施氮与灌水对夏玉米产量和水氮利用的影响

通过田间裂区试验,研究了不同灌水量（900、 1200和1500 m3/hm2）和施氮量（0、 150、 210和270 kg/hm2）对夏玉米生长状况、 产量构成及水、 氮利用效率等的影响。结果表明: 当灌水量超过最低量 900 m3/hm2、 施氮量超过150 kg/hm2时,二者对玉米产量、 产量构成因素（穗粒数、 百粒重及穗粒重）和收获指数（HI）以及各生育期干物质积累量等均没有明显影响; 氮肥农学效率和氮肥偏生产力随氮肥用量的增加呈明显降低趋势; 灌水生产效率和水分利用效率随灌水量的增加也显著降低,二者均表现为900 m3/hm21200 m3/hm21500 m3/hm2。因此,在本试验条件下,以W900N150处理的水、 氮利用效率、 产量及其构成因素等较高,并且对环境造成潜在危害最小,为当地地域气候条件下夏玉米生产中节水减氮的较为适宜的水氮配比。     

不同施氮量对冬小麦籽粒灌浆特性的影响

为了解氮素对冬小麦籽粒灌浆过程的影响,2010~2011年在河南温县试验基地进行田间试验,供试品种为平安8号和豫麦49-198(分别用PA-8和YM49-198表示),在120、180、240、360 kg·hm-24个施氮水平(分别用N120、N180、N240、N360表示)下,研究不同施氮量对冬小麦籽粒灌浆特征参数的影响。结果表明:施氮显著增加粒重并具有增产效应,施氮增加粒重的原因主要是延长活跃灌浆期和增加灌浆速率。适宜施氮量对增加快增期的灌浆天数效果显著,两个品种N240处理快增期对最终粒重的贡献率达到了58%,而且提高了灌浆后期的灌浆速率,N180和N240处理表现为明显高于其他处理。说明氮素具有调节灌浆速率、灌浆活跃生长期及灌浆3期划分的作用,提高粒重效果明显。     

不同灌溉模式下氮肥水平对水稻氮素利用效率、产量及其品质的影响

以水稻品种两优培九为材料,研究了大田条件不同灌溉模式下氮肥水平对水稻氮素利用效率及稻米产量和品质的影响。结果表明,干湿交替灌溉（W2）和厢沟灌溉（W3）条件下水稻氮素积累总量、氮素吸收利用率分别比常规灌溉（W1）增加了18.5%、94.6％和22.1％、62.4％;产量分别增加了2.5％和9.1％。中等氮肥（N 180 kg/hm2, F2）处理的水稻氮素农学利用率和吸收利用率分别比低肥（N 90 kg/hm2, F1）处理增加了73.9％和36.2％;产量比不施肥处理（F0）增加了48.9％。水氮互作效应对稻米垩白粒率和蛋白质含量产生显著影响。     

施氮对不同种植密度下夏玉米产量及子粒灌浆的影响

以夏玉米杂交种郑单958为材料,在不同种植密度(52500、67500、82500株/hm2)及不同供氮水平(0、120、240、360kg/hm2)下对玉米子粒产量、产量构成、植株地上部干物质积累、子粒灌浆动态及灌浆过程中的物质代谢状况进行了研究。结果表明,不同施氮水平及种植密度下子粒产量的差异主要是由穗粒数所决定。产量及穗粒数的形成与植株地上部干物质积累密切相关,施氮可明显促进植株地上部干物质积累量的增加。穗顶部与中下部子粒的灌浆动态及物质代谢具有明显的不同,授粉后5～20d,顶部子粒灌浆体积、干重、灌浆速率、总可溶性糖、蔗糖、淀粉含量均明显低于中下部子粒;同化物供应的差异是导致顶部与中下部子粒发育差异的一个重要原因。顶部子粒灌浆体积、干重、总糖、淀粉含量施氮处理高于不施氮处理;施氮可明显促进同化物的积累及向顶部子粒的供应,促进顶部子粒灌浆,减少败育,增加有效粒数,提高产量。     

不同灌溉措施对黄淮海地区冬小麦水氮利用及产量和品质的影响

通过设置不同灌溉处理来研究灌溉次数和时期对黄淮海地区冬小麦产量、籽粒品质和水氮利用的影响。结果表明:浇足底墒基础上拔节期灌一水不仅可获得较高的产量并提高水氮利用效率,减低硝态氮淋失风险,而且可获得较好的物理品质(硬度指数、容重)和蛋白质品质(粗蛋白、湿面筋和沉淀值)及最优的粉质仪质量指数、拉伸仪参数和降落数值。在此基础上增加冻水、开花水、灌浆水等处理的产量增加不显著,各项品质指标没有明显改善,水分利用效率降低,而且显著增加硝态氮淋失风险;因而黄淮海地区最优的节水灌溉模式是浇足底墒基础上拔节至挑旗期灌溉一水。     

喷灌与地面灌溉条件下冬小麦籽粒灌浆过程特性分析

为比较喷灌和地面灌溉条件下冬小麦籽粒灌浆过程特性的差异,进而探讨喷灌对作物产量形成的影响机制,该研究以百农矮抗58为试验材料,采用大田试验的方法,应用Richards模型对喷灌和地面灌溉条件下冬小麦强势粒、弱势粒的籽粒灌浆过程进行了模拟。建立在Richards模型基础上的籽粒生长分析显示：与地面灌溉相比,喷灌处理使冬小麦强势粒、弱势粒的千粒质量均显著性提高。灌浆特征参数的比较表明,喷灌处理使冬小麦强势粒、弱势粒的起始势增强,到达最大灌浆速率的时间提前,平均灌浆速率和最大灌浆速率均增大。阶段灌浆特征参数的比较表明,在籽粒灌浆的前期,喷灌处理使冬小麦强势粒、弱势粒的灌浆持续期缩短,平均灌浆速率增加;在籽粒灌浆的中期和后期,喷灌处理使强势粒的灌浆速率均得到了提高,但对其灌浆持续期没有显著影响,使弱势粒的灌浆持续期均延长,灌浆速率均得到了提高。总体上讲,喷灌处理对弱势粒粒质量的影响程度大于强势粒,表明喷灌提高冬小麦的千粒质量主要是通过提高弱势粒的千粒质量来实现的。     

结实期土壤水势对水稻籽粒品质及其粒间差异的影响

为探讨结实期土壤水分对水稻籽粒品质的影响, 以中熟籼稻“扬稻6 号”和中熟粳稻“扬粳9538”为材料, 在盆栽条件下, 研究了不同土壤水势(0 kPa、-15 kPa、-30 kPa、-45 kPa)对水稻籽粒品质的影响, 并进一步探讨了不同粒位间的差异。结果表明, 结实期土壤水分对稻米籽粒品质有较大影响, 且影响程度因品种、粒位不同而异。与对照(0 kPa)相比, 土壤轻度胁迫(土壤水势在-15~-30 kPa 之间)籽粒的精米率、整精米率和崩解值增加, 垩白度和消碱值降低; 不同粒位间比较, 土壤轻度胁迫对水稻穗上二次枝梗或同一枝梗上较迟开花籽粒的影响较大。随土壤水势进一步降低稻米品质变劣。在0 ~ -45 kPa 范围内, 随土壤水势的降低,粗蛋白含量和胶稠度增加。灌浆期土壤轻度落干(土壤水势在-15 ~-30 kPa)有利于稻米品质的改善。     

水肥条件与稻草还田对土壤供氮及水稻产量的影响

通过2年田间裂区试验,研究了不同灌溉和施肥条件下,稻草还田对土壤供氮特征及产量的影响。结果表明：（1）上年晚稻稻草还田提高了来年早稻期间土壤NH4^＋-N浓度;配施氮肥后,新鲜早稻稻草还田也增加了晚稻期间土壤NH4＋-N浓度,但在不施氮肥情况下,淹水灌溉稻草还田处理的土壤NH4^＋-N浓度要低于移走稻草处理,间歇灌溉下稻草还田处理的土壤NH4^＋-N浓度仍高于移走稻草处理。（2）稻草还田能促进水稻中后期植株对氮素的吸收及生物量的累积。（3）稻草还田能增加水稻产量,早稻增产幅度为6.85%,晚稻为8.17%;施用氮肥后稻草的增产效应要显著高于不施氮肥,早、晚稻增产分别为9.18%和5.83%。稻草还田主要通过影响有效穗数来影响产量。水稻生长季节、灌溉模式和施肥条件对稻草还田的增产效应存在交互作用,早稻的最佳处理组合为“连续淹灌＋稻草还田＋配施氮肥”,晚稻的最佳处理组合为“间歇灌溉＋稻草还田＋配施氮肥”。     

Comparison between rice grain yield predictions using artificial neural networks and a very simple model under different levels of water and nitrogen application

It is important to model water and nitrogen requirements for rice yield in order to improve production. In this study, an artificial neural network (ANN) was used to predict rice grain yield under different water and nitrogen application. Grain yield was predicted based on five variables: nitrogen application rate, seasonal amount of applied irrigation water, plant population, and mean daily solar input before and after flowering. Furthermore, the ANN method was compared with a very simple model (VSM) for prediction of rice grain yield. Two approaches were considered for ANNs. In the first (local partitioning), rice grain yield and variable data from the south of Iran were used for training, and the network was then tested using independent data from the north of Iran. In another approach, the data for both experiments were mixed and randomized dividing was applied (stochastic partitioning). The results showed that stochastic partitioning networks are more accurate than local partitioning networks. Comparison between ANN and VSM results showed that using ANNs gives a more accurate prediction of grain yield. Therefore, ANNs with stochastic partitioning of data is an accurate method to predict rice grain yield using readily available inputs.     

春季施氮方式对小麦子粒灌浆的调控及其生理机制

以河北平原区主栽品种石新733和石麦12为材料,研究了春季节水灌溉条件下,等氮量下春季不同追施方式对小麦子粒灌浆特性的影响及其生理机制。结果表明,在适宜追氮量条件下,与拔节初期一次施氮处理（SF）相比,拔节初期和挑旗期两次施氮（DF）使灌浆期间强、弱势子粒的玉米素（Z）+玉米素核苷（ZR）含量、体积、鲜重和干重增加,但以弱势花子粒的增加幅度较大。DF提高了灌浆期间植株上位叶的可溶蛋白含量、可溶性糖含量和叶绿素含量,增加了灌浆期间的单茎绿叶面积和叶／粒比值;使成熟期供试品种的千粒重、单株穗粒重和抗旱性强的品种石麦12 产量均显著增加,表明春季分次施氮具有改善小麦子粒灌浆和增产的作用。研究还表明,分次施氮增大子粒库容和改善子粒灌浆特性与氮素后移增加子粒的Z+ZR含量有关。植株光合和群体质量的改善是分次施氮下供试品种强弱势子粒,尤其是弱势子粒粒重增加的重要生理基础;施氮方式对不同抗旱性小麦品种光合特性和子粒灌浆的调控效应有所不同。     

施氮量和底追比例对小麦氮素吸收利用及子粒产量和蛋白质含量的影响

在大田栽培条件下,运用15N示踪技术研究了不同施氮量和底追肥比例对小麦氮素利用和子粒产量及蛋白质含量的影响。结果表明,施用氮肥提高了小麦植株的氮素积累量、子粒产量、蛋白质含量和蛋白质产量。相同施氮量条件下增加追肥氮的比例,提高了氮肥农学利用率和吸收利用率,增加了植株地上部器官(子粒+营养器官)中追肥氮、土壤氮的积累量,提高了营养器官中氮素的转运量和开花后氮素的同化量,增加了子粒蛋白质含量。相同的氮素底追肥比例条件下,将240.kg/hm2施氮量降至168.kg/hm2的处理,氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率、氮肥偏生产力提高,子粒中土壤氮的积累量增加,植株地上部器官中土壤氮的积累量亦增加,开花后氮素同化量提高,子粒蛋白质含量增加。各施氮处理间子粒产量无显著差异。在本试验条件下,施氮量为168.kg/hm2且全部于拔节期追施是兼顾产量、品质和效益的优化处理。     

施氮量对不同品质类型小麦产量和加工品质的影响

为了明确施氮量与不同品质类型小麦的产量和品质的关系,选用强筋小麦济麦20、 皖麦38和中筋小麦京冬8、 中麦8共2种品质类型4个小麦品种,研究了施氮量对其产量性状和加工品质的影响。结果表明,在施氮量N 0-360 kg/hm2的范围内,增加氮肥用量可以有效缓解叶绿素降解,抑制旗叶全氮含量降低,缓解叶片衰老,延长旗叶功能期; 强筋小麦品种比中筋小麦品种旗叶叶绿素含量和氮素含量下降缓慢。子粒产量和蛋白质产量随施氮量的增加逐渐提高,施氮N 270 kg/hm2时达到最大值,增加到360 kg/hm2时子粒产量和蛋白质产量均开始下降。强筋小麦蛋白质产量和子粒产量高,中筋小麦穗数、 穗粒数多,千粒重高。施氮有利于子粒出粉率、 硬度、 蛋白质含量和沉降值的提高。施氮N 180 kg/hm2时可以显著延长面团形成时间和稳定时间,降低吸水率,面包总体评分最高。强筋小麦硬度大,蛋白质含量、 出粉率和沉降值高,面团形成时间和稳定时间长,面包体积大、 评分高。     

氮素对玉米灌浆期叶片光合性能的影响

以玉米自交系齐319(Q319)为材料,采用单株盆栽种植方式,借助叶绿素荧光快速诱导动力学曲线和820 nm光吸收曲线,研究了氮素对玉米灌浆期叶片光合性能的影响。2年研究结果表明,在本试验条件下,氮素对Q319灌浆期叶片叶绿素含量无明显提高作用,但其净光合速率(Pn)和单株干物质积累量、子粒产量显著增加。JIP-test分析表明,氮素显著提高了叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心电子供体侧和受体侧性能;显著提高了Q319 PSⅡ反应中心电子受体侧之后的电子传递链性能,增强了电子由PSⅡ向PSⅠ的分配,从而显著地提高了PSⅡ与PSⅠ之间的协调性。可以认为,施氮后灌浆期叶片叶绿素含量的变化不是Pn提高的主要原因,而两个光系统性能的改善及二者间协调性的提高增强了光合电子传递链的性能是灌浆期Pn升高与成熟期产量增加的主要原因。     

Nitrogen metabolism in flag leaf and grain of wheat in response to irrigation regimes

Although scarcity of irrigation water is one of the key limiting factors for wheat production in many regions of the world, by using partial irrigation at strategic times during the growing season, it might be possible to enhance productivity. We measured the changes in various parameters related to nitrogen (N) metabolism in flag leaf and grain of wheat (Triticum aestivum L.) plants (cv. Jinan 17 and Lumai 21), which were subjected to five irrigation regimes until physiological maturity. Severely deficient or excessive irrigation during grain filling decreased the photosynthetic rate (A), the concentrations of N, free amino acid, and soluble protein, as well as the activities of nitrate reductase (NR) and glutamine synthetase (GS) and increased malondialdehyde (MDA) accumulation and endopeptidase (EP) activity, though grain protein concentration might mainly depend on genotype. The activities of NR and GS were significantly positively correlated with A, but those of EP were significantly negatively correlated with A. The results indicate that while severe water stress aggravates the adverse effect on nitrogen metabolism, excessive soil moisture is also not useful during the grain‐filling stage, resulting in lower grain yield and quality. Our results suggest that applying an optimal irrigation regime in wheat fields still plays an important role in the improvement of grain yield and quality.     

玉米灌浆期渍水对产量及氮磷淋失量的影响

为了阐明渍害对土壤养分淋失及产量的影响,采用测坑控制排水试验,研究了玉米灌浆期渍水对土壤溶液中全氮、全磷及玉米产量的影响。研究表明,玉米灌浆期渍水土壤溶液全氮质量浓度最大值出现在渍水后的第5天,渍水30cm和渍水50cm全氮质量浓度最大值分别达到2.037和1.833mg/L,全磷质量浓度在渍水后的3d达到最大值分别为0.163和0.148mg/L。渍水深度30cm超过3d和渍水深度50cm超过5d均会造成玉米产量显著减少。因此,在雨季适当控制地下水位和渍水天数对玉米灌浆期的籽粒形成非常重要。该研究可以为农田控制排水设计和管理提供依据。     

施氮对杂交谷子产量与光合特性及水分利用效率的影响

【目的】随着杂交谷子高产特性的凸显和栽培技术研究的不断深入,确立高产条件下的合理施肥方案具有重要现实意义。本文设定了不同氮素水平,研究施氮量对谷子生物量、产量、光合特性及水分利用效率（WUE）的影响,以确定杂交谷子高产的合理施氮方案。【方法】以张杂5号谷子为对象,采用田间小区试验,设施氮量0、 100、 200、 300（分3次施）、300（分2次施）、400 kg/hm2 共6个氮素水平（N0~N5处理）,通过测定杂交谷子籽粒产量、生物量、农田耗水量和光合特性,分析施氮与杂交谷子产量、光合特性及水分利用效率（WUE）之间的关系。【结果】谷子产量、光合特性及WUE与施氮水平密切相关。不同施氮处理谷子生物量比对照N0处理增加了26.33%~87.21%,处理间差异显著。谷子籽粒产量以N3（300 kg/hm2,分3次施）和 N5（400 kg/hm2）处理较高,分别为8202 kg/hm2和8537 kg/hm2,两处理间差异不显著。各生育阶段谷子的耗水特征变化趋势不同。生育前期耗水变化不明显,拔节-抽穗期谷子农田耗水量以N0处理日均耗水量最大;在生育后期N0处理耗水量最小,N3 耗水量最大。全生育期谷子总耗水量处理间差异较小,以N1（100 kg/hm2）处理总耗水量最大。杂交谷子叶片的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均以N0处理最小,N3处理为最大。籽粒水分利用效率、生物水分利用效率及单叶水分利用效率均以N3处理为最高。本试验条件下,施氮量为400 kg/hm2 时,虽获得了最高产量,但与施用N 300 kg/hm2 差异不显著,且水分利用效率较低,说明高量施氮的增产效果不明显。【结论】氮素的合理使用协调了水氮关系,提高了水分利用效率。同时,施氮还提高了杂交谷子的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度。施氮量相同,但施肥时期不同,产量和WUE也差异显著。谷子生育前期大量施肥降低了营养物质向籽粒的转移,产量较低。因此,推荐施氮 300 kg/hm2（分3次施）作为本地区杂交谷子高产高效的合理施氮量。     

不同降水年型水氮运筹对冬小麦耗水和产量的影响

灌水和施氮是影响农田生态系统粮食生产的2个主要因素,但其增产效应和资源利用效率会受降水年型的影响。该研究基于2011—2014在陕西关中平原进行的3 a冬小麦水氮耦合试验,分析了不同降水年型下水氮管理对土壤含水率、籽粒产量、耗水量(water consumption,ETa)及产量与耗水量关系的影响。结果表明:7—9月总降水量每增加1 mm,小麦播前0~180 cm土壤底墒增加0.47 mm。随着灌水量增加,产量和ETa均增加,但仅在降水较少的2012—2013年增产显著,对水分利用效率(water use efficiency,WUE)的影响不显著;随着施氮量增加,ETa变化不显著,但其增产效果显著,使WUE显著提高,表明施氮增加了作物蒸腾占农田耗水量的比例。根据3 a各处理冬小麦产量和ETa数据,进一步探讨了在一定水分消耗下能达到的最大(边界)产量和WUE,建立了关中平原冬小麦的产量-耗水量边界方程;当ETa超过388 mm时,产量稳定在8 184 kg/hm2,WUE的最大值为2.52 kg/m3。研究可为制订合理的冬小麦水肥管理措施提供科学依据。     

干湿交替灌溉下水氮耦合对沸石处理稻田产量和水氮利用的影响

为了明确斜发沸石在干湿交替稻田中的应用潜力,运用离心机法测定不同斜发沸石处理下稻田土壤水分特征曲线,分析了斜发沸石对土壤持水性能的影响;运用自动遮雨棚蒸渗仪进行了灌溉-施氮-沸石的综合水稻栽培试验,明确了斜发沸石和氮肥对干湿交替稻田阳离子交换量、产量、水氮利用率及稻米蛋白质含量的影响及机理。结果表明:稻田土壤基质势在-35~0 k Pa范围内,增施斜发沸石可明显提高土壤持水性能,改善土壤水分状况,在持续淹灌和干湿交替灌溉条件下均能提高水分生产率,且后者更为明显;增施斜发沸石可增强土壤阳离子交换量,从而提高保肥能力和氮肥利用率,尤其是10~15 t/hm2的斜发沸石同105 kg/hm2的氮肥混施可显著提高氮肥农艺利用率和稻米蛋白质含量;增施斜发沸石可增产4.7%~16.8%,且可优化水肥耦合,避免在高氮水平下干湿交替灌溉增产效果低于持续淹灌的现象。与常规施氮的淹灌稻田相比,干湿交替灌溉稻田施用10 t/hm2斜发沸石和105 kg/hm2的氮肥,可减少27.8%的耗水量和33.3%的施氮量,增产10.6%,进而显著提高氮肥利用效率(89.2%)和水分生产率(52.5%),且这些正效应至少可持续2年。     

不同水氮水平冬小麦干物质积累特征及产量效应

为了阐明灌水施氮对冬小麦干物质积累和产量形成的影响机制,通过2012-2014年在关中平原进行的3个灌水水平、4个施氮水平的田间试验,采用Richards生长曲线对干物质积累过程进行拟合,定量分析了干物质积累过程的动态特征和产量效应。结果表明灌越冬水和拔节水均能显著延长干物质积累的总时间,使最大干物质量由雨养下的10 831提高到灌两水条件下的13 813 kg/hm~2。氮肥显著提高了干物质积累过程的平均速率和最大速率,缩短了达到最大速率的时间,使最大干物质量由8 001(不施氮)提高到14 112 kg/hm~2(施氮210 kg/hm~2)。年份主要通过控制进入快速生长期和达到最大速率的时间来影响干物质量积累过程。灌水的产量效应年际变异较大,在2013和2014年分别通过增加千粒质量和每平方米粒数来影响产量,2013年千粒质量由雨养下的35.8提高到灌两水下的41.7 g,2014年每平方米粒数由雨养下的13 833增加到灌两水条件下的15 749粒/m~2。氮肥主要是通过增加每平方米粒数来提高产量,由不施氮下的10 414增大到施氮210 kg/hm~2条件下的15 911粒/m~2,继续增施氮肥对产量及产量构成要素影响不大。产量和每平方米粒数均与干物质积累过程的平均速率和最大速率呈显著正相关性,表明在该研究地区小麦产量主要受氮肥限制。该研究为干旱半干旱地区合理调控水肥措施,实现作物高产高效提供科学依据。     

水稻籽粒灌浆的发育遗传与分子生态特性研究

本文从发育遗传生理和分子生态学角度, 综述了近年来国内外研究水稻籽粒灌浆的现状与存在的问题。提出了水稻籽粒发育与物质充实涉及信号传递与多基因调控及其与环境互作的分子生态学过程。强、弱势粒由于基因时空表达模式和功能蛋白作用方式的不同, 导致不同粒位胚乳细胞发育程序、籽粒灌浆速率和干物质重的明显差异。已有研究结果表明, 强势粒发育灌浆早、充实快, 具有明显的遗传稳定性; 而弱势粒发育灌浆起步晚, 充实度较差, 易受环境调控。通过分子遗传改良和分子生态调节是改善弱势粒胚乳细胞健康顺利发育, 实时启动灌浆充实, 提高结实率和千粒重, 最终实现高产的两条有效途径, 已成为世界各国优先研究的领域。本文认为籽粒灌浆为何存在一个滞育期(stagnant phase), 强弱势粒在这一发育阶段基因表达和功能作用为何存在差异是值得深入研究和回答的科学问题。