不同氮肥利用效率水稻基因型剑叶光合特性

选用氮肥利用高效型和低效型具有代表性的12个粳稻品种,研究225 kg hm^-2施氮条件下水稻剑叶光合特性的差异及其与氮肥利用效率、水稻结实性的相互关系。结果表明,齐穗后,氮高效基因型水稻的叶绿素含量、叶片含氮量、净光合速率、光合功能期和叶绿素荧光动力学参数中的最大光化学效率(F_v/F_m)、PS II的潜在活性(F_v/F_o)、实际光化学效率(Φ_PSII)、光化学猝灭系数(q_P)和非光化学猝灭系数(q_N)均显著高于氮低效基因型。相关性分析表明,齐穗后不同时期,剑叶中叶绿素含量、叶片含氮量、净光合速率、剑叶的光合功能期和叶绿素荧光动力学参数值(F_v/F_m、F_v/F_o、Φ_PSII、q_P、q_N)与水稻的氮肥利用效率、结实性均呈极显著的正相关。由此说明,与氮低效基因型相比,氮高效基因型水稻生育后期具有较好的光合特性,较长的光合功能期;同时,其PSII反应中心更加稳定,具有更大的光能转化为电化学能的潜力,非光化学猝灭对光合机构也有更好的保护作用。因而,其在促进植株光合物质积累,提高结实性的同时能通过地上部与地下部的调节反馈增强植株对氮肥的吸收利用。     

施氮量对不同水稻品种氮肥利用率与农艺性状的影响

为探明施氮量对不同水稻品种产量、氮肥利用率和农艺性状的影响,以适合江苏省种植的12个中粳稻（含籼/粳杂交稻）品种为材料,大田种植,设置0N（全生育期不施氮）、200N（全生育期施纯氮200kg/hm ²）和360N（全生育期施纯氮360kg/hm²）3个施氮量处理,研究各品种产量、氮肥利用率和一些农艺性状的差异。结果表明：甬优2640在3个施氮水平产量均最高,库容量大是其高产的主要原因。其他品种产量对氮肥响应的表现不一。在较低氮（0N、200N）条件下,淮稻13号和武运粳30的产量较高,宁粳1号和扬粳4038的产量较低。在高氮（360N）条件下,宁粳1号和扬粳4038产量较高。在较低施氮量条件下,产量和氮肥利用率较高的品种具有较高的干物质积累量、茎蘖成穗率、叶面积指数、粒叶比及群体生长速率,这些指标可作为筛选氮高效品种的农艺性状指标。     

不同年代中籼水稻品种的产量与氮肥利用效率

本研究旨在探明中籼水稻在品种改良过程中产量与氮肥利用效率的变化特点。以江苏省近70年来不同年代在生产上广泛应用的12个代表性中籼水稻品种(含杂交稻组合)为材料,依据应用年代将其分为20世纪40—50年代、60—70年代、80—90年代和2000年以后4个类型,设置0 N(全生育期不施氮)、MN(全生育期施氮210 kg hm–2)和HN(全生育期施氮300 kg hm–2)3个施氮量处理,研究其产量、氮肥利用效率及其生理特性。结果表明,随品种应用年代的演进,不同年代中籼水稻品种的产量和氮肥利用效率均获得较大提高。2000年以后的品种(超级稻)产量和氮肥利用效率较高,根系性状和叶片光合特性以及氮代谢相关酶活性强是其重要生理基础。超级稻抽穗后根系氧化力和剑叶光合速率下降的幅度较大可能是导致超级稻结实率较低的一个重要原因。提高灌浆中后期超级稻的根系氧化力和剑叶光合速率,有望提高超级稻的结实率。     

不同氮效率粳稻品种的冠层特征

探明氮高效水稻品种的冠层特征,对于培育和筛选氮高效品种具有重要意义。以2个氮高效品种武运粳30号和连粳7号及2个氮低效品种扬粳4038和宁粳1号作为材料进行大田试验,观察了两类水稻品种的冠层特征及其与产量和氮肥利用率间的关系。结果表明,与氮低效品种相比,氮高效品种总颖花量、结实率、产量和氮肥利用率较高;氮高效品种抽穗期具有较高的单茎茎鞘重、光合速率、光合氮素利用效率、剑叶厚度、比叶重、中上层冠层的光截获量及冠层顶部比叶氮含量、氮消减系数和光氮匹配度,上述主要冠层特征与产量及氮素籽粒生产效率呈显著或极显著正相关。这些冠层特征可作为筛选和培育氮高效水稻品种以及培育高产高效群体的重要指标。     

不同季节不同品种切花红掌光合特性比较研究

为了研究切花红掌的光合特性,为其引种及栽培提供理论依据,以温室内3 个切花红掌品种（‘天使’、‘火焰’、‘玛丽西亚’）为材料,运用CIRAS-2 型光合作用测定系统,分析了3 个品种的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)等指标在不同季节的光合作用的变化规律。结果表明,在春夏冬3 个季节的晴天条件下,3 个品种切花红掌的净光合速率日变化均呈“双峰”曲线,峰值因季节不同而有所变化,夏季最高,春季次之,冬季最低。有明显的光合“午休”现象,为非气孔限制型。蒸腾速率和净光合速率有相同的变化趋势。胞间CO2浓度与光合速率负相关,均为先减小后增大再减小再增大。3 个品种切花红掌的水分利用效率(WUE)日变化趋于一致,基本为先增大后减小再增大的趋势,冬季水分利用效率最高,且相同季节条件下‘火焰’的水分利用效率最高。影响切花红掌光合作用的主要因素是蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度。由以上研究结果说明,切花红掌的光合能力有季节性的适应,3个品种在夏季具有较高的光合能力,且‘火焰’的光合能力最高。     

水稻产量对氮肥响应的品种间差异及其与根系形态生理的关系

以籼稻天优华占、两优培九和粳稻陵香优18、宁粳1号为材料,研究了水稻产量对氮肥的响应。结果表明,水稻产量对施氮量的反应存在明显的品种间差异。上述4个水稻品种在获得最高产量(10.1~10.3 t hm^-2)时,天优华占和陵香优18所需施氮量为242.5~255.5 kg hm^-2,明显低于两优培九和宁粳1号的327.3~328.0 kg hm^-2。天优华占和陵香优18的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力均明显高于两优培九和宁粳1号,表明天优华占和陵香优18产量对氮肥的反应较两优培九和宁粳1号敏感。在高产(10.5~10.9 t hm^-2)条件下,天优华占和陵香优18主要生育期根系的重量、长度和总吸收表面积低于两优培九和宁粳1号,而根系活跃吸收表面积及其占总吸收表面积的比例、根系伤流量以及根系活力则显著高于两优培九和宁粳1号。上述结果表明,通过栽培措施调控或选用根系活跃吸收表面积、根系伤流量和根系活力高的水稻品种将更有利于降低水稻施氮量和提高产量及氮肥利用效率。     

糜子/绿豆间作模式下施氮量对绿豆叶片光合特性及产量的影响

探讨施氮量对间作条件下绿豆叶片光合特性、氮素特征及产量的影响,以期为西北旱区糜子//绿豆间作模式的合理施氮提供理论依据。试验于2018-2019年在陕西榆林采用裂区设计,主处理设糜子间作绿豆(PM)、绿豆单作(SM)2种种植模式,副处理设0(N0)、45(N1)、90(N2)和135 kg hm^-2(N3)4个氮肥水平。结果表明,施氮处理下间作绿豆叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(T_r)比不施氮平均增加10.5%~24.5%、15.2%~29.5%,提高了叶片光合特性;PSII最大光化学效率(F_v/F_m)、PSII实际光化学效率(ΦPSII)平均增加2.9%~7.8%、11.7%~28.4%,PSII非光化学淬灭系数(non-photochemical quenching coefficient,NPQ)降低10.3%~17.4%,叶片叶绿素荧光参数得到改善,对弱光的截获和利用能力提高,叶片PSII反应中心活性增强。单株叶面积、单位干质量叶片氮含量(N_mass)和单位面积氮含量(N_area)均随施氮量增加表现为先升高后降低的趋势;Chl a、Chl b含量增加,光合氮利用效率(photosynthetic N-use efficiency,PNUE)则比不施氮有所降低;不同施氮量均显著增加间作绿豆干物质积累量和荚数,百粒重2年平均分别比不施氮增加1.1%~6.9%,产量增加9.3%~19.7%。2年试验间作各处理土地当量比(land equivalent ratio,LER)为1.63~2.07,表现为间作产量优势。由此可知,施氮可改善间作绿豆叶片光合物质生产能力,延缓衰老,有效调节了光合系统对遮阴的适应性反应,且间作叶片光合性能对氮肥的响应要大于单作。糜子/绿豆间作模式LER大于1,可作为西北旱作农业区推广种植模式,在90 kg hm^?2施氮量下间作绿豆叶片光合特性表现最好,产量最高,LER最大,是其适宜施氮水平。     

氮肥后移对不同氮效率水稻花后碳氮代谢的影响

以氮高效品种(德香4103)和氮低效品种(宜香3724)为材料,利用~(13)C和~(15)N双同位素示踪技术和生理生化分析方法,采用盆栽及大田试验,在施氮量180 kg hm~(–2)条件下,设置3种氮肥运筹方式,基肥∶蘖肥∶穗肥比例分别为5∶3∶2(N_1)、3∶3∶4(N_2)、3∶1∶6(N_3),以及不施氮(N_0)处理;研究其对不同氮效率水稻花后氮碳代谢的影响,并探讨氮肥后移下花后光合同化物及氮素累积、转运、分配的共性响应机制及其与产量的关系。结果表明,品种、氮肥运筹对花后氮素利用特征、光合同化物分配、生理特性及产量均存在显著影响。氮高效品种与氮肥后移量占总施氮量的40%、氮素穗肥运筹以倒四、倒二叶龄期等量追施相配套(N_2处理),能促进花后氮素累积,提高剑叶光合速率和1,5-二磷酸核酮糖羧化酶、谷氨酰胺合成酶等碳氮代谢关键酶活性,促进叶片、茎鞘、根系、穗各营养器官光合同化物及氮素累积与转运,进而提高产量及氮肥利用率,为本试验氮高效品种配套的氮肥运筹优化模式。花后不同氮肥运筹下,氮高效品种光合同化物、氮素的累积与转运,分别较氮低效品种高7.78~12.75 mg ~(13)C株~(–1)、15.14~18.78mg ~(15)N株~(–1);且叶片转运量分别较氮低效品种高1.70~2.93 mg ~(13)C株~(–1)、2.21~4.55 mg ~(15)N株~(–1),茎鞘转运量分别较氮低效品种高1.70~2.93 mg ~(13)C株~(–1)、0.05~1.14 mg ~(15)N株~(–1);而穗部氮高效与氮低效品种~(13)C同化物分别增加31.04~44.68 mg ~(13)C株~(–1)(占~(13)C总量的42.04%~46.38%)、24.94~34.26 mg ~(13)C株~(–1)(占~(13)C总量的36.45%~41.36%),~(15)N则分别增加35.56~46.58 mg ~(15)N株~(–1)(占~(15)N总量的61.82%~82.93%)、27.37~31.57 mg ~(15)N株~(–1)(占~(15)N总量的58.04%~68.31%)。氮高效品种花后具有强光合碳同化、氮素的协同吸收转运特征,以及碳氮代谢能力,来满足籽粒灌浆期对光合同化物及氮素的利用,是氮高效品种相对于氮低效品种高产、氮高效利用的重要原因。此外,从花后不同器官碳氮比(C/N)变化值综合两品种高产及氮肥高效利用来看,N_2处理下,齐穗至成熟期叶片、穗部C/N提高幅度与该时期茎鞘、根系C/N降低幅度一致,据此可将C/N作为水稻高产及氮肥高效利用同步提高的评价指标,这具有重要的参考价值。     

不同时期追氮对水稻产量及经济性状的影响

为了提高水稻施肥效果,以乐优58为试验材料,在平塘县开展不同时期运筹氮肥及施用量试验。结果表明:施用基肥尿素15.9 kg667m2,栽秧后5~7 d追施分蘖肥尿素6.3 kg667m2,倒5叶期追施尿素10.5 kg667m2,倒4叶期追施尿素4.7 kg667m2,剑叶抽出1/3时施尿素4.7 kg667m2有利于秧苗的健壮生长,提高秧苗的分蘖能力和分蘖成穗率,增加亩有效穗数,使单位叶面积达到最大经济化,有利于光合产物干物质的积累,从而使水稻产量构成三因素趋于最优,实现水稻单产目标898.67 kg/667m2。     

不同追氮模式对河南沿黄稻区粳稻根系生长和产量的影响

为明确不同追氮模式对河南沿黄稻区粳稻产量的影响,以常规粳稻品种郑稻19和郑稻20为材料,于水稻拔节后设置4种追氮模式,基蘖肥∶促花肥∶保花肥∶粒肥分别为6∶4∶0∶0（T1）、6∶0∶4∶0（T2）、6∶2∶2∶0（T3）、6∶0∶2∶2（T4）,以施用等量基蘖肥不追施氮肥（T0）作为对照,研究中后期不同追氮模式对水稻根系形态和生理特征的影响及其与产量的关系。结果表明,郑稻19和郑稻20的穗数、结实率和千粒重在不同追氮模式间无显著差异,而T3处理的穗粒数和产量显著高于其他处理,均表现为T3>T1>T2>T4>T0。同时,2个水稻品种齐穗期、齐穗后至成熟期的根系体积、根干重、总吸收表面积、活跃吸收表面积和地上部干重均是T3处理最高,且根系氧化力、吲哚乙酸含量和玉米素+玉米素核苷含量也是T3处理最高。说明水稻拔节后分次适时（促花肥和保花肥）追氮能够促进中后期根系生长,维持根系较高的生理活性,延缓根系退化衰老,有利于水稻高产,而一次追肥或延迟追肥对水稻生长促进作用减弱。     

氮肥施用量对不同粳稻品种产量及生理特性的影响

为了研究水稻高产高效栽培,通过对水稻的生理指标的测定和水稻穗部性状及产量的调查,研究4个氮素水平对3个粳稻品种（‘沈农315’,‘沈稻7号’以及‘沈稻11’）产量及生理特性的影响。结果表明,随着施氮量的增加,各品种的叶面积指数均呈增加的趋势。高氮处理穗长较长,一次枝梗数和二次枝梗数较多。‘沈农315’和‘沈稻7号’在高氮肥处理下产量最高,分别达到9.78 t/hm2和9.65 t/hm2。其次为‘沈稻11’高氮、‘沈农315’中氮、‘沈稻11’中氮及‘沈稻7号’中氮处理,产量依次为9.21 t/hm2、9.11 t/hm2、8.60 t/hm2、8.49 t/hm2。     

大穗型品种协同提高水稻产量和氮利用效率的研究

为阐明不同穗型水稻品种产量和氮利用效率的差异,探讨不同穗型品种高产高效的栽培技术。以大穗型品种‘Y两优900’和多穗型品种‘丰两优4号’和‘C两优华占’为供试材料,设置3个施氮量处理(0、180、270 kg N/hm²)。结果表明：大穗型品种‘Y两优900’在3个氮肥处理下的平均产量为10.83 kg/hm²,分别比多穗型品种‘丰两优4号’和‘C两优华占’高17.3%和5.5%。大穗型品种‘Y两优900’的产量优势主要源于较高的每穗粒数和较高的干物质积累;大穗型品种‘Y两优900’的氮肥农学利用率分别比多穗型品种‘丰两优4号’和‘C两优华占’高310.6%和28.5%,而其氮肥偏生产力则分别高23.5%和6.7%。大穗型品种产量和氮肥利用效率均显著高于多穗型品种,大穗型品种具有协同提高水稻产量和氮利用效率的潜力。     

不同施氮水平对寒地粳稻群体质量及氮肥利用的影响

为了探讨氮肥施用量与寒地粳稻群体生长及氮肥利用的关系,以黑龙江省水稻品种‘龙粳21’和‘垦稻12’为试验材料,研究了不同施氮水平对寒地粳稻群体质量及氮肥利用的影响。结果表明,氮肥对水稻产量有明显的增加作用,但过度增加氮肥,不仅生育期延迟,分蘖成穗率大幅降低,群体质量恶化,也达不到高产水平。齐穗期的干物质重及叶面积指数均与产量呈显著的二次曲线关系,并得出齐穗期最适干物质重：‘龙粳21’齐穗期最适干物质重为9262.5±20 kg/hm2、‘垦稻12’齐穗期最适干物质重为8715.8±20 kg/hm2;‘龙粳21’齐穗期适宜LAI为5.2,‘垦稻12’齐穗期适宜LAI为5.04。同时随着施氮量增加,尽管单位面积植株吸收氮肥量在增加,但氮肥的利用率却在下降,尤其过多氮肥下利用率大幅下降,2个品种均以N1处理最高（44.44%,42.9%）。形成100 kg产量需氮量虽然略有不同,但各处理之间均无显著差异。在本试验下N2处理（纯氮135 kg/hm2）的施氮肥量更为合理。     

不同类型缓释氮肥对水稻产量和氮肥利用率的影响

应用几种缓释氮肥在水稻上进行田间试验,研究其对水稻产量和氮肥利用率的影响。结果表明,在海南中等肥力的土壤上,富岛树脂包膜缓释尿素(CRU5)的产量和氮肥利用率最高,但水稻生长后期出现贪青晚熟和倒伏现象,其氮素释放慢,更适合在生育期长的作物上施用。富岛脲甲醛缓释肥料（UF1）和富岛水溶性聚合物包膜缓释尿素（CRU4）比小颗粒尿素增产10.47%,氮肥利用率提高6.67%~15.12%,其成熟期适中,后期叶青杆壮,适合在水稻上施用。大颗粒尿素比小颗粒尿素增产4.58%,氮肥利用率提高6.67%,因其价格较低,可取代小颗粒尿素在水稻上推广。     

控释尿素对水稻产量、氮肥利用率及土壤硝态氮含量的影响

为探讨等量氮肥及合理节肥条件下,控释尿素对水稻的增产效应及氮素的高效利用,通过田间试验,比较分析了控释尿素(CRU)和普通尿素(CU)在不同施用量下对水稻产量、氮肥利用率及土壤硝态氮含量的影响。结果表明：CRU100%处理的产量最高,达8986.5 kg/hm²,较同等氮素用量的CU100%处理增产380.7 kg/hm²,差异呈显著水平。CRU3/4处理与CU100%处理,以及CRU1/2处理与CU100%处理之间产量差异不显著。这说明与普通尿素相比,控释尿素减少1/4~1/2的氮素用量时也能达到同样的产量水平。氮肥利用率以CRU1/2处理最高,达68.3%,较同等氮素用量的CU1/2处理提高20.6个百分点。同时,控释尿素还可明显降低水稻土壤中硝态氮的含量,减少硝态氮向土壤深层渗漏数量,以减轻对地下水污染风险。     

低氮胁迫不同氮效率基因型茄子光合特性差异

以4个不同氮效率基因型茄子为供试材料,采用营养液进行培养,研究了正常供氮和低氮胁迫下,茄子五叶期到八叶期的光合特性.结果表明,与正常供氮相比,低氮胁迫下,不同氮效率基因型茄子的光合速率(Pn)、叶片叶绿素相对含量(SPAD)和光系统Ⅱ的最大光化学效率(Fv/Fm)均较低,并表现先上升后下降趋势;与低氮高效及双低效基因型相比,氮双高效基因型具有较强的光合能力.     

籼、粳超级稻品种根系形态及若干生理特征的差异

为阐明籼、粳超级稻根系干物质积累与分布特征和主要形态生理性状指标的差异及其与产量形成的关系,以当地主体且具有代表性的2个超级杂交籼稻组合和2个常规粳型超级稻品种为试验材料,对麦稻两熟制条件下籼、粳超级稻单茎和群体根干重、总根长、根数、根体积、根系吸收面积、发根力、抽穗后根系伤流强度及根冠比、每条根长、根直径、根密度、颖花根流量、抽穗期根系在土层中的分布和产量构成等方面进行了系统的比较研究。结果表明：(1)整个生育期,粳稻的根冠比、每条根长、发根数、发根体积、发根干重及颖花根流量、穗数、群体颖花量、结实率和实收产量均高于籼稻,而根直径、每穗粒数和千粒重低于籼稻,其中根冠比、每条根长、颖花根流量、穗数、每穗粒数、结实率和实收产量差异达显著或极显著水平;(2)粳稻抽穗前(含抽穗期)单茎根干重、总根长、根数、根体积和根系总吸收表面积及根密度均低于籼稻,但差异不显著,而成熟期这6个指标粳稻均显著或极显著高于籼稻;(3)粳稻拔节前单茎活跃吸收表面积和活跃吸收表面积比均小于籼稻,而拔节后(含拔节期)两者差异趋势与之相反,差异显著或极显著;(4)除拔节期群体根干重、拔节期和抽穗期群体根数外,其他群体形态生理特征指标粳稻均显著或极显著高于籼稻;(5)无论是单茎还是群体,粳稻抽穗后0~35 d根系伤流量均显著或极显著高于籼稻;(6)粳稻0~10 cm土层根系干重所占比例极显著低于籼稻,10 cm以下土层根系干重占根系总干重的比例极显著高于籼稻,粳稻扎根更深,进一步强化了植株抗倒防早衰能力。与超级杂交籼稻相比,常规粳型超级稻抽穗后根系生长优势不断加大,特别是群体生长优势,成熟期粳稻所有根系形态生理特征指标均优于籼稻,是粳稻高产形成的重要原因和保障。     

粳稻氮肥高效利用栽培技术的研究进展

以粳稻为对象,介绍了我国粳稻生产与氮肥使用现状;分析了粳稻氮肥利用率低的原因;综述了粳稻高产与氮肥高效利用的栽培技术现状和研究进展;并对今后粳稻高产与氮肥高效利用的研究方向提出了一些看法。