氮素含量对亚洲玉米螟个体发育及种群增殖的影响

【目的】 研究不同氮素含量人工饲料对亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis(Guenée)生长发育和繁殖的影响,分析玉米螟种群激增的内在N素营养驱动。【方法】 测定5个氮素含量水平(3.94%、7.33%、10.69%、18.84%、30.31%)人工饲料对亚洲玉米螟个体生长发育及种群增殖的影响,构建实验种群生命表。【结果】 25℃,低氮水平N₁(氮素含量3.94%)幼虫发育缓慢且未能正常羽化,当氮素含量增加到18.84%(N₄)时,幼虫历期明显缩短,内禀增长率(0.13)、净增殖率(66.14)、周限增长率(1.14)、孵化率(90.06%)最高,平均世代历期(30.79)、种群加倍时间(5.17)最短,并与其他4个氮素水平有显著差异(P<0.05),且其化蛹率(98.66%)、羽化率(95.45%)、存活率(91.33%)、平均单雌产卵量(120.12±9.73)最高;但当氮素含量提高到30.31%后,内禀增长率(0.04)、净增殖率(44.71)、周限增长率(1.04)最低,平均世代历期(92.36)、种群加倍时间(16.85)最长,25和30℃结果与20℃接近。3个温度各处理蛹期、成蛾寿命、雌虫生殖力无显著差异(P>0.05)。【结论】 氮素含量对亚洲玉米螟个体发育与种群增殖关系密切,在一定区间内随氮含量增加生长加快,种群增殖能力增强,且高氮30.31%和低氮3.94%均对玉米螟生长有明显抑制作用。     

秋闲期秸秆覆盖与减氮优化根系分布提高冬小麦产量及水氮利用效率

【目的】冬春干旱频发和氮的过度施用限制了西南丘陵旱地雨养农业区小麦的产量与可持续发展,探讨秋闲期秸秆覆盖与氮肥减施对旱地小麦根系分布、产量及水氮吸收利用的影响,为优化四川旱地小麦耕作制度和绿色高质高效生产提供依据。【方法】试验于2016–2018年在四川省仁寿县四川农业大学试验基地进行,采用裂区设计,在夏玉米收获后,以秋闲期秸秆粉碎覆盖（SM）和不覆盖（NM）为主区,以不施氮（N₀：0）、减氮（RN：120 kg N·hm^-2）和常规施氮（CN：180 kg N·hm^-2）为裂区,研究分析土壤含水量、根长、根系分布、小麦产量、耗水量（ET）、水分利用效率（WUE）和氮素利用情况。【结果】与不覆盖相比,秋闲期秸秆覆盖显著提高播种至孕穗期0—10 cm和10—20 cm土层含水量及播种时与拔节期0―100cm土层土壤贮水量,秸秆覆盖的保墒效应可持续至孕穗开花阶段;覆盖显著促进小麦拔节期和开花期耕层根系生长,尤其是0—10 cm土层根系直径增加、根长密度显著提高;覆盖下小麦总耗水量、WUE、氮素吸收量、播种至拔节期氮素积累速率、拔节至开花期氮素积累速率、氮素籽粒生产效率（NUEg）、氮肥农学效率（AEN）和氮肥偏生产力（NPFP）两年均值较不覆盖分别提高11.4%、71.8%、73.1%、119.0%、100.0%、3.6%、264.7%和78.2%;覆盖下氮肥回收效率（REN）较不覆盖增加44.4个百分点。覆盖后冬小麦有效穗数、穗粒数和产量两年均值较不覆盖分别提高31.8%、44.4%和92.9%。秸秆覆盖效应大于施氮量效应。与常规施氮量相比,减氮处理未显著降低0—10 cm土层根长密度、耗水量、水分利用效率与籽粒产量;覆盖结合减氮显著提高群体氮素籽粒生产效率、氮肥农学效率、氮肥偏生产力和氮肥回收效率。【结论】秋闲期秸秆覆盖提高播种至拔节期土壤水分含量和储量,促进拔节期小麦根系在表层土壤中的生长,进而促进氮素吸收利用、提高冬小麦产量与水肥利用效率;秋闲期覆盖结合120 kg·hm^-2施氮量是适宜四川旱地冬小麦的减氮增效高产栽培技术模式。     

减氮覆膜下土壤有机碳组分含量的变化特征

【目的】明确长期优化施肥（减施氮肥）和减氮覆膜下土壤有机碳（SOC）与各组分有机碳含量特征及其对冬小麦籽粒产量的贡献,以期为黄土高原旱地土壤培肥和作物增产提供科学依据。【方法】依托山西省洪洞县7年定位试验,采集0—20 cm土层原状土样,利用连续物理分组方法进行分组,结合冗余分析,研究不同农田管理措施下冬小麦籽粒产量、SOC以及颗粒有机碳（POC）、矿质结合态有机碳（MOC）、轻组颗粒有机碳（Light-POC）和重组颗粒有机碳（Heavy-POC）含量特征,明确SOC含量与各组分有机碳含量的关系,量化其对冬小麦籽粒产量的贡献。试验共设农户施肥（FP）、测控施肥（MF）、垄膜沟播（RF）和平膜穴播（FH）4个处理。【结果】分析不同管理措施下冬小麦籽粒产量和SOC含量发现,FP处理的冬小麦平均产量最低,为3 070 kg·hm^-2,与FP相比,MF在减少氮肥用量的情况下并未造成小麦减产,而RF和FH可进一步显著提高小麦籽粒产量,增幅分别达到27.0%和46.4%;与试验初始（2012年）土壤相比,经连续7年采用不同管理措施后SOC含量均显著提高,提高幅度从小到大依次为11.8%（MF）、22.4%（RF）、25.5%（FP）和36.1%（FH）,即MF对试验地石灰性褐土SOC提升作用最小,但结合地膜覆盖会显著提升其培肥土壤的效果,FH对SOC含量提升的效果最佳。进一步分析不同处理下SOC组分的差异发现,与FP和MF相比,两种减氮覆膜措施不同程度提高了POC和Light-POC含量及Light-POC在SOC中的分配比例。结合SOC及其各组分有机碳含量与冬小麦籽粒产量的冗余分析、敏感性指数分析和SOC与各组分有机碳含量的相关性分析发现,各有机碳组分均以POC对小麦产量的贡献最大（达71.0%）并对SOC含量的变化和农田管理措施的响应最为敏感。因此,平膜穴播对作物产量和土壤肥力的提高主要是通过提高土壤有机碳中POC含量得以实现的。【结论】在减氮优化施肥的基础上进行平膜穴播,有利于提高黄土高原南部旱地褐土区土壤有机碳和活性有机碳含量,实现冬小麦可持续增产。     

不同砧木对葡萄‘87-1’氮磷钾等养分吸收利用的影响

【目的】旨在筛选不同养分的高效利用型砧木,对12种砧木嫁接‘87-1’品种的氮、磷、钾、钙、镁养分吸收和利用效率进行研究,为葡萄生产中的砧木选择和肥料利用率的提升提供理论依据。【方法】本研究于2020年1月至2021年11月连续两年对12种砧木嫁接‘87-1’品种组合的苗木在萌芽期、始花期、末花期、种子发育期、果实转色期、果实成熟采收期和落叶期7个关键生育时期进行整株取样,测定植株氮、磷、钾、钙、镁矿质元素含量,计算各组合单株元素累积量、干物质生产效率、果实生产效率和收获指数,分析各指标之间的差异,比较不同砧木对氮、磷、钾、钙、镁吸收利用的影响。【结果】本研究中不同砧穗组合氮、磷、钾、钙、镁的单株累积量存在显著差异,其中以87-1/34EM组合的氮、磷、钾、钙、镁累积量最高。以干物质生产效率、果实生产效率为指标,评价养分生物及经济利用效率,结果表明,87-1/420A组合氮和钾的干物质生产效率最高,87-1/贝达和87-1/101-14组合磷和钙的干物质生产效率较高,而镁的干物质生产效率中则以87-1/5BB组合表现较好;钾果实生产效率以‘1103P’砧木表现最好,‘101-14’砧木氮、磷、钙和镁的果实生产效率最高。收获指数体现了果实中养分的吸收分配情况,不同砧木处理下,‘贝达’砧木磷和钾的收获指数最高,氮、钙和镁的收获指数分别以‘SO4’‘5BB’和‘华葡1号’砧木表现最高。【结论】本研究中不同砧木对氮、磷、钾、钙、镁的吸收情况差异显著,吸收能力与利用效率之间表现不一致。‘贝达’和‘101-14’砧木对磷和钙具有较高的生物及经济利用效率;‘1103P’砧木钾的生物及经济利用效率较高;氮和镁的生物利用效率分别以‘420A’和‘5BB’砧木表现最好,而经济利用效率则以‘101-14’砧木表现最好。另外,‘贝达’砧木促进了磷和钾向果实的分配,‘SO4’‘5BB’和‘华葡1号’砧木分别促进了氮、钙和镁向果实的分配。     

山东省冬小麦产量差与氮肥利用效率差形成机理解析

【目的】量化山东省冬小麦产量差及氮肥利用效率差,分析产量差和效率差之间的关系,明确环境、栽培条件及生理因素对产量差的贡献,探讨协同缩差增效的可能途径,为冬小麦产量差缩减和资源利用效率提升提供理论依据。【方法】本试验于2016—2020年在山东济宁、德州、烟台和淄博4市进行,综合肥料投入、播种密度和灌溉水平等管理措施,设置了超高产水平（SH）、高产高效水平（HH）、农户水平（FP）和基础产量水平（ISP）4种模式,定量分析不同产量水平冬小麦产量差和氮肥利用效率差,分析产量差和效率差之间关系,讨论产量差和效率差形成的影响因素及缩差增效的可能途径。【结果】当前山东冬小麦高产纪录与SH、SH与HH、HH与FP以及FP与ISP之间的产量差分别为2 729.1、674.3、1 042.9和4 349.8 kg·hm^-2,SH与HH、HH与FP之间的氮肥偏生产力差分别为-13.54和15.67 kg·kg^-1;产量和氮肥偏生产力之间存在着二次抛物线关系。当前降水、光温等不可控因素和肥水投入等可控因素对产量差的贡献率分别为31.16%和68.84%。结果显示,平均叶面积指数（MLAI）、平均净同化率（MNAR）、单位面积穗数（EN）和粒重（GW）差与SH和HH之间的产量差呈显著正相关关系;而收获指数（HI）、穗粒数（GN）和粒重（GW）差与HH和FP之间的产量差呈显著正相关。SH和HH处理较FP处理有更高的地上部生物量、单株分蘖数以及分蘖成穗率。【结论】当前山东省冬小麦农户产量只实现了最高纪录产量的64.34%,通过优化水肥投入量、提高追肥比例、增施有机肥和锌肥等栽培措施可使冬小麦产量差缩减23.46%,氮肥偏生产力提高56.99%。花后物质生产能力仍然是小麦产量提升的限制因素,在保证花后光合同化的同时,提高花前物质的再转运以提高收获指数是农户模式向高产高效发展的有效途径。     

水氮耦合对红小豆光合特性、干物质积累以及产量的影响

为揭示水氮耦合对红小豆光合特性、干物质积累以及产量的影响,以‘保红947’作为材料开展大田试验,设置了4个灌水水平和4个施氮水平,以对照小区田持(75±2)%时进行灌水,灌到田持(95±2)%,灌水量记为I(W3),4个灌水水平分别为W3:100%I、W2:70%I、W1:40%I、W0:0,4个施氮水平为104、80、56、0 kg/hm2。结果表明：施氮量和灌水量均对红小豆生长发育有显著影响,二者的交互作用对红小豆的生长影响相对不显著;在正常灌溉(W3)条件下红小豆的光合特性、干物质积累量以及产量均在处理W3N2(100%田持95%,80 kg/hm2)表现最大值,其最大产量为2 642.96 kg/hm2;在控制灌溉条件(W2、W1、W0)下,W2N3(70%田持95%,104 kg/hm2)处理的产量最高,为2 401.50 kg/hm2,与W3N2处理相差不大,达到了“以肥调水”的作用;在该试验条件下W3N2(100%田持95%,80 kg/hm2)产量最高,为适宜的水氮方案,有利于红小豆的生长发育,比其他处理产量增加了9.14%～47.51%。     

不同土地利用类型氨挥发氮同位素自然丰度特征

为了探讨不同土地利用类型下氨（NH3）挥发氮同位素自然丰度特征,采集3种土地利用类型（果园、菜地和林地）土壤,在可控条件下采用海绵吸收法开展了为期15d的室内培养试验,测定了不同土地利用类型下土壤NH3挥发全过程δ15N值及其变化规律。培养期间,3种土地利用类型下的土壤NH+4-N浓度均呈现先上升后下降的趋势;果园和菜...     

作物-土壤氮循环对大气CO2浓度和温度升高响应的研究进展

在地球化学元素循环中,氮素是最重要、最活跃的营养元素之一。农田生态系统中的氮素很大程度上决定农作物的产量和品质。然而,在全球气候变化背景下,随着大气CO₂浓度和温度升高,作物-土壤氮循环的变化可能显著影响农田生态系统中的作物生产。因此,研究作物-土壤氮循环对大气CO₂浓度和温度升高的响应,能够为科学合理地预测未来气候条件下,农田生态系统中作物的氮素需求,以及保障农作物产量的稳定供应提供理论依据,对于全面认识全球气候变化背景下的农田生态系统氮素循环过程及土壤可持续利用具有重要意义。本文综述了大气CO₂和温度升高对作物氮素吸收和分配,以及与氮有效性密切相关的土壤氮转化的影响,并系统总结了二者对作物-土壤氮循环过程产生的交互作用。总结以往研究发现,在大气CO₂浓度升高条件下,作物的蒸腾作用减弱,但光合作用增强,生物量加大,根系分支和根表面积增加,豆科作物的根瘤固氮能力提高,因此整体上促进作物对氮的吸收,并且增加作物向籽粒中分配氮的比例,但作物的平均氮浓度降低。此外,高CO₂浓度提高了土壤酶活性,增强了土壤有机氮矿化作用、硝化及反硝化作用,加速了土壤氮转化。升温和CO₂浓度升高对作物-土壤氮循环产生正向或负向的交互作用,主要表现在：高温和高CO₂浓度对作物的生物量、光合作用、地下部氮分配、根系分支以及根表面积具有协同促进作用,升高温度减轻了高CO₂浓度对作物蒸腾作用和作物氮浓度的抑制作用。然而,升温抑制了高CO₂浓度对作物向籽粒中氮分配、氮吸收以及产量的促进作用;升温虽然能进一步增强高CO₂浓度对土壤酶活性和有机氮矿化的促进作用,但是对于土壤硝化和反硝化作用,二者的交互作用以及相关的分子机制尚不明确。大气CO₂升高和温度升高对土壤微生物,以及微生物与作物之间的耦合关系的研究比较薄弱,特别是由微生物主导的氮循环过程及其对全球气候变化的反馈机制是未来研究的重点。本文提出利用16S rRNA、DGGE、T-RFLP、qPCR、RT-PCR技术、蛋白组学以及稳定性同位素探针原位研究技术,可以将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能进行耦合分析,揭示大气CO₂浓度与温度对作物-土壤氮循环过程的交互作用机理,增强对气候变化下农田生态系统氮素循环响应的预测能力,为农田生态系统有效地适应气候变化提供科学的理论依据。     

基于叶片反射光谱估测水稻氮营养指数

【目的】基于叶片反射光谱建立快速、无损监测水稻氮营养指数（nitrogen nutrition index,NNI）的估算模型。【方法】2018—2019年开展2个水稻品种（徽两优898和Y两优900）及5个氮肥梯度（施氮量为0、75、150、225和300 kg·hm^-2,分别记为N₀、N₁、N₂、N₃、N₄）的田间小区试验,测定关键生育期不同叶位叶片反射光谱和植株NNI,构建多种光谱指数的水稻NNI监测模型。【结果】单叶及叶位组合的敏感波段均分布在540 nm的绿光波长处,其与近红外波段构成的窄波段比值指数SR（R₉₀₀,R₅₄₀）可较好反演水稻NNI。但不同叶位叶片窄波段比值指数与水稻NNI的预测精度表现不同,顶3叶（L₃）预测精度最好（R²=0.731,RMSE =0.130,RE=11.6%）,顶2叶（L₂）次之（R²=0.707,RMSE =0.136,RE =12.2%）,顶1叶（L₁）最差（R²=0.443,RMSE =0.187,RE =14.7%）;顶2叶和顶3叶组合平均光谱（L₂₃）的预测精度优于单叶水平和其他叶位组合（R²=0.740,RMSE =0.128,RE =11.5%）。再将窄波段比值指数SR（R₉₀₀,R₅₄₀）近红外与绿光区域分别重采样50 nm和10 nm,所构建的宽波段比值指数SR[AR_{（900±50）},AR_{（540±10）}]模型精度较SR（R₉₀₀,R₅₄₀）未明显降低,且在L₂₃水平下2个模型的模型精度和预测精度基本一致（R²=0.740,RMSE =0.128,RE =11.5%）。水稻NNI小于1时与产量呈线性的正相关关系（P<0.05）,大于1时产量趋于平稳。【结论】L₂和L₃叶片反射光谱为监测水稻NNI的敏感叶位,其中叶位组合L₂₃可提高模型预测精度。基于叶片反射光谱构建的多种波段比值指数（SR（R₉₀₀,R₅₄₀）和SR[AR_{（900±50）},AR_{（540±10）}]）可快速估测水稻NNI,从而为不同传感器对水稻氮营养指数估测监测研究提供了理论依据。     

Source–sink relations and responses to sink–source manipulations during grain filling in wheat

The source–sink ratio during grain filling is a critical factor that affects crop yield in wheat, and the main objective of this study was to determine the source–sink relations at both the canopy scale and the individual culm level under two nitrogen (N) levels at the post-jointing stage.  Nine widely-used cultivars were chosen for analyzing source–sink relations in southwestern China; and three typical cultivars of different plant types were subjected to artificial manipulation of the grain-filling source–sink ratio to supplement crop growth measurements.  A field experiment was conducted over two consecutive seasons under two N rates (N+, 150 kg ha^–1; N–, 60 kg ha^–1), and three manipulations were imposed after anthesis: control (Ct), removal of flag and penultimate leaves (Lr) and removal of spikelets on one side of each spike (Sr).  The results showed that the single grain weights in the three cultivars were significantly decreased by Lr and increased by Sr, which demonstrated that wheat grain yield potential seems more source-limited than sink-limited during grain filling, but the source–sink balance was obviously changed by climatic variations and N deficient environments.  Grain yield was highly associated with sink capacity (SICA), grain number, biomass, SPAD values, and leaf area index during grain filling, indicating a higher degree of source limitation with an increase in sink capacity.  Therefore, source limitation should be taken into account by breeders when SICA is increased, especially under non-limiting conditions.  Chuanmai 104, a half-compact type with a mid-sized spike and a long narrow upper leaf, showed relatively better performance in source–sink relations.  Since this cultivar showed the characteristics of a lower reduction in grain weight after Lr, a larger increase after Sr, and a lower reduction in post-anthesis dry matter accumulation, then the greater current photosynthesis during grain filling contributed to the grain after source and sink manipulation.