秸秆还田配施氮肥对春玉米氮素利用及土壤氮素平衡的影响

通过8年田间定位试验,研究玉米秸秆还田配施氮肥对春玉米产量、剖面土壤无机氮积累、氮素平衡和氮肥利用效率的影响。结果表明,通过线性加平台回归方程,求得2012~2019年最高玉米产量所需的适宜施氮量依次为202.7、193.7、182.2、171.2、163.6、156.1、150.7和150.5 kg/hm²。氮素表观损失量和土壤残留矿质氮量均随着施氮量增加而显著增加,两者与施氮量之间均呈显著正相关。每增加10 kg/hm²施氮量,土壤残留矿质氮量、氮素表观损失量分别增加9.09~10.34、5.89~7.34 kg/hm²。当施氮量超过150 kg/hm²时,各处理间玉米吸氮量差异不显著,土壤残留矿质氮、氮素表观损失量之间差异均达显著水平（P<0.05）。随着施氮量增加,氮肥利用率呈先增加后减小趋势,当施氮量为150 kg/hm²时,两年氮肥利用率分别达到最高（75.2%和92.3%）。当施氮量为210~330 kg/hm²,剖面土壤无机氮残留量显著增加,造成土壤无机氮在土壤深层（60~100 cm）的大量累积。     

氮肥对豆茬冬小麦氮素利用及产量的影响

为探明黄淮海地区大豆茬口（S）冬小麦的最佳施氮策略,以玉米茬口（M）为对照,研究了不同施氮水平（0、180、240、300 kg·hm^-2）下大豆茬口对冬小麦干物质积累动态、氮素吸收利用特征及产量的影响。结果表明,与玉米茬口相比,大豆茬口可显著提高不施氮处理下的小麦干物质积累速率及积累量,尤其在生育后期（开花至成熟期）;可以提高0和180 kg·hm^-2施氮水平下冬小麦植株氮素吸收量,成熟期小麦籽粒氮素积累量分别提高了32.1%和9.5%,但当施氮量达到300 kg·hm^-2后,豆茬小麦的生长及氮素积累均受到显著抑制,总体呈现"低氮促进,高氮抑制"的氮肥效应。两种茬口冬小麦产量均在240  kg·hm^-2施氮量达到最高;在0和180 kg·hm^-2施氮量下,大豆茬口较玉米茬口均显著增产（P<0.05,  25.8%和13.1%）,在240和300 kg·hm^-2施氮量下,减产幅度分别为5.13%和13.9%,后者差异显著。豆茬小麦的氮肥利用率、生理效率及产量效应均低于玉米茬口。综上,豆茬冬小麦的施氮量应适当低于玉米茬口,黄淮海地区推荐施氮量不宜超过240 kg·hm^-2,采用豆-麦部分替代玉-麦模式种植,可实现该地区减氮增效目标。     

旱区土壤无机氮素与春玉米根系时空分布对控释尿素输入的响应

以先玉698为供试材料,在等氮量(225 kg/hm²)条件下,以不施氮为对照(CK),设置UR (100%普通尿素,2/3基施,1/3小喇叭口期追施)、CRU1(1/3控释尿素+1/3普通尿素基施,1/3普通尿素小喇叭口期追施),CRU2(2/3控释尿素+1/3普通尿素一次基施)、CRU3(100%控释尿素基施)4种施氮模式,探究控释尿素输入对土壤氮素、玉米根系特性、氮素吸收及产量的影响。结果表明,相对于UR处理,CRU处理显著提升了春玉米生育中后期土壤硝态氮和铵态氮的含量,其中CRU2效果最明显。UR和CRU处理在不同时期对根系参数的影响不同,前期UR处理有利于根系的生长,花后CRU处理对0～80 cm土层根系长度及0～20 cm根重密度影响更大。通径分析进一步表明,玉米根长及根重密度的变化是增产的重要原因之一。CRU处理显著提升了玉米整个生育期内植株氮素含量及最终子粒产量。花后15 d,CRU处理较UR提高了子粒氮素含量,CRU处理间以CRU2最佳。CRU2处理子粒产量为14.65 t/hm²,分别较CK、UR、CRU1、CRU3提高32.70%、5.78%、1.52%、5.17%。在宁南山区CRU2处理能实现春玉米高产高效。     

基于临界氮浓度的滴灌春小麦氮素营养诊断

为了准确定量诊断滴灌春小麦氮素营养状况,以新春6号为指示品种,分别设置5个施氮水平,研究了新疆北疆地区滴灌春小麦临界稀释氮浓度曲线。结果表明,根据滴灌春小麦地上部干物质与对应氮浓度值,可构建出临界氮浓度幂指数函数为NC=5.03W^-0.38 ,相关系数R = 0.95。基于临界氮浓度建立的氮素营养指数模型能对滴灌春小麦氮素营养状况进行比较准确的诊断。     

不同密度对利民33光合特性和产量的影响

在大田试验条件下设7万(T1)、8万(T2)、9万(T3)、10万(T4)和11万株/hm²(T5)5个处理,测定玉米叶面积指数和叶绿素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、蒸腾速率测定(Tr)和玉米产量,研究不同密度对利民33光合特性及产量的影响.研究结果表明,在吐丝期T4密度下LAI最高,在灌浆后期T2密度下LAI最高;在吐丝期和灌浆后期叶绿素含量均随着密度的增加呈降低趋势;吐丝期和灌浆后期净光合速率和光能利用率均表现出T2密度下最高,玉米产量与净光合速率和光能利用率密切相关.利民33在T2密度条件下光能利用率最高,产量最高,达12 124.64 kg/hm².     

膜下滴灌春玉米氮素吸收规律与增产效应

研究春玉米膜下滴灌条件下氮肥对玉米氮素吸收、干物质积累以及氮肥的增产作用,提出试验条件下的最佳施氮量.结果表明,增加施氮量能够增加膜下滴灌春玉米地上部干物质积累及氮素吸收能力,过量施氮导致干物质及氮素累积降低;玉米产量随着施氮量增加而增加,300 kg/hm²时达到最高产量,此时氮肥农学效率、氮肥利用率以及生理利用率均达到最大.采用二次曲线拟合,计算最佳施氮量为291.80 kg/hm²,此时最高产量为14 964.54 kg/hm².     

刈割后施氮对冬小麦再生植株干物质积累、氮素吸收及产量的调控效应

为了解冬小麦刈割后的氮素调控作用,在温室控制条件下,以冬小麦品种陇育2号为材料,在分蘖期刈割后施氮0、0.1、0.2、0.3、0.4 g·kg^-1土（分别用N0、N1、N2、N3、N4表示）,探究了冬小麦刈割后干物质积累、氮素吸收和产量对不同施氮水平的响应。结果表明,与N0处理相比,刈割后施氮使小麦拔节期和开花期的叶面积指数提高90%~155%（P<0.05）。施氮处理延长了小麦生长旺盛期3~6 d,促进了干物质积累,其中N2处理干物质积累量增加129%（P<0.05）,并且提高了穗部干物质的分配比例。施氮提高了开花期茎部可溶性碳水化合物含量,其中N2处理的增幅达到39%（P<0.05）。冬小麦各器官氮素含量均随施氮量的增加而增加,刈割后施氮使氮素转运效率提高6%左右（P>0.05）,氮素收获指数提高10%~15%（P<0.05）。施氮处理的籽粒产量、穗粒数、有效穗数和收获指数较N0处理增加显著（P<0.05）,且以N2处理效果最好,说明0.2 g N·kg^-1土是冬小麦刈割后良好生长发育、高产、稳产、氮素高效利用的最佳施氮水平。[JP]     

氮素对棉花群体生理指标的影响

 探讨在大田条件下,土壤氮素含量水平对棉花生长中群体生理指标的影响,为调控棉花早衰和提高棉花产量提供依据。设置3个氮素水平（纯N：低氮 0 kg·hm^-2,中氮189.5 kg·hm^-2,高氮395.0 kg·hm^-2）处理,研究棉花生长过程中叶面积指数（LAI）、透光率（CLP）、群体光合势（LAD）、群体净同化率（NAR）及作物生长率（CGR）指标变化特征。结果表明,本试验条件下,随施氮量的增加棉花群体生理指标有所提高,但数值过高不利于产量提高。中氮处理达到最高产量,其LAI最高值为4.3,CGR最高值为16.71 kg·hm^-2·d^-1,叶面积载荷量为21.6 mg·cm^-2。因此,适当氮素供应对棉花群体性能改善较为显著,对调控棉花群体生长发育及氮素管理具有重要实践价值。     

氮肥后移对春玉米子粒灌浆特性及内源激素的影响

以陕科9号为材料,2019～2020年在陕西榆林灌溉区进行大田试验,在总施氮量相同、基肥和大喇叭口期追肥分别占总施氮量20%和40%条件下,设置4个施氮处理,传统施氮(拔节肥40%,N1)、氮肥后移10%(拔节肥30%+花粒肥10%,N2)、氮肥后移20%(拔节肥20%+花粒肥20%,N3)和氮肥后移30%(拔节肥10%+花粒肥30%,N4),分析各处理子粒灌浆特性、内源激素含量和产量构成。结果表明,氮肥后移各处理2年玉米产量均显著高于传统施肥,N3处理产量最高。氮肥后移增加子粒灌浆速率最大时生长量(W_max)、最大灌浆速率(G_max),延长子粒灌浆活跃期;氮肥后移过量(N4),子粒灌浆参数受到不良影响。同时,N3处理子粒生长素(IAA)含量达到峰值时均较N1处理显著增加51.7%,玉米素(ZR)含量显著增加16.7%,赤霉素(GA₃)含量显著增加28.9%,脱落酸(ABA)含量显著降低18.2%。在陕西灌溉春玉米区,总施氮量270 kg/hm²时,拔节期追肥54 kg/hm²、大喇叭口期追肥108 kg/hm²、花后7 d追肥54kg/hm²为该区玉米高产的优化施氮制度。     

玉米氮胁迫响应NRT基因的鉴定及ZmNRT2.5的克隆和表达分析

硝酸盐转运蛋白(Nitrate Transporters,NRTs)在植物根系NO₃^-吸收或转运中发挥重要作用。为探究玉米NRTs基因在氮素吸收中的功能,从前期转录组数据中鉴定出7个响应氮素处理的差异表达ZmNRTs基因。启动子顺式作用元件分析表明,这些ZmNRTs基因的启动子均含有多个植物逆境或激素应答元件,推测他们可能与玉米非生物胁迫应答或植物激素调控氮素吸收相关。从玉米根系中克隆了对氮素处理响应最大的ZmNRT2.5,该基因CDs全长为1 563 bp,编码520个氨基酸。进化树分析结果表明,ZmNRT2.5与AtNRT2.5同源性最高,含有保守的硝酸盐转运结构域,二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主,含11个跨膜结构域。实时荧光定量PCR分析表明,ZmNRT2.5主要在根、老叶和叶鞘中表达。低氮处理显著诱导ZmNRT2.5在根中的表达,植物激素脱落酸、赤霉素和乙烯均参与调控ZmNRT2.5的表达。同时,ZmNRT2.5基因的表达受到盐胁迫的显著抑制。     

利用GreenSeeker法诊断春玉米氮素营养状况的研究

利用GreenSeeker对不同氮素处理春玉米冠层和叶片进行了测定,分析了植被指数(NDVI)和叶片叶绿素a(Chla)含量和氮素(N)含量的相关性。结果表明,不同氮素处理冠层NDVI变化与叶片叶绿素a含量在整个生育期内变化趋势一致。NDVI对叶绿素变化最敏感的时期是大喇叭口期。从不同叶位的变化趋势看,NDVI随CHla、N含量的变化而表现出明显的变化,三者之间具有显著的直线相关关系。利用GreenSeeker获取的NDVI值为生产中诊断春玉米叶绿素或氮素状况提供了有效手段。     

氮素供应对春玉米产量及冠层部分指标的影响与相关分析

采用辽宁地区5个地方品种进行低、中、高3个氮素水平的比较试验(N0:不施氮、N1:112 kg/hm~2、N2:225 kg/hm~2),探究氮素对玉米冠层指标的影响及与产量因素的相关性。相关、逐步回归分析表明,随着施氮量升高,品种产量和穗粒数显著提高。不同氮素水平下,冠层指标与产量因素相关性有差异。穗粒数在N0处理下,与吐丝期叶氮比(SLN)和叶片氮浓度呈负相关,相关强度排序为吐丝期SLN吐丝期叶片氮浓度;N1处理下,与乳熟期LAI呈正相关,与吐丝期叶片氮浓度和吐丝期绿叶数呈负相关,相关强度排序为吐丝期叶片氮浓度乳熟期LAI吐丝期绿叶数;N2处理下,穗粒数与冠层指标相关性不显著。百粒重在N0处理下,与吐丝期穗位叶SPAD值呈正相关,与吐丝期LAI和乳熟期穗位叶SPAD值呈负相关,相关强度排序为吐丝期LAI吐丝期SPAD乳熟期SPAD;N1处理下,与乳熟期穗位叶SPAD值呈正相关,与乳熟期LAI呈负相关,相关强度排序为乳熟期LAI乳熟期SPAD值;在N2处理下,与吐丝期比叶面积(SLA)、SLN、乳熟期绿叶数呈负相关,相关强度排序为吐丝期SLN、SLA乳熟期绿叶数。     

基于无人机RGB影像的小麦叶面积指数与产量估算研究

为探讨基于无人机RGB影像实现对小麦叶面积指数(leaf area index, LAI)和产量估算的可行性,设置不同生态点、品种和氮素处理的小麦田间试验,应用大疆精灵4 Pro无人机获取小麦拔节期、抽穗期、扬花期和灌浆期4个主要生育时期的RGB高时空分辨率影像,并同测定小麦LAI。采用相关性分析筛选出不同生育时期对LAI敏感的光谱与纹理特征集,并借助随机森林(random forest, RF)、偏最小二乘回归法(partial least squares regression, PLSR)、BP神经网络(back propagation neural network, BPNN)和支持向量机(support vector machine, SVM)分析方法,筛选出小麦不同生育时期最优的LAI估测模型。基于不同生育时期的光谱与纹理特征以及时期特征集,进一步建立产量预测模型,并在不同生态点验证叶面积估算模型与产量预测模型的普适性。结果表明,基于RF的LAI估测模型的验证精度最高,4个生育时期的均方根误差(root mean square error, RMSE)分别为2.26、1.44...     

氮肥管理对夏玉米冠层结构和氮肥吸收利用的影响

通过大田试验研究不同氮肥管理模式下夏玉米群体结构和氮肥利用情况,探索节肥、高产、高效的夏玉米氮肥管理模式。结果表明,施氮显著改善夏玉米产量因子、提高产量。氮肥适量后移显著改善穗部性状,等氮量下大喇叭口期和吐丝期均追施氮肥处理与大喇叭口期追施氮肥处理相比穗粒数提高28.5粒,收获指数提高11.3%,增产101 kg/hm2。吐丝期施氮显著增加灌浆期LAI,使LAI峰值从吐丝期后移至灌浆期。施氮肥可增加夏玉米SPAD值,大喇叭口期追施氮肥可提高各生育时期玉米SPAD值;吐丝期追施氮肥可提高株高、茎粗、穗位高。适当降低氮肥投入,氮肥农学利用率和氮肥偏生产力分别提高232.3%、60.9%;氮肥用量相同时氮肥适当后移分别提高10.5%、1.3%。吐丝期施氮增加夏玉米成熟期营养器官的氮素积累,减少子粒的氮素积累,导致氮收获指数下降。     

耐密性玉米冠层结构对密度的响应

以华美1号和郑单958为材料,以1.5万株为梯度,共设置12个密度处理,种植密度自1.5万株/hm~2增至18万株/hm~2,研究探讨高产高效春玉米的冠层结构特征和光合特性。结果表明,华美1号在12.0万株/hm~2时产量达到最高,为15 912.8 kg/hm~2;郑单958在6.0万株/hm~2时产量最高,为13 685.9 kg/hm~2。在适当高的种植密度内(华美1号为9.0万~13.5万株/hm~2,郑单958为6.0万~9.0万株/hm~2),华美1号吐丝期最大LAI达4.19~5.30,群体穗位层透光率达17.57%~23.79%;郑单958吐丝期最大LAI达4.71~6.54,群体穗位层透光率达17.77%~23.66%。冠层内透光率、叶夹角、茎粗、叶片厚度、净光合速率和叶绿素相对含量均随密度增加而不同程度下降。华美1号穗位层及穗位层以上LAI占全株叶面积比例高,叶片小而厚,穗位层透光率好,各项冠层指标不同程度优于郑单958。     

不同密度春玉米叶面积系数动态特征及其对产量的影响

研究了两个品种吉单209(JD209)、郑单958(ZD958)不同密度群体各生育期LAI动态变化特征,并分析了主要动态特征参数与产量及产量构成的关系,探讨春玉米高密度高产群体叶面积系数(Leafarea index,LAI)动态变化特征对产量的效应。结果表明:各密度群体LAI动态变化呈单峰曲线趋势,随密度增加峰值增大,相同密度下ZD958群体LAI大于JD209,表现较强的耐密性。两个品种高产的适宜密度范围是6万～9万株/hm²,群体的最大LAI在5～7;各生育期的群体LAI与密度呈显著线性正相关,其中抽雄吐丝期LAI对密度的增长率最大,分别为0.583和0.679;灌浆期群体LAI对产量的影响最大,表明此时期是产量形成的关键期。大喇叭口期LAI对穗数、穗粒数影响最大。密度是通过调控群体的LAI和穗数来影响产量构成和最终产量。     

不同深松方式与氮肥运筹对玉米生长发育及光合特性的影响

选用郑单958为材料,研究不同深松方式和氮肥运筹对玉米生长发育及光合特性的影响.结果表明,深松后玉米生育后期维持较高叶面积指数(LAI)时间较长,延缓了叶片衰老,促进了干物质积累,不同深松处理间差异不明显;增加氮肥施用次数LAI下降减缓,干物质积累量的峰值减小;隔行深松与行行深松均提高玉米叶片的最大净光合速率,较不深松分别提高9.93％和2.12％.在施氮次数处理中,1/3氮肥于苗期作种肥、2/3于拔节期作追肥施入处理净光合速率最大;深松处理间产量差异不显著,增加氮肥施用次数增产效果十分显著;深松方式与等量氮肥施用次数间存在显著交互效应,隔行深松且施氮以种肥、拔节肥、灌浆肥各占总量1/3的处理产量最高,分别较不深松且氮肥作种肥一次施用和作种肥与拔节肥两次施用增产43.91％、17.37％.     

不同春生叶龄期追氮对冬小麦产量形成和抗倒性能的影响

为明确兼顾冬小麦高产和抗倒伏的春季最佳追氮时期,设置品种、追氮期二因素裂区试验,其中,2015-2016年以山农16（SN16）和石新828（SX828）2个品种为主区,2016-2017年以藁优2018（GY2018）、科农2009（KN2009）和石4366（SH4366）3个品种为主区,两年均以春3、4、5、6叶伸出时分别追施总施N量240 kg·hm^-2中的50%氮肥（分别用N3～N6表示）为副区。在关键生育时期调查群体总茎数,成熟期调查茎秆抗倒伏相关性状及产量构成因素。结果表明,拔节至孕穗期一般以N3或N4处理总茎数最多,开花至成熟期一般以N4处理的穗数最多,N5处理的成穗率最高;孕穗期至开花后24 d,N4处理的叶面积指数（LAI）最大,N6处理的最小;大部分品种以N4处理的株高最高,不同叶龄期追氮处理的重心高度则因品种而异;N4处理小麦基部第2节间最长,节间充实度和机械强度最小,N3和N4处理的抗倒指数最低。抗倒指数和机械强度与株高、重心高度、节间长度均呈极显著负相关,与节间直径、茎壁厚度和充实度均呈极显著正相关。不同叶龄期追氮对每公顷穗数和穗粒数的影响较小,大部分小麦品种以N4处理的穗数最多,且施氮处理间的差异一般不显著。石新828和藁优2018各施氮处理千粒重的差异不显著,另外3个品种N4处理的千粒重高于其他处理。5个品种中除藁优2018以N5处理的籽粒产量最高外,其他品种均以N4处理的籽粒产量最高,且均与N5处理的差异不显著。综合来看,春4叶期追氮产量性状最优而倒伏风险最大;春5叶期追氮的籽粒产量与春4叶期追氮的差异不显著,但其抗倒能力显著提高,可以兼顾高产和抗倒伏,因此,春5叶期为河北平原春季最佳追氮时期。在灌水条件常成为限制因素的该地区小麦生产中,春4叶至春5叶期根据水源情况灌水和随水追施氮肥,都是比较适宜的。     

Crop species present different qualitative types of response to N deficiency during their vegetative growth

Crops respond to N deficiency through a reduction in resource capture and/or resource use efficiency. The objective of this paper is to examine whether differences in this response pattern are associated with either metabolic group (C₃ vs. C₄) or botanical classification (mono- vs. dicotyledons). Hereto, we analysed the effect of N deficiency on the relationships between N uptake, LAI, and biomass accumulation, for maize, sorghum, wheat, canola, tall fescue, and sunflower, grown in experiments in either France or Australia. Maize and tall fescue maintained LAI per unit biomass (measure of resource capture) at the expense of N uptake per unit LAI (measure of resource use efficiency). Wheat and canola had the opposite response, whereas sunflower and sorghum were intermediate. In general, C₄ species reduced N uptake per unit LAI more than C₃ species. Species differences in the effect of N deficiency on resource use efficiency were associated with differences in the SLN or in the N storage capacity of the stems. For wheat, canola, and tall fescue, SLN declined with increasing LAI under high N conditions, and the minimum crop SLN under N deficiency was only marginally lower than under high N conditions. For sorghum, sunflower, and maize, crop SLN under high N changed little with increasing LAI, but the minimum crop SLN under N deficiency was considerably lower than under high N. Sorghum and maize were the only species that substantially decreased stem N uptake per unit LAI under N deficiency. Overall, our data suggest that C₃ species are better able to maintain resource use efficiency under N stress than C₄ species, and a survey of literature suggests this may be because in C₄ species, the critical SLN for radiation use efficiency is higher than the critical SLN for leaf expansion, whereas the opposite is the case for C₃ species. We hypothesise that species differences in response to N deficiency could be associated with these differences in critical SLN, which in turn could be a consequence of the lower photosynthetic nitrogen use efficiency of C₃ crops.     

超高产条件下玉米产量及冠层结构

2011~2012年,选用郑单958为供试材料,以传统栽培模式为对照(CK),研究超高产栽培条件下春玉米的冠层结构。结果表明,超高产条件下春玉米产量及有效穗数均显著高于对照;玉米在超高产栽培条件下,其群体叶面积指数(LAI)均高于传统栽培模式(CK),且LAI最大值的持续天数比CK长。棒三叶及棒三叶以上叶增加幅度明显,与CK均达到显著水平;超高产栽培条件下玉米叶倾角明显小于CK,叶向值增大,群体受光态势较好。叶片光合速率(Pn)均随生育时期的推移而不断降低,在全生育期超高产栽培条件均高于CK,并且在大喇叭口期差异显著;整个生育时期超高产栽培条件的光合势均高于CK。超高产栽培LAI持续天数长,叶倾角小,叶向值大,进而改善玉米群体受光态势,提高叶片光合能力,具有高光效的冠层结构。