水磷运筹对水稻产量和磷素吸收与利用的影响

为研究寒地黑土区不同水磷管理模式对水稻成熟期干物质积累、磷素吸收利用和产量的影响,探讨水稻抽穗期根系性状与磷肥吸收效率的关系,通过田间小区试验,设置2种灌溉模式(F:淹灌,C:控灌)和6种施磷量(P0:0kg/hm2,P1:15kg/hm2,P2:30kg/hm2,P3:45kg/hm2,P4:60kg/hm2,P5:75kg/hm2),研究了不同水磷管理模式对水稻成熟期地上部分干物质量、产量及其构成因素、籽粒和植株磷素积累量、磷素利用效率、磷肥吸收效率和磷肥偏生产力的影响。研究结果表明,两种灌溉模式下,随着施磷量的增加,水稻地上部分干物质量、产量、有效穗数、结实率、籽粒磷素积累量和植株磷素积累量呈先增加、后减小的趋势;收获指数、磷素收获指数、磷素籽粒利用效率和磷素干物质利用效率呈先减小、后增加的趋势;磷肥吸收效率和磷肥偏生产力则呈降低的趋势。CP2和FP3处理的水稻地上部分干物质量、产量、有效穗数、结实率、籽粒磷素积累量和植株磷素积累量分别达到两种灌溉模式下不同施磷水平的最大值,CP2和FP3处理水稻产量差异不显著(P>0.05),CP2处理的水稻磷肥偏生产力显著高于FP3处理(P<0.05),因此,CP2处理为本试验中最优的水磷运筹模式。相关性分析表明,产量与水稻地上部分干物质量呈极显著正相关(P<0.01),与收获指数呈显著负相关(P<0.05);磷素积累量与地上部分干物质量和产量均呈极显著正相关(P<0.01);植株磷素积累量与根干质量和根长密度呈显著正相关(P<0.05)。这说明通过适宜的水磷运筹模式,可以创造良好的根系形态,提高水稻地上部分干物质积累量和磷素积累量,有利于提高产量及磷肥利用效率。

基于Δ^(13)C的不同水氮管理对水稻水分利用效率的影响

为揭示不同水氮管理的水稻叶片水分高效利用机理,基于作物生长发育过程中发生的碳同位素分馏效应对作物的长期水分利用效率的指示特性,研究了不同水氮管理对水稻叶片气体交换参数、叶片瞬时水分利用效率(LWUEins)、内在水分利用效率(LWUEint)和碳同位素分辨率(Δ^(13)C)的影响,分析了不同水氮管理下水稻叶片Δ^(13)C与叶片水分利用效率关系。结果表明:稻作控制灌溉模式下配施适量氮肥可以提高水稻叶片气孔导度(Gs),促进叶片胞间与外界气体交换,提高叶片净光合速率(Pn),维持较高的LWUEins、LWUEint,过量施氮会增加水稻对水分亏缺的敏感性,使水稻Gs降低,不利于叶片尺度水分的高效利用;抽穗开花期控制灌溉模式下施氮量较高时叶片水分利用效率较大,同一施氮量处理控制灌溉水稻LWUEins、LWUEint和WUE均高于淹水灌溉,起到了节水高产的效果。通过统计分析可知,不同水氮管理下抽穗开花期水稻叶片Δ^(13)C与LWUEins、LWUEint和WUE均呈负相关,叶片Δ^(13)C对LWUEint的指示性优于LWUEins,且在控制灌溉下叶片Δ^(13)C与LWUEins、LWUEint的相关性较淹水灌溉更为显著;拔节孕穗期及抽穗开花期水稻叶片Δ^(13)C可以很好地表征水稻WUE。结果表明,通过测定水稻不同时期叶片Δ^(13)C能够为预测不同水氮调控下水稻水分利用效率提供参考。

不同水氮管理模式下玉米光合特征和水氮利用效率试验研究

【目的】提高水氮利用效率、玉米产量和经济效益。【方法】设置3个灌水定额水平(W0:0 mm、W1:40 mm、W2:80 mm),4个施氮量水平(N0:0 kg/hm2、N1:180 kg/hm2、N2:230 kg/hm2、N3:280 kg/hm2),分析比较了不同水氮管理模式对拔节期春玉米光合速率、叶片瞬时水分利用效率(WUEi)、成熟期地上部分干物质量、产量、水分利用效率(WUE)、氮素积累量以及对氮素利用的影响。【结果】施氮可以显著提高拔节期光合速率,当施氮量由230 kg/hm2提高到280 kg/hm2,光合速率的增幅减小。施氮对WUEi有促进作用,而灌水定额在40～80 mm之间时,增加灌水定额不利于WUEi提高。N2W1处理的成熟期地上部分干物质累积量和产量较N0W0处理分别提高54.27%和78.36%。玉米水分利用效率在2.31～3.61 kg/m3之间,在各施氮水平下WUE表现为W0水平>W1水平>W2水平。灌水施氮处理植株和籽粒的氮素累积量明显高于N0W0处理的,施氮对成熟期籽粒和植株的氮素累积均有显著影响(P<0.05)。W1水平下植株氮素积累量与W0水平差异显著,但与W2水平差异不大。W1水平下的籽粒氮素积累量最大,与W0水平差异显著。氮肥偏生产力随施氮量的升高而减小,在同一个施氮水平下,氮肥偏生产力表现为W1水平>W2水平>W0水平。N2W1处理的氮素籽粒生产效率最高,除N3处理外,当灌水定额增加时,氮素籽粒生产效率有所增加,但增幅变小。【结论】增加施氮量可以提高产量和干物质量积累,提升水分利用效率,而氮素利用效率随着施氮量的增加呈先增加后减小的趋势,氮肥偏生产力与施氮量负相关。建议当地采取灌水定额40 mm,施氮量230 kg/hm2的灌水施氮方式。

^(15)N示踪分析节水灌溉下水稻对不同时期氮肥的吸收分配

为揭示节水灌溉下水稻对肥料氮素吸收利用情况,利用^(15)N示踪技术分别标记施用的基氮肥、蘖氮肥、穗氮肥,将传统淹水灌溉作为对照,研究了稻作控制灌溉模式下成熟期水稻基肥、蘖肥、穗肥氮素的积累量及各时期肥料氮素在水稻地上部各器官的分布情况,并对比研究了两种灌溉方式不同施氮水平下的各期肥料利用率。试验结果表明:稻作控制灌溉模式较传统淹水灌溉显著提高了水稻地上部干物质积累量、氮素总积累量及产量,起到了"节水、高产"的作用;不同施氮量下水稻氮素总积累量中肥料氮素的占比约为16.49%~22.23%,不同灌溉方式之间差异并不显著;不同施氮水平控制灌溉处理水稻的肥料氮素总利用率为31.82%~36.29%、基肥氮素利用率为10.91%~15.36%、蘖肥氮素利用率为34.84%~36.90%、穗肥氮素利用率为55.78%~63.85%,稻作控制灌溉模式下除水稻对基肥氮素的利用率较低外,肥料氮素总利用率、蘖肥和穗肥氮素利用率均优于传统淹水灌溉,肥料氮素得到了高效利用,降低了肥料氮素残留引起环境污染的风险,相关性分析表明:肥料氮素的总利用率与蘖肥和穗肥氮素利用率呈极显著正相关,研究结果可为进一步提高稻作控制灌溉条件下肥料氮素利用率提供理论依据。

水分胁迫对寒地水稻光合速率、气孔限制值及WUE的影响

【目的】研究不同生育阶段水分胁迫对水稻叶片光合速率的影响以及水分胁迫条件下水稻叶片光合速率变化对气孔限制值的响应规律,明确不同生育阶段水分胁迫对水稻光合特性和水分利用的综合影响,探寻水稻不同生育阶段适宜的水分管理模式。【方法】采用盆栽实验,以常规淹水灌溉模式土壤水分条件作为对照,在水稻分蘖、拔节、抽穗和乳熟期分别设置轻旱、中旱、重旱3种水平的水分胁迫,共12种处理,每个生育阶段设置正常供水作为对照,并对水稻叶片光合参数进行了测定。【结果】正常供水的水稻由于光合'午睡'现象的影响,光合速率日变化曲线为'M'型。处于低谷时间段的轻度、中度水分胁迫会减轻'午睡',使该时间段的光合速率高于CK,其余时间段随着水分胁迫程度增加,水稻叶片的光合速率逐渐降低;重度水分胁迫使光合速率在各个生育阶段处于较低水平。分蘖期、抽穗期、乳熟期进行轻度水分胁迫显著增加了气孔限制值和水分利用效率;而重度水分胁迫使抽穗、乳熟期的气孔限制值显著降低,对水分利用效率影响不显著。【结论】水稻单生育阶段轻度的水分胁迫可以有效减轻'午睡'现象,从而使'午睡'时的叶片光合速率高于正常供水,并保证了水分的高效利用。

基于^(15)N示踪技术的不同灌水方案玉米追肥氮素去向研究

为了揭示不同灌水方案下玉米对追肥氮素的吸收利用情况,利用^(15)N示踪技术,以大田试验数据为基础,研究了不同灌水方案下成熟期玉米对追肥氮素的吸收利用率以及在地上部各器官中的分配状况,同时研究了玉米收获后追肥氮素在土壤中的残留情况和最终的损失率。结果表明:不同灌水方案下玉米地上部分氮素总积累量的8. 14%～13. 21%来自于追肥氮素,各处理之间差异显著(P <0. 05),其中籽粒中追肥氮素积累量占植株积累追肥氮素总量的47. 90%～74. 40%。不同处理下成熟期玉米植株追肥氮素吸收率为19. 16%～64. 72%,其中籽粒的追肥吸收率为11. 29%～47. 17%。植株积累的追肥氮素在各器官中的分配比例差异较大,其中,47. 95%～74. 40%分布在籽粒中,10. 50%～27. 73%分布在叶片中,3. 02%～9. 48%分布在茎秆中,5. 22%～15. 53%分布在穗轴中,苞叶中仅占0. 53%～2. 35%。在玉米生育前期灌水量过大而后期缺水会对植株吸收追肥氮素以及氮素向籽粒中再分配产生不利影响,同时单次灌水量过大产生氮素的淋溶损失,造成资源的浪费和环境的污染。玉米收获后有8. 81%～24. 89%的追肥氮素残留在土壤中,随灌水次数的减少,单次灌水量增加,追肥氮素残留率逐渐减小。综合考虑产量和追肥氮素利用率,得出符合研究区玉米节水、高产、高效要求的灌水方案为全生育期灌溉定额800 m3/hm2,灌水次数为4次(苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期),研究结果可为东北地区玉米生产提供理论支持及数据参考。

基于稳定碳同位素的寒地黑土区玉米水分利用效率研究

为了进一步探究不同灌溉制度对寒地黑土区玉米水分利用效率(WUE)的影响,以玉米大田试验数据为基础,研究了玉米耗水规律以及叶片和产量水平的水分利用效率的变化规律,寻找符合东北地区玉米节水高产要求的灌水方案。同时研究了玉米叶片和籽粒碳同位素分辨率(Δ13C)与不同水平水分利用效率的关系,验证了玉米稳定碳同位素分辨率对作物不同水平水分利用效率的指示作用。研究结果表明,全生育期灌溉定额为800 m3/hm2,灌水4次时玉米产量最高为14 920.62 kg/hm2,但此时产量水平水分利用效率(WUEy)较低;全生育期灌溉定额为600 m3/hm2,灌水4次时玉米WUEy最大为3.74 kg/m3,但产量偏低,综合考虑产量和水分利用效率,得出符合该地区玉米节水高产要求的灌水方案为全生育期灌水800 m3/hm2,灌水3次(苗期、拔节期、抽雄期),此时玉米WUEy为3.65 kg/m3,产量较最大值未发生明显下降。拔节期玉米叶片碳同位素分辨率(ΔLB)、成熟期叶片碳同位素分辨率(ΔLC)和籽粒碳同位素分辨率(ΔF)变化范围分别为0.451%~0.542%、0.505%~0.598%、0.496%~0.526%。叶片碳同位素分辨率(ΔL)、ΔF与瞬时水分利用效率(WUEi)、内在水分利用效率(WUEn)、WUEy均呈负相关,ΔL与WUEn的相关性优于其与WUEi的相关性,ΔF对WUEy指示作用优于ΔL对WUEy的指示作用,玉米ΔL、ΔF可分别作为指示WUEn和WUEy的重要指标。研究结果可为东北地区玉米生产提供理论支持及数据参考。

黑土区节水灌溉对各期肥料氮素在土壤中残留的影响

为揭示松嫩平原低温黑土区节水灌溉模式下肥料氮素在稻田土壤中的残留情况,采用在田间小区内原位设置15N示踪微区的方法,分别标记施用的基肥、蘖肥、穗肥,以常规淹灌模式作为对照,研究了稻作控制灌溉模式下水稻收获后各期肥料氮素在稻田土壤中的残留情况,以及残留在稻田土壤中的肥料氮素在0~60 cm土层的分布。试验结果表明,不同施氮水平下稻作控制灌溉模式基肥氮素在稻田土壤中的残留率为29. 7%~32. 7%;蘖肥氮素的残留率为54. 9%~57. 3%;穗肥氮素的残留率为29. 4%~35. 4%;肥料氮素在土壤中的总残留率为36. 4%~37. 1%,相同施氮量下稻作控制灌溉模式下各期肥料氮素在土壤中的残留率均高于常规淹灌,且相同施氮水平不同灌溉模式下肥料氮素在相同深度土层中的残留量差异显著,不同施氮量下稻作控制灌溉模式水稻生长期内施用的基肥、蘖肥、穗肥氮素在稻田表层土壤(0~20 cm)中的残留量均高于常规淹灌模式;而在20~40 cm和40~60 cm土层的残留量均低于常规淹灌,与常规淹灌相比,稻作控制灌溉模式可以提高肥料氮素在根区土壤(0~20 cm)中的残留量,减少了肥料氮素损失,同时残留的肥料氮素可以在一定程度上补充黑土区的土壤氮库,有利于黑土区稻田土壤的保护及肥力的提升。相关性分析表明:肥料氮素在土壤中的总残留量除与各时期肥料氮素在土壤中的残留量呈极显著正相关外,与基肥和穗肥氮素在表层土壤的残留量呈显著正相关。研究结果可为制定黑土区稻田适宜的水氮调控模式,有效管理和充分利用土壤残留氮肥,改善黑土区稻田生态环境提供参考。

寒地黑土区节水灌溉下水稻对基肥氮素的吸收分配

【目的】进一步揭示寒地黑土区稻作节水灌溉模式下水稻对基肥氮素的吸收分配情况,以明确不同水氮管理模式下水稻对基肥氮素的吸收利用率。【方法】在田间小区中原位设置15N示踪微区,并施用带有15N标记的基肥,对比分析了淹水灌溉模式和控制灌溉模式下水稻对基肥氮素的吸收及分配以及被水稻吸收的基肥氮素在水稻地上部各器官的累积情况。【结果】与淹水灌溉相比,虽然稻作控制灌溉模式可以有效提高水稻地上部干物质及氮素积累量,但水稻内对基肥氮素的吸收利用量较低。控制灌溉模式下,水稻分蘖期基肥回收率为0.86%～2.60%;拔节孕穗期基肥回收率为1.17%～3.27%;抽穗开花期基肥回收率为15.18%～33.50%;成熟期基肥回收率为10.91%～24.39%,除水稻抽穗开花期和成熟期施氮量为85 kg/hm^2处理外,不同施氮量下控制灌溉模式水稻生育期内地上部植株的基肥氮素积累量和回收率均低于淹水灌溉,基肥氮素的损失量较大。不同施氮量下控制灌溉水稻成熟期时地上部植株吸收的基肥氮素总量的63.99%～72.95%存在于水稻穗部,高于淹水灌溉模式。【结论】稻作控制灌溉模式可以有效提高水稻吸收的基肥氮素,向水稻穗部的运移量,保证了基肥氮素的高效利用。

基于^(15)N示踪技术的不同水肥条件下玉米氮素利用实验

为了研究不同水肥条件下玉米对氮肥的吸收利用情况,试验采用^(15)N示踪技术,通过设置3个灌溉水平(200、400、600 m^3/hm^2)以及5个施氮水平(0、150、200、250、300 kg/hm^2)研究了玉米成熟期各器官对肥料氮和土壤氮的吸收情况,不同水肥处理肥料氮对土壤氮的激发规律以及各处理的氮肥有效率。结果表明:不同水肥条件下玉米吸收肥料中氮素占总氮量的33.32%~43.54%,吸收土壤中氮素占总氮量的56.46%~66.68%。各器官对肥料氮的竞争能力不同,由大到小表现为:籽粒、叶、茎。增加施氮量可以适当提升玉米对土壤中氮素的吸收能力,但过量施氮时必须通过增加灌水量才能使玉米从土壤吸收更多的氮素。当灌水量为400 m^3/hm^2,施氮量为250 kg/hm^2时产量达到1 406 3.04 kg/hm^2,土壤氮库达到平衡状态,既实现了高产又满足环境友好需求。