大豆不同水氮胁迫响应规律的高光谱分析

大豆胁迫的快速无损检测对提高大豆品质和产量至关重要,近年来,通过高光谱技术进行植物胁迫的检测得到广泛应用,但针对大豆水氮胁迫的应用研究鲜有报道。针对开花结荚期大豆设置了4种水分和5种氮素水平进行胁迫实验,获取高光谱、叶绿素含量和净光合速率生理信息数据,并通过光谱数据计算了15个光谱植被指数,最终选取了5种植被指数,分别为归一化差异植被指数NDVI、比值植被指数RVI、绿色归一化差异植被指数GNDVI、改进红边归一化指数mNDVI705和叶绿素指数LCI以指示水氮胁迫对大豆的影响。同时通过建立单叶叶绿素含量和净光合速率反演模型进行大豆生理信息的预测,采用相关分析法提取敏感波段,所提取的敏感波段分别为520~622和485~664 nm;采用多元散射校正(MSC)、标准正态变量变换(SNV)、一阶导数(FD)、二阶导数(SD)和Savitzky-Golay平滑(S-G)预处理方法,同时采用主成分分析(PCR)和偏最小二乘(PLS)2种建模方法,将其按一定关系组合成多种方法,以相关系数为模型评价指标,寻找出最优预处理与建模方法的组合。结果表明:未受胁迫和受胁迫大豆的高光谱曲线具有整体变化趋势一致但光谱反射率值不同的特征,未受胁迫大豆的反射率在500~700 nm波段具有最低值,在760~900 nm波段具有最高值;随着水氮胁迫程度的增加,500~700 nm波段的反射率逐渐增加。不同水分和氮素水平对植被指数的影响不同,但变化规律一致,5种植被指数均表现为未受胁迫大豆大于受胁迫大豆,且随着水氮胁迫程度的增加,植被指数值逐渐减小。建立反演模型所用最优方法组合为MSC+FD+S-G+PLS和SNV+SD+S-G+PLS,校正集相关系数分别为0.9606和0.9927,预测集相关系数分别为0.9720和0.9708,表明所建模型的精度较高,可对受胁迫和未受胁迫大豆单叶叶绿素含量和净光合速率生理信息进行精准预测,为大面积种植时检测其生理信息提供技术支持。

西北旱区制种玉米灌浆期气孔导度与叶水势对水氮胁迫的响应

为了探究西北旱区制种玉米水氮胁迫条件下的生理节水机理,设置充分灌溉(FI)与亏缺灌溉(DI)处理,以及施氮(N150)与不施氮(N0)处理,分析了不同水氮模式下叶水势与气孔特征的变化规律。结果表明:充分灌溉条件下,施氮主要通过增加气孔开度和气孔数量提高气孔导度,与不施氮处理相比,气孔开度提高19.46%,气孔数量增加8.46%;亏缺灌溉条件下则通过增加单位面积开放气孔数量和降低气孔开度来应对水分消耗,提高抗旱能力,与充分灌溉相比,亏缺灌溉气孔开度平均降低21.38%,气孔数量平均增加14.08%;增加灌水量能极显著增大气孔开度(P<0.05)和提高玉米叶片黎明和正午叶水势值,促进作物蒸腾作用;FIN150处理较DIN150处理黎明和正午叶水势均值分别上升了3.30%和2.00%,FIN0处理较DIN0处理黎明和正午叶水势均值分别上升了13.41%和14.29%;亏缺灌溉条件下,施氮处理黎明和正午叶水势均值分别上升了2.87%和0.17%。干旱导致气孔导度及正午叶水势的降低可以通过增施氮肥得到部分补偿。

西北旱区制种玉米干物质与氮分配对水氮胁迫的动态响应及模拟

为了量化水氮胁迫对西北旱区制种玉米干物质分配与氮分配的影响,建立水氮胁迫条件下器官间干物质与氮分配模型。本试验设置3种灌水水平,分别是充分灌溉(W1)、轻度水分胁迫(W0.75)和重度水分胁迫(W0.5),并设置3种施氮水平,分别是150 kg/hm^2(N150)、75 kg/hm^2(N75)和0 kg/hm^2(N0)。分析了水氮胁迫对器官间干物质与氮分配系数的影响,构建了干物质与氮分配动态模型。试验结果表明:茎分配系数呈单峰曲线,茎氮分配系数随生育期推进逐渐下降;叶分配系数与叶氮分配系数均呈下降趋势;穗分配系数与穗氮分配系数逐渐增加。总体上,茎分配系数大于茎氮分配系数,叶分配系数小于叶氮分配系数,穗分配系数小于穗氮分配系数。氮胁迫对制种玉米干物质分配与氮分配关系无显著影响。水分胁迫提高茎分配系数与氮分配系数;水分胁迫条件下叶与穗分配系数与叶氮分配系数均显著低于充分灌溉处理。叶分配系数与氮分配系数随着有效积温呈Logistic函数变化;穗干物质分配系数随有效积温呈指数递减变化。模型能够较为准确的模拟整个生育期的分配系数动态变化规律。

水氮胁迫对冬小麦籽粒灌浆速率影响的模拟研究

为定量分析水氮胁迫对冬小麦籽粒灌浆速率的影响,以‘济麦22’为材料,于2016—2017和2017—2018年度开展施氮试验。结合2017—2018年度试验资料,通过分析水氮胁迫对冬小麦籽粒灌浆速率的影响规律,引入氮素和水分影响因子,构建水氮胁迫对冬小麦籽粒灌浆速率影响的模拟模型S(j,t)=S(W3N300,t)×(1+FN)×(1+FW)。经2016—2017年小麦生长数据检验,除绝对误差占实测值比率dap略高外,RMSE值、平均绝对误差da以及相关系数r均显示模拟值和实测值有较高的一致性,说明实测值与模拟值吻合程度较好,所建模型可较好模拟水氮胁迫对冬小麦籽粒灌浆速率的影响。

水氮胁迫对我国小麦产量和品质影响的Meta分析

[目的]为水氮胁迫的合理选择提供理论依据。[方法]利用Meta分析(meta-analysis)的方法,系统分析了来自各个地区试验的水氮胁迫对小麦影响的相关论文(共71篇,有效数据65组),研究了不同施氮量、施氮次数、施氮时期对小麦产量和品质的影响。[结果]施氮能有效提高小麦产量改善品质,当施氮量达到250 kg/hm^(2)时,小麦产量和籽粒蛋白质含量增长率为研究峰值,而施氮量继续增长时,小麦籽粒蛋白质含量增长率与产量增长率均呈下降趋势。与施氮量所造成的影响类似,施氮次数对于小麦产量和籽粒蛋白质含量增长率的作用也是先增后降。灌浆期追氮对小麦产量的促进作用较为明显,增长率达0.358%,氮肥后移对灌浆期籽粒增重作用明显,能保持灌浆后劲、延长灌浆过程。拔节期追氮处理有利于小麦在抽穗期和灌浆期较高叶面积指数的维持,利于小麦获得较高产量。[结论]施氮对我国小麦品质和产量具有显著促进作用,氮肥后移和分次施肥对小麦干物质积累有益,增产改善品质效果尤佳。

水氮胁迫对玉米产量和氮素吸收和运移的影响

2011-2012年在吉林公主岭试验区可移动防雨棚内进行两年微区试验,探讨水氮胁迫对玉米产量及氮素的吸收和分配的影响。结果表明,全生育期灌水300 mm情况下,玉米产量随施氮量的增加而增加;水分胁迫（灌水100 mm）情况下,玉米产量随施氮量的增加而减少。植株氮积累总量成熟期最高,氮素在营养器官中的比例最高时期是拔节期,生殖器官含氮比例最高在吐丝期,子粒的含氮百分比最高时期是吐丝后15 d。水氮胁迫条件下,氮素转运率、贡献率均下降,仅氮胁迫转运率和贡献率增加。相同灌水量情况下,子粒吸收氮素量与施氮量显著正相关;水分胁迫条件下,表观土壤水分利用效率随施氮量的增加而下降,正常供水则相反;水分胁迫下的土壤水分利用效率极显著高于正常供水。

水氮胁迫对长白山阔叶红松林优势树种水分利用的影响

全球氮沉降加剧在影响植物生长的同时可能改变植物水分利用特征,了解氮沉降下植被耗水规律对模拟和预测森林水文循环各分量演变特征意义重大。本研究以长白山阔叶红松林优势树种——蒙古栎、水曲柳和紫椴树为研究对象,通过氢氧同位素示踪法,分析不同氮素添加量(低氮添加组11.8 kg·hm^(-2),LN;高氮添加组23.6 kg·hm^(-2),HN)、不同模拟降水量(添加水量0、400、800和1600 mL,折合单次降雨量0、16、32和64 mm)下植株耗水来源、量值及规律。结果表明:相对干旱条件下,LN中蒙古栎、水曲柳和紫椴对土壤水分利用比例为26%、12%和20%,普遍高于HN;随模拟降水量(16 mm)增加,LN中蒙古栎、水曲柳和紫椴的土壤水分利用比例均达到最高值,分别为73%、70%和43%,HN中该比例也达到高值,但小于LN中的数值;当模拟降水量为32 mm时,土壤含水量近似长白山阔叶红松林生长季均值,HN中树种平均土壤水分利用比例为39%,高于LN中的16%;当模拟降水量为64 mm时,土壤水分饱和,LN中蒙古栎、水曲柳和紫椴的土壤水分利用比例分别为14%、5%和1%,低于对应的HN中的64%、13%和10%。在降水量较少、土壤相对干旱的条件下,各树种的土壤水分利用比例均较低,且随氮添加量的增加,该比例进一步降低;当降水量较高、土壤湿度高于生长季平均值时,各树种的土壤水分利用比例均较高,且随氮添加量的增加,该比例进一步升高。

不同氮水平下盐胁迫对大麦幼苗中某些氮化物积累的影响(简报)

在土培条件下,提高氮素供应水平和NaCl处理浓度后大麦幼苗地上部和根中的全氮,蛋白质氮和游离氨基酸总量增加;蛋白质氮占全氮的比值亦因NaCl处理浓度的增大而提高。在盐胁迫下,游离脯氨酸占氨基酸总量的百分比明显增加,而谷氨酸所占比例则下降。

不同水氮条件下冬小麦高光谱特征差异性分析

在2010—2011年冬小麦生长季,通过大田小区试验,利用ASD便携式野外光谱仪实测了不同水氮条件下冬小麦冠层高光谱反射率,并对不同叶面积指数(LAI)、叶绿素含量(SPAD值可以表征叶绿素含量)及不同水氮胁迫下光谱特征进行了分析。结果表明:随着LAI和SPAD值的增大,"绿峰"与"红谷"特征愈加明显;不同水氮胁迫使冬小麦高光谱特征产生差异,在不同灌溉条件下,冬小麦在可见光波段的反射率随氮素含量的减小而升高;而在近红外波段,规律则正好相反。成果可为遥感准确检测冬小麦生长状况与节水灌溉提供科学依据。

水氮耦合对苗期葡萄叶片氮素代谢酶活性的影响

为研究水氮耦合对苗期葡萄叶片氮代谢影响及最佳施氮量的制定,以一年生葡萄品种红提为研究试材,利用人工控制环境的方法,在温室内采用水、氮两因素各4水平的全面设计进行实验,水分处理分别为正常灌溉W1(田间最大持水量的70%~80%)、轻度胁迫W2(60%~70%)、中度胁迫W3(50%~60%)和重度胁迫W4(30%~40%)。4个氮素施用水平分别为1.5倍推荐施肥N1(施纯氮25.5g·m^-2)、正常推荐施肥N2(17g·m^-2)、0.5倍推荐施肥N3(8.5g·m^-2)、不施用氮肥N4(不施氮)。处理时间为10、20、30、40d。结果表明,在水分条件适宜时,葡萄叶片硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)活性、可溶性蛋白、游离氨基酸含量随施氮量增加而提高;在轻度干旱胁迫时,增施氮肥可缓解干旱胁迫;在重度干旱胁迫时,高氮处理使设施葡萄叶片中氮代谢酶活性、游离氨基酸和可溶性蛋白含量降低。葡萄叶片内氮含量始终随处理时间增加而降低,在轻度水分胁迫下氮的转运率较高,而水分胁迫严重时,高氮处理与无氮处理时氮转运率均偏低。最终得出:在水分条件适宜(W1)和轻度水分胁迫(W2)下,N1处理葡萄叶片的氮代谢能力最高;在中度水分胁迫(W3)和重度水分胁迫(W4)下,N3、N4处理氮代谢能力最高。研究结果可为实际生产中设施葡萄的干旱灾害防控提供理论依据,既能有效缓解水分胁迫带来的危害,又避免生产中肥料的浪费。