基于临界氮浓度的水稻氮素营养诊断研究

【目的】 依据水稻品种的氮素营养特征计算其氮营养指数 (NNI) 和氮素亏缺 (N_and) 值,可实现作物氮素状况的精确定量调控。本研究比较了杂交稻和常规稻在不同氮水平下的NNI和N_and值,为该诊断方法的精准使用提供依据。 【方法】 本研究选用超级杂交稻 (Y两优一号、超优千号) 和常规稻 (粤农丝苗、金农丝苗) 为对象进行田间试验。设施氮水平0、40、80、120、160、200、240 kg/hm2(分别以N0、N40、N80、N120、N160、N200、N240表示),分析测定了水稻移栽后15、30、45、60、75天和成熟期地上部干物质量及其氮浓度,构建临界氮浓度变化曲线,利用该曲线计算了不同品种在不同时期的临界氮浓度、氮营养指数和氮亏缺值。 【结果】 杂交稻地上部干物重在N0、N40、N80、N120、N160处理间差异显著,N200、N240处理间差异不显著,但显著高于其他处理;常规稻地上部干物质重在N0、N40、N80、N120处理间差异显著,N160、N200、N240处理间差异不显著,但显著高于N0、N40、N80、N120处理。水稻植株氮浓度均随着施氮水平的提高而增加,但随生育期的延长和地上部干物重的增加,水稻植株氮浓度均呈下降趋势。根据地上部干物质重与其氮浓度变化关系构建水稻临界氮浓度 (Nc) 变化曲线,杂交稻为N_c=3.36DM–0.31(R2=0.91),常规稻为N_c=2.96DM–0.25(R2=0.86)。基于临界氮浓度曲线,计算不同水稻品种的NNI和N_and,其中杂交稻和常规稻NNI变化范围分别为0.73～1.05和0.78～1.11,N_and变化范围分别为–9.8～117.8 kg/hm2和–25.4～90.3 kg/hm2。 【结论】 常规稻品种临界氮浓度高于相同生育期的杂交稻品种,但杂交稻的干物质量生产能力大于常规稻。在本试验条件下,依据N_and计算结果,杂交稻临界氮浓度下的氮素积累量大于常规稻,其中杂交稻和常规稻适宜施氮量分别为200 kg/hm2左右和160～200 kg/hm2。      

水氮耦合条件下番茄临界氮浓度模型的建立及氮素营养诊断

【目的】临界氮浓度是指在一定的生长时期内获得最大生物量时的最小氮浓度值,具有明确的生物学意义。探究不同水氮供应对番茄地上部生物量、氮素累积的影响,构建临界氮浓度稀释曲线模型,并基于氮素吸收和氮营养指数模型进行番茄氮素营养诊断,可为番茄水肥一体化提供一定的理论依据。【方法】于2013年在日光温室内进行了盆栽试验,供试番茄品种为金鹏M6088。设置3个灌水量为低水W1(60%70%θf)、中水W2(70%80%θf)和高水W3(80%90%θf),θf为田间持水率;施氮量设置3个水平为低氮N1(N 0.24 g/kg土)、中氮N2(N 0.36 g/kg土)和高氮N3(N 0.48 g/kg土),试验采用完全随机区组设计,共9个处理,每个处理重复15次,研究了不同水氮条件下番茄的地上部生物量、氮素累积及氮浓度的动态变化,构建了番茄不同水分条件下的临界氮浓度稀释曲线模型。【结果】番茄地上部生物量、氮累积量随移栽时间的动态变化符合Logistic模型,不同水氮供应对番茄地上部生物量理论最大值的影响不同,中水和高水条件下,番茄地上部生物量理论最大值随着施氮量的增加呈先增加后减小的趋势;而在低水条件下呈递增趋势,说明适量增施氮肥可以减轻干旱对干物质量累积的抑制;番茄地上部生物量快速累积起始日较氮快速累积起始日晚8 17 d,且不同水氮处理番茄地上部生物量最大生长速率、氮累积量最大累积速率均出现在中水中氮(W2N2)处理;在相同的水分条件下,番茄地上部生物量氮浓度随施氮量的增加而提高,随生育进程的推移呈下降趋势;氮浓度与地上部生物量之间符合幂指数关系,适当增大灌水量可以提高植株对氮的容纳能力,并且可以缓解氮浓度随植株生物增长量下降,使植株稳步有序地生长;不同的水氮供应对番茄产量影响显著,随着灌水量和施氮量的增加,产量显著提高,但当灌水量和施氮量达到一定数量时产量不仅没有提高反而随其增加而降低。【结论】基于临界氮浓度构建的氮营养指数、氮吸收模型对番茄的适宜施氮量诊断结果一致,均以中水中氮(W2N2)为最佳条件,即当灌水量和施肥量分别为62.1 L/plant、15.1 g/plant时,番茄单株产量达到最大(1602 g),构建的模型合理可行。     

不同氮效率夏玉米临界氮浓度稀释模型与氮营养诊断

【目的】建立豫中地区玉米临界氮稀释曲线,比较不同氮素利用率玉米品种模型差异,探讨基于此的氮营养指数用于诊断、评价玉米氮素营养的可靠性,为实现玉米合理施用氮肥提供理论依据。【方法】以伟科702和中单909两个不同氮利用效率的品种为试验材料进行连续三年的田间定位试验,共设5个氮肥水平(0、120、180、240和360 kg/hm^2),分析不同施氮量对两个玉米品种拔节期、大喇叭口期、吐丝期、收获期干物质的影响,基于不同时期干物质和植株氮浓度建立两个品种临界氮稀释曲线,分析不同氮利用率品种玉米临界氮稀释曲线模型的差异和氮营养指数及其与相对地上部生物量和相对产量的关系。【结果】中单909的氮利用率显著高于伟科702。在各生育时期,两个玉米品种地上部生物量随施氮量变化表现为N0 –0.341,中单909 Nc=30.801DM^–0.370)具有很好的稳定性。相比中单909的模型参数,伟科702的参数a提高了15.70%,参数b降低了7.84%,且参数a变化值大于参数b。同一时期两个品种基于此模型的氮营养指数均随施氮量的增加而上升;施氮量低于180 kg/hm^2时,随着玉米生育时期的推进,氮营养指数随施氮量的增加呈先升高再降低的趋势,当施氮量超过240 kg/hm^2时,氮营养指数一直升高。氮营养指数与相对地上部生物量、相对产量相关性均达到显著水平。【结论】本文建立的豫中地区的两个品种玉米临界氮稀释曲线模型及氮营养指数,可以很好地诊断和评价玉米植株氮素营养状况。不同氮利用率品种间临界氮浓度稀释曲线模型参数存在差异,氮高效的品种具有较低的单位生物量氮浓度和较高的曲线斜率,其各时期临界氮浓度低于氮利用率低的品种。     

作物临界氮浓度稀释模型研究述评

作物临界氮浓度是作物达到最大生长的植株最小氮浓度。临界氮浓度随地上部植株干物质积累量增加而下降,可以用幂函数模型N_c=a×W_max^-b表示。已建立了数十种作物临界氮稀释模型,根据作物收获器官的特点,分为收获籽粒、收获鲜果实、收获块根块茎和收获地上部营养体4类,不同类型临界氮浓度稀释模型在模型参数和氮素诊断应用方面各有特点。临界氮浓度稀释模型除了植株临界氮浓度-植株干重这一典型形式外,还有器官临界氮浓度-器官干重、植株临界氮浓度-器官数量指标(叶片干重、茎鞘干重、LAI、叶面积持续期)等形式。因此,提出评价选择临界氮浓度稀释模型类型的基本原则。由于不同气候条件、不同作物类型,甚至同一作物不同品种的生育特性、氮素营养特性和干物质生产力差异很大,建立某一大类作物甚至某一种作物在各个气候区域的通用模型是困难的,应以一定生态区域某一作物特征相近品种类型作为建模基本单元。作物临界氮浓度稀释模型的应用包括计算氮营养指数(NNI)进行氮素营养诊断,计算临界氮积累量、亏缺量和氮肥需要量,预测作物产量和品质等。分析了以植株干物质重驱动的氮素...     

设施栽培黄瓜临界氮浓度和氮营养指数模拟

以黄瓜津春5号为试验材料,采用随机区组设计,2016和2017年分别设置了5个氮浓度梯度,构建了黄瓜地上部生物量的临界氮浓度稀释模型,在此基础上建立了氮素吸收模型和氮营养指数模型。结果表明,黄瓜地上部临界氮浓度与地上部最大生物量之间符合幂指数关系,%Nc=4. 539 7x-0. 06,相关系数为R2=0. 749 6。基于临界氮浓度建立的设施栽培黄瓜氮素吸收(Nupt)模型、氮素营养指数(NNI)模型,可作为设施栽培黄瓜氮素营养状况的判别指标,本试验条件下295. 7～305. 5 kg/hm~2为黄瓜最佳施氮量。     

内蒙古中西部玉米临界氮浓度稀释模型的构建与验证

【目的】建立内蒙古中西部地区玉米临界氮浓度稀释曲线模型,利用相应的氮营养指数对玉米进行氮素营养诊断,并验证曲线的可靠性,以期为实现内蒙古中西部玉米合理施用氮肥提供理论依据。【方法】于2019—2021 年,分别在内蒙古中部的达拉特旗和西部的五原县、乌拉特前旗 3 个典型区域,以新玉 12、晋单42、先玉 1225、泽玉 19、宏育 203 和晋单 542 以及东农 258 为试验材料,进行建模田间试验。6 个氮肥处理包括传统氮肥 (N 400 kg/hm²)、不施氮 (对照)、推荐优化施氮 (N) 180 kg/hm² (OPT) 以及 70% OPT、130% OPT、170% OPT,分别在玉米拔节期 (V6)、八叶期(V8)、十叶期(V10)、大喇叭口期 (V12)、吐丝期 (R1)、乳熟期(R3) 和蜡熟期 (R5) 进行植株取样,测定植株地上部生物量和植株氮浓度,利用地上部生物量和植株氮浓度构建临界氮浓度稀释模型。2021 年在达拉特旗进行验证试验,设置推荐施氮示范田和传统习惯生产田,测定玉米植株地上部生物量和植株氮浓度,利用氮营养...     

基于临界氮浓度的加工番茄优化施肥效应研究

为研究基于临界氮浓度模型的施肥方案下加工番茄对氮素的吸收利用、氮营养指数和氮素亏缺值的影响,选用新疆大面积种植的加工番茄品种“里格尔 87-5”为研究对象,设置不施氮(N0)、施氮 200 kg·hm -2(N1)、施氮 300 kg·hm -2(N2)和施氮 400 kg·hm -2(N3)4个处理进行田间试验。结果表明,在拉秧期施氮 300 kg·hm-2处理的干物质积累量最高,施氮 400 kg·hm -2处理不会促进干物质的增加;氮浓度在各取样日随施氮量的增加而增加,且随着生育期的推进呈下降趋势。施氮 300 kg·hm -2处理的氮素吸收量在拉秧期最高,两年分别为 289.49和 263.59 kg·hm -2;各处理随着生育期的推进,氮素积累量往果实中转移,且施氮 300 kg·hm -2处理的氮素转移量最大。在加工番茄苗期阶段施氮 300 kg·hm -2和施氮 400 kg·hm -2的处理均会使加工番茄田间氮素过量,施氮 200 kg·hm -2处理的氮营养指数最接近 1,且氮亏缺量在各处理间无明显差异;在开花期后施氮 300 kg·hm -2处理的氮营养指数最接近 1,且氮亏缺量最接近 0。新疆滴灌加工番茄的最佳氮肥施用总量为 278 kg·hm-2,苗期至开花期、开花至坐果期、坐果至红熟期和红熟至拉秧期的施氮比例分别为 16%、26%、49%和9%,此施肥方案为氮素的充分利用和加工番茄的持续高产提供了技术支撑。     

滴灌番茄临界氮浓度、氮素吸收和氮营养指数模拟

作物的氮浓度随生物量的增加而下降,临界氮浓度是指在一定的生长时期内获得最大生物量时的最小氮浓度值。该文在滴灌条件下,基于3a不同的氮素水平试验,构建了加工番茄地上部生物量的临界氮浓度稀释曲线模型。结果表明,临界氮浓度与地上部最大生物量之间符合幂指数关系,相关系数为R~2=0.947,加工番茄最高(%Nmax)、最低(%Nmin)临界氮浓度稀释模型亦符合幂指数关系,相关系数分别为R~2=0.959、R~2=0.925。基于临界氮浓度建立了加工番茄氮素吸收模型(Nupt)、氮素营养指数模型(NNI),可作为加工番茄氮素营养状况的判别指标,氮素吸收和氮营养指数模型对新疆北疆加工番茄种植区的适宜施氮量诊断结果一致,均以300kg/hm2为最佳施氮量。该研究所建立的临界氮浓度稀释曲线模型较前人建立的模型更具机理性,因此,该模型所得出的分析结果是合适和可靠的,并且可用于指导加工番茄动态精准施肥及为氮素优化管理的建立提供参考。     

新疆塔额盆地滴灌甜菜临界氮浓度模型的构建与检验

为确定新疆塔额盆地甜菜(Beta vulgaris L.)的合理施肥量,本研究于2020—2021年开展大田试验,设置0(N0)、75(N75)、150(N150)、225(N225)和300 kg·hm^-2(N300)5个氮水平,分析不同施氮量对甜菜苗期、块根形成分化期、叶丛快速生长期、块根膨大期、糖分积累期、收获期植株总生物量及氮浓度的影响,构建基于生物量的临界氮浓度稀释模型,并计算不同施氮量的氮营养指数,分析其与相对生物量和相对产量的关系,确定甜菜氮营养丰缺情况。结果表明,施氮量从0增加到225 kg·hm^-2时,植株生物量呈显著增长趋势,但当施氮量从225增加至300 kg·hm^-2时,植株生物量增加不显著。从苗期至收获期,与N0处理相比,N225和N300处理的植株生物量分别增加了82.55%和86.44%。甜菜全生育时期内,植株生物量随施氮量变化表现为N02为0.974,模型检验参数...     

不同水分条件下葡萄临界氮稀释曲线模型的建立及氮素营养诊断

以1a生葡萄植株“红提”为试材,在Venlo型试验温室内进行土壤水分和施氮量双因素区组试验。试验设置4个灌水水平,分别为正常灌溉量W1（田间最大持水量的70%～80%）、轻度水分胁迫W2（60%～70%）、中度水分胁迫W3（50%～60%）和重度水分胁迫W4（30%～40%）;设置4个施氮水平,分别为1.5倍推荐施氮量（N1,25.5g plant-1）、正常推荐施氮量（N2,17g plant-1）、0.5倍推荐施氮量（N3,8.5g plant-1）和不施用氮肥（N4,0g plant-1）。每10d观测一次植株体内氮浓度和植株地上部生物量,利用不同水分条件下葡萄植株在一定生长时期内所获最大生物量时对应的最小氮浓度值即临界氮浓度（Nc）构建葡萄临界氮浓度稀释曲线模型,并在此基础上建立氮素吸收模型（Nupt）和氮素营养指数模型（NNI）,对不同水分条件下葡萄氮营养状况进行定量诊断。结果表明：设施葡萄植株临界氮浓度与地上部生物量存在幂函数关系,随着灌水量的增加,葡萄植株临界氮浓度值增大,氮素吸收量及地上部生物量也呈增加趋势;在W1、W2水分条件下,葡萄植株生物量随施氮量增加而增加,而W3和W4处理葡萄生物量随施氮量增加呈先增后降的趋势;在相同水分条件下,氮浓度随施氮量增加而增加,随葡萄生长进程而降低;利用Nupt和NNI模型可对植株体内氮营养元素亏缺与否进行有效诊断。     

不同施肥条件和滴灌方式对青椒生长的影响

该文通过大田试验,比较了地下滴灌与地表滴灌及其不同施肥量对青椒生长的响应。试验设置地下滴灌和地表滴灌2个灌水处理和0、75、150、300 kg/hm2 4个施肥水平,灌水周期为4 d。另外设1个畦灌对照处理。结果表明,2 a中地下滴灌产量均高于地表滴灌,2007年平均高4%,2008年平均高13%。而地下滴灌耗水量低于地表滴灌,2007年平均低6.7%,2008年平均低7.3%。地下滴灌和地表滴灌0～40 cm土层的根系总根长分别是畦灌的2.44和1.46倍,且地下滴灌10 cm以下各层的根长占总根长的百分比,比地表滴灌高7%,这说明地下滴灌不仅促进作物根系的生长,而且使根系更多的扎入较深土层。地下滴灌150 kg/hm2施氮量为青椒的最优灌溉施肥策略。     

基于叶片SPAD估算不同水氮处理下温室番茄氮营养指数

为了探讨临界氮稀释曲线模型在西北地区温室番茄不同水分处理下的适用性以及采用SPAD仪快速准确诊断氮营养状况,该研究以"丽娜"番茄为材料,2013-2015年在陕西省杨凌区温室内进行水分和氮素处理试验,水分处理设置4个水平,分别为全生育期充分灌水处理、仅苗期亏水50%、苗期开花期连续亏水50%和全生育期亏水50%;氮素处理设置3个水平,施氮量分别为0、150和300 kg/hm2,通过2013-2015年试验数据对临界氮浓度稀释曲线模型进行率定和验证,并将该模型参数与番茄全生育期平均日耗水量建立相关关系,提高了临界氮浓度稀释模型在不同水分条件下的适用性。结果表明通过番茄全生育期平均日耗水量和临界氮浓度稀释曲线模型估算得到的临界氮浓度估算值和实际计算值有较好的一致性,其绝对误差为0.13~0.34 g/(100 g),标准误差为0.14~0.39 g/(100 g),决定系数为0.94~0.99,因此采用该方法可以对西北地区温室番茄不同水分处理下临界氮浓度稀释进行准确估算。通过2013-2015年试验数据分析番茄不同叶位叶片SPAD值和氮营养指数(nitrogen nutrition index,NNI)之间相关性,结果表明番茄中位叶片SPAD值与氮营养指数(NNI)有良好的线性相关性(决定系数为0.77~0.98),且该相关系数值与番茄日耗水量呈极显著相关关系,因此通过番茄日耗水量可以估算出NNI与中位叶片SPAD值之间的线性关系,估算出NNI=1时的中位叶片SPAD值,并以此SPAD值进行氮营养诊断。该研究可为西北地区温室番茄实时氮营养诊断和优化氮素管理提供了较好的理论参考。     

水氮耦合氧灌对温室辣椒土壤肥力及细菌群落的影响

为揭示水氮耦合氧灌对温室辣椒土壤肥力、细菌多样性及群落的影响,该研究设置施氮量(225和300 kg/hm2)、通气量(通气比率为15％和0)和灌水量(0.6和0.9倍作物-蒸发皿系数)3因素2水平试验,采用高通量测序等方法研究土壤细菌群落与土壤通气性指标、土壤肥力因子之间的关系.结果表明,低水量常氮氧灌和高水量常氮氧...     

关中平原不同降雨年型夏玉米临界氮稀释曲线模拟及验证

过量施氮和降雨变率大是陕西关中平原夏玉米种植中常见的2大问题,临界氮稀释曲线模型是诊断作物氮营养状况的有效手段。该研究选取关中平原主栽的6个夏玉米品种,设置了N0（0）、N1（86 kg/hm2）、N2（172 kg/hm2）和N3（258 kg/hm2）共4个施氮水平,在2013年（生育前期正常,后期大旱）和2014年（生育前期大旱,后期偏涝）这2种降雨年型下构建和验证了基于全生育期干物质的夏玉米临界氮稀释曲线。结果表明：2 a条件下临界氮浓度与地上生物量均符合幂指数关系,但模型参数存在部分差异,基于临界氮稀释曲线所建立的氮营养指数可用来诊断夏玉米氮盈亏状态,诊断结果表明氮营养指数均随着施氮量的增加而增加,且年型之间存在差异,最优施氮量介于86～172 kg/hm2之间。制定不同降雨年型下夏玉米临界氮稀释模型对于指导精确施氮及生育季氮诊断具有重要的意义。     

关中地区玉米临界氮浓度稀释曲线的建立和验证

基于临界氮浓度稀释曲线推导的氮素营养指数既可以诊断出氮素供应不足也可以诊断出氮肥供应过量。该文在整理分析关中平原8 a氮肥大田试验的基础上,分别构建了关中灌区夏玉米和渭北旱塬春玉米的地上部生物量的临界氮浓度稀释曲线模型。结果表明,关中玉米地上部临界氮浓度与生物量符合幂函数关系。利用独立试验资料对建立的临界氮稀释曲线模型进行检验,结果表明:该模型能准确诊断该区玉米植株的氮营养状况,施肥量和施肥时期对玉米植株的氮素营养状况影响较大,一般随着施氮量的增加氮素营养指数值会增大,只基施氮肥或前期施氮过多都会使玉米在生长过程中营养失衡。该研究建立的关中地区玉米的临界氮稀释模型为该区玉米氮素营养诊断和优化管理提供了较好的技术途径和理论参考。     

水氮耦合对日光温室黄瓜根系生长的影响

为揭示不同水氮耦合的促根机理,该文以日光温室冬春茬和秋冬茬黄瓜根系为主要研究对象,应用主成分分析法对根系生长情况进行综合评价,探索有效根直径范围内根系根长密度在土壤中的分布与不同土层间NO3--N含量之间的关系。结果表明:该文得到的综合主成分可以代表97.27%的根系信息,综合评价最高的处理为优化灌溉定额为300 m3/hm2时,冬春茬共灌溉8次,优化施氮量240 kg/hm2、秋冬茬共灌溉5次,施氮量50 kg/hm2,该水肥管理条件能够更好地促进黄瓜根系的生长,提高了日光温室黄瓜的产量,降低了氮肥及水资源的浪费,是日光温室黄瓜的优质高效施肥灌溉模式。     

地下滴灌施氮及灌水周期对青椒根系分布及产量的影响

地下滴灌是一项十分节水的灌溉技术,该文通过大田试验,研究了地下滴灌灌水周期和施氮量对青椒根系分布和产量的影响,以期获得较优的灌溉施氮制度。试验设置4、8 d两种灌水周期和0、75、150、300 kg/hm24个施氮水平。结果表明,当施氮量小于150 kg/hm2时,随着施氮量的增加,整根的根长、根表面积、根体积和根干质量和各层土壤的根密度均显著增加,但当施氮量增加到300 kg/hm2,整根特征参数均减少。施氮量一定时,4 d灌水周期条件下的青椒根系特征参数和产量高于8 d灌水周期。青椒产量与施氮量之间呈二次曲线关系,4 d灌水周期和150 kg/hm2施氮量组合获得最高产量。并发现小于2 mm的根系总长与产量之间呈明显的线性相关关系。