缓控释肥配施脲铵运筹对水稻产量、氮素利用效率和土壤养分的影响

通过田间试验,以传统配方肥+尿素一基两追施肥模式(CG)为对照,研究了以脲甲醛类缓控释肥(NC)和木质素类缓控释肥(MC)为基肥、脲铵为分蘖或穗分化追肥的缓控释肥+脲铵一基一追施肥模式对水稻产量、氮吸收累积、氮素利用效率以及土壤养分的影响。结果表明:缓控释肥+脲铵一基一蘖施肥模式水稻产量与CG处理相比无明显差异,但脲甲醛类缓控释肥+脲铵(NC-S)和木质素类缓控释肥+脲铵一基一穗(MC-S)处理分别比CG处理明显增产3.96%和6.01%,主要原因为NC-S和MC-S处理每穗粒数分别比CG处理明显增加16.7%和17.6%;与CG处理相比,脲甲醛类缓控释肥+脲铵(NC-F)和木质素类缓控释肥+脲铵一基一蘖(MC-F)处理成熟期地上部氮累积分别比CG处理增加2.50%和5.89%,NC-S和MC-S处理分别比CG处理明显增加10.0%和11.6%;NC-S和MC-S处理氮素利用效率(NUE)分别比CG处理高3.96%和6.01%。缓控释肥+脲铵一基一追施肥模式增加了水稻氮吸收效率(NupE)和表观氮肥回收效率(ANR),其中MC-S处理的NupE明显比CG处理高11.6%,NC-S和MC-S处理的ANR分别比CG处理明显高25.4%和29.3%。缓控释肥+脲铵一基一追施肥模式土壤碱解氮含量明显比CG处理增加6.58%~10.7%,其中,一基一穗施肥模式增加比例更大;另外,土壤有机质含量比CG处理增加1.11%~7.56%。由此可见,缓控释肥+脲铵一基一穗施肥模式更有利于提高水稻产量和氮素利用效率,增加土壤肥力。

隔两年深松配合条旋耕显著提升冬小麦的氮素吸收利用效率和产量

【目的】探究耕作方式对小麦氮代谢和氮素利用效率的影响,为小麦高产高效生产提供理论依据。【方法】长期定位试验位于山东省济宁市兖州区小孟镇,始于2007年,供试冬小麦品种为‘济麦22’。设置常年翻耕(PT)、常年旋耕(RT)、常年条旋耕(ST)和隔两年深松+条旋耕(STS)4个处理。2023年在小麦开花期和成熟期采集植株样品,测定各器官含氮量。在开花后0~28天,每隔7天取一次样,测定旗叶硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)活性以及游离氨基酸和可溶性蛋白含量。于成熟期,调查产量及其构成因素,并计算氮素利用效率。【结果】与PT、RT和ST处理相比,STS处理提高了小麦旗叶硝酸还原酶活性、谷氨酰胺合成酶活性、游离氨基酸与可溶性蛋白含量,增加了开花期植株各部位和成熟期籽粒的氮素积累量、花前氮素转运量和转运率以及花后氮素吸收量对籽粒的贡献率,提高了氮素吸收效率、籽粒氮素利用效率、氮素收获指数和氮肥偏生产力。其中,成熟期籽粒氮素积累量增加了8.53%~30.15%,籽粒氮分配比例增加了4.59%~14.06%,千粒重和产量分别提高了4.20%~9.96%和7.83%~18.39%,氮肥偏生产力提高了7.85%~18.40%。【结论】隔两年深松+条旋耕(STS)的耕作方式可提高小麦氮代谢相关酶活性,增强氮素的吸收和同化能力,提高氮素利用效率,同时增加小麦籽粒产量。

黄淮北部不同冬小麦品种(系)产量和氮素利用效率差异

为了研究黄淮北部不同冬小麦品种(系)类型的产量与氮素利用、转运和积累的差异,在2021—2022年,2022—2023年分别对黄淮北部麦区29,26个供试冬小麦品种(系)的产量性状和氮素利用效率进行了调查和分析。通过聚类分析,将小麦分成高产型、中高产型、中产型和低产型4种类型。分别在开花期和成熟期对小麦的茎、叶、穗和籽粒(成熟期)进行氮含量测定,分析氮素利用特性相关参数与产量之间的关系。结果表明,2021—2023年高产型、中高产型、中产型和低产型品种(系)间的平均产量差异显著,其中,高产型品种的公顷穗数显著高于其他3种类型。在开花期,各器官的氮积累量和分配率大小表现为茎鞘>叶片>穗;在成熟期,各器官的氮积累量大小表现为籽粒>茎鞘>穗>叶片。不同品种小麦花后氮素积累量、花前氮素转运量及其对籽粒的贡献率均以高产型品种(系)较高,且花前氮素转运量及其对籽粒的贡献率大于花后氮素积累量及其对籽粒的贡献率。氮素利用效率、氮素收获指数、开花期氮素积累量和成熟期氮素积累量与小麦籽粒产量呈显著正相关。因此,可通过不同品种的氮素吸收转运规律及分配特点进行水肥管理,或者选育氮素利用效率高的小麦品种,以实现小麦高产、高效生产。

缓释尿素减施对冬小麦产量和氮素利用效率的影响

为优化旱地小麦高效施氮管理,实现高效生产目标,通过2 a(2019—2020年度和2020—2021年度)田间试验,设不施肥(CK)、不施氮(T1)、300 kg·hm^(-2)尿素N(T2,常规施氮处理)、300 kg·hm^(-2)缓释尿素N(T3)、195 kg·hm^(-2)缓释尿素N(T4)和90 kg·hm^(-2)缓释尿素N(T5)6个处理,分析不同缓释尿素减施量对农田土壤硝态氮分布及累积、氮素吸收与转运、冬小麦产量和氮素利用效率的影响。结果表明,缓释尿素减施处理(T4和T5)显著降低收获期0~200 cm土层的土壤NO-3-N累积量,同时提高0~40 cm土层NO-3-N占比。施用缓释尿素显著提高冬小麦氮素转运量和花后氮素吸收量,T3处理较当地常规施氮处理分别提高12.9%和13.6%。氮素转运对籽粒的贡献率随缓释尿素减施比例的增加呈先增后降的变化趋势,T4处理最大,较其他施氮处理提高0.2%~50.0%。施用缓释尿素可不同程度地改善冬小麦产量构成因素和提高产量;T4处理两年产量分别为8 434、9 060 kg·hm^(-2),2019—2020年度较T2和T3处理分别提高19.7%和13.9%,2020—2021年度分别提高17.3%和10.4%,其经济效益2019—2020年度较T2和T3处理分别提高33.3%和34.0%,2020—2021年度分别提高26.8%和23.2%。缓释尿素减施显著降低氮素表观损失,提高了氮素利用效率和氮肥偏生产力。通过拟合分析发现,缓释尿素施用量为208.7 kg·hm^(-2)时,两年产量分别为8 054、8 806 kg·hm^(-2),净效益分别为6 890、8 475 CNY·hm^(-2),NHI分别为78.2%和78.9%,可实现西北旱区冬小麦高产高效。

不同蓝莓品种幼苗氮素利用效率和适宜施氮水平分析

为筛选蓝莓(Vaccinium spp.)氮高效品种及探究不同蓝莓品种幼苗的适宜施氮水平,本研究以长江流域4个蓝莓主栽品种‘莱格西’(‘Legacy’)、‘绿宝石’(‘Emerald’)、‘优瑞卡’(‘Eureka’)和‘蓝美1号’(‘Lanmei 1’)为实验材料,通过盆栽实验,设置不施氮(0.000 g·kg^(-1))、低氮(0.214 g·kg^(-1))、中氮(0.429 g·kg^(-1))和高氮(0.857 g·kg^(-1))4个处理,分析不同施氮水平下不同蓝莓品种幼苗农艺性状及氮素利用效率的差异。结果显示:‘莱格西’和‘绿宝石’属于低氮高效型,‘优瑞卡’属于中氮高效型,‘蓝美1号’属于氮高效型。随着施氮水平的提高,4个蓝莓品种幼苗的单株干质量增加量,株高,冠幅,基径,叶片叶绿素相对含量,根、茎、叶和单株氮素增加量,以及单株磷素增加量总体呈上升趋势;单株分枝数和单株钾素增加量呈先上升后趋于稳定的变化趋势;氮素效率、氮素吸收效率和氮素生理利用效率总体呈先上升后下降的变化趋势;根冠比则总体呈下降趋势。相关性分析结果显示:在不施氮和3个施氮水平下,蓝莓幼苗的氮素效率与单株干质量增加量、茎氮素增加量、单株氮素增加量、单株磷素增加量、单株钾素增加量、氮素吸收效率均呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)正相关。综合分析结果表明:‘蓝美1号’为氮高效品种,可作为氮高效遗传改良种质资源;单株干质量增加量可作为蓝莓氮素利用效率评价的重要指标;氮高效品种‘蓝美1号’和中氮高效品种‘优瑞卡’幼苗的推荐施氮水平为0.429 g·kg^(-1),低氮高效品种‘莱格西’和‘绿宝石’幼苗的推荐施氮水平为0.214 g·kg^(-1)。

播期与施氮量互作对甜菜光合特性及氮素利用效率的影响

为探明播期与施氮量互作对甜菜光合特性、氮素利用效率及产量的影响,设3个播期:4月14日(早播)、4月21日(适播)和4月28日(晚播),4个施氮量:纯氮0 kg·hm^(-2)、120 kg·hm^(-2)、150 kg·hm^(-2)及180 kg·hm^(-2)。结果表明,播期和施氮量对甜菜光合特性影响的互作效应显著,同一施氮量下,不同播期之间光合作用指标及氮素利用效率差异显著,早播较适播与晚播更有利于提高甜菜叶绿体色素含量、净光合速率、RuBP羧化酶活性、光系统Ⅱ最大光能转换效率、实际光化学量子产量、光化学淬灭系数、光保护能力、氮素利用效率,降低胞间CO_(2)浓度。同一播期中,随施氮量的提高,相关指标及产质量变化不同,早播条件下,随着施氮量的提高,甜菜光合特性、产量、产糖量、氮素利用效率也随之提高,施氮量为180 kg·hm^(-2)时,产量和产糖量分别为67055.33 kg·hm^(-2)和11780.83 kg·hm^(-2),氮肥利用率、氮肥农学利用率分别为43.88%和80.45%,显著高于其他处理(P<0.05);适播和晚播条件下,施氮量分别超过150 kg·hm^(-2)和120 kg·hm^(-2)时,不利于提高甜菜光合特性、氮素利用效率。综上,播期与施氮量互作通过改善甜菜光合特性及提高氮素利用效率来影响产量,不同播期适宜的施氮量不同,在本试验条件下,早播且施氮量为180kg·hm^(-2)更利于提高甜菜光合特性及氮素利用效率,可获得更高的产质量,若播期后移,则可适当减少施氮量,以达到减氮增产的效果。

不同基因型玉米氮素吸收利用效率研究

不同基因型玉米氮素吸收利用效率各具差异。依托玉米基因型的氮素吸收与利用效率分析,要基于国内、国外现有研究成果进行内容探究,在综合多方面研究影响因素的同时,进一步明确对不同基因型的玉米选种方法,提升玉米选种的针对性,为玉米种植质量及产量的提升提供研究参考。

宁夏潮土区有机肥替代化学氮肥对玉米产量及氮素利用效率的影响

有机肥替代化肥是实现化肥零增长的重要技术途径之一。在宁夏潮土区开展田间单因素试验,设置不施氮肥处理(CK)、常规施氮肥处理(N 285 kg/hm^(2),T1)及有机肥替代10%(T2)、20%(T3)、30%(T4)的化学氮肥,共5个处理,研究不同用量有机肥替代化学氮肥对潮土土壤理化性质和玉米生长、产量及氮肥利用效率的影响,旨在为潮土区玉米高产高效栽培提供理论与技术依据。结果表明:(1)不同用量有机肥替代化肥的处理即T2、T3、T4在玉米收获后土壤容重、全盐含量均显著低于常规施氮处理T1,有机质及碱解氮、有效磷、速效钾均显著高于T1;T2、T3、T4处理间土壤碱解氮、有效磷、速效钾均表现为T4>T3>T2。(2)在玉米抽雄吐丝前各生育期,T2、T3、T4玉米株高、茎粗、SPAD值均显著高于T1,其均值较T1分别高12.7%、6.3%和3.7%。(3)所有施肥处理籽粒产量均显著高于CK,其平均较CK高55.8%;3个替代处理相比,T4籽粒产量最高,T4、T3、T2分别较T1提高7.4%、2.71%和1.01%;T3、T4百粒质量显著高于T1,其平均较T1高8.3%。(4)所有替代处理玉米各器官全氮含量均显著高于T1,各处理氮素累积量表现为T4、T3>T2>T1>CK,T4处理氮肥利用效率最大,达57.15%。由此可见,潮土区种植玉米在总施氮量为285 kg/hm^(2)时,有机肥替代10%~30%的化学氮肥均能显著促进玉米生长,提高玉米产量、品质及氮肥利用效率,相比之下有机肥替代30%化学氮肥时能够获得最大的产量。

侧深施氮对我国水稻产量和氮利用效率影响的整合分析

探讨在不同条件下侧深施氮(SDN)对水稻产量及氮肥利用效率的影响,为水稻精准施氮提供理论依据。通过搜集已发表的文献,建立了214组SDN和农民常规撒施(BN)下水稻产量和氮肥利用效率的数据库。采用整合分析的方法,研究在水稻种植区、土壤氮素含量、不同施氮量等条件下SDN对水稻产量及氮肥利用效率的提升幅度,采用随机森林方法明确了影响SDN效果的主控因素。相对于BN,SDN能够显著提高产量、氮肥偏生产力、氮肥农学利用率和氮肥吸收利用率,提高幅度分别为4.57%、4.57%、23.94%和21.11%。不同种植区域下SDN对产量的提升幅度东北稻区最大。不同水稻类型下SDN的产量和氮肥利用效率提升幅度不同,产量提升方面,粳稻(6.85%)>籼稻(5.11%),杂交稻无显著提升;SDN对氮肥农学利用率和吸收利用效率的提升幅度方面,籼稻>粳稻>杂交稻。不同种植模式下SDN对产量和氮肥利用效率的提升幅度均为单季稻>双季稻。土壤全氮<2 g/kg、速效氮<150 mg/kg时SDN对产量的提升幅度较大。当SDN的氮肥施用量≤150 kg/hm^(2)和追肥施氮均使水稻产量和氮肥利用效率提升幅度较大,然而,随着SDN施氮量的提升,增产增效幅度下降。随机森林分析结果表明SDN对水稻产量的提高幅度主要受土壤全氮、有效磷和施氮量的影响,而其对水稻氮肥利用效率的提升幅度主要受速效氮、施氮量和有效磷的影响。SDN对水稻产量和氮肥利用效率均有显著的提高,南方稻区和长江流域采取SDN对产量和氮素利用效率增幅不如东北稻区,SDN有利于含氮量较低的土壤水稻增产增效,且SDN施氮量不宜超过150 kg/hm^(2),增效型氮肥、追施氮肥以及磷肥与SDN配合施用利于增产增效。

有机无机配施及亏缺灌溉对关中地区冬小麦生长及氮素利用效率影响

研究不同比例有机无机肥配施与亏缺灌溉耦合作用下,冬小麦氮素累积、转运利用效率以及土壤硝态氮分布等状况,探求提高关中地区冬小麦产量的适宜有机无机配施比以及相应的亏缺灌溉量,为该地区冬小麦的高产高效提供科学有效的水肥管理。结合2个水平的灌溉(充分灌溉W1和亏缺灌溉W2),采用等氮的原则,对有机肥与无机肥按照不同比例混施(F1∶100%化肥、F2∶24%有机肥和76%化肥混施、F3∶48%有机肥和52%化肥混施),研究亏缺灌溉与有机无机肥配施对冬小麦氮素转运及利用效率影响和土壤硝态氮分布情况。有机无机配施能有效促进作物生长,显著增加作物籽粒产量以及显著提高开花期后氮素累积、分配和转运。在充分灌溉W1条件下,F2和F3处理的籽粒产量较F1处理提高12.0%~28.6%;亏缺灌溉W2条件下,有机肥处理的小麦籽粒产量提高16.6%~31.8%。在相同灌溉条件下,成熟期F2和F3处理相对F1处理,冬小麦氮素累积量、向籽粒转运量和氮肥生产效率分别提高了12.8%~40.4%、11.9%~36.5%、13.0%~31.6%;相同有机无机配施比例下(F2和F3),冬小麦亏缺灌溉W2处理下各种氮素吸收利用指标高于充分灌溉W1处理10.0%~28.5%。有机无机肥配施能够显著提高不同土层土壤硝态氮含量,在相同灌溉条件下,在0~100 cm土层F3处理硝态氮含量分别较F1和F2处理增加了66.4%~76.4%和1.2%~13.9%;相同有机无机配施比例下(F2和F3),在0~100 cm土层W1处理F1、F2、F3土壤硝态氮含量分别低于W2处理15.1%、9.9%、19.9%。48%化肥和52%有机肥配施、亏缺灌溉(50%)处理是该试验条件下冬小麦高产高效的最佳水肥管理模式。

不同灌溉方式下水氮供应对冬小麦水氮利用效率的影响

【目的】探究不同灌溉方式下水氮耦合对冬小麦产量、产投比(VCR)、土壤氮素残留(NR)、水分利用效率(WUE)和氮肥偏生产力(NPFP)的影响,进而优化河南省冬小麦水氮管理制度。【方法】本研究以济麦22为研究对象,设定2种灌溉方式(宽垄沟灌(F),畦灌(Q)),3个灌水下限(60%田间持水率(W1)、70%田间持水率(W2)、80%田间持水率(W3)),3个施氮量水平(120 kg/hm^(2)(N1)、220 kg/hm^(2)(N2)、320 kg/hm^(2)(N3)),建立综合评价小麦产量、灌溉方式、水分利用效率、氮肥偏生产力、土壤氮素残留以及产投比的多目标优化模型,使用遗传算法进行寻优。【结果】①灌溉方式、灌水下限和施氮量对冬小麦水分利用效率、氮肥偏生产力、0~100 cm深度土壤硝态氮残留和产量均有极显著影响(P<0.01)。产量和水分利用效率均随灌水下限和施氮量的增加呈现先增加后降低的趋势。②FW2N2处理的产量、水分利用效率以及净利润达到最大值,分别为9686.93 kg/hm^(2)、1.97 kg/m^(3)、15142.93元/hm^(2),相较于FW1N1处理分别增加了44.71%、56.65%、56.59%,这说明恰当的水氮供应具有增产与节水有机统一的良好潜力。【结论】冬小麦最优的水氮耦合管理措施为:灌溉方式采用宽垄沟灌,灌水下限为70%田间持水率,施氮量232.64 kg/hm^(2)。

减氮条件下分期施钾对冬小麦籽粒产量和氮素利用效率的影响

为探究钾肥分期施用对冬小麦产量和氮素利用效率的影响,确定减氮条件下冬小麦高产高效的钾肥运筹方案,本试验选用高产强筋冬小麦品种藁优5766作为试验材料,于2018—2020年度冬小麦生长季,采用二因素随机区组设计,设置3个施氮水平:常规施氮水平(240 kg hm^(-2),N1)、减氮20%(192 kg hm^(-2),N2)、减氮40%(144 kg hm^(-2),N3),两种钾肥运筹方案:钾肥全部底施(K1)和分期施钾(底施50%、拔节期追施50%,K2)。结果表明,相同钾肥运筹方案下,N2处理的籽粒产量与N1处理无显著差异,N3处理的籽粒产量比N1处理显著降低,降幅达9.0%~11.6%。在相同施氮水平下,分期施钾可显著提高冬小麦籽粒产量和氮素利用效率。与K1处理相比,K2处理显著抑制硝态氮向深层土壤的淋溶,增加冬小麦植株氮素积累量,提高旗叶光合速率和硝酸还原酶活性、籽粒灌浆速率、穗粒数和千粒重;籽粒产量和氮素利用效率在常规施氮水平下两年度分别提高21.7%和20.2%,在减氮20%水平下两年度分别提高26.9%和26.2%,在减氮40%水平下两年度分别提高25.2%和21.1%。N3K2处理的籽粒产量、氮素吸收效率、氮素利用效率和氮肥偏生产力均显著高于N1K1处理。以上结果说明分期施钾在不同施氮水平下均能大幅度提高冬小麦籽粒产量和氮素利用效率,即使减氮40%,其籽粒产量仍显著高于常规施氮且钾肥全部底施的处理;采用192 kg hm^(-2)施氮量并配合分期施钾,冬小麦籽粒产量和氮素吸收效率最高,氮素利用效率和氮肥偏生产力亦到达较高水平,是高产高效的氮钾肥运筹方案。

不同氮素形态对茅苍术光合特性和光合氮素利用效率的影响

研究不同氮素形态对茅苍术光合特性和氮素吸收的影响,为其栽培氮肥高效利用提供理论依据。以一年生茅苍术为材料,研究不施氮肥、施用硝态氮、铵态氮和酰胺态氮对茅苍术叶片光响应曲线和光合氮素利用效率的影响。结果表明,施用氮肥可不同程度改善叶片光合特性,其中硝态氮处理的叶绿素含量、表观光量子效率、最大净光合速率,光饱和点、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均最高,但其光补偿点和胞间二氧化碳浓度显著低于铵态氮和酰胺态氮处理。同时,硝态氮处理能显著增大叶面积、降低比叶重,促进植株生长,使得其整株生物量比铵态氮和酰胺态氮处理提高6.89%和17.05%。此外,硝态氮处理还增加叶片氮素含量,提高光合氮素利用效率,分别比铵态氮和酰胺态氮处理提高2.43%和6.76%。可见,茅苍术光合特性对硝态氮更敏感,施用硝态氮肥能改善光能特性,促进氮素高效利用。

过表达AngdhA对水稻生长与氮素利用效率的影响

【目的】研究过表达黑曲霉AngdhA基因对水稻生长、氮代谢关键酶基因表达、碳氮含量、氮素利用效率、产量及耐盐性的影响,为水稻节本增效、高产和高抗多目标育种提供科学参考。【方法】以水稻转基因株系TG3、TG13与野生型(wild-type,WT)为材料进行水培试验。常规生长试验在水稻幼苗3叶期取样,分析谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合酶编码基因的表达及碳、氮含量;成熟期取样测定水稻产量、碳和氮含量及氮素利用效率。抗盐胁迫试验以3叶期幼苗为试材,设置营养液盐胁迫浓度分别为0、50、100 mmol/L NaCl,在胁迫开始后0、2、4天,取样分析水稻幼苗相对生长速率和脯氨酸含量,调查叶片萎蔫率和各部位生物量。【结果】PCR扩增和电泳检测证实黑曲霉AngdhA基因成功导入水稻TG3和TG13株系,qRT-PCR荧光定量分析发现,TG3和TG13株系中黑曲霉AngdhA基因表达量分别为内参UBI基因的248和41倍。但TG3和TG13株系中氮代谢关键酶基因OsGS1;1、OsGS1;2和OsGOGAT表达量与WT差异不显著,仅TG13的OsGS2表达量极显著低于WT。同时,导入黑曲霉AngdhA基因并未明显影响转基因株系TG3和TG13苗期叶片、根和成熟期籽粒、茎叶、根中氮含量和碳/氮值,但TG3和TG13植株体内碳和氮的积累量增加,其中籽粒中碳和氮的积累量均显著高于WT。另外,与WT相比,转基因株系TG3和TG13的氮素利用率分别提高了14.67%和44.12%,氮素籽粒生产效率分别提高了26.96%和39.83%,氮素偏生产力分别提高了24.53%和39.67%。转基因株系TG3和TG13的穗粒数、每株穗数和单株产量显著或极显著提高,其中单株产量较WT分别提高29.18%和43.95%。不同盐浓度胁迫下转基因株系TG3和TG13的相对生长速率极显著高于WT,尤其是在50 mmol/L NaCl条件下,TG3和TG13相对生长速率甚至高于对照条件(0 mmol/L)。盐胁迫下水稻脯氨酸含量明显提高,其中TG3和TG13脯氨酸含量在50 mmol/L NaCl条件下显著高于WT,但在100 mmol/L条件下极显著低于WT。【结论】水稻TG3和TG13株系中的外源AngdhA基因不扰乱转基因水稻体内的碳氮平衡,能促进水稻对氮素的吸收、利用和再活化,提高水稻氮素利用效率、产量和耐盐能力,但TG3中AngdhA基因的超量表达可能增加谷氨酸合成与分解途径的底物循环,使转基因水稻对氮素的吸收、利用和产量增幅下降。盐胁迫下脯氨酸的差异积累可能与水稻对胁迫程度的响应与耐受度存在差异有关。

水稻OsAMT1;1过表达提升氮肥减施情境下的氮素利用效率

水稻铵转运蛋白AMT1;1是根系获取土壤氮素(铵态氮)的重要组分,同时参与氮素向地上部的转运。针对稻田施氮过量导致的环境风险和氮素利用效率趋缓的现状,亟需探究既能减少氮肥投入又能维持现有生产水平的调控策略。本研究利用OsAMT1;1基因过表达水稻材料,设置氮缺乏(LN,不施氮)、减氮(MN,N 200kg/hm^(2))和过量施氮(HN,N350kg/hm^(2))3个氮水平的田间试验,用以评估OsAMT1;1基因过表达株系在关键生育期的氮素生产特性。结果表明:相比野生型,OsAMT1;1基因过表达在LN条件下能够明显改善水稻植株和剑叶的氮素营养状态,有利于植株生物量的积累和产量形成;在MN条件下,能够促进植株在齐穗期至完熟期的生长速率和生物量积累,其灌浆期的单株和剑叶含氮量分别增加19.84%和24.30%、光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)分别增加40.71%和19.39%,千粒重和产量分别增加10.26%和17.86%,同时氮肥吸收效率(REN)显著提升,氮素生理效率(PEN)和氮肥农学效率(AEN)稍有提升但并不显著;在HN条件下,其灌浆期的植株含氮量增加24.38%、植株生物量和Pn趋于饱和,REN显著提高,PEN和AEN显著降低。可见,与过量施氮(当前施氮习惯)相比,OsAMT1;1基因过表达株系在减少氮肥投入时更有利于协同植株高氮的内部环境实现相当的产量水平,提高水稻氮素利用效率。

小麦氮素利用效率基因TaARE1-A等位变异与产量相关性状之间的关系分析

以黄淮海麦区261个小麦品种为材料,分析TaARE1-A基因等位变异与小麦产量相关性状之间的关系,以期获得对提高氮素利用效率、增加小麦产量有重要作用的优异等位变异类型,为小麦分子标记辅助育种提供新的基因资源。结果表明,在67个地方品种中,59个品种为TaARE1-A-a基因型,其余8个品种为TaARE1-A-b基因型;在194个现代品种中,184个品种为TaARE1-A-a基因型,其余10个品种为TaARE1-A-b基因型。在261个小麦品种中,基因型为TaARE1-A-a的小麦品种的千粒质量、粒长、籽粒周长均显著高于基因型为TaARE1-A-b的小麦品种,穗长、每穗小穗数、穗粒数、粒宽、粒长/粒宽在2种基因型中均无显著差异。综上,TaARE1-A-a基因型可增加小麦粒长、籽粒周长和千粒质量,是一种优良的基因型。

施氮水平对谷子干物质积累分配及氮素利用率的影响

为探明施氮水平对谷子干物质积累分配和氮素利用的影响,在西北半干旱雨养农业区,以常规种陇谷13号和杂交种张杂谷13号为试验材料,设置4个氮浓度梯度:0(N_(ck))、45(N_(低))、90(N_(中))、135(N_(高))kg/hm~2,测定2个品种在不同施氮水平下的产量、干物质积累、分配和氮素利用效率。结果表明,陇谷13号在N_(高)处理下,较N_(ck)处理花后干物质对籽粒贡献率提高32.5%、穗粒质量提高30.0%、株高提高14.5%、籽粒干物质积累量提高20.5%,产量增加11.1%;张杂谷13号在N_(中)处理下较N_(ck)处理花后干物质对籽粒贡献率提高21.0%、穗粒质量提高20.7%、籽粒干物质积累量提高21.5%、产量增加11.6%。陇谷13号在N_(中)处理下氮肥农学效率最高,为3.75 kg/kg;而张杂谷13号在N_(低)处理下氮肥农学效率最高,为9.57 kg/kg。在不同的施氮水平下,陇谷13号氮肥用量为135 kg/hm~2时产量最高,张杂谷13号氮肥用量为90 kg/hm~2时产量最高,表明杂交谷子品种更耐低氮环境,是化肥减氮生产中的优势品种类型。

不同氮素利用效率基因型水稻氮素积累与转移的特性

选用氮素利用高效型和低效型具有代表性的12个粳稻基因型,研究水稻氮素积累、转移特性的差异及其与氮素利用效率的相互关系。结果表明,有效分蘖临界叶龄(N-n)、抽穗和成熟期,氮高效类型水稻的氮素积累量极显著高于氮低效类型,而拔节期差异不明显。水稻氮素的阶段性积累量,除(N-n)至拔节阶段,氮高效类型水稻极显著低于氮低效类型外,其余各阶段氮高效类型水稻的氮积累量均极显著高于氮低效类型。水稻氮素的阶段性积累率,移栽至(N-n)和(N-n)至拔节阶段氮低效类型水稻显著大于氮高效类型,而在拔节至抽穗和抽穗至成熟阶段则表现出相反的趋势。抽穗前的氮素转移量和转移率,氮高效类型水稻显著或极显著大于氮低效类型,而抽穗前氮对籽粒的贡献率,氮高效类型极显著低于氮低效类型。氮高效类型水稻具有在(N-n)前氮素适度积累,(N-n)后至抽穗阶段,氮素的有效积累高而无效积累弱的特点。因此至抽穗期,氮高效类型水稻的氮素积累量大于氮低效类型,具有较高的氮素转移量和转移率。但由于氮高效类型水稻在抽穗以后仍具有较强的氮素积累能力,因此其抽穗前氮对籽粒的贡献率相对低于氮低效类型。

氮素对玉米幼苗生长、根系形态及氮素吸收利用效率的影响

采用水培试验,比较分析了氮素对高产玉米杂交种幼苗生长、根系形态及氮素吸收利用效率的影响。结果表明,在一定氮素范围内供氮量的增加能够促进玉米地上部的生长,也促进东单90(DD90)和沈玉21(SY21)根系干重的增加,而高量供氮会抑制根系的生长,导致根冠比下降。郑单958(ZD958)在8.0mmol/L氮水平下地上部受抑制的程度大于根系,造成根冠比有所增加。在各氮素水平下,东单90具有很好的根系形态,提高了氮素的吸收能力,从而提高氮素积累量。随氮浓度的增加,玉米植株氮素吸收效率增大而氮素生理利用效率减小,无论在低氮还是高氮条件下,郑单958和东单90的氮素吸收效率均显著高于沈玉21和郝育12(HY12),氮素生理利用效率却显著低于沈玉21和郝育12。不同品种对氮素的响应存在显著差异,东单90和郑单958耐低氮和对氮素吸收的能力强,郑单958耐高氮能力相对较弱,沈玉21和郝育12对氮素需求量大,耐低氮能力弱。适宜的氮素供应能更好地协调根系与地上部的关系,促进根系形态发育,增加根系对氮素的接触面积,促进根系对氮素的高效吸收。

密度、氮肥互作对小麦产量及氮素利用效率的影响

为了探明小麦产量和氮素利用效率同步提高的最佳施氮量和种植密度,制定合理的栽培措施,为实现高产高效提供理论依据,以大穗型品种泰农18(T18)和中穗型品种山农15(S15)为试材,在大田条件下设置4个播种密度(60、75、90和105 kg/hm2)和3个施氮水平(0、180和240 kg/hm2),研究了氮密互作对小麦子粒产量和氮素利用效率的影响。结果表明,播种密度和施氮量均显著影响冬小麦产量及构成因素,且两者间存在明显的互作效应;两因素中密度是导致产量变化的主导因素。子粒产量提高引起氮肥农学利用效率和氮肥吸收利用率的协同提高。综合考虑产量和氮素利用效率等因素,在本试验条件下,泰农18的适宜播量为102 kg/hm2,适宜的施氮量为180kg/hm2;而山农15的适宜播量为83 kg/hm2,适宜的施氮量为180 kg/hm2。说明在冬小麦高产栽培过程中,可以通过调节施氮量和播种密度,充分利用氮密互作效应,在提高氮素利用率的同时获得较高的子粒产量。