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.

基于^(15)N标记的干旱区滴灌肥料氮的去向和效益研究

【目的】采用^(15)N示踪法,研究滴灌肥料氮与土壤氮素的转化和去向以及在土壤中的残留分布,为新疆滴灌春小麦氮肥优化管理提供科学依据。【方法】试验于2019年在石河子大学农学院试验站进行,供试春小麦材料为强筋型‘新春38’(XC38)和中筋型‘新春49’(XC49)。试验设7个施氮(N)水平:300、285、270、255、240、225和0 kg/hm^(2),分别记作N300、N285、N270、N255、N240、N225和N0处理。每个试验小区内,安装未封底的PVC管(直径11 cm,高65 cm),管内施用与该处理等量的^(15)N标记尿素。于小麦成熟期,测定PVC管内植株样品与土壤样品中的^(15)N丰度,同时在小区内测定产量,计算氮素利用效率。【结果】两品种春小麦吸收的氮素来自肥料的比例为30.49%~36.06%,对土壤氮的依赖程度在60%以上。随着氮肥施用量的降低,对土壤氮的依赖程度逐渐增加。^(15)N标记氮肥在土壤中的总残留率为24.05%~31.60%,主要集中在0—40 cm土层,土壤^(15)N残留量与^(15)N总回收率随施氮量的降低而逐渐降低,^(15)N吸收利用率随施氮量的降低呈先升高后降低趋势。XC38强筋小麦各器官对肥料氮的吸收量为43.1~61.3 kg/hm^(2),占总吸氮量的30.94%~36.06%,高于中筋小麦XC49的42.3~54.5 kg/hm^(2)和30.81%~34.39%。XC38小麦在N270处理下产量最高,为7384.0 kg/hm2;XC49小麦在N255处理下氮肥农学利用效率最高,为7236.1 kg/hm^(2)。【结论】在滴灌施肥条件下,作物当季肥料氮吸收量占比平均为19.79%,0—60 cm土层中的平均残留率为27.86%,平均总回收率为47.64%。提高施氮量可提高小麦对肥料氮的吸收及其比例,且增加土壤中氮素的残留率,有效补充土壤氮库。虽然强筋型小麦XC38对肥料氮素的吸收强于中筋型小麦XC49,但对肥料氮的基本去向没有显著影响。综合考虑产量和氮肥利用效益,春小麦XC38和XC49适宜的施氮量分别为N 270 kg/hm^(2)和225 kg/hm^(2)。

^(15)NO_(2)胁迫下三角梅不同器官的氮素吸收分配动态及代谢规律

近年来研究园林植物消减大气污染物的修复技术及其原理,理清氮氧化物污染对植物生理生态的影响机制,对城市生态环境保护和文明建设具有重要意义。以三角梅(Bougainvillea spectabilis Willd)小苗为研究材料,通过人工模拟熏气法,设计短时间高浓度^(15)NO_(2)胁迫处理,以CK为对照,比较8.0μL/L^(15)NO_(2)处理和4.0μL/L^(15)NO_(2)处理对三角梅各器官^(15)N的吸收量和各器官^(15)N-氨基酸含量的影响,探究^(15)NO_(2)胁迫下三角梅各器官内氮素的吸收分配动态及代谢规律研究。结果表明,^(15)NO_(2)胁迫后显著提高了三角梅各器官^(15)N含量,其中叶片是^(15)N的主要积累器官。8.0μL/L^(15)NO_(2)处理下三角梅各器官^(15)N含量、^(15)N-硝态氮含量较4.0μL/L^(15)NO_(2)和0μL/L^(15)NO_(2)均极显著上升,^(15)N-铵态氮含量较4.0μL/L^(15)NO_(2)除在叶中极显著下降了54.0%外,其余均极显著上升;^(15)N含量在三角梅各器官中分配差异显著,4.0μL/L^(15)NO_(2)处理下总体趋势为叶>根>茎。随着^(15)NO_(2)浓度不断上升,4.0μL/L^(15)NO_(2)处理下三角梅各器官中^(15)N-氨基酸含量均呈上升趋势,分配率均表现为叶>根>茎;8.0μL/L^(15)NO_(2)处理下各器官中^(15)N-氨基酸含量则未呈现统一的变化趋势,与4.0μL/L^(15)NO_(2)相比,各器官中部分^(15)N-氨基酸含量呈下降趋势。因此,不同浓度^(15)NO_(2)胁迫后,三角梅各器官对^(15)N的吸收量和各器官^(15)N-氨基酸合成量变化不一,4.0μL/L^(15)NO_(2)胁迫对植物的^(15)N的吸收量和各器官^(15)N-氨基酸含量均呈现为上升趋势,叶片为^(15)N和^(15)N-氨基酸积累的主要器官;8.0μL/L^(15)NO_(2)胁迫抑制植物根系的^(15)N分配,促进叶和茎的^(15)N分配,叶片为^(15)N积累的主要器官。该研究结果为氮氧化物污染在植物体内的迁移转化规律提供一定的理论依据。

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。

应用^(15)N示踪法研究烤烟的氮素营养

大田中设置盆栽试验，采用15N示踪法对不同施氮水平烤烟的氮素吸收、肥料氮素的利用和土壤AN值进行研究。试验结果表明：烤烟全生育期吸收的氮素主要来自于土壤可利用氮。随着氮肥用量的增加，烤烟对肥料氮的吸收量增加、对土壤氮的吸收量减少，同时土壤对肥料氮素的固定和氮肥损失量增加。AN值有随氮素用量的增加而逐渐减少的趋势，但以处理4（氮素67．5kg／hm2）最低。肥料中氮索利用率以处理4最高，达到52．3％。

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。

不同品质小麦氮素分配及利用率的^(15)N示踪研究

为了解品种、施氮量、追氮时期对小麦各器官氮素分配、利用率的效应及权重,利用15N示踪技术研究了两种施氮水平和两种追肥时期下不同品质类型的四个小麦品种(系)济南17、PH82-2-2、PH97-4、PH97-5成熟期各器官氮含量、氮积累量和15N丰度的差异。结果表明,施氮量增加,籽粒氮含量和积累量增加,而营养器官氮含量和积累量升高或降低,规律不一致。拔节期追施氮肥,籽粒氮含量和积累量比抽穗期追施氮肥低,而营养器官相反。成熟期小麦各器官氮含量高低依次为籽粒、其他叶、旗叶、颖壳、茎秆+叶鞘。品种间各器官氮含量和积累量存在显著差异,PH82-2-2和PH97-5籽粒中氮含量和积累量高于济南17和PH97-4,PH97-5后期营养器官向籽粒转移氮素较多,品种是影响各器官氮含量和积累量差异的决定因素。抽穗期追氮整个小麦植株中追肥氮含量比拔节期追施氮肥显著降低,地上器官中降低了10.1个百分点,籽粒中降低了10.3个百分点,小麦对氮素的当季利用率显著降低。

^(15)N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。

^(15)N示踪-质谱计法直接定量稻田土壤反硝化作用氮素损失的可行性研究

采用自行设计的气样前处理装置 ,包括进样口、还原铜管、高效脱氧管和液氮冷阱 ,建立了1 5N示踪 质谱计法直接测定反硝化作用气态氮素损失 (N2 +N2 O)的方法。测得空气中N2 的1 5N自然丰度平均为 0 36 5 9% (理论值为 0 36 6 0 % )、绝对误差的平均值为 0 0 0 0 2 %、C V %为 0 0 9% ,与质谱计的设计精度完全吻合 ;不同气样1 5N丰度测定的C V %在 0 0 3%～ 1 0 8%之间 ,反硝化作用源丰度测定的C V %在 1 2 2 %～ 5 2 1 %之间 ,表明本研究所用的前处理装置对气样中O2 、CO2 及H2 O等杂质气态的清除是十分有效的。另一方面 ,由于1 5N损失的计算是以1 5N原子百分超为基础的 ,计算结果表明 ,当气样的1 5N原子百分超小于 0 0 1 4% (相应的1 5N丰度为 0 380 % )时 ,测得的1 5N损失的C V %有可能大于 5 % ,为此建议气样1 5N丰度最好能大于 0 380 % ,以确保测定结果的精确度。

用^(15)N示踪法研究人参吸氮及其对^(14)C同化物分配的影响

利用１５Ｎ示踪法研究了人参对肥料氮的利用和损失及氮对人参光合同化产物分配的影响。结果表明，人参对肥料氮利用率，１年为９８５％，２年为１９０６％；肥料回收率第１年为８１５９％，第２年为６９７８％，２年肥料氮损失率为３０２２％。供氮１０ｇ／ｍ２时，人参的１４ＣＯ２同化力以及硝酸还原酶（ＮＲ）活性最高；供氮４０ｇ／ｍ２时，总可溶性糖、蔗糖含量下降，淀粉含量增加，人参皂甙含量下降。

用^(15)N示踪法研究不同土壤水分条件下小麦对氮的吸收利用

本研究结果表明，同一施氮量处理小麦地上生物量、茎叶产量和籽粒产量随土壤水分含量的增加而提高，在同一土壤含水量下，这３ 种产量则随氮素肥料施用量的增加而增加。小麦成熟后地上部吸收总氮量的方差分析显示出施氮处理和水分处理对小麦吸氮量的影响达到显著水平，同一施氮处理小麦地上部吸氮总量随土壤含水量的增加而增加，在３ 种土壤水分含量条件下，小麦的吸氮量均随施尿素氮肥量的增加而提高。施尿素处理的土壤Ａ 值随土壤含水量的增加而降低；尿素与猪粪配施处理的土壤Ａ 值则随土壤含水量的增加而增加。在相同施肥量下，尿素氮的利用率随土壤含水量的增加而提高，当田间持水量分别为５０ ％ 、７０ ％ 和９０ ％ 时，小麦对土壤中氮素利用率分别为１３３０ ％ 、２７９７ ％ 和３２２６ ％ ，尿素与猪粪配施处理在３ 种土壤水分条件下的氮肥利用率分别为１９９６ ％ 、２９９０ ％ 和３４３９ ％ 。说明在水分缺乏的情况下，尿素氮的利用率受土壤水分条件的制约，土壤水分充足及无机氮肥与有机肥配施可以提高氮肥的利用率。

用^(15)N示踪研究灌溉水平和氮磷配比对砂地小麦生长和氮素平衡的影响

15N示踪研究证明，在不同灌溉水平下，在细质砂土上，增施磷肥可以大幅度提高小麦单位面积穗数、穗粒数和产量。并可以促进小麦对N素的吸收，提高肥料N利用率，降低肥料N损失率，促进营养物质的运输和转化，但是小麦的千粒重和含N量则随之下降。增施磷肥的效果大于增施N肥。在中等灌溉水平下，每公顷施纯N204kg，施P2O3180kg，可以实现砂地小麦高产高效的统一。

15N同位素在华北冬小麦夏玉米氮营养来源研究中的应用

小麦-玉米一年两作是华北平原最主要的种植方式之一,对保障国家粮食安全至关重要。阐明该种植体系作物氮营养来源定量组成对区域养分资源管理、施肥制度优化、作物营养状况调控都具有十分重要的意义。15N作为氮元素的一种稳定同位素,其示踪技术在农田氮肥去向,作物氮营养来源等农业生产领域得到广泛应用。本文主要概述了15N同位素技术在研究当季施入化肥氮、前茬残留化肥氮、播前土壤固有硝态氮对华北冬小麦-夏玉米氮营养贡献中的具体应用方法、实例及相关研究结果,并对叶面肥氮、还田秸秆氮、大气沉降氮等其他氮营养来源的研究进行了展望,以期为该种植体系养分资源管理以及施肥制度优化提供理论参考。

^(15)N示踪法测定海洋反硝化速率中^(29)N_2浓度的准确定量

利用15 N示踪法实测南海水体反硝化速率的研究发现,培养水样在长时间密闭放置过程中也会受到外界空气的污染,且其29N2/28N2比值恒定为0.007 35。根据空气背景中29N2/28N2比值恒定的特征,提出基于质量平衡关系校正空气N2污染的方法,通过将样品实测29N2浓度扣除由外界空气贡献的29N2浓度,可获得由生物反硝化作用所产生的29N2准确浓度,进而可计算出准确的反硝化速率。经空气29N2背景校正后,29N2浓度的偏差明显小于未经校正的结果,且29N2浓度与培养时间之间的线性相关性显著加强,凸显出空气29N2背景校正是获取准确反硝化速率的关键。鉴于15 N示踪法已被广泛应用于海洋水体与沉积物反硝化速率的测定中,所提出的空气29N2背景校正方法具有重要的意义。

稳定性同位素^(15)N在我国农业研究中的应用

对近年来稳定性同位素15N在农业研究中的应用及所取得的成就进行了综述 ,并展望了稳定性同位素15N在农业科学研究方面应用的发展前景。

应用^(15)N研究不同氮肥在麦田土壤中的去向及脲酶抑制剂的效果

研究以盆栽试验为主,并结合大田试验,利用^(15)N示踪法对我国南方两种土壤上尿素、硝酸铵不同氮肥的去向及脲酶抑制剂对氮肥去向的影响进行了细致研究。特别阐明了氨的挥发和氮素的淋溶损失动态状况。在黄棕壤上,尿素中氨的挥发损失率大于硝酸铵,分别为11.7%和8.1%,前者比后者大43.7%;而氮的淋溶损失率则相反,分别为0.70%和0.79%,硝酸铵淋溶损失率比尿素高11.4%。在红黄土上氨的挥发损失率比在黄棕壤上小,仅为5.3%。首次指出了这两种氮肥的挥发损失远大于淋漏损失的结果。查明了增施脲酶抑制剂对提高氮肥利用、减少氨的挥发损失的明显作用。

应用^(15)N示踪技术研究氮磷复(混)合肥料的肥效和残效

1984～1986年连续4茬作物的盆栽试验结果表明:①硝酸磷肥、尿素磷铵和尿素普钙对春麦和麦茬稻均有明显的增产作用。但肥料之间无显著差异。②春麦对不同肥料氮的利用率无明显差异,而对肥料中不同形态氮素的利用率略有差异。麦茬稻对尿素普钙中氮的利用高于硝酸磷肥;而不同形态氮素的利用率之间差异较小。③收获春麦后土壤中尿素磷铵和尿素普钙中氮的残留率分别为52.9%和52.1%,高于硝酸磷肥(49.4%)。不同形态氮麦中尿素残留最多;NO_3^--N 次之;磷铵氮最少。在收获麦茬稻后,土壤中仍有1%的残留氮素。④春麦生长期中,氮肥的损失率为12.0%～24.5%。麦茬稻生长期间,氮肥的损失率约为20.0%～30.0%。显然过多的施肥是不经济的。特别是硝酸磷肥和尿素。⑤第四茬水稻对残留肥料仍可利用,其利用率达0.8%～1.1%。

应用^(15)N研究有机肥与无机肥配施对小麦氮素吸收的影响

应用^(15)N示踪技术,采用盆载方式研究了有机肥与无机肥配施对小麦氮素吸收利用和土壤肥力的影响。结果表明,一定比例的有机肥与无机肥配施,能够获得与单施等氮量无机肥同样高的产量,并能够提高肥料氮素在土壤中的总残留量。同时,增加土壤有机质和速效磷的含量,减少氮素损失。小麦在整个生育期内吸自基肥的氮主要用于营养器官的形成,而追肥氮主要用于生殖器官的形成。土壤供氮占小麦吸收总氮量的较大比例。

应用^(15)N研究几种氮素肥料的使用及其残效

通过二年三茬作物的田间微区(15)~N 示踪实验,研究了亚硫酸铵(ASI)、亚铵造纸制浆废液(WPF)和液氨(AA)的肥效和残效。作物是水稻—小麦—水稻,主要结果表明,这三种肥料都是很有使用价值的,有待开发。

鸭梨秋施^(15)N-尿素的吸收与分配

以3年生初结果鸭梨/杜梨树为试材,采用田间微区法土施^(15)N-尿素,秋施的氮肥在年周期内均可为植株吸收,当年肥料利用率为3.1％,翌年8月上旬达17.8％,以5月上旬吸收最快;肥料损失率以冬春最高,达50.7％,落叶休眠期树体内的^(15)N绝大部分贮藏于多年生枝及根系,其浓度则以短枝、细根为高,长枝最低;春季多年生枝中的^(15)N向新生器官迁移最快,至新梢速长期树体内53.3％的^(15)N分布于长枝中;果实速长期枝叶中的^(15)N已向其它器官回流,尤以长枝最快。