水稻根际氮素状况及其利用

A greenhouse pot experiment was conducted with hybrid rice(Oryza Sativa L.) in order to study N Status and utilization in the rhizosphere of rice,The experiment was composed of three treatments:without N,15NH4-N and 15NO3-N .Plant roots were separated from the soil by a nylon cloth,and 1 mm increments of soil,moving laterally away from the roots,were taken and analyzed for various N froms.The labelled N in the plants ranged from 67\51%to 69.24% of the total amount of N absorbed by the rice seedlings with the labelled fertilizer N treatments.This shows that the N in the Plants came mainly from the fertilizers.However,the N absorbed by the rice seedlings accounted for less than 35% of the total amount of the N depletion in the soil near the rice roots,indicating an important N loss in the rhizosphere of rice.The soil redox potential(all treatments)and the concentration of the labelled NO3-N(the labelled NH4-N treatment only) decreased as the distance from the rice roots increased in the rhizosphere of rice.In contrast,the concentration of the labelled NH4-N increased as the distance uincreased in the same soil zone.These results suggested that nifrification occurred in the soil around the rice roots.Therefore,the reason for the N loss in the rhizosphere of rice might be the NO3 movement into the reductive non-rhizosphere soil(submerged) where denitrification can take place.     

氮饥饿水稻利用不同形态氮素的差异及其生理机制

通过水培试验，研究了氮饥饿7d后，恢复供应不同形态氮源对水稻氮吸收和积累及氮同化中关键酶活性和光合色素的影响。结果表明，缺氮促进根系生长，增加根冠比。恢复供氮4d显著增加地上部生物量。铵硝混合营养促进了水稻对氮的吸收和转运，叶片和根系中全氮及叶片中铵态氮的含量以硝酸铵处理最高。与单一铵或硝营养相比，铵硝混合营养增强了根系的谷氨酰胺合成酶和叶片中硝酸还原酶的活性，提高了水稻同化和利用氮的能力。另外，与纯硝营养相比，供应铵态氮显著增加了叶片中总叶绿素，尤其是叶绿素a的含量。因此，改善水肥管理、平衡对水稻供氮的铵硝配比将提高水稻氮素的吸收和利用效率。     

采用叶片光谱反射率预测寒地水稻稻米蛋白质含量

为实现利用水稻叶片光谱指数实时预测稻米蛋白质含量,该研究采集了不同年份中氮素、品种差异下寒地水稻主要生育期（T1拔节期、T2齐穗期、T3结实期）顶部3片叶（L1、L2、L3）的叶片光谱反射率,探究其变化规律以及光谱指数与稻米蛋白质含量的关系,并用P-k、均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）和对称平均绝对百分比误差（Symmetric Mean Absolute Percentage Error,SMAPE）对模型精度进行验证。结果显示：施氮量多则稻米蛋白质含量高,蛋白质含量高的稻米食味值评分低。提高氮肥投入量,叶片反射率在可见光区域内呈降低趋势,而在近红外平台叶片反射率上升。随着生育期的推进,可见光区域内的叶片反射率逐渐上升,叶片反射率在近红外平台表现出先增加后降低的趋势,其变化规律与蛋白质营养转运有着密切联系。对光谱指标和稻米蛋白质含量进行相关分析,T2时期的L2的光谱指数与蛋白质含量的相关性优于其他时期的叶片,其中T2时期L1叶ARI1指标（(1/R550)-(1/R700)）、L2叶CTR1指标（(R695/R420)）以及T3时期L3 叶Rg指标（绿光范围510～560 nm内的最大波段反射率）显示出与蛋白质含量良好的拟合关系,指标验证的P-k分别为0.01、0.01、0.03,RMSE分别为0.19、0.11、0.14,SMAPE分别为1.56%、1.24%、1.44%,其中以T2时期L2叶CTR1指标表现最优,蛋白质含量拟合方程R2为0.75。综上,借助CTR1指标能够实现快捷、无损和实时预测稻米蛋白质含量的目的,达到按质收获以及品质实时监测的要求,促进优质寒地水稻的可持续发展。     

低氮胁迫下水稻叶片叶绿素含量的QTLs

Quantitative trait loci (QTLs) for chlorophyll content of a rice leaf were mapped on to the molecular marker linkagemap of a double-haploid (DH) population derived from a cross between two rice varieties ‘IR64‘ and‘Azucena‘ in bothnutrient solution and soil culture experiments to detect rice nitrogen nutrition status under low N stress. A chlorophyllmeter was used to measure the soil plant analysis development (SPAD) value of the topmost fully expanded leaf as theindex of chlorophyll content that expressed nitrogen status in rice plants. Totally 3 QTLs for SPAD values, two onchromosome 3 located at interval RG179-CDO337 and RG348-RZ329, respectively, and one on chromosome 10 at intervalRZ500-RG134, were detected under stressed conditions of low N in the soil and/or nutrient solution culture experiments.One QTL located at interval RG179-CDO337 on chromosome 3 associated with a relative change in SPAD value from ahigh N level to a low N level in the soil culture experiment was also detected. Based on the different responses to low Nstress between the two parents, it was supposed that the QTLs identified in this study associated with nitrogen efficiencyin rice at low N levels might be useful in applying marker technology to rice breeding programs.     

水稻栽后植株氮素积累特征及其与根系生长的关系

以冈优22、Ⅱ优162和K优047为材料,通过大田试验研究了不同种植方式下水稻秧苗栽后根系和地上部氮素积累的动态特征及其与根重的关系。结果表明,栽后40.d内,地上部及根系氮素积累量呈指数模型增加。茎鞘、发根节和叶片氮含量与根重呈极显著正相关;根系氮含量与根重呈显著负相关;各器官氮积累动态与根重均呈极显著的正相关关系。全生育期植株氮积累量拟合Logistic曲线较好,决定系数在0.988以上,氮素积累量与根重呈显著的正相关关系,生育期越靠前,相关系数值越大。3种种植方式中,自移栽至孕穗期氮积累量以常耕插秧最高,常耕抛秧其次,免耕高留茬抛秧较低;孕穗后免耕高留茬抛秧各器官氮含量最高,氮积累量也逐渐超过常耕抛秧。3个杂交稻组合中,前期以冈优22的氮积累量最高,后期Ⅱ优162增加速率较快,K优047在整个生育期中均最低。     

基于特征转移植被指数的水稻叶片氮素含量定量估算

水稻叶片氮素含量遥感检测是实现水稻精准施肥的前提条件.为了探究利用光谱技术快速、便捷的实现水稻叶片氮素的精准检测,该研究在水稻关键生育期,利用水稻叶片400～1000 nm高光谱反射率信息,利用连续投影法提取敏感波段,在此基础上,提出了一种波段特征转移的植被指数构建思路,构建了由3个波段构成的氮素特征转移指数(Nitr...     

基于高氮投入和基因型差异的水稻氮素营养特征

采用氮素低效品种武育粳3(WY3)、氮素吸收高效品种连粳7(LJ7)和氮素吸收利用双高效品种南粳9108(NJ9)，开展了包括不施氮肥(LN)、适宜或减量氮肥投入(MN, 200 kg/hm2)和过量施氮(HN, 350 kg/hm2)三个条件的田间试验，探究了不同基因型差异的水稻植株整体和关键功能叶含氮量对施氮水平的响应，及其导致的光合特征的变化对氮素利用效率的作用特征。结果表明：在生育后期，氮高效品种的干物质和氮素积累强于氮低效品种。在MN条件下，LJ7和NJ9在齐穗期至完熟期干物质积累量相比WY3分别高46.44%和29.12%，氮素积累量分别高26.28%和32.31%；在该条件下，施用穗肥后27 d的时间段内(灌浆阶段)，WY3的剑叶氮含量降低21.86%,LJ7和NJ9的剑叶氮含量分别降低26.3%和34.74%，降幅次序为NJ9>LJ7>WY3,LJ7和NJ9的剑叶干重、光合速率、气孔导度、单穗重和产量显著高于WY3，氮高效品种的氮素利用效率指标优于WY3。在HN条件下，LJ7和NJ9在灌浆阶段的干物质和氮素积累量仍高于WY3，剑叶干重、气孔导度和单穗重显著优...     

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。     

不同品种玉米氮含量与叶片光谱反射率及SPAD值的相关性

为明确不同玉米品种SPAD值及光谱反射率进行氮素营养诊断的可行性,以华北地区的6个主要玉米杂交品种中单909、隆平206、郑单958、金赛06-9、农华101与登海605为材料,设置0.04、0.4、2.0和4.0 mmol/L 4个氮水平的砂培试验,研究了玉米拔节期氮含量、叶片光谱反射率及SPAD值的处理间差异,及其不同氮水平下玉米氮含量与叶片550 nm处的光谱反射率及SPAD值的相关性。结果表明:来源于氮水平的变异远高于品种及二者交互作用引起的变异,植株氮含量与叶片550 nm处的光谱反射率呈显著负相关关系(R=-0.808 8),氮含量与SPAD值存在极显著的正相关性(R=0.895 6)。因此,通过SPAD值及光谱反射率对华北地区玉米杂交种进行氮素营养诊断是可行的,且用SPAD值来诊断氮素营养状况要比光谱反射率的精确度高。     

傅立叶变换中红外光谱估测水稻叶片氮素含量的研究

通过不同氮素水平的水稻田间试验,在分析测定了水稻叶片叶绿素、氮素等农学参数后,采用傅立叶中红外光谱仪测定了水稻孕穗期叶片干样的透射光谱,利用协同偏最小二乘算法（siPLS）分析选取了傅立叶变换红外光谱估测水稻氮素含量的敏感波段及其组合。结果表明,其最优主成分数是9个,最佳估测建模的波段组合分别为1350.89～1586.57, 1587.53～1822.40 和 3709.41～3943.72 cm-1;建立的水稻氮素预测模型的精度较高,交互验证均方根误差（RMSECV）和预测均方根误差（RMSEP）分别为0.1538和0.1933,预测值与化学分析获得的叶片总氮浓度之间的交互相关系数和独立检验相关系数分别为0.9393和0.6649,高于中红外光谱指数NFS和NFSA的预测精度。说明利用傅立叶红外光谱作为水稻氮含量的诊断技术是可能的,值得进一步验证和完善。     

氮肥运筹对稻田田面水氮素动态变化及氮素吸收利用效率影响

通过大田试验,设计3个不同氮肥水平（0、150、240kgN·hm-2）和两种不同施肥比例（基肥：分蘖肥：穗粒肥=40%：30%：30%、基肥：分蘖肥：穗粒肥=30%：20%：50%）,研究了氮肥运筹对稻田田面水氮素动态变化特征和氮素吸收利用效率的影响。结果表明,稻田田面水NH4＋-N和总N浓度在施肥后第1d达到最大值,随后降低,在施肥后的第7d,分别降为峰值的7.88%～17.84%和29.71%～45.55%。施氮水平介于0～240Nkg·hm-2时,水稻产量随着氮素水平的提高而显著增加,氮素的吸收利用率和偏生产力却随之降低。在高氮水平（240kgN·hm-2）下,与氮肥前移相比（基肥：分蘖肥：穗粒肥=40%：30%：30%）,采用氮肥后移（基肥：分蘖肥：穗粒肥=30%：20%：50%）的施肥比例,水稻产量增加了6.2%、氮素吸收利用率和农学利用率分别提高了30.49%和23.72%,而氮素生理利用率和偏生产力差异不显著,说明适宜的氮肥运筹可以增加水稻的产量,提高氮素的吸收利用率和农学利用率,减少氮素损失。     

不同施氮水平下温室番茄叶片反射光谱特征分析

利用便携式光谱辐射仪测定了温室番茄叶片的光谱反射率,研究了不同施氮水平下特定光谱指数与叶片氮含量、光合速率及产量的关系。结果表明,温室番茄叶片的光谱反射率在可见光波段随供氮水平的升高而降低,在近红外波段随供氮水平的升高而增加。随施氮水平的提高,绿峰的蓝移和红边的红移现象明显,而红谷反射率与光合速率之间的关系可用二次方程拟合,相关系数达0.805。番茄叶片氮含量的敏感光谱波段为580~695 nm,740~900 nm,由695 nm、770 nm两个波段构建的高光谱指数(RVI、NDVI)与叶片氮含量的相关性显著。而基于原始光谱数据对番茄产量的估测也可在温室中得到很好的运用,其中光谱指数RV(I710,680)、VARI700和产量的拟合方程最优。     

不同氮肥运筹模式对稻田田面水氮浓度和水稻产量的影响

通过构建包括不同氮肥类型、氮肥用量、施肥方式和施肥次数的6种氮肥运筹模式,分析了不同氮肥运筹模式对稻田田面水各形态氮浓度变化和水稻产量的影响。结果表明:不同时期施用缓控释肥和尿素后,总氮和铵态氮浓度均在1天达到峰值,硝态氮浓度在2～3天达到峰值,之后逐渐下降趋于稳定。铵态氮为各处理施肥后初期的主要氮形态,1天时铵态氮占总氮比例达50.6%～92.8%,而硝态氮仅占3.8%～22.6%。田面水总氮和铵态氮峰值浓度大小与氮肥类型、施用用量和施肥方式均存在相关性,等氮量施用条件下,田面水总氮和铵态氮峰值浓度大小顺序为撒施尿素处理撒施缓控释肥处理侧深施缓控释肥处理,在N施用量48 kg/hm~2条件下,撒施尿素处理、撒施缓控释肥处理、侧深施缓控释肥处理的总氮和铵态氮平均峰值浓度分别为38.44,16.44,7.55 mg/L和34.39,13.00,3.82 mg/L。等氮施用量和相同施肥次数条件下,基肥采用侧深施缓控释肥的处理4,5,6比相应的撒施缓控释肥的处理1,2,3的产量分别提高2.8%,3.5%,2.7%。基肥采用侧深施缓控释肥和一基一穗2次施肥的处理6的水稻产量,在氮肥总施用量减少30%条件下,仅比基肥采用撒施缓控释肥和一基一蘖一穗3次施肥的处理1的水稻产量减少0.3%。侧深施缓控释肥可以有效降低施肥初期田面水铵态氮峰值浓度,从而减少氨挥发和降低径流流失风险,并在一定程度减量条件下不会对水稻产量产生影响。     

前氮后移对水稻产量形成和田面水氮素动态变化的影响

通过田间小区试验,在施氮量180 kg/hm~2水平下,设置4个氮肥运筹比例,基肥∶分蘖肥∶穗肥的比例分别为10∶0∶0(T1),4∶3∶3(T2),2∶3∶5(T3),0∶3∶7(T4),研究氮肥后移对水稻产量形成和稻田田面水氮素动态变化的影响。结果表明:与氮肥全部作为基肥施用的处理相比,将前期氮肥的30%甚至50%后移到穗肥施用,对水稻产量没有明显影响,而氮肥后移70%至穗肥会使水稻产量显著下降。田面水中总氮(TN)和可溶性总氮(DTN)浓度在每次施肥后1天达到峰值,铵态氮(NH_4~+-N)浓度在基肥和分蘖肥后1天达到峰值,穗肥后3天达到峰值,随后逐渐降低至与不施氮肥处理相当。整个基肥期、分蘖肥后20天内和穗肥后9天内是防止稻田氮素流失的关键期。施尿素后,DTN是田面水氮素的主要部分,DTN以无机氮(IN)为主,而NH_4~+-N在IN中所占比例达64.0%以上。比较水稻生育过程中氮素流失风险期内的TN、DTN和NH_4~+-N三氮浓度,相比T1,T2的三氮浓度分别降低了2.9%,1.6%,3.1%,T3的三氮浓度分别降低了15.5%,14.7%,22.3%,T4的三氮浓度分别降低了16.1%,22.9%,34.1%,结合产量,确定基肥∶分蘖肥∶穗肥比例为2∶3∶5的氮肥后移措施能够在保证水稻产量不下降的同时,有效降低稻田氮素的流失风险。     

四川省龙泉湖表层沉积物与表层水体中各种形态氮含量及其相关关系

以四川省龙泉湖湖泊表层沉积物和表层水体为研究对象,分析了表层沉积物的各种水溶性氮含量和表层水体的硝态氮和氨氮的含量。结果表明,表层沉积物中水溶性总氮、水溶性氨氮和水溶性硝态氮的平均含量分别为6.64,1.22和2.83mg/kg,水体中硝态氮和氨氮的平均含量分别为5.09和0.05mg/L;表层水体和表层沉积物中的硝态氮含量无显著相关关系,但表层水体和表层沉积物中的氨氮含量呈显著正相关,说明表层水体中氨氮可能是由沉积物释放而来。     

两种土壤不同施氮水平对稻田系统的氮素利用及环境效应影响

在非完全淹水稻田中,研究了不同施氮水平分次施氮对植株氮吸收、土壤中氮素的积累和渗漏水氮素污染的影响,结果发现:水稻植株氮积累量随施氮水平的增加迅速提高,但施氮超过225kg/hm2后,水稻吸氮基本保持不变;土壤中的氮累积情况表明,小于75kg/hm2的施氮不利于土壤肥力的保持,超过225kg/hm2后土壤氮累积严重;渗漏水平均含氮浓度与施氮水平密切相关,相关系数为0.943。分次施氮的效果表明,植株吸氮高峰集中在拔节期至孕穗期,土壤氮累积在基肥施后迅速增加,渗漏水含氮量的高峰集中在每次施肥后的小段时间内,特别是基肥施后达到其最大值。这说明通常施用占总施氮量50%以上的稻田基肥可能是引起土壤氮累积、流失和地下水污染的重要原因,应宜减少。     

基于表观反射率的渭-库绿洲植被动态变化分析

使用TM、ETM+图像为基础资料,在求得两者表观反射率的基础上,计算归一化植被指数（NDVI）,结合当地情况对所求得NDVI分成不同量级,分析各不同量级的变化情况从而反映当地的植被动态变化。结果表明:在0.2~0.3,0.3~0.4和0.5~0.8三个灰度级区间两期图像的植被变化情况比较明显。通过对比两期图像灰度级变化,为该区域生态环境综合治理提供新的研究方法。     

不同氮素用量对高肥力稻田水稻-土壤-水体氮素变化及环境影响分析

研究了分次施氮条件下不同氮紊用量对高肥力稻田水稻-土壤-水体含氮量的变化，结果表明：不同施氮水平与植物吸氮置、土壤含氮量以及田面水、渗漏水全氮含量之间具有很强的相关性。但总的来说，氮素利用率不高，有70％～80％左右的化肥氮排入到环境中，对土壤．水体和大气造成污染。在移栽期时，氮紊损失严重。土壤古氮量在水稻生长的前3个时期变化不大，但最终土壤氮素效应明显，低于150kg／hm^2的施氮量不利于土壤肥力的保持。同时用差值法估算出化肥氮对土壤氮的贡献量占化肥氮排入环境量的比例为30％～40％。田面水全氮浓度在每次施肥后第一天达到高峰．一周后全氮浓度显著下降，从环境角度，施肥后一周内是防止田面水氮素流失的主要时期。通过差值法估算的渗漏水中氮含量占化肥氮排入环境氮的比例很小，说明化肥氮当季渗漏淋失的较小。但从总量上却不可忽视，特别是施氮量大于225kg／hm^2时，会对环境造成很大的污染。     

不同水氮条件下水稻冠层反射光谱与叶片水势关系的研究

研究了不同水氮处理对水稻叶片水势及冠层光谱的影响，确立了叶片水势与冠层反射光谱的相关关系。结果表明，水稻叶水势随土壤含水量的升高而升高；在相同干旱胁迫下，低氮处理的叶水势高于高氮处理的叶水势。研究发现，比值指数与归一化指数的比值与水稻叶片水势、相对含水率呈良好的线性相关，从而获得了一种地面遥感监浏水稻全生育期叶片水势的定量方法。     

水稻多组分双向反射模型的建立

在作物多组分双向反射模型的基础上，基于辐射传输原理和水稻群丛结构特征，特别是考虑水稻不同生长时期的特点，建立了水稻的多组分双向反射模型。模拟与实测结果的比较表明：模型基本上能反映水稻多组分反射光谱的角度分布特征，特别是较准确地模拟水稻不同生长期，不同太阳天顶角下，“热点”的右移和乳熟期前向反射中的反射高峰点。分蘖期和抽穗期，水稻冠层“热点”效应在水稻各组分的平均倾角约37°左右时达到最大，然后随平均倾角的增大，“热点”效应明显减弱。从数学的角度，模型计算值与实测值通过了t-检验，证明模拟值是可接受的。