水稻覆膜湿润栽培体系中的作物生长速率和氮素吸收速率

湖北省十堰市地处秦巴山区,水稻是该地区十分重要的粮食作物。季节性缺水和生长前期低温是制约当地水稻生产的主要因素,覆盖地膜是解决上述问题的常用方法。然而,由于覆膜后追肥困难,生产上往往采用一次性基施氮肥,由此可能造成覆膜水稻前期生长过旺,后期出现缺氮的现象,该体系内的氮素吸收利用规律报道较少。2004—2006年,在湖北省十堰市布置了田间试验,研究覆膜湿润栽培体系中水稻生长速率、产量形成和氮素吸收的基本规律,为进一步优化水稻覆膜湿润栽培体系提供理论基础。试验共包括4个处理:1)常规淹水种植,不施氮肥;2)覆膜湿润栽培,不施氮肥;3)常规淹水种植,一次性基施氮肥150kg/hm2;4)覆膜湿润栽培,一次性基施氮肥150kg/hm2。测定了水稻鲜干重、分蘖动态、叶面积、籽粒产量及其构成因子、作物生长速率和氮素吸收速率。研究结果表明:不施用氮肥条件下,与常规淹水处理相比,覆膜湿润栽培显著地提高了水稻地上部生物量、有效穗数、穗实粒数、结实率和籽粒产量,收获指数无显著差异。一次性基施氮肥后,覆膜水稻前期的生长速率和氮素吸收速率显著高于相应的淹水处理,表现出旺长趋势;而后期则低于淹水处理,且穗实粒和收获指数均有下降的趋势,进而造成覆膜水稻籽粒产量增加不显著。总之,覆膜后一次性基施氮肥导致水稻生长前期大量吸收氮素、生长过旺,而后期缺氮、分蘖成穗率和结实率下降,影响了水稻覆膜湿润栽培增产潜力的发挥。

不同产量类型水稻基因型氮素吸收、利用效率的差异

【目的】明确不同产量基因型水稻氮素营养吸收、利用差异。【方法】采用大田试验,以长江中下游地区5种生育期类型中相对高产和低产的20个粳稻品种为材料,研究施氮量为225kg·hm-2水平下两种产量类型水稻的产量、氮素积累量、氮素吸收速率和氮素利用效率的差异及其之间的相互关系。【结果】随着生育期的延长,高产水稻类型的平均产量分别比低产类型高31.62%、31.94%、39.47%、26.21%和21.82%;氮素生育期累积量和氮素利用率随着生育期的延长呈逐渐增加的趋势,高产类型明显高于低产类型;氮素阶段性积累量和阶段性吸收速率的变化为:移栽至拔节和拔节至抽穗阶段为高产类型高于低产类型;抽穗至成熟阶段部分基因型表现为低产类型高于高产类型,但差异不大。相关分析表明,水稻产量与氮素积累量、氮素利用率呈显著或极显著正相关,与各阶段的氮素吸收速率亦呈正相关关系,其中移栽至拔节阶段达极显著水平,其余阶段未达显著水平。【结论】相对于低产基因型水稻,高产基因型在各个生育阶段的氮素积累量、抽穗前的氮素吸收速率及氮素利用效率均较高。可见,高产与提高氮素的积累和利用在品种本身的改良上可得到统一。

不同播期直播稻氮素吸收、利用效率的差异

以中熟中粳、迟熟中粳和早熟晚粳3种类型具有代表性的4个水稻品种为材料,通过大田分期播种试验,对直播稻产量、氮素积累量、氮素吸收速率和氮素利用效率的差异及其之间的相互关系进行系统的比较研究。结果表明:随播期的推迟,产量呈显著或极显著的下降趋势,主要是由于每穗颖花数与结实率的下降,穗数与千粒重变化不大;拔节期植株含氮率表现为逐渐上升的趋势,抽穗期和成熟期均表现为逐渐下降的趋势;拔节期、抽穗期和成熟期的植株吸氮量均呈显著的下降趋势;拔节前氮素吸收总量呈逐渐下降的趋势,其占植株总吸收量的比例呈逐渐上升的趋势,拔节至抽穗期和抽穗至成熟期的氮素阶段吸收量及其占总吸收量的比例均呈逐渐下降的趋势;播种至拔节期阶段的氮素吸收速率呈上升趋势,而拔节至抽穗期、抽穗至成熟期呈显著或极显著的下降趋势;氮素吸收利用率、农学利用率、生理利用率和偏生产力均呈不同程度的下降趋势。相关分析表明,产量与氮素吸收量、吸收速率及氮素利用效率的关系除拔节至抽穗期的氮素阶段吸收速率外均呈显著或极显著的正相关。在试验条件下,相对于迟播而言,直播稻早播的产量、各个时期的吸氮累积量、各个生育阶段的氮素积累量、拔节后的氮素吸收速率及氮素利用效率均较高。可见,直播稻早播有利于氮素的高效吸收和利用并取得高产。

小麦蚕豆间作施氮对小麦氮素吸收、累积的影响

田间试验研究了小麦蚕豆间作及4种施氮水平(0、90kg·hm-2、180kg·hm-2和270kg·hm-2)对小麦植株体内氮含量、小麦地上部氮素累积及氮素养分吸收速率的影响。结果表明:间作显著增加了小麦地上部植株的氮含量,与单作相比,分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期不同施氮处理间作小麦植株的氮含量平均比单作提高20.0%、21.9%、21.4%和17.1%;抽穗期和成熟期间作小麦叶、茎和穗中的氮含量均高于单作;间作显著提高了小麦植株的氮素累积量和氮素吸收速率,与单作相比整个生育期间作小麦氮素累积量增幅为15.5%～30.4%。无论单作还是间作,小麦植株氮含量和氮素累积量随氮肥用量的增加而增加,施氮对单作小麦植株氮含量、氮素累积量和氮素吸收速率的影响大于间作,随着氮肥用量的增加,间作优势逐渐减弱;单作小麦植株的氮素吸收速率随氮肥用量的增加而增加,间作小麦植株的氮素吸收速率随氮肥用量的增加呈先增后降的趋势。本研究表明,间作和施氮促进了小麦对氮素的吸收利用,间作优势与施氮水平密切相关,间作体系中氮素养分的合理投入是发挥间作优势的关键。

局部恢复水氮供应对玉米根系氮素吸收与分配的影响

【目的】验证水分或养分胁迫后恢复供应显著提高根系吸收能力,且局部水分或氮素供应有效刺激供应区根系吸收的补偿效应,为进一步揭示水氮双重胁迫后局部恢复供应条件下影响根系氮素吸收能力的因素以及玉米各器官氮素分配状况提供依据。【方法】采用分根技术,水培模拟局部根区水氮同时恢复供应,其中以聚乙二醇6000(PEG 6000)模拟营养液的渗透势,并用相应的供氮水平模拟氮素胁迫。试验设置4个水氮双重胁迫(也即4个局部恢复供应)处理:正常供应水氮、轻度水氮胁迫、中度水氮胁迫和重度水氮胁迫。双重胁迫6 d后一半根区恢复正常供应,于处理后0、1、3、5、7、9 d连续动态监测各根区根系氮素吸收速率、含氮量以及氮素累积量。【结果】水氮双重胁迫后局部恢复供应,持续胁迫区根系吸收速率、含氮量以及氮素累积量均显著小于恢复供应区(P<0.05)。1—3 d时,轻度和中度胁迫处理持续胁迫区根系氮素吸收速率比恢复供应区分别减小38.2%和48.7%;7—9 d时分别减小84.9%和86.4%。对于恢复供应区,局部水氮同时恢复供应1 d内,根系氮素吸收速率较前期胁迫明显增大,且在0—1 d和7—9 d时,经中度及其以下胁迫程度时,根系氮素吸收速率显著大于对照(P<0.05),产生根系氮素吸收能力的补偿效应,但3—7 d时消失。而且,恢复供应区根系含氮量和氮素累积量分别于1 d和5 d后恢复到对照水平,导致植株氮素生产效率最终与对照无显著差异。另外,各处理地上部氮素来自15N肥料的分配比例显著小于对照(P<0.05),且随胁迫程度而逐渐减小,恢复供应区根系则有相反的规律,持续胁迫区根系表现为,轻度胁迫与对照无明显差异(P>0.05),中度和重度胁迫显著大于对照和轻度胁迫(P<0.05),且3—9 d时,中度和重度胁迫间无明显差异(P>0.05)。【结论】前期中度以下程度(水分-0.4 MPa+氮素1 mmol·L^(-1))的水氮双重胁迫后局部恢复供应,恢复供应区根系氮素吸收速率在时间和空间上均可得到恢复,产生根系氮素吸收的部分补偿效应,但这种补偿效应与恢复供应的时间有关(轻度胁迫为1 d,中度胁迫为7 d);玉米各器官氮素分配比例与胁迫程度和局部恢复供应时间有关。该研究可为调节植物与土壤环境的相互作用,充分挖掘植物自身对环境变化的适应潜力提供理论依据。

铵硝比对亚热带树种幼苗氮吸收偏好及吸收根属性的影响

【目的】明确不同铵硝比对亚热带针、阔叶树苗的氮素吸收偏好及吸收根属性的影响,为阐明人工林养分获取策略与土壤氮循环提供理论依据。【方法】以亚热带常见树种湿地松、马尾松、深山含笑和枫香的2年生幼苗为对象,设置3种铵硝比(15∶1、8∶8和1∶15)进行沙培试验,利用15N同位素示踪技术测定植物的无机氮吸收速率,分析其与吸收根形态、构型属性的相关性。【结果】1) 4个树种幼苗的无机氮吸收速率具有环境可塑性,当铵氮(NH_(4)^(+)-N)占优势时,4个树种均偏好吸收铵氮;当硝氮(NO_(3)^(-)-N)占优势时则偏好吸收硝氮。当铵硝比为8∶8时,则表现出树种对不同形态N吸收的差异:针叶树种的NO_(3)^(-)-N吸收速率是NH_(4)^(+)-N的2倍多,但阔叶树种之间没有显著差异。2)铵硝比对植物吸收根的比根长和比表面积有显著影响,对直径、组织密度、分支比和分支呈强度无显著影响。3) 4种树种幼苗的无机氮吸收速率与根分支呈显著正相关,与各器官生物量呈显著负相关。【结论】4个树种幼苗对不同形态N的吸收依赖于底物N可利用性和物种特异性。环境中铵硝比变化时,湿地松和马尾松根系可通过生理-形态属性的权衡特性获取养分,无机氮吸收速率降低,比根长增大(直径变小);阔叶树深山含笑和枫香通过加强吸收根形态属性(增大比根长和比表面积)、构型属性(增大分支比)和生理属性(提高NH_(4)^(+)-N吸收速率)获取养分。各树种不同的养分获取策略可促使其更好地适应环境变化。

施氮和间作对蚕豆根瘤形成及氮素吸收累积的影响

为探究不同施氮水平下小麦蚕豆间作对蚕豆根瘤形成及氮素吸收累积的影响,明确氮肥施用与豆科作物结瘤固氮、氮素吸收累积和产量的关系,通过2年田间试验,分析了N0、N1、N2和N3 4个施氮水平(蚕豆:0、45、90、135kg/hm^(2);小麦:0、90、180、270kg/hm^(2))下,单作、间作蚕豆各关键生育期根瘤鲜重、氮素吸收关键参数、地上部氮素累积量和产量的特征。结果表明,N0、N1和N2水平下,间作蚕豆根瘤鲜重比单作分别提高40.9%、27.2%和34.1%;高氮(N3)水平下,单作、间作蚕豆根瘤鲜重无显著差异。与单作相比,4个施氮水平下间作蚕豆的最大氮素累积量(A)和最大氮素吸收速率(Rmax)降幅分别为8.01%~13.93%和10.27%~12.98%,表明氮素吸收累积特点与根瘤鲜重相反。在蚕豆营养生长阶段(出苗后90d内),单作、间作蚕豆氮素累积量无差异;进入结荚期后(出苗90d后),间作显著降低了蚕豆的氮素累积量。同时,蚕豆产量也受施氮量和种植模式的调控,与单作相比,4个施氮水平下,间作降低蚕豆产量平均达20.66%。整体而言,在N1水平下,蚕豆根瘤鲜重和产量达最大值,随着施氮量增加,蚕豆根瘤鲜重、氮素累积量和产量均随之降低,间作促进根瘤形成的优势减弱甚至消失。因此,间作体系中蚕豆氮肥的运筹与间作优势的形成密切相关。

水氮耦合效应对红桦幼苗生长的影响及其生理机制

在全球大气氮沉降日益加剧的背景下,研究川西亚高山地区主要阔叶树种红桦(Betual albo-sinensis)幼苗在不同水、氮供应下的形态变化和生理机制,以了解该区主要植被的生长特性,并可为森林生态系统的恢复重建提供一定的科学依据.采用两因素随机区组试验设计,设置5个水分梯度,即40%(W1)、50%(W2)、60%(W3)、80%(W4)、100%(W5)的土壤田间持水量(FC)和3个施氮梯度,即模拟氮沉降施加N 0(N0)、20(N1)、40(N2)g m-2 a-1的硝酸铵.结果显示:土壤水分和氮素及二者交互作用对生长和生理特征均具有显著(P<0.001)影响.表现为:1)幼苗生长(株高和基径)、叶片碳同化特征(最大净光合速率、叶绿素含量和叶片氮含量)及根系生理特征[呼吸速率、NH+4和NO-3净吸收速率及根系硝酸还原酶(NR)活性]均随土壤水分增加而增大,且在土壤水分为W4和W5时达到最大.根冠比的变化呈相反趋势.2)施氮在土壤水分不足(W1和W2)时除对基径、NO-3净吸收速率和NR活性无影响外,显著抑制了红桦株高及叶片和根系生理特征.而在水分充足(W4和W5)时,除N2在土壤水分W4时对叶片生理特征和根系呼吸速率无影响外,对红桦的生长和根系生理特征有显著的促进作用,且N1效果更显著.在W3时两种施氮浓度效果不同:N1对红桦的生长和相关生理特性具有促进作用而N2呈抑制作用(除对根系NH+4和NO-3净吸收速率及NR活性无影响外).根冠比变化呈相反趋势.3)根系离子(NH+4和NO-3)净吸收速率与根系呼吸速率和叶片氮含量呈极显著正相关.本研究表明,土壤水分和氮素供应对植物的影响存在显著的耦合效应,当土壤水分不足时施氮不利于红桦幼苗生长,而适量的施氮在水分充足时有利于生长.对于供试土壤以及本试验设置的水、氮梯度而言,土壤含水量为80%田间持水量,施加N 20 g m-2 a-1更适宜红桦幼苗生长.