CO2 enrichment (FACE) on nitrogen (N) uptake and utilization of rice at three levels of N fertilization

Over time, the relative effect of elevated [CO₂] on the photosynthesis and dry matter (DM) production of rice crops is likely to be changed with increasing duration of CO₂ exposure, but the resultant [CO₂] effects on rice N concentration, uptake, efficiency and allocation remain unclear, especially under different soil N availability. Therefore, we conducted a free-air CO₂ enrichment (FACE) experiment at Wuxi, Jiangsu, China, in 2001–2003. A japonica cultivar with large panicle was grown at ambient or elevated (ca. 200 μmol mol⁻¹ above ambient) [CO₂] under three levels of N: low (LN, 15 g N m²), medium (MN, 25 g N m²) and high N (HN, 35 g N m² (2002, 2003)). The MN level was similar to that recommended to local farmers. Averaged across all N levels and years, shoot N concentration (dry base) was lower under FACE by 1.8%, 6.1%, 12.2%, 14.3%, 12.1%, and 6.9% at early-tillering, mid-tillering, panicle initiation (PI), booting, heading and grain maturity, respectively. Shoot N uptake under FACE was enhanced by 46%, 38%, 6% and 16% on average during the growth periods from transplanting to early-tillering (period 1), early-tillering to mid-tillering (period 2), mid-tillering to PI (period 3) and heading to grain maturity (period 5), respectively, but slightly decreased by 2% in the period from PI to heading (period 4). Seasonal changes in crop response to FACE in ratio of shoot N uptake during a given growth period to that over the whole season followed a similar pattern to that of shoot N uptake, with average responses of 33%, 26%, −3%, −11% and 10% in periods 1–5 of the growth period, respectively. As a result, FACE increased final aboveground N uptake by 9% at maturity. FACE greatly reduced the ratio of leaf to shoot N content over the season, while allocation of N to stems and spikes showed an opposite trend. FACE treatment resulted in the significant increase in N use efficiency for biomass (NUEp) over the season except at early-tillering and in N use efficiency for grain yield (NUEg) at grain maturity. These results indicate that, in order to maximize grain output in a future high [CO₂] environment, the recommended rates, proportion and timing across the season of N application should be altered, in order to take full advantage of strong N uptake capacity during the early growth period and facilitate N uptake after that.     

施氮量对旱地胡麻养分积累、转运及氮素利用率的影响

通过田间试验,研究不同施氮量对胡麻产量、氮素积累转运及氮肥利用率的影响。结果表明, 在本试验土壤肥力条件下,无论施氮与否,胡麻各器官不同生育阶段氮素养分吸收、累积和转运规律的基本趋势一致,但其变化量与施氮量有极大关系。施氮量为55.2kg/hm2时,叶和茎中的氮素向籽粒的转移量、转移率及对籽粒氮素的贡献率最大;叶中氮素向籽粒的转移量、转移率及贡献率要比茎高出89.18%、83.36%和86.36%。胡麻籽粒中47.10%～57.66%的氮素来源于叶,22.46%～30.94%的氮素来源于茎,21.00%～30.48%来自籽粒生长后期从土壤中的吸收。施氮量为27.6、55.2、82.8 kg/hm2时,胡麻籽粒产量分别比不施氮增加了10.21%、16.92%和15.55%。施氮量为27.6～55.2 kg/hm2时,氮肥的表观利用率、偏生产力分别为：51.10%～68.63%和51.54～97.16 kg• kg-1。本试验条件下,综合考虑产量、氮肥利用率及生态环境,施氮量在27.6～55.2 kg/hm2为宜。     

施氮量对辽宁省草甸土区春玉米产量和氮利用率的影响

以两个玉米品种良玉99和美联178为材料,开展连续两年田间实验,在辽宁省中部平原地区研究不同施氮量(0～300 kg/hm~2)对玉米产量和氮利用率的影响及氮效率基因型差异。结果表明,玉米氮效率存在显著的品种间差异。施氮量与玉米产量呈"直线+平台"的函数关系。两年平均,良玉99的最高产量(12 241 kg/hm~2)高于美联178(10530 kg/hm~2),达到最高产量的施氮量(160 kg/hm~2)低于美联178(201 kg/hm~2)。利用氮高效品种可在较低氮肥投入条件下获得较高产量,显著提高氮素利用效率。在该地区玉米产量水平下,最佳玉米施氮量为148～211 kg/hm~2。     

施氮量对玉米产量和氮素利用效率及土壤硝态氮累积的影响

采用田间试验研究不同施氮量对两个玉米品种子粒产量、土壤硝态氮累积量及氮素利用率的影响。结果表明,玉米产量随施氮量增加显著提高,当施氮量高于200kg/hm2时玉米产量不再增加,高氮处理地上部分秸秆生物量出现下降趋势。0～100cm土层硝态氮累积量随氮素输入量的增加显著增加。不同玉米品种对氮素的吸收利用影响硝态氮在土壤中的累积,植株氮积累量存在差异。密植型玉米先玉335总吸氮量高于平展型玉米辽单28,土壤硝态氮的累积量也显著低于后者。不同氮肥水平的氮肥利用率为28.38%～35.33%,高氮处理氮肥利用率最低。本试验条件下,中氮处理水平基本能够满足作物生长的需求。综合产量、氮肥利用效率和土壤硝态氮累积情况,确定合理施氮量应控制在200kg/hm2左右。     

氮肥调控对冬小麦干物质量、产量和氮素利用效率的影响

为了探讨河南省安阳地区冬小麦合理高效的氮肥调控模式,2008-2010年通过田间试验,比较分析了不同基追比(10∶0和6∶4)和施氮水平(100、200和300kg·hm-2)下冬小麦干物质量、产量和氮肥利用效率的差异。结果表明,增施氮肥显著促进了冬小麦的干物质积累和籽粒产量的形成,在基追比10∶0下,氮肥农学效率(NE)随着施氮量的增加呈降低趋势。在相同追施比例下,干物质量、籽粒产量、氮素生理利用效率(PNUE)和氮素利用效率(NUE)以施氮200kg·hm-2时最高。在施氮100kg·hm-2时,提高氮肥基施比例更有利于增加干物质量、产量和氮肥利用效率;伴随施氮量的增加,提高追肥比例能有效增加干物质量、籽粒产量、NE、PNUE和NUE。本试验中,在施氮200kg·hm-2、基追比为6∶4条件下,冬小麦的干物质积累、产量及氮素利用效率表现最佳。     

氮高效玉米杂交种的筛选及氮效率相关特性分析

选用生产中常用的8个玉米杂交种作为材料,在高氮和低氮条件下进行氮高效杂交种的筛选和氮高效指标研究。主成分分析结果表明,郑单958、金山27、郑单17为氮高效品种。通径分析表明,吸收效率对氮效率的贡献均大于利用效率,不论是否施氮,植株氮积累均以花前为主,但花后差异显著,花前氮积累对氮效率的贡献较大。不论施氮与否,完熟期全株干重、吐丝期穗三叶含氮量、花前氮积累量、穗位叶光合速率均是重要的筛选指标,不施氮肥时子粒含氮量也是重要的筛选指标。     

氮、硫肥配施对稻茬麦氮素利用及籽粒产量和品质的影响

为探讨稻茬小麦的氮硫肥施用技术,在水稻秸秆全量还田条件下设置0、195和270 kg·hm^-2 3个施氮水平和0、30和60 kg·hm^-23个施硫水平,研究氮、硫肥配施对小麦氮素吸收利用、籽粒产量和品质的影响。结果表明,随施氮量的增加,小麦穗数、穗粒数和产量均显著增加,面团形成时间和稳定时间延长,但施氮量达270 kg·hm^-2时氮肥农学效率和表观利用率显著下降,籽粒支链淀粉、清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量降低。增施硫肥可使籽粒产量显著增加,延长面团形成时间和稳定时间,并提高籽粒支链淀粉、谷蛋白和总蛋白含量。相比其他氮、硫肥组合处理,施氮195 kg·hm^-2配合施硫60 kg·hm^-2提高了总氮素积累量、氮肥农学效率和氮肥利用效率;该组合处理下籽粒产量比仅施氮270 kg·hm^-2处理提高了5.7%。此外,195 kg·hm^-2施氮量配施硫60 kg·hm^-2还提高了面团形成时间、稳定时间和蛋白各组分含量。这说明氮硫合理配施可提升小麦对氮素的吸收利用,起到提高籽粒产量、改善籽粒蛋白品质和粉质质量的作用;减氮条件下通过适量配施硫肥可作为小麦优质高效生产的栽培途径。