氮、水交互对长白山阔叶红松林细根形态及生产量的影响

土壤养分和水分的变化深刻影响着森林生态系统的碳分配,进而影响树木细根形态结构和生产量。本文以我国长白山阔叶红松林为研究对象,研究氮沉降增加（50 kg/（hm2·a））和降雨量减少（30%穿透雨,约210 mm/a）情形下,细根形态结构和生产量的时空响应特征。结果表明,细根形态结构和生产量受多种因素（处理、取样时间、取样层次）的共同影响。施氮样地（N）显著降低了0~10 cm土壤层细根直径,从而增加了比根长;减少降雨样地（D）细根根长密度增加了1.55~3.24倍,细根生产量增加了104 g/（m2·a）;减少降雨同时施氮样地（DN）10~20cm土壤层细根直径和生产量显著增加。因此,长白山阔叶红松林不同土壤层细根在氮和水分吸收功能上可能存在分化,氮沉降增加、降雨格局变化及其交互作用在不同程度上驱动着细根形态和生产量的时空变化。

沙区降解膜覆盖下滴灌农田水氮交互效应与模型研究

为探索干旱沙区可降解地膜覆盖下滴灌农田水氮交互效应及优化组合方案,提高其水氮利用效率,在内蒙古乌兰布和沙区进行2年可降解膜覆盖下的滴灌田间试验,设置了低水(2016年165 mm、2017年195 mm)、中水(2016年247.5 mm、2017年292.5 mm)和高水(2016年330 mm、2017年390 mm)3个灌溉定额水平及低氮(140 kg/hm^2)、中氮(210 kg/hm^2)和高氮(280 kg/hm^2)3个施氮量水平,并以普通塑料地膜覆盖的3个水分处理作为对照,采用随机完全组合设计,共计12个处理。研究了可降解地膜覆盖下不同水氮供应对干旱沙区玉米产量及水氮利用效率的影响,建立了可降解地膜覆盖下滴灌农田玉米水氮耦合模型,并对组合方案进行了优化。结果表明:与普通塑料地膜覆盖相比,可降解地膜覆盖下水分利用效率(WUE)明显较低,而在水分充足条件下(高水)玉米产量及其构成因素、氮肥偏生产力(PFPN)无显著差异。可降解地膜覆盖下灌水量和施氮量均对玉米的产量及其构成因素、WUE和PFPN有显著影响。灌水量与施氮量存在明显的交互效应,较低的灌溉定额限制了氮素利用,从低水到中水处理2年玉米PFPN和产量平均增长36.87%和37.18%,而从中水到高水其增长仅为5.93%和6.22%;同样较低的施氮量也限制了水分的利用,从低氮到中氮处理2年玉米WUE和产量平均分别增长了7.99%和18.81%,而从中氮到高氮WUE增长为-3.66%,产量仅增长3.35%,而2年最大产量均出现在高水中氮处理,分别为13 875.16、13 805.02 kg/hm^2。在沙区可降解地膜覆盖下滴灌农田中,灌溉定额、施氮量与玉米产量之间符合二元二次回归模型,该模型预测玉米产量与实际产量呈高度相关(2016、2017年R2分别为0.978、0.988),通过主因素分析水氮增产效应的因素,由大到小依次为:灌水量、施氮量,产量随水氮量的增加均呈先增加后减小的趋势。经模型寻优,得出不同目标产量下的水、氮最佳组合方案,本试验高水中氮处理的水氮配比下的产量在13 000~14 000 kg/hm^2目标范围内,且WUE、PFPN较高,可作为干旱沙区可降解地膜覆盖下较为合理的水肥管理模式和技术参考。

渭北东部旱塬氮磷水三因素交互作用与耦合模型研究

在旱棚控制条件下，用三因素五水平回归设计，研究了渭北东部旱塬氮磷水三因素的交互作用及耦合模型，结果表明：①氮、磷、水对冬小麦的增产顺序为水＞氮＞磷；②氮磷和氮水的交互作用为协同作用型，氮、磷、水都为李比希限制因素；磷、水交互作用为拮抗型，磷、水为拮抗限制因素；当氮、磷、水同时投入时，磷水拮抗型转变为协同作用型，磷、水也变为李比希限制因素；③水分对目标产量的校正模型为：ｙ＝－３０．６５２±０．９９６６Ｗ＿Ｂ，ｙ＝－１６．５０２＋０．８７５Ｗ＿Ｒ，ｙ＝－１１３．２９７５＋０．６０４１Ｗ＿Ｔ；④水分对施肥量的校正模型为：Ｘ＿１（Ｎ）＝０．７９５６＋０．４７２８Ｘ＿３，Ｘ＿２（Ｐ＿２Ｏ＿５）＝０．４６７９＋０．２１６９Ｘ＿３。

水氮交互对油用向日葵粗脂肪及脂肪酸组分的影响

为分析水氮交互对油葵粗脂肪及脂肪酸组分的影响,选取油葵杂交品种康地T562,采用现蕾至开花阶段灌水与追氮肥2因素3水平(灌水90mm、54mm、36mm;追氮肥0、52、104kg·hm^(-2))随机区组试验设计,于2011年在河套灌区进行田间试验。结果表明,水、氮及交互对油葵籽仁粗脂肪及主要脂肪酸组分(油酸、亚油酸、亚麻酸、棕榈酸、硬脂酸)均影响显著。不追氮肥时,充足的土壤水分有利于油葵籽仁粗脂肪的生成。水氮交互下,土壤中有效氮的增加导致粗脂肪、亚油酸及不饱和脂肪酸的合成下降。土壤中水分的增加,促进油葵籽仁中亚油酸及不饱和脂肪酸的生成,但会抑制油葵籽仁中硬脂酸及饱和脂肪酸的生成。W90N0(灌水90mm,不追氮肥)处理下油葵籽仁粗脂肪含量最高,为60.37%;W90N52(灌水90mm,追氮肥52kg·hm^(-2))处理下亚油酸及不饱和脂肪酸含量最高,分别为69.06%、84.75%,而硬脂酸和饱和脂肪酸含量最低,分别为7.23%、13.06%。综合考虑粗脂肪含量高及脂肪酸组分构成有利于人类饮食健康,在河套灌区推荐油葵水肥技术参数为现蕾后开花前灌水90mm,追氮52kg·hm^(-2)。

水氮交互作用对草地早熟禾生理生化与坪用质量的影响

采用3个不同水分梯度和3个不同氮素浓度的交互处理,研究草地早熟禾细胞抗氧化酶活性等相关生理生化指标与草坪质量的变化。结果表明:在轻度水分胁迫×中氮处理下,草地早熟禾SOD、POD及CAT酶活性均较高,MDA含量相对较低;草地早熟禾的细胞抗氧化能力与叶片可溶性蛋白含量、叶绿素含量、叶片含水量之间不同程度的正相关;草地早熟禾坪用质量与叶片叶绿素含量、可溶性蛋白含量及含水量间呈显著一元线性关系;同等干旱胁迫下,适当增施氮素可提高叶片可溶性蛋白含量、叶绿素含量和含水量,即干旱胁迫导致草地早熟禾坪用质量的降低可通过施适量氮素得到补偿。

不同肥力麦田水氮交互效应与耦合模式研究

采用大田试验的方法,研究黄潮土上两种肥力麦田水氮交互效应的结果表明:在供试条件下,高肥力麦田灌水及水氮交互效应下显著,氮肥效应虽显著,但效应值很低,水氮增产潜力小。中高肥力麦田中,水氮增产潜力大,尤其是氮肥效应极为显著,水氮间存在负互作用;灌水不足会降低小麦产量和氮肥肥效,通过增施氮肥可一定程度弥补水分不足而提高产量;改善灌水条件可促进氮肥肥效的发挥,从而降低小麦最高产量施氮量;大水大肥不利于小麦产量和肥水利用率的提高。在高肥力麦田常规灌溉制度下,以施纯氮10～13 kg·mu^1为宜,可获得550～580 kg·mu^1的小麦产量;在中高肥力麦田,灌1～3水,以施氮16～20kg·mu^1为宜,可获500kg·mu^(-1)以上的小麦产量。通过水氮最佳耦合,在高肥力麦田保证最高成穗数,在中、高肥力麦田保证最作穗数和穗粒数,是提高小麦产量的关键。

水氮交互作用对冬小麦产量及土壤中硝化氮分布的影响

为获得冬小麦灌水量和施氮量的最佳组合,在粉砂壤中进行了水氮交互效应对冬小麦生长、产量及土壤中硝化氮分布的影响的试验。试验中灌水量取低、中、高3个水平,分别是维持土壤含水率下限为田间持水量的45%,55%,65%,施氮量的3个水平为154.5,206.5,258.5 kghm^2。试验结果表明,在试验区特定气候、土壤条件下,中水平灌水和施氮的组合处理效果最佳,低水平灌水和施氮的组合处理效果最差。

水氮交互作用对棉花产量的影响研究

通过设置不同水平的水、氮处理分析各处理对膜下滴灌棉花单铃重、单株铃数和产量的影响,结果表明,施氮的增产效应主要表现为可增加单株铃数,但在增加单铃重方面表现不明显;灌水在增加单铃重方面表现极显著,对增加单株铃数也有促进作用;水氮交互作用对棉花单株铃数和单铃重的影响均不明显;各处理对棉花产量的影响也表现为灌水>施氮>水氮交互效应。

沙漠绿洲灌区不同水氮水平对甜瓜产量和品质的影响

选用河西地区广泛应用的甜瓜品种,采用裂区设计,研究河西灌区甜瓜生长期不同水氮投入量对甜瓜产量和品质的影响。在试验条件下,增加灌水和施氮均能促使产量和品质提高,且氮素作用大于灌水效应;在一定范围内,甜瓜产量随着灌水量和施氮量的增加而提高;在灌水量达到2 700m3/hm2、施氮量达到240kg/hm2时,甜瓜产量最高,为53 849kg/hm2,水分利用率达到19.94%,氮肥利用率达到22.22%。继续增加灌水、施肥量,产量和品质有下降趋势;综合产量、品质和水氮利用率,灌水量为2 700m3/hm2,施氮量240kg/hm2为较适宜水平。

模拟降水和氮沉降对准噶尔盆地南缘梭梭光合生理的影响

氮沉降和降水格局变化是目前全球气候变化背景备受关注的热点研究课题,也是荒漠生态系统的两个主要限制因子。因此,研究两者对荒漠植物的效应有助于深入了解荒漠生态系统对全球变化的响应。本文选择准噶尔盆地南缘荒漠地区的建群种梭梭(Haloxylon ammodendron)作为研究对象,设置自然降水(W0)与增加降水30%(W1)两个水分条件和自然氮沉降(N0)、增加氮素30 kg(N)·hm^(-2)·a^(-1)(N1)与增加氮素60kg(N)·hm^(-2)·a^(-1)(N2)3个施氮水平,连续处理2年,以探究降水、氮沉降及其交互作用对梭梭光合日变化及生理生态特征的影响。结果表明:降水、氮沉降及其交互作用对梭梭的净光合速率(Pn)日变化产生极显著正相关影响;同时根据梭梭Pn、胞间CO2浓度(Ci)及气孔限制值(Ls)的变化方向,推测梭梭光合"午休"主要由非气孔因素引起。此外,W0条件下,梭梭丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶(POD、CAT、SOD)活性、可溶性蛋白(Pr)和可溶性糖(SS)含量均随施氮量增加而显著降低,脯氨酸(Pro)含量则呈先降低后增加的趋势;而W1条件下,梭梭MDA含量、抗氧化酶(POD、CAT、SOD)活性及渗透调节物质(Pro、Pr、SS)含量均随施氮量增加呈显著先增加后降低的趋势。两种水分条件下,除W1N1处理梭梭的Pro含量高于对照组外,其余处理均显著低于对照组;同时梭梭的MDA含量、抗氧化酶活性、Pr及SS含量也均显著低于对照组。综合分析结果表明:降水、增氮及其交互作用均有利于梭梭的生长,但其交互作用效应的强弱则取决于二者间的比例。

‘小偃60’在不同水氮条件下的用水特性

以过筛土壤为培养基础,以圆形桶为容器,设置了3个水分梯度(W0、W1、W2,分别为田间持水量的50%、65%、80%)、4个氮素梯度(N0、N1、N2、N3,施氮量分别为每桶0 g·kg?1、0.10 g·kg?1、0.20 g·kg?1、0.29 g·kg?1),探究冬小麦新品系‘小偃60’干物质积累与分配、水分利用效率、光合参数的变化规律,为其推广及高产高效栽培提供依据。结果表明,水、氮均对冬小麦生物量及产量、叶片叶绿素含量、叶水势、叶片净光合速率等有显著影响,且水对籽粒产量的主效应大于氮肥。水分和氮肥适宜处理(W2N2)比水分和氮肥轻度亏缺处理(W1N1)增产66.03%,W1N1比水分和氮肥严重亏缺(W0N0)增产153.30%。在相同水分处理下,冬小麦叶绿素SPAD值随着施氮量的升高而升高,而在相同施氮量条件下,水分严重亏缺处理(W0)和水分适宜处理(W2)的冬小麦叶绿素SPAD值均低于水分轻度亏缺处理(W1)。水分对叶片水势为正效应,表现为随着土壤含水量的增加显著升高到不明显升高趋势。光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、瞬时水分利用效率(WUEi)均随着施氮量的增加而升高,Pn、Tr随土壤水分提高而上升,WUEi却随土壤水分提高而下降。在低氮(N1)或者不施氮肥(N0)条件下,产量水分利用效率(WUEy)随水分的增加表现先升高而后变化不明显的变化趋势;在适宜氮肥(N2)和高氮(N3)条件下,WUEy随着水分的增加而升高。通过对试验结果的分析得出如下结论:1合理的水氮管理使‘小偃60’的籽粒产量及水分利用效率(WUE)维持在较高水平,过多水肥均引起产量及WUE下降;2不同水氮下籽粒产量、水分利用效率均与叶片净光合速率显著正相关;3‘小偃60’在河北环渤海地区更适合在低水中肥条件下种植。

氮沉降和降水增加对榆树幼苗不同器官碳氮磷分配格局的影响

【目的】研究榆树幼苗C、N、P分配格局对氮沉降和降水增加的响应特征,为明确榆树对水氮环境变化的适应策略、培育高质量苗木提供参考。【方法】2015年4月末,将榆树幼苗(株高37.76 cm,茎粗0.44 cm)盆栽于风沙土(全C、N、P含量分别为4.52、0.31和0.11 g?kg-1)中。采用两因素(氮素和水分)随机区组设计,设置4个施氮处理梯度(施不施氮及添加5、10和15 g N·m^-2a^-1)以及3个水分处理水平(自然降水、自然降水增加50%和增加100%),分析不同水氮处理下榆树幼苗叶、枝、茎、粗根和细根的C、N、P含量及计量比变化特征,探讨C、N、P元素含量的稳定性及其异速生长关系。【结果】施氮和增加降水对榆树幼苗不同器官N、P含量及比值均具有显著交互作用。随着施氮量增加,叶和细根C含量增加,枝、茎和粗根C含量保持稳定;各器官N含量及N∶P升高,C∶N降低;叶和茎P含量降低,叶、茎和细根C∶P增加。随着降水增加,叶和细根C含量下降,枝、茎和粗根C含量保持稳定;枝和茎P含量下降,C∶P和N∶P上升。而在不同氮沉降水平下,降水增加对各元素分配影响不同。当不施氮时,随着降水增加,叶N含量及N∶P增加,C∶N下降;叶、粗根和细根P含量先增加后减少,C∶P先降低后升高;细根N∶P先增加后降低。当施氮量为15 g N·m^-2a^-1时,随着降水增加,叶N含量下降,C∶N增加,N∶P无显著变化;叶、粗根和细根P含量下降,C∶P增加;细根N∶P逐渐增加。水氮添加处理下,幼苗C含量顺序为茎、枝和粗根>叶和细根,N和P含量顺序为叶>细根>枝、茎和粗根。各器官元素含量及比值的变异系数不同,C含量变异系数为叶和细根>枝、茎和粗根;N含量变异系数在叶和粗根中最大,在细根中最小;P含量变异系数在茎中最大,在叶中最小;C∶N变异系数为粗根>叶、枝和茎>细根,C∶P和N∶P变异系数为茎>粗根和细根>叶和枝;且各器官N∶P变异系数均高于N、P含量变异系数。幼苗叶、枝、粗根和细根中C与N含量具有显著异速生长关系,C与P含量在叶和粗根中呈显著负相关。各器官N与P含量间均呈显著负相关,异速生长指数在-0.534^-1.224之间。【结论】氮沉降可提高榆树幼苗叶和细根C含量、各器官N含量及N∶P、叶、茎和细根C∶P,降低叶和茎P含量、各器官C∶N。降水增加可提高枝和茎C∶P和N∶P,降低叶和细根C含量、枝和茎P含量,同时N利用效率降低,P利用效率提高。N含量稳定性在细根中最强,P含量和N∶P稳定性在叶中最强,N和P含量稳定性在各器官中均高于N∶P。

模拟氮沉降及降水作用下红砂和珍珠猪毛菜幼苗生物量的分配模式

水分和氮素是植物生物量积累的重要资源,也是调节植物在荒漠逆境条件下生物量分配的主要因素。本研究以两种荒漠优势植物红砂(Reaumuria soongarica)和珍珠猪毛菜(Salsola passerina)苗木为试验材料,研究了降水[–30%(低水)、0(中水)、+30%(高水)]与氮素[0(N_(0),无氮)、4 g·(m^(2)·a)^(−1)(N_(1),中氮)、8 g·(m^(2)·a)^(−1)(N_(2),高氮)]交互作用对其不同生长方式(红砂单生、珍珠猪毛菜单生、红砂和珍珠猪毛菜混生)下的生物量分配及相关生长关系的影响。结果表明:(1)红砂和珍珠猪毛菜幼苗受水分和氮素影响显著(P<0.01)。单生红砂根生物量在低氮、高水时增加,而茎和叶生物量在高氮、中水时增加,其生物量在各器官的分配关系为根>茎>叶。混生红砂的根、茎、叶生物量分别在无氮和低水、无氮和中水、低氮和高水条件时有所增加,其分配关系为叶≥茎>根。单生和混生珍珠猪毛菜均在低氮和高水时器官生物量增加,两者生物量分配关系一致,均表现为叶>茎>根。(2)混生方式下的红砂和珍珠猪毛菜叶根重比、叶重比、源汇重比均高于单生方式,而根冠比则较单生分别平均减少了52.63%和37.45%,说明两种植物在混生过程中均能将更多的生物量分配到地上部分。未来在降水格局和氮沉降变化条件下,红砂和珍珠猪毛菜的混生状态将可能比其单生状态更有利于适应全球气候的变化。

不同水氮处理下毛白杨碳氮磷化学计量特征

为了解灌水和施氮对毛白杨(Populus tomentosa Carrière)优良无性系休眠期各器官碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征的影响,利用毛白杨速生丰产林10年连续灌水和施氮双因素试验(通过灌水分别维持土壤含水量至田间持水量的45%、60%、75%;施氮量为0、101.6、203.2、304.8 kg/hm2,共计12个处理,每个处理3次重复)林地,选择其中的优良无性系S86为研究对象,2016年10月末待树木生长停止进入休眠期时,在每个水氮处理小区选取1株标准木并对其进行伐倒肢解处理后,测定分析毛白杨根、干、枝中的碳、氮、磷含量.结果显示:(1)毛白杨树干和枝碳、磷含量显著高于根(P <0.05);氮含量在各器官间差异显著,大小为枝>根>干. C:N在各器官间差异显著,大小为干>根>枝;C:P在各器官间差异不显著;N:P在各器官间差异显著,大小为枝>根>干.(2)灌水对各器官碳含量无显著影响,施氮显著降低根碳含量;灌水、施氮以及两者交互作用均显著影响根、干、枝氮含量,灌水和施氮显著增加各器官氮含量,并在高水高氮条件下毛白杨各器官氮含量显著增大.(3)灌水和施氮显著降低了毛白杨各器官C:N,对C:P影响不显著,显著增加N:P含量.本研究表明,灌水和施氮均促进了毛白杨各器官对氮的吸收,从而提高各器官氮含量;灌水和施氮降低了各器官C:N,促进了毛白杨生长;尽管此区为毛白杨适生区,但毛白杨速生丰产林仍受氮素限制,灌水和施氮是提高毛白杨速生丰产林生长量的重要栽培措施.(图2表6参41)