15N示踪技术在植物N素营养研究中的应用及进展

近年来,由于氮肥利用效率的不断下降,植物氮素的营养学研究更是日益受到重视。氮肥利用率受施氮水平、施用方法、土壤性状、气象条件、品种类型等多种因素的影响,平均利用率只有30%-35%。减少氨的挥发和反硝化作用,选育氮高效、耐低氮品种是提高氮素利用率、减少环境污染与资源浪费和实现农业可持续发展的主要途径。本文简要概述15N标记技术尤其是示踪技术在植物氮素的吸收、利用及分配等方面的应用及近年来的研究进展。     

中国水稻土酸化时空变化特征及其对氮素盈余的响应

针对水稻土酸化造成作物减产和严重污染环境的问题,收集了1979—1985年全国第二次土壤普查成果和2015—2017年水稻土质量等级调查成果,结合2005—2015年全国测土配方施肥数据,采用空间分析和统计分析方法,分析了1979—2017年,39年间中国水稻土pH值空间分布的变化;计算了39年间不同水稻土pH值分级和区域的水稻土酸化速率,探讨了39年间氮肥投入变化量和土壤理化性质与水稻土酸化速率的关系;估算了2015—2017年水稻土单位面积氮素盈余量,并进一步量化了氮素盈余量与水稻土pH值变化量的关系。结果表明:39年间水稻土受土壤酸胁迫程度加剧,特别是水稻土由酸性(pH值为5.5~6.5)转变成强酸性(pH值小于等于5.5)的面积比例增加,这主要集中在长江中下游中部、南部和华南区中部、南部。39年间水稻土平均pH值下降了0.26,其中,东北区、长江中下游区、华南区平均pH值分别下降了0.34、0.29和0.58,西南区平均上升了0.14。39年间水稻土酸化速率从大到小依次为碱性水稻土、中性水稻土、酸性水稻土、强酸性水稻土,区域上水稻土酸化速率从大到小依次为东北区、华南区、长江中下游区、西南区。39年间,氮肥投入量和土壤容重变化量与水稻土酸化速率存在极显著的正相关关系,有机质含量和耕层厚度变化量与水稻土酸化速率存在极显著的负相关关系。2015—2017年,氮素盈余量与水稻土pH值变化量呈显著的负相关关系,氮素盈余量增加会造成水稻土酸化加剧。划定了3类水稻土治理分区,提出“治酸、防酸、控酸”的总体策略,并分区域制定了治理措施,可为水稻土酸化阻控和地力提升提供参考。     

氮密互作对夏玉米物质生产及氮素利用的影响

以夏玉米杂交种郑单958为材料,对不同种植密度和不同施氮水平下夏玉米的物质生产和氮素利用状况进行了研究。结果表明,在中(67 500株/hm2)、高(82 500株/hm2)密度下,氮肥对玉米单株物质生产能力的调控作用更为明显,并主要是通过影响穗粒数来实现的。适量施氮,可促进顶部子粒发育,减少败育,使秃尖缩短、瘪粒数减少,增加穗粒数,增加产量;促进植物体吸收的氮素高效地向籽粒中分配,提高氮肥的利用效率;使玉米叶片维持较高的光合性能,为籽粒形成提供充足的光合碳量,并促进营养体碳氮向子粒运转。     

种植密度对两种穗型冬小麦品种干物质和氮素积累、运转及产量的影响

在大田试验条件下,研究了不同种植密度对两种穗型冬小麦品种干物质和氮素积累、运转及其籽粒产量的影响.结果表明,两种穗型冬小麦品种花前植株干物质及贮藏氮素运转量均以适宜的低密度处理表现较高,其中干物质运转量以茎鞘最高,氮素运转量以叶片最高;花后植株干物质及贮藏氮素运转量两品种间表现不一致,大穗型品种兰考矮早八花后干物质及贮藏氮素运转量以最低密度的C1(300万株/hm2)处理最高,多穗型品种豫麦49-198则以较高密度的B3(225万株/hm2)处理最高;干物质对籽粒贡献率花前两品种均以较低密度处理表现较高,花后则以较高密度处理表现较高;贮藏氮素对籽粒氮素贡献率兰考矮早八花前以中间密度处理表现较高,豫麦49-198则仍以较低密度处理较高.成熟期兰考矮早八籽粒产量、淀粉产量及蛋白质产量均以C2(375万株/hm2)密度处理最高,豫麦49-198则以B2(150万株/hm2)处理最高.     

半干旱区全膜覆土穴播对小麦土壤氮素矿化、 无机氮及产量的影响

研究全膜覆土穴播对半干旱区小麦土壤氮素矿化及无机氮的影响,为优化田间氮肥管理措施提供理论依据。于2014 ～ 2017 年在甘肃省中部半干旱区设置定位试验,设全膜覆土穴播(MS)、传统地膜覆盖穴播(M)、露地穴播(CK)3 个处理,研究各处理对春小麦生育期土壤氮素矿化、无机氮及产量的影响。结果表明,MS 较M 处理增加了耕层0 ～ 20 cm 土壤水分含量,提高了0 ～ 15 cm 土壤氮素矿化速率,显著增加了土壤和矿质氮净矿化量,较传统地膜覆盖(M)分别显著提高29.02% 和27.81%。MS 处理增加了0 ～ 20 cm 土层土壤无机氮含量,且以为主,降低了40 ～ 200 cm 深层土壤和无机氮含量, 含量变化不明显。从小麦生长阶段看,小麦生长早期T2 ～ T4(14 ～ 62 d)阶段矿质氮表现为净固持,小麦生长中后期T5 ～ T7(63 ～ 116 d)阶段表现为净矿化,小麦全生育期表现为净矿化,MS、M、CK 处理矿质氮净矿化量分别为23.9、18.7、8.5 mg/kg;在小麦生长中期T5(63 ～ 75 d)阶段MS 处理土壤氮素净矿化速率[1.61 mg/(kg·d)]达到最大,较M[1.39 mg/(kg·d)]和CK[0.27 mg/(kg·d)]分别显著提高15.83% 和496.30%。从小麦产量及水分利用效率看,MS 较M 分别显著增加8.81% ～ 59.45% 和5.91% ～ 22.15%。因此,在本试验条件下,全膜覆土穴播改善了土壤的水热条件,提高了土壤氮素的矿化速率,增加了土壤氮素的有效性,提高了土壤氮素供应能力,显著提高了产量和水分利用效率。     

基于冠层覆盖度的玉米植株临界氮浓度模型构建与产量预测

  【目的】  依据临界氮浓度稀释原理,构建基于冠层覆盖度的覆膜滴灌玉米植株临界氮浓度稀释曲线,并通过氮营养指数和氮累积亏缺量模型对玉米氮营养状况进行诊断和评价,以期达到基于该模型的玉米产量预测。  【方法】  于2019—2020年,在宁夏引黄灌区开展了4个氮肥用量(0、120、240、360 kg/hm2)田间试验,采用滴灌水肥一体化技术,氮肥按照苗期10%、拔节—大喇叭口期45%、抽雄—吐丝期20%和灌浆期25%的比例分8次随水追肥。在玉米关键生育时期测定农学参数和图像参数,分别测定了地上部生物量、植株氮浓度和产量,建立和验证基于冠层覆盖度的玉米植株临界氮浓度经验模型。  【结果】  基于冠层覆盖度的玉米植株临界氮浓度、最大氮浓度和最小氮浓度模型R2分别为0.917、0.843、0.873。临界氮浓度模型检验参数RMSE和n-RMES分别为 0.242和 11.753%。以冠层覆盖度为基础的氮营养指数和氮累积亏缺量推算出玉米最佳施氮处理为240 kg/hm2。不同生育时期氮营养指数、氮累积亏缺量与相对产量的关系极显著,R2均不小于0.922,且大喇叭口期和抽雄期R2值最高。采用独立试验验证表明,在大喇叭口期和抽雄期表现出稳定的模型性能,R2值≥0.944,n-RMSE均≤9.089%。在大喇叭口期和抽雄期,氮营养指数、氮累积亏缺量与相对产量呈极显著相关,能准确地解释受氮素限制和不受氮素限制生长条件下相对产量的变化。  【结论】  基于冠层覆盖度构建的植株临界氮浓度稀释曲线可准确判断和评价玉米拔节期至吐丝期的氮素营养状况,依据氮营养指数、氮累积亏缺量与相对产量所构建的关系模型可对玉米产量进行准确估计,其为玉米生长过程中氮肥的精确管理和产量预测提供了一种简便的新方法。     

甘薯叶光合特性与块根主要性状对氮素供应形态的响应

为探明甘薯叶光合特性与块根主要性状对不同氮素形态供应的响应特点,以徐薯18为研究对象,在盆栽条件下,设置铵态氮、 硝态氮和酰胺态氮3种氮素处理,研究不同形态氮素供应对甘薯叶光合特性、 块根产量与品质性状影响的差异。结果表明,在移栽后30 d 和50 d 时,酰胺态氮处理叶片叶绿素含量(CCI)为最高,70 d时,铵态氮处理的CCI最高;铵态氮处理显著提高叶片的光合速率与有效辐射(PAR);氮素处理明显提高甘薯块根产量,其中,铵态氮处理较硝态氮和酰胺态氮处理块根产量分别增加10.6%与17.2%,增产显著(P0.05);铵态氮处理提高甘薯块根的淀粉率和蛋白质含量,而酰胺态氮处理增加可溶性糖和还原糖含量;铵态氮处理有利于增加甘薯淀粉最高粘度值（PKV）、 崩解值（BDV）和回复值（CSV）,而硝态氮处理促进最低粘度值（HPV）和最终粘度值（CPV）的上升。     

大气CO_2浓度富集对华北平原农田土壤可溶性碳含量的影响

<正>由温室气体排放导致的气候变化是当前全球关注的热点问题之一[1]。化石燃料燃烧、水泥生产、土地利用变化等人类活动向大气中排放大量CO2,进而引起全球变暖和地球系统碳循环过程的显著变化。研究表明,大气CO2浓度已由1870年的280μmol mol-1增加至2005年的379μmol mol-1,目前仍以1.9μmol mol-1a-1的速率急剧攀升;同期地表温度平均增加了0.74℃(变幅0.56~0.92℃)[2]。根据《中国应对气候变化国家方案》     

猪舍不同发酵床垫料氨挥发与氧化亚氮排放特征

为了探明发酵床养猪过程中的氨挥发与氧化亚氮排放特征,分别选取3种不同原料的发酵床:稻壳+锯木屑(FD)、稻壳+菌糠(FJ)、稻壳+酒糟(FW)作为研究对象,采用静态箱法收集气体,对1个养猪周期内(140 d)的氨挥发和氧化亚氮排放量进行测定。结果表明,3种垫料的氨挥发高峰期呈现出一定的时间顺序:FW主要出现在饲养前期,FJ出现在前中期,而FD则集中在饲养中后期。3种垫料的氨挥发总量具有显著性差异,FW发酵床在整个养殖周期内的氨挥发总量最大,为9.06 kg;其次是FJ,氨挥发总量达到4.83 kg。3种发酵床垫料的氧化亚氮排放规律具有一致性,即排放高峰期主要集中在饲养中后期;其排放总量同样具有显著性差异,同氨挥发总量一样,FW的氧化亚氮排放总量最高,达到2.06 kg;其次是FJ,氧化亚氮排放总量为1.74 kg。通过物质流分析发现,以氨气和氧化亚氮转化损失的氮量占氮素总损失量的23%~36%,说明气体转化是发酵床养猪过程中氮素的主要损失途径之一。     

生物质灰渣与化肥混合对氨挥发的影响

采用室内恒温培养,碱液吸收法测定灰渣-化肥中氮的挥发量,研究了锯木灰、谷壳灰、玉米灰、水稻灰分别与不同化肥配比下,在一定时间内的氨挥发规律。结果表明:四种灰渣在N1、N2、N3水平下,随着时间的增加氨的挥发量和挥发率呈先增大后减小的趋势,各处理的峰值多出现在10~15 d的培养阶段;谷壳灰、玉米灰、水稻灰添加磷酸二氢钾能明显抑制混合物中氨的挥发,而锯木灰添加氯化钾、磷酸二氢钾均能抑制氨的挥发;在四种灰渣中,锯木灰处理的氨挥发率明显高于其他三种灰渣,特别是在N3水平下比同期的其他灰渣处理高5倍。Elovich方程和抛物线扩散方程均能较好拟合氨的挥发量随时间的变化,其相关系数均达到极显著水平。