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。     

不同水分处理下基于辐热积的温室番茄干物质生产及分配模型

为了探讨干物质生产及分配模型在西北地区温室环境不同水分处理的使用性,以番茄为材料,于2013-2015年在陕西省杨凌区温室内进行亏水处理试验,设置全生育期充分灌水处理、仅苗期亏水50%处理、苗期开花期连续亏水50%和全部亏水50%共4种水分处理,通过2013-2014年温室试验分析不同水分处理条件下番茄茎、叶、果实和根系的动态变化,建立了基于番茄耗水量、地上部和根系分配指数、地上部各器官分配指数的番茄干物质生产及分配模型;利用2014-2015年试验数据对干物质生产及分配模型进行验证。结果表明,利用累积辐热积与干物质总量进行拟合得到的关系式,可以利用累积辐热积较为准确地模拟不同水分处理下番茄干物质总量。番茄干物质总量受累积辐热积和水分影响较大,而干物质总量在地上部、根系及地上部各器官的分配指数只随辐热积变化,不随灌水量发生显著的变化。运用番茄耗水量、累积辐热积、经验公式和经验系数得到的干物质生产及分配模型,通过该模型估算不同水分处理番茄茎、叶、果实和根系干物质的预测值和实测值拟合度较高,其绝对误差为0.24~9.46 g/株,均方根误差为0.35~10.01 g/株和决定系数为0.78~0.89,可以用该模型预测肥料充分条件下各水分处理温室番茄各器官的干物质生产及分配,为温室番茄不同水分条件下番茄生产提供理论依据。     

东南烟稻轮作区烤烟临界氮浓度稀释曲线的建立与验证

  【目的】  建立东南烟稻轮作区烤烟临界氮稀释曲线,探讨氮素营养指数用于诊断和评价烤烟氮营养状况的可能性,为实现烤烟合理施用氮肥提供理论依据。  【方法】  两年两地共3个田间氮肥用量试验,每个试验共设6个氮水平 (N 0、45、90、135、180 和300 kg/hm2),分析不同施氮量对移栽后不同天数烤烟地上部和叶片干物质积累量的影响。利用不同时期植株氮浓度和干物质积累量,建立地上部和叶片的临界氮浓度稀释曲线方程和干物质积累方程。结合基于无人机可见光谱平台的烤烟氮浓度无损测定方法,计算氮营养指数,判断烤烟氮营养丰缺情况。  【结果】  施用氮肥明显增加了烤烟地上部和叶片干物质积累量,不同氮肥处理间差异明显,烤烟地上部和叶片氮浓度随烤烟生长进程而降低;东南烟稻轮作区烤烟地上部及叶片的临界氮素浓度和干物质积累量符合幂指数的关系;模型进行独立验证时,氮限制组的数据均在临界氮素稀释曲线以下,而不受氮限制组的数据均在临界氮素稀释曲线附近。模型拟合的临界氮浓度和植株实际临界氮浓度呈线性相关,地上部和叶片的RMSE值分别为0.55和0.44,标准化均方根误差n-RMSE分别为25%和17%,模型具有较好的稳定性;烤烟氮素营养状况的判定可以通过应用临界氮浓度稀释曲线计算氮营养指数(NNI)实现。随着施氮水平的提高,叶片氮营养指数逐步升高,在氮施用量达到135 kg/hm2,叶片氮营养指数可在1以上,处于氮盈余状态。  【结论】  东南烟稻轮作区烤烟叶片临界氮素稀释曲线模型(N_c = 3.2339 × DM_leaves–0.475)和叶片氮营养指数能够诊断评价该区域烤烟氮营养状况,从而为优化烤烟的氮素管理提供指导。     

基于全株生物量和全株氮浓度的马铃薯氮临界浓度稀释模型的构建及验证

  【目的】  临界氮浓度稀释曲线的构建是作物氮素营养诊断的基础,然而其曲线参数可能受品种等因素影响。本研究的主要目的是构建滴灌条件下常见马铃薯品种临界氮浓度稀释曲线模型,并利用相应的氮素营养指数进行马铃薯氮素营养诊断。  【方法】  于2014—2016年分别进行了滴灌条件下3个马铃薯品种、不同施氮量的田间试验。在马铃薯苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期和收获期5个关键时期,进行地上部茎叶和地下部块茎取样,分别测定了生物量和氮浓度,根据公式计算出马铃薯全株生物量和全株氮浓度。根据全株生物量和全株氮浓度建立临界氮浓度稀释模型和相应的氮素营养指数。  【结果】  马铃薯地上部生物量和地上部氮浓度以及全株生物量和全株氮浓度都是随着生育时期的推进呈现出负幂函数关系,基于地上部生物量和地上部氮浓度建立的临界氮浓度稀释曲线决定系数平均为0.52,而以马铃薯全株生物量和全株氮浓度建立临界氮浓度稀释曲线决定系数平均为0.94,较前者提高了80%。以马铃薯全株生物量和全株氮浓度建立临界氮浓度稀释模型更为合理,且受品种影响较小,克新1号、夏坡地和荷兰14用同一个临界氮浓度稀释曲线的决定系数均达到0.95,表明构建的氮素营养模型可以进行不同品种的马铃薯氮素营养诊断。  【结论】  相对于传统籽粒型作物基于地上部生物量和地上部氮浓度建立临界氮浓度稀释模型,基于全株生物量和全株氮浓度建立的临界氮浓度稀释模型适用于不同品种马铃薯的营养诊断。在内蒙古滴灌生产条件下,马铃薯临界氮浓度稀释模型为Nc = 4.57W–0.41,基于该模型计算的马铃薯克新1号合理施氮量为N 170～180 kg/hm2、夏坡地合理施氮量为 190～200 kg/hm2、荷兰14合理施氮量为 215～225 kg/hm2。这些计算结果与试验结果的吻合度达到了0.95。     

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...     

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。     

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。     

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。     

基于叶面积指数构建滴灌玉米营养生长期临界氮稀释曲线

明确宁夏引黄灌区基于叶面积指数(leaf area index,LAI)的滴灌玉米临界氮稀释曲线模型及其适用性,探讨以氮营养指数(nitrogen nutrition index,NNI)为监测指标对滴灌水肥一体化模式下玉米氮素营养状况诊断的可行性。该研究于2017-2018年开展了不同施氮量(0~450 kg/hm^2)下4个田块的试验,采用系统分析和统计建模的方法,分析了LAI和植株氮浓度(plant nitrogen concentration,PNC)的定量关系,构建和验证基于LAI的临界氮稀释曲线模型,并建立理论框架,将基于LAI的临界氮曲线与基于植株干物质(plant dry matter,PDM)的临界氮浓度曲线关联,比较基于LAI和PDM的临界氮曲线之间的差异。结果表明,玉米营养生长期临界氮和LAI符合幂函数关系,拟合模型的评价指标均方根误差(root mean square error,RMSE)和标准化均方根误差(normalized RMSE,n-RMSE)的结果分别为0.09和4.13%,模型具有较好的稳定性。在试验氮素水平范围内,不同生育时期NNI随施氮量的增加而增加,变化范围为0.53~1.34,NNI可以准确地反映滴灌玉米氮素营养状况。在非限氮处理下,玉米植株氮素吸收与LAI成正比,LAI与PDM的异速生长参数接近理论值2/3。构建的基于LAI的临界氮曲线可以有效地识别玉米拔节期至吐丝期植株所需的氮状态,为宁夏滴灌玉米氮肥精确管理提供了一种新的评价方法。     

基于临界氮浓度模型的日光温室甜椒氮营养诊断

临界氮浓度稀释曲线是诊断作物氮营养状况的有效手段。该研究基于2 a温室小区试验,以参考作物蒸发蒸腾量（reference crop evapotranspiration,ET0）为基准,设置4个灌溉水平（105%ET0、90%ET0、75%ET0、60%ET0）和4个氮素水平（300、225、150、75 kg/hm2）,构建和验证基于地上部生物量的甜椒在不同水分条件下的临界氮浓度稀释曲线经验模型。结果表明,植株氮素吸收量、地上部生物量、经济产量和水分利用效率（water use efficiency,WUE）随灌水量增加呈先增加后减小的趋势;灌溉水平75%ET0和90%ET0下,最优施氮量差异较小,且可获得较高经济产量和WUE,但经济产量和WUE不能同时达到最佳。75%ET0灌溉水平可获得高于90%ET0灌溉水平约11%的水分利用效率,且经济产量仅降低约3%,鉴于研究区水资源较短缺,灌水量75%ET0施氮量190 kg/hm2左右为最佳策略。该研究可为西北地区温室甜椒实时精准灌水施氮提供理论依据和技术支持。研究可为西北地区温室甜椒实时精准灌水施氮提供理论依据和技术支持。     

平水年和欠水年渭北旱地冬小麦临界氮浓度稀释曲线构建

降雨波动大和过量施氮是限制渭北旱地冬小麦生产中氮肥高效利用和高产稳产的主要因子。该研究旨在构建2种降雨年型下冬小麦临界氮浓度稀释曲线,分析氮营养指数诊断冬小麦氮素营养状况的可行性,为考虑降雨条件下旱地冬小麦精准施氮提供理论依据。于2017—2021年在陕西合阳县开展4 a定位施氮试验,以晋麦47为试验材料,设置0、60、120、180、240 kg/hm² 5个施氮水平,其中2017—2018年和2020—2021年为平水年,2018—2019和2019—2020年为欠水年。研究2种降雨年型下施氮量对冬小麦氮素利用、产量及产量构成因素的影响,基于2种降雨年型下地上部生物量与植株氮浓度之间的关系,构建临界氮浓度稀释曲线模型和氮营养指数(nitrogen nutrition index,NNI)优化施肥方案。结果表明:1)施氮量、降雨年型及其二者互作效应对穗数、千粒质量、产量影响显著或极显著。2)2种降雨年型下冬小麦临界植株氮浓度和地上部生物量均符合幂函数关系,但模型参数之间存在差异(模型参数a在平水年和欠水年分别为3.33、2.79 g/kg,参数b在平水年和欠水年...     

Key variable for simulating critical nitrogen dilution curve of wheat: Leaf area ratio-driven approach

Nitrogen (N) dilution curves, a pivotal tool for N nutrition diagnosis, have been developed using different winter wheat (Triticum aestivum L.) tissues. However, few studies have attempted to establish critical nitrogen (N_c) dilution curves based on the leaf area ratio (LAR) to improve the monitoring accuracy of N status. In this study, three field experiments using eight N treatments and four wheat varieties were conducted in Jiangsu Province of China from 2013 to 2016. The empirical relationship of LAR with shoot biomass (expressed as dry matter) was developed under different N conditions. The results showed that LAR was a reliable index, which reduced the effects of wheat varieties and years compared with the traditional indicators. The N nutrition index (NNI) based on the LAR approach (NNI-LAR) produced equivalent results to that based on shoot biomass. Moreover, the NNI-LAR better predicted accumulated N deficit and best estimated the relative yield compared with the other two indicator-based NNI models. Therefore, the LAR-based approach improved the prediction accuracy of N_c, accumulated N deficit, and relative yield, and it would be an optimal choice to conveniently diagnose the N status of winter wheat under field conditions.     

Critical nitrogen content and nitrogen nutrition index for sweetpotato crop

Abstract

Sweetpotato is an important tuber crop for the food security in Island countries of the South Pacific. The allometric relationship between tissue nitrogen (N) concentration and aerial dry matter is unknown. We determined critical N (N_c) content from vegetative stage to harvesting, and estimated the range of variation in N nutrition index (NNI) from two field experiments with varied rates of N (0, 25, 60, 125 and 180?kg N ha^?1 in 2015 and 0, 50, 125, 175 and 250?kg N ha^?1 in 2017). A unified critical N curve (N_c = 3.338?W^?0.307) where W?=?aerial dry matter with W?≥?1.38 t ha^?1, was constructed based on the N concentration in the aerial dry matter. The calculated NNI ranged from 0.69 to 1.23 in 2015 and 0.54 to 1.17 in 2017. The preliminary N_c dilution curve and NNI determined could potentially be used as a parameter for N management.     

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。