土壤水氮动态及作物生长耦合EPIC-Nitrogen2D模型

为计算农业区不同作物生长条件下土壤水氮迁移转化过程,该文基于Erosion/Productivity Impact Calculator(EPIC)作物模型建立了作物根系生长子模块,将其进行有限元数值离散,与土壤氮素迁移转化模型Nitrogen2D耦合,使模型能计算作物生长条件下土壤水氮迁移转化过程。该作物生长模块可计算多种胁迫下作物根系对土壤水分和氮素的动态吸收速率,及作物收获时的生物量和吸氮量。采用武汉大学灌溉排水试验场冬小麦生长条件下土壤水氮试验数据对模型进行了率定,并用于土壤水氮分布和作物生物量预测,土壤含水率、氮素的模拟值与实测值的一致性系数分别为0.86~0.97、0.52~0.98,Nash效率系数为0.59~0.90(含水率)、0.44~0.93(土壤氮素),说明模拟结果与实测值吻合度较高。同时,分别采用该文的作物生长模块和简单根系吸收模块计算根系吸氮过程,结果显示,简单根系吸收模型会显著高估作物吸氮量,而作物生长模型则由于考虑了根系生长和各环境因子的胁迫作用,计算结果更符合作物实际吸氮过程,计算的根系吸氮量相对均方根误差为3.4%~46%。     

应用ORYZA2000模型模拟水稻产量及吸氮量

通过田间实验,对模拟水稻生长的作物生长模型ORYZA2000的参数进行了校正。然后,应用ORYZA2000模型对不同施N水平下水稻的生物量、产量及地上部分吸N量进行了模拟。结果表明,生物量、产量及吸N量的模拟值和实测值均呈明显的正相关,相关系数分别为0.9638、0.9511和0.8791,模型较好地模拟了水稻的生物量和产量。但是,在穗分化-抽穗期地上部分吸N量的模拟结果欠佳,需要进一步改进。     

灌溉方式与秸秆覆盖优化施氮模式对秸秆腐熟特征及水稻氮素利用的影响

以杂交籼稻‘F优498’为试验材料,研究不同灌溉方式[淹水灌溉(CK)、干湿交替灌溉、旱作]下氮肥运筹与秸秆覆盖优化管理模式(麦秆覆盖优化施氮模式、油菜秆覆盖优化施氮模式以及无秸秆覆盖优化施氮模式)对水稻根系生长、各时期氮素积累以及产量的影响,探讨各灌溉方式下秸秆腐熟及氮素释放规律,明确秸秆腐熟与氮素释放规律对水稻生长的影响及其相关关系。结果表明,淹水灌溉和干湿交替灌溉均较旱作有效地协调各时期水稻地上部、地下部生长,促进各时期氮素吸收利用,提高稻谷产量;而水分生产效率则以旱作为最优,干湿交替灌溉次之,但差异不显著。麦秆、油菜秆的腐熟与氮素释放效率最高峰均出现在移栽后30 d,但腐熟量与氮素释放量受灌溉方式与秸秆种类的影响;油菜秆腐熟量显著高于麦秆,旱作明显高于干湿交替与淹水灌溉;氮素释放量则以麦秆为最优。秸秆覆盖优化管理模式也对水稻各生长指标具有显著影响;淹水及干湿交替灌溉下,麦秆覆盖氮肥运筹优化管理模式有效协调水稻植株各时期的生长,促进氮素吸收利用,最终实现产量的增加;油菜秆覆盖氮肥运筹优化管理模式则在整个生育期均对水稻生长表现轻微抑制效应;而旱作模式下麦秆、油菜秆优化施氮模式覆盖均呈现显著的促进作用,其中油菜秆覆盖优势明显,可作为生产中水资源不足的情况下参考。秸秆腐熟量及氮素释放量与水稻根干重、氮素吸收利用以及产量的相关性分析表明,移栽后30 d秸秆腐熟量与稻谷产量、氮素吸收均呈显著的负相关关系(r=?0.27*~?0.29*),而齐穗期、成熟期氮素释放量与产量及氮素吸收均呈显著的正相关关系(r=0.31*~0.59**);同时,秸秆的腐熟量与氮素释放对水稻根冠比影响较大,其中以齐穗期最为显著(r=?0.27*~0.42**)。协调水稻各时期秸秆腐熟量及氮素释放,特别是移栽后30 d氮素释放量是保证实现水稻高产、高效的重要措施之一。     

不同作物管理技术对水稻氮素吸收和利用的影响

通过2年田间试验,以杂交粳稻甬优1号为材料,研究不同作物管理技术对稻株氮素吸收利用和产量形成的影响。结果表明,水稻超高产集成技术产量提高21.2%,在分蘖期和抽穗期总氮量低于高产管理,但在成熟期总氮量与高产管理相近;在成熟期叶片、茎鞘中氮滞留量及其占总吸氮量的比例减少;穗部吸氮量提高,其占总吸氮量的比例增加。因此,水稻超高产集成技术能促进水稻叶片和茎鞘中的贮藏性氮向穗部转运,在总氮吸收量变化不大情况下,氮素的吸收利用率、氮素的农学利用率、氮素的生理利用率和氮肥偏生产力等均显著提高。     

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。     

水氮耦合条件下番茄临界氮浓度模型的建立及氮素营养诊断

【目的】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,具有明确的生物学意义。探究不同水氮供应对番茄地上部生物量、氮素累积的影响,构建临界氮浓度稀释曲线模型,并基于氮素吸收和氮营养指数模型进行番茄氮素营养诊断,可为番茄水肥一体化提供一定的理论依据。【方法】于2013年在日光温室内进行了盆栽试验,供试番茄品种为金鹏M6088。设置3个灌水量为低水W1(60%70%θf)、中水W2(70%80%θf)和高水W3(80%90%θf),θf为田间持水率;施氮量设置3个水平为低氮N1(N 0.24 g/kg土)、中氮N2(N 0.36 g/kg土)和高氮N3(N 0.48 g/kg土),试验采用完全随机区组设计,共9个处理,每个处理重复15次,研究了不同水氮条件下番茄的地上部生物量、氮素累积及氮浓度的动态变化,构建了番茄不同水分条件下的临界氮浓度稀释曲线模型。【结果】番茄地上部生物量、氮累积量随移栽时间的动态变化符合Logistic模型,不同水氮供应对番茄地上部生物量理论最大值的影响不同,中水和高水条件下,番茄地上部生物量理论最大值随着施氮量的增加呈先增加后减小的趋势;而在低水条件下呈递增趋势,说明适量增施氮肥可以减轻干旱对干物质量累积的抑制;番茄地上部生物量快速累积起始日较氮快速累积起始日晚8 17 d,且不同水氮处理番茄地上部生物量最大生长速率、氮累积量最大累积速率均出现在中水中氮(W2N2)处理;在相同的水分条件下,番茄地上部生物量氮浓度随施氮量的增加而提高,随生育进程的推移呈下降趋势;氮浓度与地上部生物量之间符合幂指数关系,适当增大灌水量可以提高植株对氮的容纳能力,并且可以缓解氮浓度随植株生物增长量下降,使植株稳步有序地生长;不同的水氮供应对番茄产量影响显著,随着灌水量和施氮量的增加,产量显著提高,但当灌水量和施氮量达到一定数量时产量不仅没有提高反而随其增加而降低。【结论】基于临界氮浓度构建的氮营养指数、氮吸收模型对番茄的适宜施氮量诊断结果一致,均以中水中氮(W2N2)为最佳条件,即当灌水量和施肥量分别为62.1 L/plant、15.1 g/plant时,番茄单株产量达到最大(1602 g),构建的模型合理可行。     

氮素运筹对两个晚稻品种产量及其主要构成因素的影响

本研究采用农民习惯施肥、实地氮素管理、实时氮素管理以及实时氮素管理基础上施用基肥,探讨了集约化农田不同氮素管理对水稻品种赣晚籼30（GWX）和博优141（BY）的产量及产量主要构成因素的影响。结果表明,与农民习惯施肥相比,不同氮素优化管理分别对水稻的产量、地上生物量、吸氮量、收获指数和氮收获指数以及穗数、每株实粒数没有显著影响。每个水稻品种的产量与生物量和吸氮量均呈极显著相关性（P0.01）。施用氮肥处理赣晚籼30平均产量为7.8 t/hm2,平均生物量为16.4 t/hm2,地上部平均吸氮量为N 175.6 kg/hm2,博优141的平均产量为8.9 t/hm2,生物量16.1 t/hm2,吸氮量N为 150.6 kg/hm2。氮肥施用后,博优141的产量、收获指数、氮收获指数、每株总粒数、实粒数显著高于赣晚籼30（P0.05）,而博优141的吸氮量、结实率和千粒重都显著低于赣晚籼30（P0.05）。与农民习惯施肥相比,实时氮素管理节肥率最高,实地氮素管理节肥率最小; 基肥施用具有稳产作用。总之,在当前集约化农田管理中,适量减少氮肥施用并不会影响水稻产量及其主要构成因素,但氮肥减施的可持续性有待进一步研究。     

设施栽培黄瓜临界氮浓度和氮营养指数模拟

以黄瓜津春5号为试验材料,采用随机区组设计,2016和2017年分别设置了5个氮浓度梯度,构建了黄瓜地上部生物量的临界氮浓度稀释模型,在此基础上建立了氮素吸收模型和氮营养指数模型。结果表明,黄瓜地上部临界氮浓度与地上部最大生物量之间符合幂指数关系,%Nc=4. 539 7x-0. 06,相关系数为R2=0. 749 6。基于临界氮浓度建立的设施栽培黄瓜氮素吸收(Nupt)模型、氮素营养指数(NNI)模型,可作为设施栽培黄瓜氮素营养状况的判别指标,本试验条件下295. 7～305. 5 kg/hm~2为黄瓜最佳施氮量。     

尿素与复合氮肥增效剂配施对水稻氮素利用的影响

采用^15N-尿素进行盆栽和田间试验，研究了复合氮肥增效剂用量、尿素与复合氮肥增效剂配施对水稻生长、籽粒产量和氮素吸收利用的影响。结果表明，适宜用量（施氮量的20％）的复合氮肥增效剂能显著促进水稻幼苗生长发育；尿素全量配施复合氮肥增效剂不影响水稻生长，能显著提高水稻植株Ndff％、氮吸收总量，氮素利用率和^15N的吸收量,尿素减量5％～15％（即减少施氮7．8～23．7kg／hm^2）配施复合氮肥增效剂基本上不影响水稻生长、籽粒产量和吸氮总量，能显著提高氮素的农学效率、生理效率和氮素利用率；植株吸氮总量、净吸收氮量和^15N总吸收量与不施增效剂的处理相当或有所提高。尿素减量达30％以上配施复合氮肥增效剂，对水稻植株生长和氮素吸收利用产生明显不利影响。尿素与施氮量20％的复合氮肥增效剂配施，不影响大田水稻植株生长和单季产量，能提高氮素利用率，节省氮肥投入达15％。     

增硝营养对不同基因型水稻苗期氮素吸收同化的影响

利用控制条件下的溶液培养方法,研究了增硝营养(NH4+∶NO3-比例为100∶0和50∶50)对4种不同的基因型水稻(常规籼稻、常规粳稻、杂交籼稻、杂交粳稻)苗期生长和氮素吸收同化的影响。结果表明,增NO3-营养可以增加水稻叶片的光合速率,促进水稻对氮素的吸收,提高氮素利用率,进而促进水稻生长;不同基因型水稻在增NO3-营养下氮积累量增幅不同主要是由于其生物量增幅不同,而整株氮素含量增幅差异不大;NO3-的存在可增强谷氨酰胺合成酶和硝酸还原酶的活力,促进水稻对NH4+和NO3-的同化利用,从而增加了氮素在植株地上部的积累同化;籼稻与粳稻相比,杂交粳稻与杂交籼稻相比,前者在氮素吸收利用上均表现出更为明显的优势。     

施氮量和时期运筹对超级杂交稻植株氮含量与籽粒产量的影响研究

以当前长江中下游稻区具有代表性的高产超级稻品种Y两优1号为材料,采用不同施N量与施N时期分配的田间试验,研究施N对超级稻植株N含量与籽粒产量的影响,从而明确超级稻高产的穗肥N施用量和比例。结果表明：随着施N量的增加,超级稻茎叶和籽粒N含量均呈线性升高,而且施N量对生殖生长阶段茎叶N含量的影响更为显著;与总施N量相比,穗肥N对生殖生长阶段各时期茎叶N含量的影响斜率要高1.88、1.02、1.86和2.28倍,而对成熟期籽粒N含量的影响斜率要高3.59倍。分蘖盛期至抽穗期的茎叶N含量与籽粒产量呈显著线性相关,而成熟期茎叶和籽粒N均与籽粒产量表现为二次抛物线关系;通过模拟方程和不同施N比例处理的叶片外观特征均推算出超级杂交稻达到最高产量的穗肥N用量为59.0 kg/hm2,占总施肥量32.8%。对4个时期施N比例进一步分析表明,各处理籽粒产量与由方程计算的最高产量接近,10-50-25-15处理的籽粒产量要高1.7%,说明合理分配部分N作为粒肥更有利于提高超级杂交稻产量。超级杂交稻合理穗肥（和粒肥）N有利于优化成熟期茎叶和籽粒N含量,从而构建超级稻最大库容量,使其达到最高产量水平。     

基于便携式作物生长监测诊断仪的江西双季稻氮肥调控研究

建立基于便携式作物生长监测诊断仪的江西双季稻氮肥调控模型,利用模型推荐穗肥追氮量,实现江西双季稻氮肥追施的精确管理。基于不同株型品种和氮肥处理的田间试验资料,构建了双季稻叶面积指数光谱监测模型,利用拔节期的差值植被指数实时估测叶面积指数,进而结合江西双季稻高产栽培经验和建立的氮肥调控模型,对双季稻穗肥追氮量进行实时推荐,并和当地农户施肥方案和产量进行比较。双季稻关键生育期(分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗期和灌浆期)的冠层差值植被指数DVI(810,720)与叶面积指数均呈显著正相关,线性函数拟合效果优于其他函数。利用独立试验资料对所建模型进行了检验,单生育期的模型预测效果优于全生育期模型;其中,拔节期的光谱监测模型表现最佳,早稻和晚稻叶面积指数的光谱监测模型的R2分别为0.880 6和0.878 8,模型预测早稻和晚稻叶面积指数的均方根误差、相对均方根误差、相关系数分别为0.30和0.25、7.28%和6.18%、0.923 2和0.926 9。氮肥调控模型推荐施肥应用表明,紧凑型品种的穗肥用量高于松散型品种;与农户方案相比,氮肥调控模型推荐施肥的调控方案在产量不降低的情况下减少氮肥用量6.58kg/hm2,提高氮肥农学利用率0.82个百分点、净收益103元/hm2和产投比0.9,而产量比农户方案略高或持平。与传统非定量农户施肥法相比,基于便携式作物生长监测诊断仪的双季稻氮肥调控方法可在保证产量的情况下,减少施氮量,提高氮肥农学利用率,获得更高经济效益,在江西双季稻生产中具有推广应用价值。     

Role of continuous nitrogen fertilization on nutrient composition of leaves sampled at various stages of growth and on yield of yam (Dioscorea rotundata)

Abstract

White yam (Dioscorea rotundata cv. Olonko) was grown consecutively for three growing seasons, i.e. from February to October of 1975, 1976 and 1977, and treated with six levels of nitrogen, viz: 0, 40, 60, 120, 160 and 200 kg N/ha in the field. Leaf samples were taken at four stages of growth as follows: vegetative, tuber formation, tuber development and tuber maturation, and analyzed for NO₃‐N, P, K, Ca and Mg.

Increasing nitrogen fertilization consistently increased leaf‐NO₃‐N, particularly at the vegetative stages of growth, while no consistent trend was established for leaf‐P. Leaf‐K was increased at low rate of nitrogen fertilization during tuber formation and maturation whereas leaf‐Ca increased only at tuber maturation in the presence of higher rates of nitrogen fertilization. There was a marked increase in leaf‐Mg at all stages of growth when N treatment was increased to 200 kg N/ha. A positive correlation (r = 0.84???) was obtained for leaf‐K at the vegetative growth stage with tuber yield, while leaf‐Mg was positively correlated with tuber yield at vegetative (r = 0.46?), tuber formation (r = 0.50?) and tuber development (r = 0.67??) stages. All other elements were negatively correlated with yield at all stages of growth. Tuber yield was highest at the 200 kg N/ha treatment.     

控制灌溉条件下施氮量对杂交籼稻F优498氮素利用效率及产量的影响

【目的】 阐明控制灌溉条件下施氮量对杂交籼稻氮素利用效率及产量的影响,以期为杂交籼稻制定科学合理的灌溉方式和氮肥施用技术提供理论依据。 【方法】 2015—2016年,以超级杂交稻F优498为供试材料,采用单因素随机区组设计,在控制性灌溉方式下设置5个施氮水平处理为N 0、90、135、180和225 kg/hm2,调查了主要生育期水稻生长状况和氮素吸收及转运量。 【结果】 1) 控制灌溉条件下施氮量对水稻产量及氮素利用效率影响显著。在施N 0～180 kg/hm2范围内,水稻产量及灌溉水生产力随施氮量增加而提高,超过此范围则下降。2015年和2016年试验产量分别在施氮量为180 kg/hm2和135 kg/hm2时达到最大值,与土壤肥力和温光条件密切相关。2) 随着施氮量增加,成熟期水稻氮素积累量逐渐增加,氮肥回收利用率、氮肥农学利用率和氮收获指数先增加后降低,而氮肥偏生产力、氮素生产效率、氮肥干物质生产效率和土壤氮素依存率则逐渐降低。氮肥回收利用率与产量呈极显著正相关 (r = 0.92**),施氮量为135 kg/hm2时,2015年和2016年试验中氮肥回收利用率均达到最大值。3) 相关分析表明,控制灌溉条件下,抽穗期叶面积指数、高效叶面积指数、总根长、根表面积和根体积等与产量呈显著或极显著正相关,表明控制灌溉下适宜的施氮量能够促进地上部与地下部协同生长,有利于高产群体的构建。 【结论】 从两年的水稻产量和氮素利用效率来看,控制灌溉条件下,根据土壤肥力和温光条件,杂交籼稻F优498氮肥用量以135～180 kg/hm2为宜。      

不同土壤水势与氮素营养对杂交水稻生理特性和产量的影响

以超级杂交水稻“两优培九”为试验材料,研究了不同土壤水势和氮素营养对其生理特性和产量及氮肥利用率的影响。结果表明, 1）同一土壤水势下,植株地上部分干重与总干重随氮肥水平的提高而提高,而根冠比则降低。2）在同一氮肥水平下,叶片净光合速率、叶绿素a和叶绿素b及其总含量、SPAD值及叶片水势随着土壤水势的降低而降低,而叶绿素a/b、丙二醛的含量和过氧化物酶的活性随之而增加;同一土壤水势下,叶绿素a和叶绿素b及其总含量、SPAD值均随氮肥水平的提高而提高,而叶片水势、叶绿素a/b和丙二醛的含量随之降低。3）在同一氮肥水平下,水稻产量随土壤水势的降低而降低;土壤轻度干旱时,水稻产量高低顺序为高氮中氮低氮;而当土壤水分充足或土壤重度干旱时,则表现为中氮高氮低氮。随着土壤水势的降低,中、高氮处理的氮肥农学利用率降低。试验结果还表明,225 kg/hm2施氮水平在0 kPa土壤水势下有明显的增产效果,过度增施氮肥并不利于水稻增产与氮肥利用率的提高。     

控释氮肥对双季水稻生长及氮肥利用率的影响

为阐明控释氮肥的产量和生态效应,选用N 75和150 kg/hm2两种不同用量的控释氮肥（日本Meister系列）和尿素对比,在南方典型双季稻区第四纪红壤发育的水稻土上进行早稻和晚稻田间试验,观测控释肥氮素田间释放规律及其水稻的生长、产量和氮肥利用率。结果表明,控释氮肥S9和LP70(40%)+LPS100(60%)的氮释放规律分别与早稻、晚稻氮吸收的规律基本一致,且氮累积吸收量与控释肥氮释放率均成显著正相关（相关方程的决定系数R2=0.9764和0.9968）。与N 75kg/hm2用量的尿素相比,早、晚稻施用相同量的控释氮肥分别增产3.6%和9.3%;有效分蘖数和有效穗数明显增加,氮肥利用率分别提高了29.9个百分点和10.4个百分点。施用高氮（N150 kg/hm2）尿素的水稻产量与低氮（N 75 kg/hm2）控释肥相比,差异不显著。控释氮肥N 75kg/hm2用量可以达到尿素N 150kg/hm2的产量水平,氮肥利用率则显著提高,为高产高环境效益的施肥方式。     

干湿交替灌溉与施氮量对水稻叶片光合性状的耦合效应

【目的】探讨干湿交替灌溉与施氮量耦合对水稻光合性状及其效应的影响,从光合源及光合质方面阐明不同水氮组合处理在光合性状上的差异。【方法】以新稻20为材料进行土培试验,设置浅水层灌溉 (0 kPa)、轻度干湿交替灌溉 (–20 kPa) 和重度干湿交替灌溉 (–40 kPa) 3种灌溉方式及不施氮 (N0)、中氮 (MN, 240 kg/hm2) 和高氮 (HN, 360 kg/hm2) 3种氮水平,研究不同水氮耦合处理对水稻产量、叶片叶绿素含量、叶面积指数、叶片氮含量、净光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ的潜在活性和最大光化学效率的影响。【结果】灌溉方式与施氮量存在显著的互作效应,轻度干湿交替灌溉增加了主要生育期叶片叶绿素含量、氮含量、净光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ的潜在活性和最大光化学效率,提高抽穗后群体叶面积指数,且与MN耦合后产量最高,为本试验最佳的水氮耦合运筹模式;重度干湿交替灌溉则显著降低主要生育期叶片叶绿素含量、叶片氮含量、叶面积指数、净光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ的潜在活性和最大光化学效率;在同一灌溉方式下,中氮处理提高叶片净光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ的潜在活性和最大光化学效率,有利于穗后叶片叶绿素含量及叶面积指数提高,重施氮肥反而降低叶片光合及荧光效率。水稻叶片叶面积指数、光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ潜在活力及最大光化学效率与产量均呈显著或极显著的正相关关系。水稻主要生育期光合性状指标的供氮效应均为正效应,轻度干湿交替灌溉下主要生育期叶片叶绿素含量、氮含量、净光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ的潜在活性和最大光化学效率的供水效应及耦合效应均为正效应,而重度干湿交替灌溉的控水及耦合效应则为负效应。【结论】轻度干湿交替灌溉耦合中氮处理水稻叶片净光合速率、光合氮素利用率、PSⅡ的潜在活性和最大光化学效率提高,有利于穗后叶片叶绿素含量及叶面积指数形成,表明通过适宜的肥水调控发挥水氮耦合效应,可以创造良好的光合性状,提高水稻光合生产能力,从而促进水稻高产。     

不同施肥制度对双季稻氮吸收、净光合速率及产量的影响

利用稻田长期施肥制度定位试验,研究了不同施肥处理对水稻氮素吸收、净光合速率及产量的影响。有机物还田能显著促进水稻分蘖、提高有效穗数和叶面积指数。只施用NPK,在分蘖后早稻叶片氮含量急剧下降,与早稻相比,而晚稻的穗肥促进了后期的氮吸收。在CK和施加NPK的基础上秸秆还田明显改善水稻中后期的氮吸收,但对晚稻的效应明显低于对早稻的效应。各处理的叶片以及稻穗氮含量晚稻明显低于早稻。叶片氮含量与叶片净光合速率成显著(早稻r=0.664*)或极显著正相关(晚稻r=0.704**),这说明叶片氮含量缺乏降低了叶片光合能力。有机物还田增产效果显著,在中等施肥水平时,有机物还田可以代替1/3以上的NPK投入。     

干湿交替灌溉与氮肥形态耦合对水稻光合特性及氮素利用的影响

  【目的】  探讨干湿交替灌溉与氮肥形态对水稻光合特性及氮肥利用的影响。  【方法】  以徐稻3号为材料,在防雨棚内按处理数量构建9 m × 1.5 m × 0.4 m水泥池,用于2因素3水平完全区组试验。因素1为灌溉方式:浅水层灌溉 (0 kPa,CK)、轻度干湿交替灌溉 (?20 kPa)、重度干湿交替灌溉 (?40 kPa)。因素2为氮素形态:100%NH₄+-N (NH)、50%NH₄+-N+50%NO₃–-N (1/2NH+1/2NN)、100%NO₃–-N (NN)。在水稻分蘖盛期、幼穗分化始期、抽穗期和成熟期取植株样品,测定水稻根系氮代谢酶活性、叶片光合荧光特性及植株各部位氮素含量。  【结果】  在相同氮肥形态下,轻度干湿交替灌溉根系硝酸还原酶 (NR)、谷氨酰胺合成酶 (GS)、谷氨酸合成酶 (GOGAT)、谷氨酸脱氢酶 (GDH) 活性与浅水对照相比分别增加6.4%～80.4%、8.1%～85.9%、5.1%～61.8%与13.4%～94.0%;叶片光合速率及最大光化学效率得到提升;水稻产量、光合氮素利用率及氮肥农学效率明显提高,重度干湿交替灌溉则抑制根系NR、GS、GOGAT及GDH活性,降低叶片光合速率及最大光化学效率,最终导致水稻产量、光合氮素利用率及氮肥农学效率显著降低 (P < 0.05)。在浅水对照下,NH处理可改善根系氮代谢酶活性,提高叶片光合速率及最大光化学效率,有利于水稻产量、光合氮素利用率及氮肥农学效率的提升。干湿交替灌溉下,铵硝混合处理提高了根系氮代谢酶活性,增加了叶片光合速率及最大光化学效率,提高了水稻产量、光合氮素利用率及氮肥农学效率。相关分析表明,根系GS、GOGAT及GDH活性及叶片光合速率、最大光化学效率与氮素农学效率呈显著 (P < 0.05) 或极显著 (P < 0.01) 的正相关关系,而非光化学猝灭系数则与氮肥吸收利用率呈显著的负相关关系 (P < 0.05)。  【结论】  水稻生长期一直保持浅水层时,供应100%铵态氮可以充分发挥水肥的耦合效应,促进根系氮代谢酶活性,提高叶片的光合速率及最大光化学效率,有利于水稻的高产及氮高效利用。轻度干湿交替灌溉则以施用50%铵态氮和50%硝态氮混合氮肥最佳。     

Impacts of climate change on soil nitrogen kinetics and rice production in Andisol paddy fields

We constructed a new rice growth model, SIMRIW_k, and discuss the impact of climate change on the growth and production of rice plants in relation to soil nitrogen (N) kinetics. We developed a model simulating N availability for rice plants associated with soil N kinetics and rice plant N uptake and combined it with the existing rice growth model SIMRIW to construct SIMRIW_k. The model parameters were determined from rice plant growth and soil N experimental data obtained over 25 years under four soil management regimes. SIMRIW_k successfully simulated the annual changes and upward trend observed during the 25 years in all treatments. The relationship between measured yields and SIMRIW_k calculations in all treatments over the 25 years formed one aggregation defined by the regression equation y = 1.00x and showed a significant correlation (r² = 0.894). According to SIMRIW_k, increasing temperature in the cold season increases the formation of easily decomposable organic N produced under dry conditions and N mineralization during the next warm season, suggesting that rice growth is influenced by both warm-season and cold-season temperatures. We forecast rice yield and soil N kinetics from 2016 to 2100 using SIMRIW_k and climate change predictions based on the IPCC’s climate change scenario RCP8.5. Atmospheric warming, a rise in CO₂ partial pressure, and increased soil N mineralization caused by soil warming will increase rice plant growth, but the decreased radiation absorbed owing to the shortened growing season and high-temperature sterility will prevent any significant change in yield. Furthermore, the acceleration of soil organic N decomposition will decrease soil organic N concentrations. Understanding the influences of climate change on soil organic matter kinetics is absolutely critical for predicting the future soil production capacity.