基于15N示踪的青稞氮素利用率和分蘖能力研究

为明确青藏高原地区青稞的最佳施氮量,本试验利用15N同位素示踪技术,选用3个不同类型青稞品种进行盆栽试验,设置4个施氮水平,即不施氮(0N)、低氮(0.125 g·kg^(-1)N,LN)、中氮(0.25 g·kg^(-1)N,MN)和高氮(0.50 g·kg^(-1)N,HN),探讨不同施氮水平对不同青稞品种氮素利用率、分蘖能力和分蘖相关内源激素的影响。结果表明,在3个施氮处理下,KL15对15N标记肥的利用率为24.00%~26.01%,15N残留率分别为6.89%~21.93%;KL18对15N标记肥的利用率为17.60%~24.81%,15N残留率分别为6.47%~22.69%;H800对15N标记肥的利用率为24.80%~28.40%,15N残留率分别为7.46%~22.02%。双因素分析结果表明,氮肥的施入量对青稞干物重、吸氮量、氮素利用率和土壤残留率有显著影响,氮肥和品种互作对干物重、氮素利用率有显著影响。通径分析结果表明,生长素与反式玉米素核苷(IAA/TZR)的比值大小对青稞分蘖数的形成均有直接或间接作用。可见,施氮量通过影响青稞的氮素利用效率和IAA/TZR比值进而影响分蘖成穗率。本研究结果为青藏高原地区不同类型青稞品种氮肥高效利用提供了理论依据。

应用^15N示踪技术研究水稻对氮肥的吸收和分配

运用15N示踪技术研究了不同生育时期水稻对肥料氮的吸收和分配。结果表明:15N分别标记基肥(N1)、分蘖肥(N2)和拔节孕穗肥(N3)处理中,水稻吸收的氮素在分蘖盛期、拔节孕穗期和开花期分别有23.1%、8.3%和19.9%来自肥料;从开花期到成熟期,不同时期标记的15N转运量大小为:拔节孕穗期追肥(N3)>基肥(N1)>分蘖期追肥(N2),但基肥的氮素转运效率最高,其他两次追肥氮素转运效率相当;在成熟期,N1、N2、N3处理残留在稻草中的15N分配比例分别为24.3%、26.7%和30.4%。无论是氮肥基施,还是分蘖期或拔节孕穗期追肥,水稻开花期之前所吸收的15N主要分配在叶片中,其次是鞘,再次是茎,开花期后,随着15N从营养器官向籽粒中的转移,叶片、茎秆和鞘中的15N分配百分比逐渐下降,籽粒15N的分配百分比逐渐上升。试验结果还显示,基肥15N标记时,分蘖盛期所吸收的氮来自肥料最高,为23.1%,随生育期的推进逐渐下降,到成熟期仅为10.6%,成熟期吸收的氮来自分蘖期和拔节孕穗期追施的氮肥分别为5.9%和12.4%。表明(1)当土壤氮素含量不高时,基肥对水稻整个生育期生长很重要,基肥适量增加可显著增加水稻茎蘖数,对水稻群体质量建成有决定作用;(2)拔节孕穗肥可显著促进水稻生育后期的籽粒灌浆和充实,增加拔节孕穗期的氮素供应,有利于提高水稻的氮素收获指数;(3)分蘖期追肥氮素损失较大,水稻吸收较少,可以适量增加水稻基肥而不施分蘖肥,或在水稻分蘖后期水稻生物量较大时适量施肥以促进水稻吸收。

^15N示踪法研究不同灌水处理对小麦氮素吸收分配及利用效率的影响

通过田间试验,采用15N示踪法,设置全生育期不灌水(W 0)、冬水+拔节水(W 1)、冬水+拔节水+开花水(W 2)3个灌水处理,每次灌水60 mm,每个灌水处理下,设置15N尿素作底肥+普通尿素作追肥、普通尿素作底肥+15N尿素作追肥2个15N示踪处理的微区,研究不同灌水处理对小麦氮素吸收分配及利用效率的影响。结果表明,成熟期地上部植株氮素积累量及来源于土壤的氮素的积累量均为W 2>W 1>W 0;肥料氮的积累量为W 0、W 1>W 2。W 1处理基肥氮积累量及比例均显著低于W 0处理,追肥氮的积累量及比例均显著高于W 0处理;W 2处理基肥氮和追肥氮的积累量均显著低于W 0处理。成熟期肥料氮在植株各器官的分配量为子粒>茎秆+叶鞘>叶>穗轴+颖壳;各处理营养器官中基肥氮的比例高于追肥氮,子粒中追肥氮的积累量及比例高于基肥氮。子粒中分配的肥料氮量为W 0、W 1>W 2。W 1处理子粒产量最高,植株中肥料氮的积累量及利用率均高于W 2处理。说明灌溉冬水+拔节水促进了小麦对追肥氮和土壤氮素的吸收积累,提高了肥料氮的积累量和利用率;在此基础上增灌开花水,地上部积累的追肥氮量及其向子粒中的分配比例均显著降低,这是花后供水多导致产量和氮肥利用效率显著降低的生理原因。

基于15N示踪技术的干旱区滴灌葡萄氮素利用分析

为研究水氮调控对干旱区滴灌葡萄氮素吸收利用的影响,以新疆鲜食葡萄弗雷为试验材料,利用15N示踪技术,设置2种灌水处理(灌水量为4950、5400 m^3·hm^-2,分别记作W1、W2),3种施氮处理(施氮量为177、235、292 kg·hm^-2,分别记作F1、F2、F3)进行大田试验。结果表明,各处理土壤全氮含量和15N丰度差异极显著(P<0.01),并且在0~20 cm土层出现富集现象。各器官征调氮素能力随水氮投入加大极显著增强(P<0.01)。根系、茎秆、叶片器官的生物量随着吸氮量的增加极显著提高(P<0.01),而较高施氮量(F3)不利于果实器官生物量的积累。果树吸收的肥料氮量随水氮投入的加大逐渐增加,受水氮调控影响极显著(P<0.01),果树吸收的土壤氮量大于肥料氮量。W2F1的15N标记氮肥利用率和15N标记氮肥偏生产力最高,分别为38.36%和114.20 kg·kg^-1,W2F2的产量最高,为20253 kg·hm^-2,但与W2F1差异不显著。表明水氮投入过多会引起茎秆和叶片器官徒长且不利于提高15N标记氮肥利用率。综上所述,灌水量5400 m3·hm^-2、施氮量177 kg·hm^-2(W2F1)是兼顾经济效益与生态效应的可行水氮运筹模式。本研究结果为干旱区滴灌葡萄高产高效种植提供了参考。

基于15N示踪的酿酒葡萄氮素营养需求分析

植物在不同时间对氮素营养的需求迥异,为掌握宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄氮素分布特征和营养需求规律,以7年生“赤霞珠”为研究对象,每株施氮255.10 g(^(15)N-硫酸铵10 g+普通硫酸铵245.10 g)。利用^(15)N同位素示踪技术,在施氮后35、70、105、140和160 d采集土壤和酿酒葡萄根、茎(茎分为主干、一级分枝、二级分枝)、叶、果,对其^(15)N丰度和全氮量进行测定分析。计算不同时间各器官肥料中吸收分配到的^(15)N量对该器官全氮量的贡献率(Ndff)、分配率、氮肥利用率、残留率以及损失率。结果表明:根、主干、一级分枝、二级分枝、叶和果的干物质量均在施氮后70~105 d明显增加,施氮后105 d的干物质量较施氮后70 d分别增加了95.19%、4.23%、6.51%、58.58%、30.00%和219.84%。在施氮后70~105 d,根、主干、一级分枝、二级分枝、叶和果的Ndff值明显上升,施氮后105 d的Ndff值较施氮后70 d分别增加了6.38、5.89、5.87、7.25、4.34和7.01个百分点。根的^(15)N分配率在施氮后35 d高于其他施氮时期,为1.46%。主干、一级分枝和二级分枝的^(15)N分配率均在施氮后160 d高于其他施氮时期。根、主干、一级分枝、二级分枝、叶和果的^(15)N分配率在施氮后70~105 d均明显增加,施氮后105 d的^(15)N分配率较施氮后70 d分别增加了5.26、0.52、0.24、2.55、3.70和3.21个百分点。综上所述,酿酒葡萄在施氮后70~105 d为氮素吸收峰值期,在此期间应注重氮肥的施入。整个施氮时期酿酒葡萄的氮肥利用率为38.97%,氮肥残留率为17.77%,氮肥损失率为43.25%。

基于^(15)N示踪的炭氮耦合对番茄氮素吸收利用效益的影响

为探讨分根交替灌溉下,不同生物炭添加量和施氮量对番茄氮素吸收利用规律的影响,应用^(15)N示踪技术,以番茄为研究对象开展盆栽试验,试验设置3种生物炭添加水平和3种施氮水平.结果表明,株高和茎粗在生物炭添加量为2%、施氮量为450 kg/hm^(2)时最大,干物质质量在生物炭添加量为2%、施氮量为300 kg/hm^(2)时最大;添加生物炭和增加施氮量均能促进番茄各器官对^(15)N肥料和全氮的积累,增加^(15)N残留量和^(15)N吸收量;添加生物炭会降低肥料贡献率,但能够显著增加番茄吸收土壤氮的比例、^(15)N回收率和^(15)N利用率.添加生物炭可有效提高番茄产量、水分利用效率和品质,其中处理B2N2的产量最高,为2.61 kg/株,品质也较其他处理有显著提高.基于组合赋权的TOPSIS法评价番茄综合效益结果表明,分根交替灌溉下,生物炭添加量为2%、施氮量为300 kg/hm^(2)(处理B2N2)为试验条件下的最佳种植模式.

^(15)N同位素标记氮肥减施棉田养分利用效率分析

【目的】研究氮肥减施对棉花氮素吸收、转运及利用效率的影响,为绿洲滴灌棉田氮肥合理施用提供参考依据。【方法】利用^(15)N同位素示踪技术,采用盆栽试验,设置不施氮肥(N_(0))、氮肥减施(N_(1),225 kg/hm^(2))、当地推荐施肥(N 2,300 kg/hm^(2))3个处理,研究氮肥减施对棉花生物量、氮素吸收量、肥料氮吸收量以及氮肥利用率的影响。【结果】氮肥减施处理的棉花干物质积累量和氮素吸收量均显著高于不施氮处理(N_(0)),而与当地推荐施肥处理差异均不显著;氮肥减施处理棉花壳、籽的干物质量和籽的氮素吸收量均显著高于当地推荐施肥处理,分别增加了7.02%、6.81%和16.59%;2个施肥处理棉籽的肥料氮(^(15)N)积累量占比最高,占全株的26.02%~35.99%,其次为叶(22.40%~23.81%)和茎(14.48%~18.98%),絮中最少(3.05%~6.62%);氮肥减施处理生殖器官的肥料氮吸收量比当地推荐施肥处理高19.02%;2个施肥处理的棉株吸收的氮素来源于肥料氮的比例(Ndff%)为21.14%~21.70%;氮肥减施处理的氮肥利用率和表观利用率均显著高于当地推荐施肥处理,分别增加2.36%和3.12%。【结论】氮肥减施(225 kg/hm^(2))可以显著提高棉籽中的干物质量、氮素吸收量、肥料氮(^(15)N)吸收量、Ndff%以及棉花整株的氮肥利用率,在确保棉花产量不降低的前提下,适度的减少化肥施用量是提高化肥利用率最有效的措施之一。

基于^(15)N示踪技术研究杉木幼苗对无机氮素的吸收、分配及利用

以2年生杉木幼苗为对象,采用^(15)N同位素示踪技术,研究杉木对无机N(NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N)的吸收、分配及利用规律,探讨杉木对无机N素的吸收偏好性。结果表明,全株杉木对铵态N的吸收速率极显著高于硝态N(P<0.01),分别为18.75、2.64μg·g^(-1)·d^(-1),根、叶、侧枝对铵态N的吸收速率均显著高于硝态N(P<0.05)。不同器官对不同形态无机N素的吸收速率存在差异,对铵态N的吸收速率大小表现为叶>侧枝>主干>根,对硝态N的吸收速率为主干>根>侧枝>叶。除杉木主干外,其他各器官铵态氮Ndff_(G)值(N素来源于^(15)N标记物的百分比)均显著高于硝态N。各器官对铵态N的累积量和^(15)N利用率均高于硝态N,但差异不显著。可见,杉木对无机N的吸收表现为明显的“喜铵”特性,但不同器官的生理功能不同导致对无机N素的吸收、分配及利用存在明显差异,建议今后对杉木人工林的施肥管理中以施铵态N为主,可有效提高N肥利用率、降低环境污染的风险。

^(15)N示踪的水稻氮肥利用率细分

以粳稻武运粳23和超级杂交籼稻Y两优2号为供试品种,应用15N示踪方法研究不同时期施肥对水稻不同阶段氮肥利用率的影响,以确定不同时期施肥的最佳阶段氮肥利用率。结果表明,基肥在基肥阶段(移栽后的8 d左右)的吸收利用较低,2012年水稻基肥氮(15N)吸收量不到5 kg hm–2,2013年最大为7.5 kg hm–2,回收利用率在1.5%~11.5%之间;基肥主要是在蘖肥阶段(分蘖肥与穗肥之间)被吸收,其回收利用率在6.6%~24.9%之间,平均为15.6%;穗肥阶段(穗肥后到成熟)基本不再吸收基肥。基肥氮的总体恢复利用效率不高,在9.1%~22.8%之间,品种及氮肥运筹对基肥氮的总体恢复利用效率影响不显著。蘖肥主要在蘖肥阶段发生作用,施穗肥后水稻基本不再吸收蘖肥。蘖肥的总体恢复吸收利用率和基肥相当,在17%~34%之间,Y两优2号高于武运粳23。穗肥的回收效率最高,在54.0%~82.1%之间,武运粳23低于Y两优2号。水稻在整个生育期的总体氮肥恢复效率随氮肥用量的增加而下降,变化在32%~64%之间。水稻一生中吸收积累的氮素中,基肥的贡献占4.13%~10.59%(平均6.92%),蘖肥占3.98%~11.75%(平均7.58%),穗肥占13.32%~37.56%(平均26.02%),土壤的贡献在45.71%~70.83%(平均59.91%)之间。基蘖肥用量越大,其损失也越大,总体氮肥利用率也越低。研究结果证明,在水稻氮肥管理中必须考虑水稻各阶段对不同时期施肥的吸收利用情况,从而提高水稻氮肥利用效率,保证产量的同时减少不必要的损失。

用^(15)N示踪技术研究高产小麦、玉米的施氮规律

利用稳定性同位素15N示踪技术 ,探索小麦、玉米在高N施肥下的N素营养规律。结果表明 :小麦、玉米对追加15N化肥的吸收利用率为 2 8 42 %～ 46 2 8% ,向籽粒运转量为 5 4 %～68% ,追施N的有效期可连续 3茬作物 ,累计利用率为 5 2 0 7%～ 60 39%。在较高土壤肥力基础上 ,小麦、玉米年产量达 1 5 0 0 0kg hm2 ,小麦最佳氮肥施量为 1 5 0～ 1 87 5kg hm2 ,玉米为 30 0～375kg hm2 。

^(15)N示踪法研究弱光对不同穗型冬小麦氮素积累和转运的影响

在大田试验条件下,采用15N示踪法,设置不遮光(T0)、开花后1～10 d遮光(T1)、开花后11～20 d遮光(T2)和开花后21～30 d遮光(T3)4个处理,每个处理设置15N尿素作底肥+普通尿素作追肥和普通尿素作底肥+15N尿素作追肥两个15N示踪的微区,研究灌浆期弱光条件下不同穗型小麦品种对不同来源氮素的吸收、分配、转运和氮素利用效率的影响。结果表明,灌浆期不同阶段遮光均不利于植株对氮素的吸收、积累和转运,品种间表现一致,呈T0>T3>T2>T1规律;小麦植株吸收的氮素68.0%～71.39%来自土壤氮,对追施氮的吸收量大于底施氮,灌浆期遮光增加了土壤氮素在营养器官的分配比例,不利于营养器官中土壤氮素向籽粒中的转运;各处理籽粒产量、肥料氮吸收量、氮肥利用率和肥料偏生产力均表现为T0>T3>T2>T1。相同处理条件下,济麦22籽粒产量和对肥料的利用大于山农8355。小麦灌浆期阶段性遮光降低了植株对氮素的吸收、转运和籽粒产量,以灌浆前期遮光影响最大,中期次之,后期最小;相同遮光条件下济麦22的籽粒产量和氮素利用率较高。

^(15)N示踪不同施氮量对超级稻产量形成及氮素吸收的影响

为探讨施氮量对超级稻产量、光合作用以及氮肥利用率的影响,以杂交稻品种两优培九、Y两优1号,常规稻品种玉香油占、黄花占为材料,采用15N示踪法进行了5种施氮量处理的大田盆栽试验。结果表明,增加施氮量提高了SPAD值和光合速率,品种间表现一致。拔节期以后,SPAD值呈现高-低-高的变化趋势,叶片光合速率品种间有差异,杂交稻呈线性下降变化趋势,常规稻呈线性下降后略有回升。随施氮量增加,稻草中氮素含量杂交稻比常规稻低,分别为0.72%~0.78%和0.59%~0.61%;而稻谷中差异不显著。供试品种的产量、氮肥利用率对施氮量的反应分别表现为先增后稳和先增后减的非线性变化趋势,其中以施氮量为150 kg·hm-2处理的氮素利用率最高,杂交稻为33.9%~34.6%,常规稻为33.8%~34.2%,但杂交稻产量显著高于常规稻,平均增产16.4%。可见,随施氮量增加,杂交稻更多的将稻草中的氮素通过光合作用转移到稻谷中,常规稻则是将更多的营养积累在稻草中。本研究为杂交稻高产与氮高效协调栽培提供了理论依据。

^(15)N示踪技术在湿地氮素生物地球化学过程研究中的应用进展

稳定性同位素技术是现代生态学研究中的一门应用技术,它几乎在生态学研究的各个领域都有着广泛的应用。其中15N技术由于具有示踪和区分氮素物质的源与去向等优越性而在生态系统氮循环研究中发挥了极为重要的作用。文章主要从湿地氮素的输入过程、转化过程以及归趋过程三方面综述了该技术在当前国内外湿地氮素生物地球化学过程研究中的应用进展,特别指出当前基于该技术的湿地氮素生物地球化学过程研究尚缺乏一定的系统性、深入性和广泛性。最后,文章就该技术在湿地氮素生物地球化学过程研究中的应用前景进行了展望研究。

利用^(15)N示踪技术研究8种禾本科牧草对氮肥的吸收和转化效率

研究牧草对肥料氮素的吸收及动物转化效率所表现的基因型差异,对指导优良牧草品种的筛选具有重要意义。本研究采用15N同位素示踪方法,通过盆栽试验测定了杂交狼尾草、热研3号俯仰臂形草、热研8号坚尼草、热研11号黑籽雀稗、墨西哥玉米、苏丹草、黑麦草、高羊茅8种禾本科牧草对氮肥的利用效率,并利用15N标记牧草饲喂小白鼠,测定动物对牧草的消化吸收率。结果表明:8种牧草15N肥料利用率为5.197%~29.340%,其中以杂交狼尾草的氮肥利用效率最高;小白鼠对15N标记牧草的消化率为27.67%~68.20%,消化率依次为黑麦草>苏丹草>墨西哥玉米>杂交狼尾草>俯仰臂形草>坚尼草>高羊茅>黑籽雀稗;鼠体对牧草15N的回收率为22.62%~43.90%,表明牧草对氮肥的吸收与转化效率存在明显的基因型差异。综合评价认为,6种夏季牧草品种中,以杂交狼尾草和热研3号俯仰臂形草的15N转化效果较好,冬季牧草品种黑麦草则优于高羊茅。

应用^(15)N示踪技术测定作物氮素的利用率及分配研究进展

氮肥施用对农作物增产具有重要作用,同时也会对环境造成污染,因而如何提高氮肥利用率,减少氮肥对环境的污染一直是研究的热点问题1。5N示踪技术作为氮素研究的有效工具被广泛应用于多种作物上。采用15N示踪技术,了解大豆、水稻、烟草、小麦等对肥料氮和土壤氮的利用率,不同来源氮在其体内的吸收、分配和运转规律,从而为各作物的合理施肥提供科学依据,对研究如何减少氮肥施用、提高氮肥利用率、提高作物产量具有重要的作用和意义。

应用^(15)N示踪研究麦秸还田中氮的去向

应用^(15)N示踪技术研究了麦秸铺施和混施方式下,秸秆中氮在土壤中的去向。试验结果表明:1.麦秸铺盖土表还田的,夏谷地上部分和籽粒部分对秸秆氮的利用率分别为28.3%和15.2%,而麦秸与土壤混合施用还田的,其对秸秆氮的利用率则分别为20.6%和12.0%。前者明显优于后者。2.夏谷生长87天后,麦秸铺施还田的,秸秆氮有28.3%进入夏谷株体中;16.5%进入土壤腐殖质;0.5%和3.1%分别进入渗漏水和以气态等形式逸失;残留于土壤中的秸秆氮(包括夏谷根系)约有51.6%。而麦秸混施还田的,秸秆氮进入夏谷株体、土壤腐殖质、渗漏水和以气态逸失的量分别占施入秸秆氮总量的20.5%,14.8%,0.2%和11.5%,残留于土壤中的约占总量的53.0%。

氮肥利用率概念与^(15)N示踪测定方法研究进展

中国粮食作物氮肥利用率平均为35%左右,与发达国家50%的氮肥利用率相比,低15个百分点,针对这一问题,介绍了15N示踪法测定氮肥利用率的方法及概念,分析评价了15N示踪法测定氮肥利用率结果,提出了这种测定方法可能存在的一些问题,以及氮肥利用率测定方法进一步改进的建议。

^(15)N示踪研究烤烟对氮的吸收及分配

采用盆栽试验,利用15N示踪研究了烤烟对不同形态氮的吸收利用规律。结果表明,烤烟各部位叶片对氮素的积累量表现为中部叶>上部叶>下部叶;肥料氮进入的比例具有下部叶>中部叶>上部叶的规律。不同生育期肥料氮进入烟叶中的比例,以团棵期最高,之后肥料氮进入的比例减少,统计分析结果表明(5%水平),从现蕾期到成熟期之间差异不大。同位素15N标记肥料施入土壤后约39%～53%被烟株吸收利用,约22%～41%损失,约20%～37%残留于土壤中。

一种直接测定硝化—反硝化气体的^(15)N示踪—质谱法

本文对^(15)N示踪—质谱法的可靠性进行了检验。结果表明,在不同的^(15)N丰度气体样品的测定中,用两种方法(反硝化作用源的^(15)N丰度法和气样的^(15)N丰度法)计得的反硝化损失量基本一致,故建立起来的^(15)N示踪—质谱法是可靠的。该方法的测定偏差随气样^(15)N丰度的降低而增大。此外,回收率结果表明,(N_2+N_2O+NO_2)-^(15)N累积释放量占加入NO_3-^(15)N量的94.1％。因此,这一方法可用于直接测定氮肥的硝化—反硝化损失的研究中。

基于^(15)N示踪技术的植物-土壤系统氮循环研究进展

同位素示踪技术是指外源添加与生物体内的元素或物质完全共同运行的示踪物,用来指示生物体内某元素或物质变化过程的一种方法。利用氮稳定同位素示踪技术,能从本质上揭示生态学过程发生的机理,从而成为生态学科研工作十分重要的工具之一。对近年来15N示踪技术应用于土壤氮素固定、植物氮素营养和植物-土壤系统氮迁移的研究进展进行了综述,并对稳定氮同位素技术在解决相关生态学难题可能的前景和不足方面进行了展望。