氮及相关的酶活性对小麦根际施肥的反应

In the present experiment,wheat seedlings(Trticucum aestivum L.)were grown on a purple soil with various fertilizer treatments in order to investigate the responses of nitrogen and related enzyme activities in the rhizosphere,The results revealed the increments of both organic matter and total N in the soil with the proximity to the growing roots,especially in treatment of supplying pig manure in combination with chemical fertilizer,suggesting that they could ome from root and microorganism exudation which could be intensified by inorganic-organic fertiliztion,being of benefit to improving the physical and bilogical envi-ronment in the rhizosphere of wheat.Much more inorganic N was observed in the fertilized soils surrounding wheat roots than in the CK treatment ,indicating ,the improvement of crop N supply in the rhizosphere of wheat by fertilization. The activities of invertase,urease and protease in the root zone were greatly enhanced as compared to those in the other parts of soil except that the urease activities were similar in the rhizospher and nonrhi-zosphere of the CK and pig manure treatments,indicating that invertase and protese could be produced by growing roots and rhizosphere microorganisms,in contrast to urease which could be stimulated by urea,Also,significant increment of chemical fertilizer combined with pig manure,suggested that fertilization not only accelerated the renewal of organic matter bu also enhanced bioavailability of organic N in that soil zone .This could be the reason why the total amount of inorganic N available for plants was increased more obviously in the rhizosphere of wheat of the fertilizaton treatments than in taht of the CK treatment.     

氮素营养水平对小麦根际微生物及土壤酶活性的影响

在大田高产栽培条件下．研究了不同施氮水平对豫麦49-198根际微生物和土壤酶活性的影响。结果表明：豫麦49-198根系土壤蛋白酶活性和脲酶活性随生育时期推进均呈先上升后下降的变化趋势．蛋白酶活性、脲酶活性分别在拔节期和返青期达到最大值。在同一生育时期内，随着施氮水平的提高，蛋白酶活性呈先增加后降低的变化趋势．其中以N2（180kg／hm^2）处理的蛋白酶活性最高，但N4（360kg／hm^2）处理的蛋白酶活性仍大于对照N1（0kg／hm^2）；脲酶活性随施氮水平的提高呈上升趋势．以N4（360kg／hm^2）处理的脲酶活性最大。根际微生物总量随生育时期推进呈先增加后下降的趋势，在孕穗期达到最大值．开花期略有降低；在同一生育时期．随着施氨水平的提高，根际微生物数量呈先增加后下降的趋势，以N3（270kg／hm^2）处理的根际微生物总量最高．且各处理之间的差异都达到了显著水平。     

不同氮效率水稻生育后期氮代谢酶活性的变化特征

以不同氮效率水稻基因型为供试材料,研究了两个供氮水平下水稻生育后期功能叶和茎秆的氮、可溶性蛋白浓度和氮转运量以及氮代谢关键酶的变化。结果表明:与对照相比,施氮处理能显著增加不同氮效率水稻功能叶和茎秆的氮、可溶性蛋白的浓度和氮转运量。在不同的施氮水平下,水稻从齐穗至成熟顶三叶的氮浓度降低了60%～67%;而茎秆氮在生育后期对籽粒氮的贡献取决于环境供氮水平,与对照相比施氮处理水稻从茎秆转运出的氮大幅提高,在不同的供氮水平下南光的叶片和茎秆氮转运量显著高于Elio。与对照相比,施氮处理增加齐穗期时硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)和谷氨酸脱氢酶(GDH)的活性。随生育期的推进,四种氮代谢酶活性随之降低。南光的NR和GS酶活性显著高于Elio,但NR活性受水稻生育期和环境供氮水平的影响较大;南光的GOGAT和GDH的活性显著低于Elio。相关分析表明,NR和GS活性与功能叶和茎秆的氮转运量呈显著正相关。这就意味着水稻生育后期功能叶和茎秆的NR和GS活性高,尤其是GS活性高是筛选水稻氮高效的重要指标。     

不同氮效率小麦品种的光合碳同化特性

不同氮效率小麦品种的子粒产量和氮效率在缺氮条件(-N)下均以氮高效品种(H)最高,中效品种(M)次之,低效品种(L)最低。在-N下,不同氮效率品种相比,旗叶各测定期的光合速率(Pn)、叶肉导度(Gm)、碳酸酐酶(CA)活性、可溶性蛋白含量(SP)和RuBPcase活性均以H最高,M次之,L最低;叶绿素含量(Chl)、气孔导度(Gs)、Ca2+-ATPase活性和Mg2+-ATPase活性在不同氮效率品种之间的表现规律较差。结果还表明,光合作用底物CO2在液相中较强的传导能力和较强的暗反应活性,是氮胁迫条件下氮高效小麦品种具有较强光合碳同化能力和物质生产能力的重要生理基础。-N下的旗叶叶源量(LSC)、光合速率高值持续期(PAD)、叶绿素含量缓降期(RSP)、叶面积(LA)和平均光合速率值以H最大,M次之,L最低;丰氮条件(+N)下,子粒产量、氮效率和旗叶光合生理参数大体以M较好,H次之,L较差,与-N下不同氮效率品种上述性状或参数的表现规律有所不同。     

不同氮效率水稻品种增硝营养下根系生长的响应特征

试验采用两室分根盒和溶液培养方法,研究了在增硝营养下不同氮效率水稻品种根系生长的响应特征。结果表明,在本试验条件下,与全铵培养下的根系相比,氮高效水稻品种南光在铵硝混合培养下的根系干重和氮积累量显著增加,增幅达33%和41%;同时其根系表面积、根系体积和侧根数增幅均达到显著水平,但根系长度却无明显增加。氮低效水稻品种Elio在铵硝混合培养下的根系生长差异均不显著。这表明氮高效水稻品种南光的根系生长对增硝营养的响应度强,进而促进了根系对氮素的吸收利用。从本试验的结果可推论,水稻对增硝营养的强响应度可能是水稻氮素高效吸收利用的生理机制之一。     

施氮量对不同氮效率玉米品种根系时空分布及氮素吸收的调控

【目的】研究不同氮效率夏玉米根系的时空分布、 植株氮素吸收利用特性及其对氮素用量的响应,探讨玉米氮素高效利用的生理基础,以期探明通过采用氮高效品种、 促进根土互作、 提高根系与水肥时空耦合、 提高玉米氮素利用效率,强化环境友好型生产的有效途径。【方法】试验于2011-2012年在山东农业大学黄淮海玉米技术创新中心（N3618,E11712）和作物生物学国家重点实验室进行,以氮高效玉米品种郑单958（ZD958）和氮低效品种玉米秀青73-1（XQ73-1）为试验材料,在大田条件下设置两个氮素水平（0和315 kg/hm2）,采用土壤剖面取样法和系统取样法分别进行根系相关指标、 干物质及氮素积累与分配的测定。【结果】ZD958整个生育期根系相关指标（根系干重、 根长密度、 根系TTC还原量、 根系吸收面积及活跃吸收面积）及其在深层土壤（60-100 cm）中所占的比例、 单株生物量、 单株绿叶面积、 植株氮素积累量、 单株籽粒产量均显著高于XQ73-1（P0.05）,抽雄期和完熟期根系干重、 根长密度、 根系TTC还原量、 根系吸收面积、 根系活跃吸收面积、 单株绿叶面积分别比XQ73-1高12.02%、 8.39%、 25.34%、 34.48%、 29.22%、 7.76%和36.74%、 24.21%、 36.29%、 29.94%、 32.83%、 13.73%,完熟期单株生物量、 植株氮素积累量、 籽粒产量分别比XQ73-1高11.65%、 11.78%、 15.16%。施氮后两品种各指标均显著提高,ZD958和XQ73-1根系干重、 根长密度、 根系TTC还原量、 根系吸收面积、 根系活跃吸收面积、 单株绿叶面积抽雄期分别提高8.13%、 6.12%、 18.08%、 15.10%、 24.71%、 12.06%和7.19%、 4.59%、 10.47%、 10.82%、 13.02%、 7.15%,而完熟期分别提高16.48%、 22.43%、 19.26%、 15.03%、 27.45%、 14.97%和15.02%、 14.59%、 13.01%、 12.81%、 21.95%、 11.06%; 单株生物量、 植株氮素积累量、 单株籽粒产量完熟期分别提高9.40%、 10.08%、 13.43%和5.20%、 8.56%、 9.69%。相关分析表明,植株吸氮量与根长密度、 根系干重、 根系活跃吸收面积呈显著线性正相关（相关系数均在0.8以上）。 ZD958花前根系对氮素的响应度高于XQ73-1,花后则低于XQ73-1。【结论】氮高效玉米品种ZD958根系总量大、 深层土壤根系多、 根系活力高、 氮素吸收能力强; 施氮条件下优势更加明显,对ZD958作用大于XQ73-1,说明氮高效玉米品种发达且分布合理的根系保证了植株对氮素的吸收,有利于进行光合生产、 获得较高籽粒产量。两品种对氮素的响应不同,氮高效品种花前对氮素的响应度高于氮低效品种,花后则相反。因此,可过适度减少氮高效品种花前施氮量、 增加花后施氮量,而适度增加氮低效品种花前施氮量、 降低花后施氮量来促进根系发育,提高氮素利用效率。     

减氮配施微生物菌剂对水稻根系发育及土壤酶活性的影响

为探明滨海盐渍型水稻土在氮肥减施条件下,微生物菌剂促进水稻根系发育和提高土壤酶活性的作用机制,本试验通过室内盆栽试验,探讨了减氮配施微生物菌剂对水稻根系发育和土壤酶活性的影响。结果表明:(1)减氮配施微生物菌剂可增加水稻根长、根表面积、根平均直径、总根体积和根尖数,促进水稻根系生长;在施菌剂40～50天内,减氮30%配施菌剂处理较单施全量氮肥处理显著增加了根系生物量。(2)所有氮肥配施菌剂处理的土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性均提高;且在施菌剂50天时减氮30%配施菌剂处理的土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性明显高于其他处理,与单施全量氮肥处理相比,分别提高了22.7%、16.67%和16.35%。以上结果表明,氮肥减量配施微生物菌剂能提高滨海盐渍型水稻土酶活性,促进水稻根系生长。施用微生物菌剂能减少化肥用量,达到提高农业生态系统可持续发展的目的。     

不同磷供应水平下小麦根系形态及根际过程的变化特征

以石麦15和衡观35两个品种小麦为试验材料,应用根袋栽培方式,研究了不同施磷量对小麦根系形态和根际特征的影响。结果表明,与施磷量P2O5 0.1 g/kg相比,高量供磷（P2O5 0.3 g/kg）条件下石麦15地上部生物量和磷累积量增加幅度大于衡观35;但不施磷处理衡观35地上部生物量降低幅度小于石麦15,磷含量和累积量高于石麦15,衡观35耐低磷能力较强。土壤供磷不足时,衡观35总根长中直径0.16 mm细根所占比例高于石麦15,根系平均直径较小;而高磷供应下,石麦15根系中直径0.16 mm细根长度较长,在总根长中所占比例较高。总根长和直径0.16 mm的细根长度与植株地上部磷累积量之间呈显著正相关关系。总根长越长尤其是细根越多,有利于促进植株对磷的吸收。与非根际土壤相比,高磷供应下根际土壤有机磷含量增加,微生物量磷含量降低;而供磷不足时根际土壤碱性磷酸酶活性较高,有机磷含量较低。与施磷量P2O5 0.1 g/kg相比,高量供磷下根际土壤pH值升高、碱性磷酸酶活性下降,不施磷处理根际土壤pH值降低。本研究表明,供磷不足时,小麦根系形态和根际过程均发生适应性变化,而高量供磷条件下,小麦植株根系形态的改变因品种而异。     

土壤pH对不同酸性敏感型水稻品种氮利用效率与根际土壤生物学特性的影响

为探讨酸化土壤影响水稻氮利用效率的土壤生物学机制,以酸性敏感型品种五优308和酸性特异型品种荆楚优148为材料,采用盆栽试验考察不同土壤pH条件下水稻的氮利用效率指标与根际土壤酶活性及微生物数量的关系。结果表明,在土壤pH值3.5~6.5范围内,五优308氮素稻谷生产效率(NGPE)与氮生理效率(NPE)随土壤pH值的下降显著降低,氮收获指数(NHI)变化不明显;而荆楚优148中3个指标在pH值5.0时最大。土壤pH值的下降均降低了2个品种的根际土壤酶活性,但品种间、时期间降幅稍有差异。五优308各时期磷脂脂肪酸(PLFA)含量随土壤pH值降低而降低,而荆楚优148各时期PLFA含量在pH值5.0时最高。五优308的NGPE、NPE与3种土壤酶活性均呈显著正相关,而NHI仅与蔗糖酶活性呈极显著正相关;荆楚优148氮利用效率指标与土壤酶活性呈负相关,与土壤蔗糖酶和脲酶活性的相关性较显著;五优308氮利用效率指标与微生物数量呈正相关,但其显著性在不同生育时期间与微生物间有一定差异;而荆楚优148氮利用效率指标与分蘖~孕穗期土壤微生物数量呈极显著正相关,与齐穗期土壤微生物数量呈极显著负相关。由此可见,酸性敏感型水稻品种氮利用效率随土壤pH下降显著降低,且主要由根际土壤酶活性与微生物数量显著下降所致;而酸性特异型水稻品种氮利用效率在pH值5.0时最大,且其与土壤生物学特性指标的相关性表现与酸性敏感型水稻品种不同。本研究初步明确了酸化稻田影响水稻氮利用效率的土壤生物学机制,为酸化稻田适宜水稻品种选择提供了参考。     

氮肥运筹对稻茬小麦土壤硝态氮含量、根系生长及氮素利用的影响

以宁麦9号为材料,研究施氮量及氮肥基追比例对稻茬小麦土壤硝态氮含量、根系生长、植株氮素积累量、产量和氮素利用效率的影响。结果表明,拔节前0-60cm土层硝态氮含量随基施氮量的增加而显著增加,随生育进程的推进各处理硝态氮显著向下层土壤淋洗;拔节期追施氮肥显著提高了孕穗期0-40cm土层硝态氮含量,且随追施氮量的增加而显著增加,N300和N3/7处理硝态氮显著向40-60cm土层淋洗。根系主要生长于0-20cm土层,拔节前各土层根长密度均随基施氮量的增加而增加,拔节后则随施氮量增加和适当的追肥比例而增加。各施氮处理均以拔节至开花期为小麦氮素积累高峰期。适宜增加施氮量并适当提高追肥比例,有利于提高产量、植株氮素积累量和氮素利用效率。因此,在小麦生产中,适当降低施氮量并提高拔节期追肥比例有利于促进小麦根系生长和植株氮素积累,进而提高小麦产量并减少硝态氮淋洗损失。     

不同种植密度条件下两种穗型冬小麦品种根际土壤酶活性的动态变化

在大田试验条件下，研究了2种穗型冬小麦品种在不同种植密度条件下根际土壤酶活性的动态变化。结果表明，随着生育时期的推进，两种穗型冬小麦品种根际土壤蛋白酶、过氧化氢酶和脲酶活性均呈先增高后降低的单峰曲线变化，拔节期和抽穗期活性较高，返青期和开花期活性则较低。不同种植密度条件下，豫麦49—198系根际土壤蛋白酶、脲酶活性均随密度增加呈先增高后降低的变化趋势，而过氧化氢酶活性表现不明显；兰考矮早八3种根际土壤酶活性随密度增加呈先降低后增高的变化趋势。不同密度水平下3种酶活性的方差分析表明，蛋白酶、脲酶差异达到显著水平，过氧化氢酶差异不显著。     

比较几种冬麦品种在不同水分条件下早期根系生长发育特点

本文阐述了用盆栽试验对比研究8个冬麦品种在苗期根系生长发育特点，结果表明，不同品种单株次生根数、单株根干重和根冠比均存在明显的差异。通过比较分析不同土壤水分条件下的各品种单株性状，可得出有发达根系系统的品种抗逆性较强。     

不同施氮水平再生水灌溉对设施番茄根际土壤供氮的影响

通过田间小区随机区组试验研究不同施氮水平再生水灌溉对设施番茄土壤供氮能力和产量的影响,对不同施氮处理再生水灌溉设施番茄关键生育阶段根际、非根际土壤矿质氮和全氮含量、番茄生物量和产量、氮肥利用效率、表观氮素损失量进行对比分析。结果表明:再生水灌溉氮肥减施20%处理和氮肥减施30%处理,番茄关键生育期根际土壤矿质氮含量保持在40mg/kg以上,根际与非根际土壤矿质氮含量差异介于10.47%～12.63%之间,促进了非根际土壤矿质营养向根际土壤迁移;再生水灌溉氮肥减施20%处理和氮肥减施30%处理氮肥利用效率和产量均显著高于常规施氮处理,而土壤供氮能力与常规施氮处理差异不大。因此,再生水灌溉条件下,施氮水平控制在189～216kg/hm2之间,可有效削减0-30cm根层土壤表观氮素损失,提高根际土壤供氮能力,显著提高番茄关键生育阶段氮肥利用效率和番茄产量。     

Nitrogen Application in Winter Wheat Grown in Mediterranean Conditions: Effects on Nitrogen Uptake,Utilization Efficiency,and Soil Nitrogen Deficit

ABSTRACT

Nitrogen (N) is one of the most growth restricting nutrients in cereal grain and represents one of the highest input costs in agricultural systems; therefore, environmental and economic considerations require the effective use of N fertilizer in plant production. This study was conducted for three years to better understand wheat plant response to optimize N fertilizer and how to reduce the risk of ground water pollution.

Two of the most important durum wheat cultivars in Southern Italy and four N fertilization levels (0, 60, 120, and 180 kg N ha^{? 1}, indicated as N0, N60, N120, and N180, respectively) were compared in this experiment. During plant growth, fresh and dry matter, plant nutritional state (SPAD readings and stem nitrate content), and N uptake were determined. At harvest, plant N content, N uptake, grain yield, yield components and quality were determined, allowing the calculation of the pre- and postanthesis N uptake and the N utilization efficiency indices. Furthermore, at the beginning and at the end of each year, soil mineral N was measured to calculate mineral N deficit in the soil.

The results indicated that the treatment with 120 kg N ha^{? 1} of fertilizer ensures a good balance between yield and N utilization. In fact, N180 and N120 showed similar yield (3.01 and 3.07 t ha^{? 1}, respectively) and protein content (13.7 and 13.5 %). Meanwhile, throughout the three-year experiment, N180 presented the highest final mineral N content in the soil at the end of the cropping cycles, increasing the amount of N available for leaching. The N120 treatment showed the same values of N utilization indices as compared to N180, indicating that further doses of N fertilizer did not increase wheat N utilization. Plant N status shows that it is possible to modify the N fertilization to reach its optimum level during plant growth, in accordance with variable weather conditions, and consequently the plants requirements. The mean treatments of the preanthesis N uptake were about 67.5% of the total N uptake, and it was significantly and positively correlated with wheat yield. On the contrary, the postanthesis N uptake showed positive correlation with grain protein content, confirming the importance of late N supply in grains quality. The variation of weather conditions affected winter wheat yield, quality, N utilization and plant N status, but any difference throughout years was found between N180 and N120, confirming that higher N rate did not influence wheat growth, yield, and N uptake.     

脲醛缓释肥不同配比对小麦生长及土壤氮素养分的影响

在黄淮海地区冬小麦中高产田采用小区试验,以普通尿素基施、普通尿素基施加追施作对比,研究脲醛氮占总氮30%,40%,50%,60%,70%的不同脲醛缓释掺混肥在田间的氮素养分释放特征,以及对土壤氮素养分、小麦产量、氮素利用率及经济效益的影响,探明合理施用脲醛缓释肥最优氮素配比,以达到增加产量、节约资源、增加经济效益的目的。结果表明:脲醛掺混肥氮素释放量在小麦生育进程中呈现高低再高低的变化过程,脲醛氮占总氮40%或50%最有利于土壤氮素供应,脲醛氮所占比例过大或过小,都不利于小麦整个生长期氮素供应。脲醛氮占总氮40%和50%的处理小麦穗数和穗粒数表现较好,每公顷比普通施肥增产11.36%~13.67%,而脲醛氮占总氮30%,60%和70%的处理增产效果不显著。与普通尿素基肥、基肥加追肥处理相比,脲醛氮占总氮40%,50%的处理氮素利用效率提高24.80%~103.87%,而脲醛氮占总氮30%,70%的氮素利用率没有显著变化,甚至会降低氮素利用率。脲醛氮占总氮40%,50%的处理比普通施肥处理增收1 350~1 591元/hm~2。综合考虑资源节约、增产效果及增收等因素,建议在黄淮海地区冬小麦中高产田施肥管理中以脲醛氮占总氮40%~50%进行配比施用。     

氮肥基追比例对测墒补灌小麦植株氮素利用及土壤氮素表观盈亏的影响

以中筋小麦济麦22为试材,在小麦拔节期和开花期0—40cm土层土壤相对含水量均补灌至70%和总施氮量为240kg/hm~2条件下,设置5个氮肥基追比例处理:0∶10(N1)、3∶7(N2)、5∶5(N3)、7∶3(N4)、10∶0(N5),研究测墒补灌节水栽培条件下氮肥基追比例对小麦植株氮素利用和土壤氮素表观盈亏的影响。结果表明:N3处理的植株氮素积累量、籽粒氮素积累量显著高于其他基追比例处理;营养器官氮素积累量、土壤矿质氮损失量、氮肥表观残留率和氮肥表观损失率显著低于其他处理。与N1、N2、N4、N5处理相比,N3处理的氮素生理利用率分别高33.22%,12.60%,11.54%,98.14%,籽粒氮素利用率高148.65%,56.48%,59.63%,229.29%,氮肥农学效率高96.52%,34.86%,37.64%,204.98%,氮素表观盈亏量分别低35.04%,13.82%,30.36%,29.30%。根据不同氮肥基追比例下各指标的相关系数分析表明,植株氮素积累量、籽粒氮素积累量、氮素生理利用率、籽粒氮肥利用率、氮肥农学效率与土壤硝态氮积累量、成熟期0—200cm土层土壤矿质氮残留总量均呈显著负相关。综上,氮肥基追比例为5∶5的N3处理为试验条件下的最优处理。     

土层置换对大豆土壤酶活性及根腐病病情指数的影响

大豆连作导致土壤养分失衡,土壤酶活性降低,以及大豆病害加剧、品质和产量降低等问题。采用田间小区试验方法,通过对土层置换及大豆种衣剂拌种等措施对大豆土壤不同土层土壤酶活性及根腐病病情指数影响的分析,为消除大豆连作障碍提供科学的技术支撑。结果表明:土层置换处理及置换后增施磷肥或有机肥及大豆种衣剂处理,提高了大豆田间土壤脲酶活性、蔗糖酶活性和磷酸酶活性。与对照CK相比,T_2,T_3,T_4处理0—10cm土层脲酶活性均增加;土层置换并增施有机肥显著提高了土层中蔗糖酶活性;土层置换后增施磷肥或有机肥及大豆种衣剂拌种处理均可有效保持大豆土壤中磷酸酶的活性,并且可降低大豆根腐病病情指数;土层置换并增施磷肥处理提高了大豆产量,较CK处理产量提高20.42%,差异达到显著水平。