长期施肥下土壤氮素指标与小麦/玉米产量关系研究

为明确施肥对典型潮土区土壤氮素指标的影响以及氮素指标与作物产量的量化关系,本研究利用长期定位施肥试验系统评估施肥对土壤全氮、碱解氮、酸解有机氮组分、微生物量氮含量的影响,并进一步定量分析氮素指标与小麦、玉米产量间的关系。结果表明,与单施化肥或不施肥相比,长期化肥与秸秆或有机肥配施在显著提高土壤全氮含量的同时,对碱解氮、酸解总氮、酸解铵态氮、氨基酸态氮与微生物量氮含量的提高也有明显的促进作用。除土壤全氮外的其他氮素指标含量在高量化肥-有机肥配施、化肥-秸秆还田和常量化肥-有机肥配施处理间无显著差异。土壤全氮、微生物量氮和碱解氮含量是对作物产量影响程度相对较大的氮素指标。土壤全氮含量每增加0.1 g·kg^(−1),小麦和玉米分别增产822.7和968.2 kg·hm^(-2)。土微生物量氮与碱解氮含量每增加1 mg·kg^(−1),小麦增产195.2与58.1 kg·hm^(-2);玉米增产189.9与79.1 kg·hm^(-2)。酸解总氮与氨基酸态氮含量对小麦产量也有显著影响,酸解总氮与氨基酸态氮含量每增加1 mg·kg^(−1),小麦分别增产15.8与30.0 kg·hm^(-2)。综上所述,化肥与秸秆或有机肥配施可提高潮土氮素库容与供氮能力。小麦、玉米产量随土壤全氮、微生物量氮与碱解氮含量的提高呈线性增长,小麦产量与酸解总氮和氨基酸态氮含量呈显著正相关。本研究为典型潮土区地力培育与粮食丰产提供了理论依据和技术支撑。

水稻大配方小调整中氮素指标体系重构研究

将土壤碱解氮与施用的氮素合并为土壤速效氮,并依据配方施肥稻谷产量计算得出土壤速效氮利用率;利用大配方“3414”试验得到的函数公式计算得出无氮肥产量;依据测土配方施肥目标产量法计算得出施氮量,并建立了土壤碱解氮与氮素施用量的函数关系式。结果表明:土壤碱解氮平均含量为(103.30±13.67)mg/kg,配方施肥稻谷平均产量为(6040.65±70.62)kg/hm^(2),土壤速效氮利用率为(34.22±2.26)%,无肥区平均产量为(4939.50±228.89)kg/hm^(2);土壤碱解氮与施氮量的函数公式为:y=-0.7145x+151.71,R^(2)=0.9539,调整配方后平均施氮量为(77.9±10.0)kg/hm^(2)。研究表明,利用生产与试验相结合的方法重构配方氮素指标体系,能够实现生产大配方的快速、便捷调整。

中国农业绿色发展相关氮素指标的时空变化特征

氮素在农业和食物系统中的行为关乎资源、环境、食物安全和人体健康等重要问题,是反映农业绿色发展的关键指标。本文选取18个与农业绿色发展密切相关的氮素指标,并按照农业绿色发展程度从高到低分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级,基于统计数据和文献资料,通过食物链养分流动模型(NUFER)定量相关氮素指标,分析其时空变化特征,探讨相关氮素指标的影响因素,为农业绿色发展提供改善意见和建议。结果表明,1980—2017年间全国氮素使用强度、环境排放及整体利用效率均呈现由Ⅰ级向Ⅳ级水平转变的下降趋势,秸秆循环利用效率、大部分氮素生产类以及食物消费类的指标均呈现由Ⅳ级向Ⅰ级水平转变的上升趋势。从空间分布看,氮素投入和环境损失较高的区域主要分布在华北地区、华东地区、华中地区以及华南地区;食物消费水平在各地区均有提升,其中东部地区提升更明显;东部和北部地区的单位植物和动物蛋白产量水平相对较高,但仍处于Ⅲ级水平;效率类指标在31个省份中,大部分地区处于Ⅲ和Ⅳ级水平。与1980年相比,2017年全国氮素指标Ⅳ级和Ⅲ级水平占比变化不大,但Ⅰ级水平占比由27.1%降低至8.3%,农业绿色发展水平整体呈下降趋势。七大地区中各个地区Ⅰ级水平占比均降低,并且大部分地区均低于30.0%,Ⅲ级和Ⅱ级水平的占比明显增加。在指标类型方面,与1980年相比,2017年氮素生产类和食物消费类指标等级在Ⅳ级水平占比降低,农业绿色发展水平呈上升趋势;氮素环境排放类和效率类指标等级在Ⅰ级和Ⅱ级水平占比之和也在降低,农业绿色发展水平呈下降趋势。这是由种植业和畜牧业氮素资源投入高、种植以及养殖结构改变、农牧系统生产脱节严重、社会经济发展不平衡等因素造成的。因此,需要针对不同类型指标的时空变化特征,通过测土配方施肥、改变种养结构和应用氮素减排技术与政策等手段实现氮素指标的优化,推动中国农业绿色发展。

基于开花期氮素营养指标的冬小麦籽粒蛋白质含量遥感预测

籽粒蛋白含量(grain protein content,GPC)是衡量小麦品质的重要指标,及时准确的预测小麦GPC有利于小麦的分类收割和分级存储。为了能够选择一个合适的氮素营养指标作为中间变量来反演小麦GPC,该文研究分别以开花期植株氮素累积量(plant nitrogen accumulation,PNA)、植株氮素含量(plant nitrogen content,PNC)、叶片氮素累积量(leaf nitrogen accumulation,LNA)和叶片氮素含量(leaf nitrogen content,LNC)4个氮素营养指标为中间变量,并运用支持向量机(support vector machines,SVM)算法实现4个氮素营养指标的估测,最后构建及评价基于开花期"植被指数(vegetation index,VI)-氮素营养指标(nitrogen nutrition index,NNI)-GPC"模式的冬小麦GPC预测模型。结果表明:1)通过分析植被指数与氮素营养指标的相关性,选择植被指数MSAVI、PSRI、DVI、RDVI和GNDVI作为氮素营养指标模型的构建变量;2)运用SVM方法构建的VI-NNI模型中LNC的建模精度与验证精度相对最优,其建模决定系数(coefficient of determination,R^2)和验证集标准均方根误差(normalized root mean squared error,n RMSE)及验证标准化平均误差(normalized average error,NAE)分别为0.820、9.553%、-1.4%,验证结果稳定性较好;3)构建NNI-GPC模型中PNC的建模精度与验证精度相对最好,其建模R^2和验证n RMSE及NAE分别为0.653、9.843%、-0.3%;4)最终构建的VI-NNI-GPC模型中,以开花期PNC为中间变量的模型建模及反演精度最好,其建模R^2和验证n RMSE及NAE分别为0.631、8.564%、-0.9%。以氮素营养指标为中间变量的GPC遥感反演是可行的,并且比较4个氮素营养指标为中间变量反演GPC,PNC具有较高精度的预测结果,为精确反演GPC提供一个可靠的依据,具有一定的应用前景。

沾化冬枣花果发育过程中氮素和细胞分裂素的变化动态研究

以沾化冬枣(Zizyphus.Jujuba Mill.var.inermis.)为试材,研究了花果发育期间ZR(玉米素核苷)i、PA(异戊烯基腺苷)以及氨基酸、可溶性蛋白和总氮等指标的变化动态。结果表明:ZR和iPA在沾化冬枣花器官发育过程中起着重要作用,果实的发育基本表现为"慢-快-慢-快-慢"的变化趋势,纵径生长略高于横径。花和果实的发育过程中,各氮素指标与细胞分裂素(ZR+iPA)的变化可显著分为3个阶段:一是从显蕾期至瓣平期,此期细胞分裂素和各氮素指标迅速上升,达到最高峰;二是从瓣平期到硬核时(花后45 d左右),此期各指标迅速下降至最低点;三是从硬核时至采收,此期果实内各氮素指标缓慢回升,细胞分裂素(ZR+iPA)出现一高峰后下降。

基于高光谱的膜下滴灌小麦氮素营养评价研究

通过小麦氮素和品种对比试验,分析不同氮素和品种处理小麦生育期氮肥偏生产力与光谱参数的相关关系,建立小麦氮肥偏生产力的光谱参数估算模型,结果表明绿度植被指数(GREENNDVI)在拔节期与小麦氮肥偏生产力呈极显著相关,相关系数0.640 4。用GREENNDVI在拔节期建立小麦氮肥偏生产力的估算模型,均方根误差0.459 7。研究表明利用光谱参数可以有效地估算小麦氮肥偏生产力。

稻麦适宜氮素营养指标动态的模型设计

以水稻和小麦为研究对象,通过解析和提炼稻麦适宜氮素营养指标与品种类型、栽培技术、生态环境之间的定量关系,以基于生理发育时间(PDT)的相对生长度日和相对氮素营养指标为参数,建立了稻麦适宜氮素营养指标动态模型,并利用南京3年的大田试验资料对所建模型的可靠性和适应性进行了验证.结果表明:模型生成的水稻植株氮积累量和氮含量与实际观测值之间的平均根均方差(RMSE)分别为0.1245和0.1316;模拟的小麦植株氮积累量和氮含量与实际观测值之间的平均RMSE分别为0.1166和0.1301,表明模型对稻麦氮素营养指标动态具有较好的指导性,可为不同生态环境、品种类型和生产条件下的稻麦氮素营养诊断与管理调控提供定量化和精确化的指导.

基于星载通道光谱指数与小麦冠层叶片氮素营养指标的定量关系

利用空间遥感信息大面积监测小麦冠层氮素营养状况和生产力指标具有重要意义和应用前景.本研究基于不同施氮水平下小麦冠层反射光谱信息,利用响应函数模拟基于不同卫星通道构建的光谱指数(包括单波段、比值光谱指数和归一化光谱指数),分析基于星载通道的光谱指数与小麦冠层叶片氮素营养指标的定量关系,确定监测小麦冠层叶片氮素营养的较好卫星传感器和光谱波段,建立小麦冠层氮素营养指标监测方程.结果表明:利用NDVI(MSS7,MSS5)、NDVI(RBV3,RBV2)、TM4、CH2、MODIS1和MODIS2遥感数据可以预估小麦叶片氮含量(LNC),其决定系数(R2)在0.60以上;应用NDVI(PB4,PB2)、NDVI(CH2,CH1)、NDVI(MSS7,MSS5)、RVI(MSS7,MSS5)、MODIS1和MODIS2可以预测小麦叶片氮积累量(LNA),其R2大于0.86.比较而言,NDVI(MSS7,MSS5)和NDVI(PB4,PB2)分别为预测小麦LNC和LNA的适宜星载通道光谱参数.

控释尿素对旱作马铃薯产量及水分利用效率的影响

【目的】探究控释尿素对覆膜马铃薯氮素诊断指标、产量、经济效益及水分利用效率的影响。【方法】通过田间试验,研究了不施肥(CK)、普通尿素(CF,N施量200 kg/hm^(2))和控释尿素(CRU1(N施量180 kg/hm^(2))、CRU2(N施量160 kg/hm^(2))和CRU3(N施量140 kg/hm^(2)))对马铃薯叶片叶绿素(Chl)、氮平衡指数(NBI)、类黄酮(Flav)值、产量、经济效益、水分利用效率及氮肥偏生产力的影响。【结果】马铃薯叶片Chl和NBI值均随施氮量的降低而降低,Flav值随施氮量的降低而增加。不同施肥量和生育期均显著影响叶片Chl、NBI和Flav值(P<0.01),但施肥量和生育期的互作差异不显著(P>0.05)。随着施氮量降低,马铃薯产量和经济效益均降低,表现为:CF处理>CRU1处理>CRU2处理>CRU3处理>CK。控释尿素降低了马铃薯产量和经济效益,CRU1处理减产幅度最小。与CRU1处理相比,CF处理马铃薯产量和经济效益分别提高了5.18%和24.26%,但商品薯率和氮肥偏生产力分别降低6.50%和5.33%。相似的耗水量和水分利用效率也随施氮量的降低呈减小趋势,CF处理耗水量和水分利用效率均能保持较高水平,且水分利用效率与CK、CRU2处理和CRU3处理达到显著性差异(P<0.05);与施用控释尿素CRU1、CRU2和CRU3处理相比,CF处理耗水量提高幅度为2.79%~5.02%,对应水分利用效率提高幅度为2.33%~11.58%。【结论】CF能保证旱作全覆膜马铃薯产量和水分利用效率,提高经济效益,可作为黄土丘陵沟壑区一个可行的施肥策略。

基于光谱参数估算滴灌小麦干物质氮肥偏生产力和农学效率

为了解应用遥感技术估测滴灌小麦氮肥利用效率的可行性,以新春17号、新春6号和新春22号为材料,通过大田试验,分析了不同施氮处理下小麦干物质氮肥偏生产力(RDN)和干物质氮肥农学效率(DMAEn)与光谱参数的相关关系,并建立小麦RDN和DMAEn的光谱参数估算模型。结果表明,在分蘖、抽穗和开花期RDN与绿度植被指数和比值植被指数呈极显著正相关,在拔节和抽穗期DMAEn与土壤调整比值植被指数和归一化差值植被指数呈显著正相关。光谱参数估算模型的均方根误差为7.64～33.31,说明利用光谱参数可以有效地估算小麦氮肥利用效率。

高产小麦氮素调控指标研究

参照广东省农科院土肥所的水稻氮素调控（简称“氮调”）施肥研究方法，研究了长江中下游地区亩产３８０ｋｇ小麦的不同生育叶龄期适宜的土壤供氮指标值。以此指导施肥，比常规施肥法施Ｎ１２０６ｋｇ／亩节省１１８ｋｇ／亩，并增产８０％。