夏玉米不同部位干物质临界氮浓度稀释曲线的构建及对产量的估计

准确和动态地诊断营养生长阶段植株氮状况,对于评估植物氮需求、预测玉米产量以及优化氮素管理至关重要。基于植物的氮诊断工具可优化夏玉米生产中氮素的管理,本研究旨在开发和验证基于玉米地上部不同部位干物质的临界氮浓度稀释曲线,并建立玉米相对产量(relative yield,RY)与不同生长阶段氮素营养指数(nitrogen nutrition index,NNI)和累积氮素亏缺(accumulated nitrogen deficit,AND)的关系。本文以2个不同氮效率的品种为试验材料进行连续4年的田间定位试验,设置4个氮素水平(0、150、225和300 kg hm^?2),分析不同施氮量对2个玉米品种营养生长阶段干物质的影响,基于叶干物质(leaf dry matter,LDM)、茎干物质(stem dry matter,SDM)和植物干物质(plant dry matter,PDM),构建不同的临界氮浓度稀释曲线。结果表明,基于LDM、SDM和PDM建立的临界氮浓度稀释曲线,均能很好地诊断玉米氮营养状况;3条临界氮浓度稀释曲线对产量进行预测比较发现,RY与NNI和AND在不同生长阶段之间的相关性均达到显著水平,相关系数R2值均大于0.65,其中R2值在V12?VT时期最大,同时回归模型的验证结果表明,在V12?VT时期模型显示出可靠性。R2值大于0.92,RMSE值小于10%,证实了模型在V12和VT两个时期关系的稳定性。总的来说,一定的条件下,基于LDM和SDM建立的临界氮浓度稀释曲线可以对基于PDM建立的临界氮浓度稀释曲线进行代替。在V12?VT阶段,RY与NNI和AND的稳定关系很好地说明了在受氮素限制和非氮素限制下RY的变化,并对夏玉米产量进行准确的估计。本研究为花前玉米的氮肥管理提高粮食产量提供理论依据。     

不同降雨状况下渭北旱地春玉米临界氮稀释曲线与氮素营养诊断

过量施氮、降雨变率大和水氮耦合差是渭北旱地春玉米生产中氮肥高效利用的主要难题。构建渭北旱地不同降雨状况下春玉米临界氮稀释曲线,分析采用氮营养指数NNI诊断和评价旱地玉米氮素营养状况的可行性,为实现旱地玉米因雨合理施氮提供理论依据。以郑单958和陕单8806为试验材料,设置5个施氮量处理, 2016—2017年5个施氮量处理分别为0、75、150、270和360 kg hm-2, 2018—2019年施氮量调整为0、90、180、270和360 kg hm–2,文中依次用N0、N1、N2、N3、N4表示。其中2016年和2018年降水状况表现为穗期多雨,花粒期干旱; 2017年和2019年降水状况表现为穗期干旱,花粒期多雨,利用4年田间定位施氮试验数据构建并验证2种降雨状况下旱地春玉米临界氮稀释曲线模型。结果表明:(1)增施氮肥显著提高了旱地春玉米地上部生物量和植株含氮量,不同施氮量处理间差异显著。2种降雨状况下春玉米临界氮浓度和地上部生物量均符合幂指数关系,但模型参数之间存在差异(a.穗期多雨:Nc=35.98DM–0.35;b.穗期干旱:Nc=35.04DM–0.23)。模型拟合的植株氮浓度和实际氮浓度线性相关,穗期多雨年RMSE和n–RMSE分别为1.03、5.75%,穗期干旱年分别为1.53、6.78%,模型均具有较好稳定性。(2)在试验施氮量范围内,不同生育时期NNI随氮肥用量增加而增大,不同降雨状况下最佳施氮量存在差异。渭北旱地玉米最适施氮方案为基施氮肥150～180kghm–2,穗期多雨年追施氮肥45～75kghm–2。(3)氮营养指数NNI与相对吸氮量(RNupt)、相对地上部生物量(RDW)和相对产量(RY)均极显著相关,穗期多雨年NNI为1.02时, RY获得最大值,为0.95;穗期干旱年NNI为1.08时, RY获得最大值,为0.92。本研究建立的旱地玉米临界氮稀释曲线和氮营养指数,能够精准预测2种降雨状况下旱地春玉米拔节期至完熟期的氮素营养状况,对玉米生育季氮诊断及指导精确施氮具有重要意义。     

番茄临界氮浓度模型的建立及氮素营养诊断

为构建鲜食番茄临界氮浓度稀释曲线模型,在此模型基础上建立氮素吸收模型和氮营养指数模型,对鲜食番茄氮营养状况进行诊断。试验分别于2016 年、2017 年以鲜食番茄‘苏粉14 号’为试验材料,设置了5 个施氮水平,研究鲜食番茄地上部生物量与氮浓度的动态变化。结果表明,鲜食番茄地上部生物量随氮肥施用量的增加而增加,氮质量分数随着生长发育时间而降低;鲜食番茄临界氮浓度与地上部生物量之间符合幂函数的关系,%Nc=3.7574DW-0.155,相关系数R2=0.8505。氮素吸收模型与氮营养指数模型可对鲜食番茄的适宜施氮量与氮素丰缺状况进行诊断,本试验条件下番茄适宜施氮量为270.92~281.79 kg/hm2。     

华北地区夏玉米临界氮稀释曲线和氮营养指数研究

为了验证玉米临界氮稀释曲线在我国华北地区的适用性,探讨以氮营养指数评价玉米氮营养状况的可行性,以郑单958为材料,设置5个氮肥处理(0、60、120、180和240 kg N hm^-2),利用2年定位试验数据研究了夏玉米临界氮稀释曲线和氮营养指数。结果表明,一定范围内随着施氮量增加,地上部生物量(W)显著增长。玉米各生育时期不同氮肥处理的生物量和氮浓度数据可经统计分析分为限氮和非限氮两组,据此计算各生育时期临界氮浓度(N_c)并建立了夏玉米临界氮稀释曲线模型(N_c = 34.914W^-0.4134),模型参数与已有报道具有较好的相似性。根据模型推算的氮营养指数与相对氮累积量、相对地上部生物量和相对产量均具显著相关性。因此,利用临界氮稀释曲线和氮营养指数可以预测华北地区夏玉米植株临界氮含量和表征植株氮营养状况。     

内蒙古地区甜菜临界氮浓度稀释模型的构建及应用

甜菜是我国两大主要糖料作物之一,然而氮素过量或者不足不仅会影响甜菜产量和含糖量,而且过量的氮素还会造成一定的环境风险,如何判别甜菜的氮素营养在一个合理的范围对于保障甜菜产量、品质和减少环境风险具有重要意义。临界氮浓度稀释曲线是作物氮素营养诊断的基础,本研究的主要目的是构建我国甜菜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甜菜氮素营养诊断。研究于2017—2018年在内蒙古呼和浩特市和赤峰市进行了2个甜菜品种、不同施氮量的田间试验。在甜菜的苗期、叶丛生长期、块根膨大期、糖分积累期和收获期5个关键时期进行地上部叶片和地下部块根取样测定生物量和氮浓度,并计算出甜菜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。结果表明,甜菜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在0.45,而以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在0.94,较前者有显著提高。以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,...     

不同基因型棉花地上部干物质积累对氮素的响应

选取有代表性的3个棉花品种(美国抗虫棉33B、常规棉中棉所12和抗虫杂交棉中棉所46),在大田试验条件下测定不同施氮处理下(0、90、180、270、360kg.hm-2)的叶面积指数(LAI)、地上部干物质量和植株氮浓度的动态变化。运用指数线性生长模型对棉花地上部干物质积累过程进行模拟,并用幂函数模拟棉花氮稀释效应。结果表明:(1)棉花地上部干物质增长过程可以用指数线性模型模拟,模型参数能较好地反映基因型和氮肥处理对地上部干物质积累的影响。(2)棉花地上部氮浓度随干物质的增长而降低,模型能较好地反映不同基因型棉花氮素吸收能力的差异。(3)通过对棉花地上部干物质增长和氮稀释效应的模拟分析,认为田间最佳施氮水平为180kg.hm-2,过量施氮对3个棉花品种的干物质积累和地上部植株氮素吸收增加无明显影响。     

豫中地区冬小麦临界氮稀释曲线与氮营养指数模型的建立

为了验证小麦临界氮稀释曲线在豫中地区的适用性,选择大穗型品种周麦16和多穗型品种豫麦49-198进行了连续3年(2011年10月至2014年6月)的田间定位试验,设置5个氮水平(纯氮0、120、180、240、360 kghm^-2),分别构建了小麦地上部生物量临界氮浓度稀释曲线模型和氮营养指数模型。结果表明,地上部生物量随着施氮量增加显著提高,而后趋于平缓;小麦临界氮浓度与地上部生物量符合幂函数关系,其R²分别为0.8203 (豫麦49-198, P<0.01)和0.7981 (周麦16, P<0.01),且模型在年度间具有较好的稳定性。根据模型得到的氮营养指数可以较好地评价小麦植株氮营养状况,且小麦氮营养指数和相对茎基部硝酸盐之间具有显著的线性相关。说明本文所构建的小麦临界氮浓度稀释模型适用于本地区,且可以用来估测小麦植株氮素盈亏水平。     

基于临界氮浓度稀释模型的棉花开花后氮动态需求定量诊断研究

在大田栽培条件下,于江苏南京(长江中下游棉区)和河南安阳(黄淮棉区)设置棉花氮素水平试验,依据Justes的临界氮浓度稀释曲线确定方法,确立了开花后棉花地上干物质临界氮浓度稀释模型,以此为基础,建立了棉花开花后动态氮吸收、累积、临界需求量及氮累积亏缺的定量诊断模型。结果表明,安阳、南京2试点的棉株地上干物质氮浓度均随施氮水平的提高而增加,随开花后棉花生育进程的延后而降低,安阳试点不同施氮水平间棉株地上干物质氮浓度值的差值明显小于南京。临界氮浓度稀释模型为CNFNC=aⅹDM_M^-b(安阳:a=3.837,b=0.131,南京:a=2.858,b=0.131),参数a的差异表明在达到同样的生物量条件下,安阳试点的氮吸收能力大于南京。棉花开花后动态氮吸收速率、累积、临界需求量及氮累积适宜度的定量诊断模型可精确定量描述不同施氮水平棉花从开花至吐絮以日为时间步长的干物质增长速率、氮吸收速率、氮累积量。施氮水平对地上干物质瞬时增长速率有较大影响,施氮水平过低或过高时其增长速率均下降。棉株日氮吸收量和总氮累积量均随施氮量的增加而增加,但棉株对氮的容纳有一定的限度。通过对比2试点氮累积量与临界需氮量差值的动态变化,认为安阳试...     

棉花花后果枝叶生物量和氮累积特征及临界氮浓度稀释模型的研究

在大田栽培条件下,于江苏南京（长江流域下游棉区）和河南安阳（黄河流域黄淮棉区）设置了棉花施氮水平试验,依据Justes的临界氮浓度稀释模型确定方法,研究棉花花后果枝叶临界氮浓度稀释模型及其与棉花产量的关系。结果表明, 花后棉花果枝叶的生物量增长和氮吸收累积均受施氮水平的影响,其动态变化符合S型曲线,氮累积的快速起始时间较干物质早2~4 d;棉花产量与果枝叶氮浓度关系密切,氮浓度过高或过低均不利于产量形成,花后果枝叶存在氮奢侈消费现象;棉花花后果枝叶氮浓度随施氮量的增加而增加、随生育进程而降低,其干物质累积量与氮浓度间符合幂函数关系,2试点果枝叶氮稀释曲线模型形式相同,但参数不同,不同气候区域存在独立的果枝叶氮临界、最高和最低稀释曲线模型;根据果枝叶氮浓度与产量间的关系,安阳、南京2试点,棉花果枝叶在盛花期和吐絮期的适宜氮浓度分别为4.93%、3.70%和3.33%、3.01%。临界氮稀释曲线的氮营养指数和异速生长模型对果枝叶氮营养状况的诊断与此相符。临界稀释模型具有明确的生物学意义,可以作为定量诊断果枝叶氮营养动态变化的指标之一。     

灌溉方式和施氮量对棉花生长及氮素利用效率的影响

 设置2年田间小区试验,探讨了不同灌溉方式及施氮量对棉花生物量、氮素吸收量、皮棉产量及氮素效率的影响。结果表明,与漫灌相比滴灌显著增加了棉花生物量、氮素吸收量、皮棉产量以及氮肥利用率;滴灌棉花地上部各器官干物质积累量和氮素吸收量显著大于漫灌,而地下部干物质积累量和氮素吸收量显著低于漫灌,滴灌条件下较好的水分条件抑制了棉花根系生长而促进地上部生长。施用氮肥显著提高了棉花生物量、氮素吸收量。皮棉产量在施氮量为360 kg·hm^-2时最大,过高氮肥投入无助于棉花产量提高。随着施氮量的增加,氮肥利用率、农学利用率、偏生产力均显著降低。灌溉方式与施氮量互作效应对棉花单株铃数及皮棉产量产生显著影响。     

The critical N dilution curve for linseed (Linum usitatissimum L.) is different from other C3 species

The objective was to determine the critical N dilution curve of linseed, which is the minimal total N concentration in shoots necessary to produce the maximal shoot dry matter, and to explain possible differences with other C3 species. One main experiment was carried out in 1998/1999 on winter linseed with four levels of fertilizer N. Two plant densities were also studied, the recommended one (600 seeds m⁻²) and the minimum for canopy closure (150 seeds m⁻²), in order to investigate the stability with plant density of the critical N dilution curve. Shoot dry weights (W_S) and shoot N contents expressed in percentage (N_S) were measured for the determination of the critical dilution curve, along with organ N percentages and relative weights. The results of four other experiments were used to validate the critical N dilution curve. Three of these four trials were conducted on winter linseed (one in 1996/1997 and two in 1997/1998) with five levels of fertilizer N, and one on spring linseed in 1999 with six levels of fertilizer N.

The critical N dilution curve of linseed was different from those of other C3 species. The curve was steeper, indicating a greater decrease in the critical shoot N concentration (N_SC) as the critical shoot dry weight (W_SC) increased. This linseed curve determined with the data of the main experiment was relevant when compared to the data of the four other experiments. Organ weight ratios and N concentration of organs were investigated in a fertilizer N treatment resulting in N_S close to the critical N values, N_SC. In this treatment, the decrease in N_S was the result of both a decrease in the N percentage of all organs and a decrease in the leaf weight ratio. The difference between linseed and other C3 species was mainly due to an acceleration of the dilution of N when leaf emission stopped and the flower bud emission began. At this stage of development, the leaf weight ratio of linseed was less than that of wheat, resulting in lower N_S. For a given W_S, no significant differences in N_S, organ N percentages nor organ weight ratios were observed between the two plant densities. This indicates that the difference between linseed and other C3 species could not result from very high plant densities in linseed. Hence, it is concluded that the linseed N accumulation in shoot is different from other C3 species.     

Crop nitrogen demand and canopy area expansion in winter wheat during vegetative growth

The effect of nitrogen (N) on crop growth and productivity is mediated through effects on both light interception (green crop area) and radiation use efficiency (RUE). The effects of N nutrition on these factors were studied using data on green area index (GAI), above-ground dry matter and N uptake from growth analysis measurements in winter wheat from a number of experiments in Denmark with different application rates of N. Only measurements taken prior to anthesis were used in the statistical analyses. The N uptake was found to be proportional to GAI, and to have an additional curvilinear response to dry matter implying decreasing N concentration with increasing dry matter. This supports the hypothesis that nitrogen is associated with both the green surfaces of the crop canopy and with the dry matter component. A model of GAI expansion is presented incorporating three limiting factors: an exponential increase in GAI in thermal time, a minimum leaf area ratio, and a minimum ratio of GAI to N content in above-ground dry matter. This simple function has potential to be used as a tool for targeting timing and rates of N fertilisation in relation to a desired development of GAI. Such N application strategies should also consider the nitrogen nutrition index (NNI), which was defined based on the relationship between N uptake and both GAI and dry matter. The response of RUE to NNI showed a curvilinear response with a tendency for saturation at high NNI. The design of N application strategies should therefore ensure that low NNI is avoided during the most productive periods in the growing season.     

有机肥配施氮肥对滴灌春玉米产量及土壤肥力状况的影响

针对宁夏扬黄灌区沙质土壤肥力贫瘠、养分利用率低以及农田生产力弱等问题。通过两年连续田间定位试验,采用裂区试验设计,主处理为不施有机肥(+M)处理和施有机肥3000kghm^-2(+M)处理,副处理为施纯氮0(N0)、75(N75)、150(N125)、225(N225)和300kghm^-2(N300)5个不同氮肥用量,进行滴灌条件下有机肥与氮肥配合施用对玉米产量及土壤肥力状况的研究,探讨施肥对土壤养分、玉米产量的影响,以选择最佳的肥料配比,从而达到玉米高产、优质和土壤培肥的目的。结果表明,有机肥配施氮肥能有效增加土壤有机质、全氮、全磷、速效钾和速效磷含量,促进春玉米干物质累积并提高产量,以有机肥配施纯氮300kghm^-2和225kghm^-2处理的培肥效果最佳。有机肥配施氮150、225和300kghm^-2处理间的玉米产量无显著差异,但较不施氮肥处理产量分别提高了74.21%、91.33%和81.23%,施有机肥处理较不施有机肥处理平均增产24.28%。在试验区的推荐施肥量为3000kghm^-2有机肥配施225~300kghm^-2氮肥。