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。     

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...     

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。     

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。     

新疆塔额盆地滴灌冬小麦氮营养诊断研究

为实现塔额盆地滴灌冬小麦氮营养诊断、确定适宜施氮量,在2020—2021年开展了两年大田试验。试验以‘新冬18’为研究对象,共设5个氮肥水平(0、80、160、240和320 kg/hm²),分析不同施氮量对小麦地上部生物量及植株氮浓度的影响,构建冬小麦临界氮浓度稀释曲线模型,并计算不同施氮量的植株氮营养指数,分析其与相对产量的关系,确定冬小麦氮营养丰缺情况。研究结果表明,冬小麦各生育时期,施氮量从0增加到240 kg/hm²,植株生物量及氮浓度差异显著,但当施氮量从240增加到320 kg/hm²时,植株生物量及氮浓度差异不显著。施氮量与产量的拟合曲线表明,超过一定的施氮量后,增施氮肥会降低冬小麦产量,说明存在氮奢侈消费现象。依据地上部生物量与植株氮浓度构建的冬小麦临界氮浓度稀释曲线模型Nc=3.088DM-0.374,模型决定系数R2=0.918,模型检验参数(标准化均方根误差,n-RMSE)为8.89%,模型稳定性极好。基于植株临界氮浓度计算的氮营养指数,冬小麦适宜施氮量为160～240 kg/hm²。冬小麦各生育时期,氮营养指数与相对产量的相关性均达到显著水平。综上所述,建立的塔额盆地冬小麦临界氮浓度稀释曲线模型及氮营养指数可以较好地诊断并评价冬小麦氮营养状况。     

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。     

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。     

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。     

Determination of a critical dilution curve for nitrogen concentration in cotton

Several nitrogen (N)‐rate field experiments were carried out in cotton to define dilution curves for critical N concentrations in individual plants (i.e., the minimum N concentration required for maximum growth at any growth stage). Nitrogen application rate had a significant effect on aboveground dry matter, N accumulation, and N concentration. As expected, shoot N concentration in plants decreased during the growing period. These results support the concept of critical N concentration in shoot biomass of single plants as described by Lemaire et al. (2007) and reveal that a dilution curve for critical N concentrations in cotton plants can be described by a power equation. The pattern of critical–N concentration dilution curves was consistent across the two sites. Nitrogen concentration for a given biomass varied greatly with the supply of N. After initial flowering, the N‐nutrition index (NNI) for aboveground biomass of individual plants increased with increasing N rates. Relationships between plant total N uptake and accumulated dry matter in the aboveground biomass can be described by the allometric‐relation equations for each dose of N. Nitrogen‐dilution curves can be used as a tool for diagnosing the status of N in cotton from initial flowering to boll opening. The relationship can also be used in the parameterization and validation of growth models for predicting the N response and/or N requirement of cotton.     

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.     

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。     

玉米氮营养指数的高光谱计算模型

快速、准确、动态地诊断大面积玉米氮营养状态对于评价玉米长势、预测产量和指导农业生产均具有重要的意义。该研究利用北京昌平、长春市西北市郊的四间房村2个试验区的玉米冠层高光谱数据演变得到的多种光谱参数,采用逐步回归分析方法,建立了玉米氮营养指数与高光谱参数的定量关系,提出了玉米氮营养指数的敏感光谱参数及预测方程。研究结果显示,红边/绿边比值参数、红边/近红外比值参数、红边敏感点参数与玉米氮营养指数高度相关,是诊断玉米氮营养指数的敏感光谱参数。通径分析得到红边/绿边比值参数、红边/近红外比值参数与玉米氮营养指数的通径系数分别为-0.14942和-0.35218,表明玉米氮营养指数对红边/绿边比值参数、红边/近红外比值参数有间接影响,红边敏感点参数与玉米氮营养指数的通径系数为1.41549,表明红边敏感点参数对玉米的氮营养指数高度敏感。基于敏感光谱参数的玉米氮营养指数多元回归预测模型的相关系数R为0.95507,观测值与拟合值的拟合误差小于0.1,均方根误差为0.06016,F值达到了167.727,显著水平P为0.0045。由此可以得出利用敏感光谱参数定量分析玉米氮营养指数是可行的。     

华北平原夏玉米临界氮稀释曲线的验证

The concept of critical N concentration （Nc） has been widely used in agronomy as the basis for diagnosis of crop N status, and allows discrimination between field situations of sub-optimal and supra-optimal N supply. A critical N dilution curve of Nc= 34.0W-0.37, where W is the aboveground biomass （Mg DM ha-1） and Nc the critical N concentration in aboveground dry matter （g kg-1 DM）, was developed for spring maize in Europe. Our objectives were to validate whether this European critical N dilution curve was appropriate for summer maize production in the North China Plain （NCP） and to develop a critical N dilution curve especially for summer maize production in this region. In total 231 data points from 16 experiments were used to test the European critical N dilution curve. These observations showed that the European critical N dilution curve was unsuitable for summer maize in the NCP, especially at the early growth stage. From the data obtained, a critical N dilution curve for summer maize in the NCP was described by the equation of Nc = 27.2W-0.27, when aboveground biomass was between 0.64 and 11.17 Mg DM ha-1. Based on this curve, more than 90% of the data for the N deficiency supply treatments had an N nutrition index （NNI） 〈 1 and 92% of the data for the N excess supply treatments had an NNI 〉 1.     

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。