Leaf carbohydrates assimilation and metabolism affect seed yield of rapeseed with different waterlogging tolerance under the interactive effects of nitrogen and waterlogging

Waterlogging is a main factor causing rapeseed (Brassica napus L.) yield loss, and reasonable nitrogen (N) applications can compensate for this loss. To investigate the effects of N rates on seed yield of waterlogged rapeseed, the waterlogging-tolerant rapeseed variety ZS 9 and sensitive variety GH01 were waterlogged for 0 and 10 days with five leaves at the seedling stage under four N rates (0, 90, 180 and 270 kg/ha). Waterlogging significantly decreased seed yield, while N application can alleviate the yield loss. The yield decrease rate of waterlogged GH01 was greater than that of ZS 9 under the same N rate. During the seedling and bolting stage, the leaf photosynthetic rate (Pn) and ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco) activity increased, while activities of adenosine diphosphate glucose pyrophosphorylase (AGPase), sucrose synthase (SuSy) and sucrose phosphate synthase (SPS) decreased with more N under the same watering conditions. Compared to the plants without waterlogging, the leaf Pn and Rubisco activity, starch and sucrose contents of waterlogged rapeseed decreased at the two stages; activities of AGPase, SuSy and SPS of waterlogged rapeseed decreased at the seedling while increased at the bolting stage for both the two varieties. At the flowering stage, the Pn, the activities of Rubisco, AGPase, SuSy, SPS and contents of sucrose, starch increased with more N application for both ZS 9 and GH01. Compared to the plants without waterlogging, the Pn and Rubisco activity for waterlogged plants of the two varieties increased; the waterlogged plants of tolerant variety had higher activities of AGPase, SuSy and SPS, while those of sensitive variety was significantly lower. However, the decreased starch and sucrose content were found in both tolerant and sensitive varieties. The activities of AGPase, SuSy and SPS at flowering were highly positively correlated with yield under the interactive effects of N and waterlogging. These results suggested that the flowering stage is the most important stage that N had the positive regulation on waterlogged rapeseed growth. The carbohydrates translocation from leaves to seeds of the tolerant variety were enhanced after waterlogging, while that of the sensitive variety was still inhibited. This was the main reason for the difference in yield between the two waterlogged varieties.     

不同日产量类型机插杂交籼稻的氮素吸收利用特性

【目的】 明确不同日产量类型机插杂交籼稻的氮素吸收利用特性,为西南稻区中籼杂交稻机插高产栽培和品种选育提供理论和实践依据。 【方法】 以西南稻区的20个中籼杂交稻品种为材料,依据日产量将供试品种聚类为高日产、中日产和低日产3个类型,进而研究了不同日产量类型机插杂交籼稻间的氮素积累、分配、转运及氮素生产利用效率的差异及其与日产量的关系。【结果】（1）不同日产量类型机插杂交籼稻间氮素积累特性差异明显。较中日产和低日产类型,高日产类型机插杂交籼稻在拔节前（播种—拔节期）具有较低的氮素积累比例,但其能有效提高拔节期和齐穗期各器官及植株含氮量,成熟期穗部和植株含氮率,以及2017年拔节—齐穗阶段的氮素积累量和2018年齐穗—成熟阶段氮素积累速率,进而提高全生育期氮素积累速率,使全生育期植株氮素积累量分别增加了3.70%—5.97%和16.57%—18.63%。（2）高日产类型机插杂交籼稻具有较高的齐穗期茎鞘和成熟期穗部氮素分配比例,以及较低的成熟期叶片氮素分配比例,其地上部营养器官（特别是茎鞘）氮素转运量明显高于中日产和低日产类型。（3）低日产类型机插杂交籼稻显著提高了氮素干物质生产效率,而高日产类型则能有效提高氮素收获指数和偏生产力。（4）相关分析表明,随日产量增加,各生育时期植株含氮率,拔节—齐穗阶段植株氮素积累量和积累速率,齐穗期茎鞘氮素分配比例和氮素偏生产力均显著增加,拔节前氮素积累比例、成熟期叶片氮素分配比例和氮素干物质生产效率均显著降低。【结论】整体看来,拔节—齐穗阶段植株氮素积累速率快、积累量大,齐穗期茎鞘和成熟穗部氮素分配比例高,可作为高日产类型机插杂交籼稻的氮素吸收利用特征指标。     

有机无机肥配施对精量穴直播水稻产量及氮素利用的影响

为探究有机无机肥配施对精量穴直播水稻产量及氮素利用的影响,2018—2020年,选用鸡粪型有机肥进行不同比例有机肥替代化肥田间小区试验。试验采用两因素裂区设计,主区为3个杂交水稻品种,分别是宜香优1108、F优498、德优4727;副区为不同比例有机肥替代化肥,在总施氮量150 kg·hm^-2水平下,设置100%化学N肥（M1）、75%化学N肥+25%有机肥（M2）、50%化学N肥+50%有机肥（M3）、25%化学N肥+75%有机肥（M4）和100%有机肥（M5）共5个处理,以不施N肥为对照（CK）。结果表明,随着有机肥比例的增加,3个品种的每穗粒数和产量均先增加后降低。对于宜香优1108,M2处理的每穗粒数最多、产量最高,2018、2019和2020年分别较M1处理增产2.92%、5.53%和8.07%。对于F优498和德优4727,M3处理的每穗粒数最多、产量最高,3年分别较M1处理平均增产9.13%、7.33%、7.21%和2.7%、6.03%、8.69%。施肥处理中均以M5处理的产量最低。对于氮素转运率,M2和M3处理水稻的氮素转运率增加,其中,宜香优1108在M2和M3处理下氮素转运率3年平均较M1处理提高9.40%和11.41%,F优498提高9.63%和19.18%,德优4727提高9.40%和18.03%。随着有机肥比例的增加,氮素表观利用率降低,氮素收获指数、氮素农学利用率和氮肥偏生产力均先增加后减少。宜香优1108在M2和M3处理下氮素收获指数3年平均较M1处理提高5.05%和5.54%,F优498提高4.53%和8.80%,德优4727提高4.88%和8.98%。由此表明,在精量穴直播下,有机肥与无机肥的合理配施能更好地调控水稻对养分的吸收利用,从而提高产量;宜香优1108采用25%有机肥替代化学氮肥时产量最佳,而F优498和德优4727采用50%有机肥替代化学氮肥增产效果更好。     

不同玉米品种籽粒耐破碎性差异及影响因素

为明确不同玉米品种机械收获时籽粒的耐破碎性差异和影响籽粒耐破碎性的因素,以13个玉米品种为材料,设置不同收获时间,对不同玉米品种籽粒的破碎率、含水率和硬度等指标的动态变化特征进行研究,分析籽粒破碎率与含水率和硬度的关系,采用积分法评价不同玉米品种籽粒的耐破碎性。结果表明:随收获时间的推迟,籽粒破碎率先快速降低后稍有升高,籽粒含水率逐渐降低,籽粒硬度逐渐增大,且玉米品种间差异显著。破碎率与籽粒含水率符合二次曲线关系,当籽粒含水率为19.70%时破碎率最低;破碎率与籽粒硬度极显著负相关,其中胚乳穿刺强度与破碎率的相关性最高,当籽粒胚乳穿刺强度为88.35 N时破碎率最低;籽粒硬度与含水率呈极显著的负相关关系。降低籽粒含水率进而提高其硬度是增强玉米籽粒的耐破碎能力和降低籽粒破碎率的关键。不同玉米品种籽粒的硬度和耐破碎能力存在显著差异,在含水率相近的条件下,耐破碎能力强的玉米品种均具有较高的籽粒硬度。籽粒硬度指标中的胚乳穿刺强度可作为鉴选宜机械粒收玉米品种的重要指标;参试的所有硬粒型玉米品种、半马齿型‘仲玉3号’、半硬粒型 ‘辽禾308’、‘先玉1171’和马齿型‘正红6号’的籽粒耐破碎能力强,可作为适宜机械粒收的品种。     

减氮和机械侧深施肥对机插杂交稻产量及氮素吸收利用的影响

为探究侧深减量施缓释肥对水稻生长、氮素利用及土壤肥力等的影响,本研究以两系杂交稻品种晶两优534和三系杂交稻品种宜香优2115为供试材料,通过设置R₁₅₀(一次性机械侧深施缓释肥150 kg·hm^-2)、R₁₂₀(一次性机械侧深减氮20%施缓释肥120 kg·hm^-2)、R₉₆N₂₄ (基肥侧深施缓释肥96 kg·hm^-2, 穗肥撒施尿素24 kg·hm^-2)、N₁₅₀(基肥人工撒施尿素90 kg·hm^-2,穗肥撒施尿素60 kg·hm^-2)、N₀(不施氮肥)5种不同的氮肥施用处理,分析机械侧深减氮施肥对机插稻产量形成和氮素吸收利用效率的影响。结果表明,与常规施肥相比,侧深施用缓释肥显著提高了机插稻分蘖数、氮素积累量、氮肥利用率和土壤肥力,对机插稻产量和氮素利用存在显著影响。侧深施缓释肥显著提高了机插稻的有效穗数和每穗粒数,两品种均以一次性机械侧深施用常规施氮量缓释肥处理(R₁₅₀)的产量最高,比2次人工撒施常规尿素处理(N₁₅₀)平均增产13.05%。采用机械侧深施肥,减氮20%的“基缓追速”处理(R₉₆N₂₄)产量均高于与人工撒施常规施氮量处理(N₁₅₀)。R₉₆N₂₄的氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率和产量均高于N₁₅₀。综上所述,与人工撒施常规尿素相比,采用机械侧深施基肥能保证水稻整个生育期对氮素的需求,显著提高机插稻氮素利用率;缓释肥减量20%侧深施可保持土壤肥力和产量不减,达到减氮稳产的目的。本研究结果为机插稻优质绿色高效生产提供了理论依据和实践指导。     

不同生态条件下氮高效水稻品种干物质积累和产量特性

  【目的】  研究生态条件和施氮水平及其互作对氮高效水稻品种干物质积累、物质转运和产量的影响,为不同稻区不同施氮水平下选择适宜的水稻品种提供科学依据。  【方法】  本试验于2019年在四川省大邑县(弱光寡照)和云南省永胜县(光温充足)两个生态点进行,以西南地区大范围种植的10个水稻品种为供试材料,采用两因素裂区设计,主区为不施氮(N0)、低氮120 kg/hm2 (N120)和高氮180 kg/hm2 (N180) 3个施氮水平,副区为10个品种。分别于拔节期、抽穗期和成熟期测定干物重,计算不同时期干物质积累和转运量,于收获后测定水稻产量。  【结果】  水稻产量和干物质生产特性为生态条件、施氮水平、品种及其互作效应共同作用的结果。大邑生态点宜香优1108在N120下的产量比N180提高4.68%,永胜点德优4923在N120施氮水平下的产量比N180提高113.4 kg/hm2,结合产量和GGE模型分析,大邑生态点宜香优1108为低氮高效型,晶两优534和F优498为高氮高效型;永胜点德优4923为低氮高效型,中优295和丰优香占为高氮高效型。氮高效水稻干物质积累和转运特征因生态条件和施氮量的变化而变化。大邑低氮高效型品种产量主要来自拔节前干物质的积累和抽穗前光合产物的转化,产量优势在于足量的单位面积有效穗数,移栽至拔节期的群体生长率与产量(r=0.70**)和有效穗数(r=0.41*)呈显著正相关;大邑生态点高氮高效型品种抽穗至成熟期群体生长率和穗后干物质积累量对籽粒的贡献率明显高于其它品种,产量与抽穗至成熟期群体生长率(r=0.56**)和穗后干物质积累量对籽粒的贡献率(r=0.37*)呈显著正相关关系;永胜低氮高效型品种干物质积累特征在于拔节至抽穗期群体生长率和穗前干物质转化对籽粒的贡献率较高,千粒重较同处理平均值提高13.61%;永胜高氮高效型品种具有拔节至抽穗期高群体生长率的物质生产特性,产量优势在于较高的每穗颖花数,该点拔节至抽穗期群体生长率与产量(r = 0.60**)和每穗颖花数(r = 0.68**)均呈极显著正相关关系。  【结论】  在大邑等弱光寡照地区,低氮高效型品种应保证前期较高的生长速率和穗前干物质转化对籽粒的贡献率;高氮高效型品种应保持抽穗后高群体生长率并增加穗后光合产物的积累。在永胜等光温充足地区,拔节至抽穗期较高的群体生长率是低氮高效型和高氮高效型品种共同的物质生产特征。     

乙矮合剂对不同密度夏玉米花粒期叶片氮素同化与早衰的影响

为探讨乙矮合剂调控夏玉米氮素同化和防止后期早衰的生理机制,为建立华北夏玉米区密植高产稳产化学调控技术提供理论依据,2013—2014年在中国农业科学院新乡试验站,以中单909和浚单20为材料,设置乙矮合剂(ECK)和密度梯度处理,研究密度梯度对花后玉米穗位叶氮同化特征和早衰的影响,以及ECK的化学调控效应。结果表明,灌浆期(花后0~40 d),穗位叶硝酸还原酶(NR)活性和谷氨酰胺合成酶(GS)活性随密度增加而显著下降;灌浆后期(花后30~40 d),谷草转氨酶(GOT)和谷丙转氨酶(GPT)活性随种植密度增加而显著降低。穗位叶叶绿素相对含量、可溶性蛋白含量和游离氨基酸含量在灌浆中后期(花后20~40 d)随种植密度增加而显著降低;两品种产量在7.5万株hm–2密度达最大值,7.5~10.5万株hm–2密度群体产量下降,高密群体易发生早衰。ECK处理显著提高了各密度群体灌浆中后期(花后20~40 d)穗位叶NR活性、GS活性、游离氨基酸含量、可溶性蛋白含量和叶绿素含量;显著提高了高密群体(7.5~10.5万株hm–2)GOT活性和GPT活性;较高密群体下(7.5~10.5万株hm–2),中单909和浚单20较各自对照的增产幅度分别为5.59%~6.63%和6.73%~8.10%。ECK处理提高了高密群体夏玉米穗位叶片氮代谢关键酶活性及其产物含量,保证密植群体氮代谢正常进行,有效防止早衰及提高产量。综上所述,采用合理的种植密度并结合喷施乙矮合剂可作为华北夏玉米区高产栽培的重要技术措施。     

品种对双季玉米早春季和晚夏季的适应性研究

双季玉米是近年来一种新型种植模式,为探索品种对季节的适应性及筛选适合双季玉米种植的品种,2008—2010年分别在山东莱州、河南焦作和新乡进行了研究。结果表明,不同地区不同年份早春季与晚夏季的生长条件不同,对品种各生育的影响不相同;大多数品种早春季产量高于晚夏季产量;两季产量主要为中等水平(5 737~8 639 kg hm^-2),占供试品种的33.2%;在品种选择中,穗粒数与品种选择无关,而生育期是重要指标;早春季选用品种益农103具有高产稳产的特点,晚夏季选用品种郑单958可以确保第二季达到稳产。同时,以同一品种对早春和晚夏的适应性来考察品种对环境的适应性,也更能体现品种综合性能的优良程度。     

甘蓝型矮秆油菜与高秆油菜的产量与氮效率比较

为明确甘蓝型矮秆油菜的农艺性状、产量与氮素利用特征,在四川盆地稻油轮作条件下开展了大田试验研究。试验采用二因素裂区设计,以不同株高的油菜品种(矮秆油菜MJ01、高秆油菜川油36)为主因素,不同施氮量(纯氮0、135、225 kg·hm^-2,分别以N₀、N₁、N₂表示)为副因素,在油菜成熟期测定植株的主要农艺性状、产量与氮素积累量,并分析计算相关氮素效率指标。结果表明,矮秆油菜的株高、分枝部位高度、主花序长度、单株角果数均显著低于高秆油菜。相同施氮量(N₁、N₂)条件下,矮秆油菜的籽粒产量(2 289.0、2 857.5 kg·hm^-2)与高秆油菜的籽粒产量(2 258.3、3 006.6 kg·hm^-2)均无显著差异。与高秆油菜相比,矮秆油菜的籽粒N含量相对较低,而N收获指数相对较高,但均无显著差异。矮秆油菜的氮利用效率、氮生理效率均大于高秆油菜,其中氮生理效率的差异显著。矮秆油菜和高秆油菜的氮吸收效率则相近。随施氮量增加,矮秆油菜和高秆油菜的氮吸收效率都呈降低趋势,而氮生理效率呈升高趋势。矮秆油菜具有较大的收获指数、较高的氮利用效率和氮生理效率,且在合理施氮量条件下可以获得与高秆油菜相近的产量。