富士苹果萌芽至新梢旺长期肥料氮去向和土壤氮库盈亏

运用¹⁵N同位素示踪技术,以5年生‘烟富3’/SH6/平邑甜茶苹果为试材,研究了萌芽至新梢旺长期不同施氮水平(0、50、100、150、200、250 kg·hm^-2)下肥料氮的吸收利用、土壤残留和土壤氮库盈亏特点.结果表明:早春施氮后,15N均优先分配到根系中,然后转运用于地上部新生器官(果实、新生枝叶)的形态建造.新梢旺长期结束后(施氮2个月后),5.9%~9.9%的肥料氮被树体吸收,29.8%~33.4%的肥料氮残留在0~60 cm土体中,56.7%~64.4%的肥料氮通过其他途径损失.随施氮水平的提高,树体吸收的肥料氮量和土壤残留氮量逐渐增加,但肥料氮利用率和土壤残留率却不断降低,同时损失量和损失率不断增加.随施氮水平的提高,土壤氮素总平衡由亏缺转为盈余,且盈余量随施氮水平的提高而显著提高.表明施氮不足将会造成土壤氮肥力的下降;而过量施氮则会加剧土壤氮素累积,增加氮素污染风险.施氮水平与土壤氮素总平衡呈显著线性相关关系,拟合方程为:y=0.3511x-20.808(R^2=0.9927),当施氮量为59.27 kg·hm^-2时,由萌芽至新梢旺长期的土壤氮库达到平衡.     

杉木根桩分解过程及几种主要营养元素的变化

基于以空间代替时间的原则,初步研究了杉木树桩在分解过程中边桩和心桩密度的变化及根桩分解过程中几种养分元素的释放过程.结果表明,边桩每年密度损失率k为2.767×10^-2,而心桩为2.255×10^-2;不同采伐年代的根系和边桩中N、P含量随分解年限的增加而下降,而心桩中N、P含量随分解年限的增加而出现先增加后下降的的趋势,根桩中K浓度在分解过程中的前两年有较大幅度的下降,根桩中有机质含量在其分解过程中都是单调降低的,对根系和树桩中养分元素含量进行比较发现,在分解初期,根系中N、P、K含量都高于边桩和心桩,而有机质含量边桩和心桩高于根系.     

不同发育时期追施氮肥对冬小麦旗叶中光合酶活性的影响

小麦开花后,随着旗叶的衰老,旗叶中1,5-二磷酸核酮糖羧化酶（RuBPC）、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）和乙醇酸氧化酶（GO）活性呈下降趋势。随着追施氮肥时期的推迟,光合酶活性呈增加趋势,这意味着氮肥追施时间后移有利于提高小麦光合速率。在旗叶衰老后期,大穗型品种小麦旗叶中光合酶活性略高于多穗型品种小麦。     

介质供氮水平对10种禾草幼苗生长及氮效率的影响

以10种常用禾草幼苗为材料,通过霍格兰溶液培养法观测了不同供氮水平下禾草的生长及氮效率特性,比较不同禾草的耐介质低氮特征差异.结果表明:介质低氮环境对草地雀麦的株高、根长、根体积、叶面积、地上和地下生物量,以及无芒雀麦的株高、根体积和根长的影响较小;不同介质供氮水平下,草地雀麦能维持相对较高的叶绿素含量,无芒雀麦与苇状羊茅具有较强的氮素吸收和同化能力,从而使草地雀麦、无芒雀麦与苇状羊茅表现出相对较强的耐介质低氮特性.可见,不同禾草草种幼苗对介质供氮水平变化反应存在明显差异,据此可筛选耐介质低氮的禾草草种资源.     

施氮对半湿润农田生态系统不同冬小麦品种灌浆期物质转移的影响

在年均降水量632 mm的黄土高原南部半湿润红油土上,以NR9405、9430、偃师9号、小偃6号、陕229、西农2208、矮丰3号和商188为供试材料,进行大田试验,研究在不施氮和施氮(90 kg.hm-2)条件下不同品种冬小麦灌浆特性及物质转移效率。结果表明,冬小麦干物质生产及物质转移效率共同受品种和氮肥的影响。开花期老叶、茎鞘和成熟期茎鞘、籽粒干重间存在显著差异。施氮对开花期、成熟期地上部各部位干重均有明显的促进作用。各部位干物质转移量、转移效率和转移量对籽粒的贡献率既与品种有关,也与施氮有关;氮肥的影响又因品种不同而异。干物质转移量、转移效率和转移干物质对籽粒的贡献率在8个供试品种中,最高的是NR9405,最低的是偃师9号,除NR9405和西农2208籽粒中50%以上干物质来自于开花前贮存光合产物的再转移外,其余6个品种籽粒中50%以上的干物质来自于开花后新合成的同化产物。干物质转移量对籽粒的贡献率以穗轴+颖壳部位最低,且多数处理为负值,以茎秆为最大,叶片居中。从总体看,干物质转移量、干物质转移率和干物质转移量对粒重的贡献率在不同品种之间的差异大于施氮处理间的差异,施氮后降低了干物质向籽粒中的转移。     

开花结实期小麦氮素损失的初步研究

在气候箱试验条件下,用密闭箱法研究了开花结实期小麦植株NH3、N2O、NO和NO2挥发特征及规律.结果表明:(1)只保留小麦根系处理有明显挥发NH3的作用,但在气候箱控制、白昼有相对良好的光照条件下,小麦地上部没有显著净挥发NH3作用效果;(2)开花结实期小麦植株有明显从空气吸收NO和NO2的效应,NO净吸收速率在0.5～2.7 ug·pot-1·h-1之间,NO2净吸收速率约0.4～1.6 ug·pot-1·h-1;(3)小麦根系是产生N2O的重要部位,只保留小麦根系和保留完整小麦植株处理均有显著净挥发N2O的作用效果.研究发现,开花结实期小麦植株氮素挥发损失是以N2O为主而不足NH3;这一时期小麦植株有净吸收NO、NO2明显效应,但其吸收速率远低于小麦植株N2O排放速率;开花结实期小麦N2O排放速率基本可以表征其氮素挥发损失数量.     

花期苹果树冠氮素营养状况的卫星遥感反演

以山东栖霞为研究区,基于TM和ALOS影像获取花期苹果树的冠层反演反射率,结合实测反射率,构建并筛选氮素敏感光谱指数,以敏感光谱指数为自变量,建立氮素反演模型,利用精度最高模型进行空间反演.结果表明： 光谱指数与氮素营养相关性为：冠层＞叶＞花,敏感指数构成以绿、红、近红外波段为主;反演模型精度为：支持向量机回归＞逐步回归＞单变量回归;基于不同影像的反演结果近似,叶N含量均以3～4等(27～33 g·kg^-1)为主,冠N指标均以2～4等(TM: 38～47 g·kg^-1; ALOS: 32～41 g·kg^-1)为主;基于不同影像的空间布局亦类似,研究区北部和南部的营养水平高于中部,叶N和冠N高等级区域位于西北部的苏家店镇和松山街道、东北部的臧家庄镇和亭口镇、南部的蛇窝泊镇等,与苹果生产重点镇布局一致.此研究为果树营养状况的宏观数据获取提供了可行方法,也可为其他类似遥感反演提供借鉴.     

施氮时期对酿酒葡萄叶片氮代谢酶及相关基因表达的影响

以10年生‘蛇龙珠’葡萄为材料,在萌芽期(S1)、新梢旺长期(S2)、开花期(S3)、果实第一次膨大期(S4)、副梢生长旺期(S5)和果实第二次膨大期(S6)分别一次性施入尿素300kg·hm-2,以不施氮肥为对照(CK),分析了花前5d(DBF5)、花后25d(DAF25)、花后55d(DAF55)和花后85d(DAF85)叶片的各项指标,以明确氮素施用时期对葡萄叶片氮代谢的调控与影响。结果表明:(1)S1和S2处理葡萄叶片中总氮及可溶性蛋白含量在DAF25时显著增加。(2)S3和S4处理的NR及GS活性在DAF85时显著高于其他处理;在DAF25时,S1和S2处理的GOGAT活性,以及S3和S4处理的GDH活性均显著高于同期对照和其他施肥处理。(3)各施肥处理叶片VvNR表达水平在不同时期均高于同期对照,S3处理VvNR表达水平在DAF25和DAF85时分别为对照的3.4倍和2.7倍;S3和S4处理的VvGS表达水平分别在DAF55和DAF85时达到最高值,S3处理的VvGOGAT和S4处理的VvGDH表达水平在DAF55和DAF85均显著高于其他处理,S3处理的VvGDH表达水平在DAF55和DAF85仅次于S4处理。研究表明,氮素通过诱导叶片氮素代谢基因的响应,从而调控叶片中氮素代谢酶活性增加,促进了氮素的积累,S3和S4处理在不同时期氮代谢酶活性和对应的基因表达水平均较高,更有利于叶片中氮素的转化和代谢。     

施氮水平和栽插密度对水稻生育中后期硝酸还原酶活性的影响

水稻生育中后期的叶片硝酸还原酶(NR)活性呈低-高-低的变化趋势,抽穗期最大,拔节期次之,抽穗后20 d最低.施氮量对NR活性的影响大于栽插密度,随着施氮水平的增加,NR活性呈上升趋势;而栽插密度增大,NR活性则呈下降趋势.叶片中的NR活性与产量、单位面积穗数有较高的正相关关系,与千粒重和结实率呈弱度负相关,与每穗粒数的相关性则因品种不同而异.     

Broadening the Scope of Enforced ATP Wasting as a Tool for Metabolic Engineering in Escherichia coli

The targeted increase of cellular adenosine triphosphate (ATP) turnover (enforced ATP wasting) has recently been recognized as a promising tool for metabolic engineering when product synthesis is coupled with net ATP formation. The goal of the present study is to further examine and to further develop the concept of enforced ATP wasting and to broaden its scope for potential applications. In particular, considering the fermentation products synthesized by Escherichia coli under anaerobic conditions as a proxy for target chemical(s), i) a new genetic module for dynamic and gradual induction of the F₁‐part of the ATPase is developed and it is found that ii) induction of the ATPase leads to higher metabolic activity and increased product formation in E. coli under anaerobic conditions, and that iii) ATP wasting significantly increases substrate uptake and productivity of growth‐arrested cells, which is vital for its use in two‐stage processes. To the best of the authors' knowledge, the glucose uptake rate of 6.49 mmol gCDW^?1 h^?1 achieved with enforced ATP wasting is the highest value reported for nongrowing E. coli cells. In summary, this study shows that enforced ATP wasting can be used to improve yield and titer (in growth‐coupled processes) as well as volumetric productivity (in two‐stage processes) depending on which of the performance measures is more crucial for the process and product of interest.     

施氮量对超高产冬小麦灌浆期旗叶光响应曲线的影响

为冬小麦超高产栽培的氮肥管理提供技术支撑,在大田条件下研究了施氮量对超高产冬小麦灌浆期旗叶光响应曲线的影响.采用开放式气路测定了小麦旗叶的净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率等相关指标,并运用"米式方程"对旗叶净光合速率进行了模拟,计算了光响应曲线的特征参数.结果表明,在0～300kg/hm2施氮范围内,随着光照强度的增加,各处理的旗叶净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均随之增加,而胞间二氧化碳浓度却随之降低,但是在375kg/hm2施氮水平下旗叶的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率的增加和胞间二氧化碳浓度的降低反而低于300kg/hm2施氮水平,表明合理的氮素水平对超高产小麦灌浆期旗叶的光响应曲线有明显的调节作用.在合理的施氮范围内,增施氮肥小麦旗叶在整个灌浆期内的最大净光合速率随之增加.在本试验条件下,超高产麦田的适宜施氮量为300kg/hm2.     

水氮互作对拔节期黍稷根系生理特性的影响

盆栽试验条件下,以‘5283黄’和‘晋黍5号’为试验材料,采用3个水分水平×3个氮肥水平,研究水氮互作对拔节期黍稷根系生理特性的影响。结果显示:(1)水分条件相同时,施氮均使黍稷根重、总根长、总表面积增加,根冠比则下降;施肥量相同时,适量灌水也相应促进了黍稷根系以上各形态指标上升,根冠比则下降。(2)水分胁迫下适量增施氮肥均能够在一定程度上使黍稷根系中游离脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量下降,黍稷根系SOD活性和POD活性均降低,降低了黍稷根系膜脂过氧化程度,减轻了水肥胁迫对黍稷根系的伤害,但各指标下降幅度因不同水分和肥力条件及品种不同而存在明显差异。(3)‘5283黄’在重度干旱胁迫及缺氮条件下根系的渗透调节能力和抗氧化酶活性均强于‘晋黍5号’。研究表明,合理的水肥互作处理可以有效诱导黍稷根系渗透调节能力和保护酶系统活性增强,减轻逆境胁迫的伤害,提高其抗旱和耐瘠薄能力。     

Nitrogen redistribution from the roots in post-anthesis plants of spring wheat

The aim of this study was to investigate post-anthesis N redistribution from the roots to other organs in the wheat plant. Two cultivars of spring wheat (Triticum aestivum L.) Sport and WL were grown to maturity in culture solution with stepwise-decreasing N supply and ¹⁵N before sampling. The N concentration of dry weight in the roots decreased from anthesis to full maturity. At maturity the root N concentration was 5.5 mg g⁻¹ dry weight for Sport and 4.9 mg g⁻¹ dry weight for WL, while the main shoot N concentration was 2.1 mg g⁻¹ dry weight for Sport and 2.2 mg g⁻¹ dry weight for WL. The roots were a major sink for N taken up post-anthesis and contained the main proportion of the ¹⁵N during the whole post-anthesis period. The N redistributed from the roots contributed 24.3% of the total N amount in the grains at maturity in cv Sport and 8.7% in cv WL. For cv Sport, 46.3% of the root N amount was redistributed to other parts of the plant and for WL 25.4%. The tiller grains were supplied with N from the ¹⁵N applied post-anthesis to a higher degree than the main shoot grains. The transport capability was maintained until 12 days after complete yellowness. We concluded that wheat has a great ability to redistribute nitrogen from the root system to the grains.     

Development of nitrogen and methane losses in the first eight weeks of lactation in Holstein cows subjected to deficiency of utilisable crude protein under restrictive feeding conditions

Low-protein diets are increasingly being used in dairy cow nutrition to minimise noxious nitrogen (N) emissions. However, at parturition, the lower milk yield at that time may mask deficiency in dietary utilisable crude protein (uCP; equivalent to metabolisable protein). Under restrictive feeding conditions, farmers would limit the feed allowance to match the lower measured milk yield, thereby exacerbating the deficiency. The consequences for N emission intensity per kg milk yield and methane emissions are unknown. In this study, two diets were fed to nine Holstein cows each from parturition onwards. One diet was complete and the other was calculated as 20% deficient in uCP. Feed allowance was always oriented towards the measured milk yield. In each of the first eight lactation weeks, intake and excretion were measured for 5 d. On the last 2 d of this period, methane emission was measured in respiration chambers. The statistical model included treatment, week and interaction as effects. The real levels of uCP and energy supply across the 8 weeks were 33% and 15% below requirements, respectively, in the Deficient cows. In addition, the Deficient cows consumed 18% less dry matter (caused by substantial refusals in week 1, where energy supply was according to requirements) and produced 25% less milk (26 vs. 34 kg/d). Cows in both groups used dietary N with similar efficiency for milk protein synthesis and excreted similar proportions of the N ingested via urine and faeces. This resulted in both treatments having similar N emission intensities per kg milk N and similar urinary N as a proportion of total excreta N, suggesting a similar potential for gaseous N emissions from the manure per kg of milk. The Deficient cows emitted 22% less methane overall but had similar methane yield and emission intensity to the Controls. In conclusion, a reduction in crude protein intake immediately after parturition does not reduce N emission per unit of milk when associated with uCP deficiency.     

不同树龄杨树(Populus balsamifera)人工林的土壤呼吸空间异质性

土壤呼吸作用的空间异质性对土壤碳收支的准确评估起重要作用.通过对新疆伊犁地区3个生长阶段杨树人工林的土壤呼吸速率、土壤环境因子和细根生物量的测定,分析了土壤呼吸速率的空间变异及其影响因素.结果表明:在整个生长季,土壤呼吸空间变异系数(CV)为5.7％ ～42.6％.2、7和12年生杨树人工林的平均土壤呼吸速率分别为5.74、5.10和4.71 μmol·m-2·s-1,空间变异系数分别为28.8％、22.4％和19.6％,差异显著.逐步回归分析表明,5 cm土壤温度、表层土壤氮含量及细根生物量是决定土壤呼吸空间异质性的主要因子,可以共同解释86％的土壤呼吸变异.此外,由于测点距树干的位置不同,使土壤温度和细根生物量等因子发生了改变,也会导致土壤呼吸的空间变异.在估算杨树人工林土壤碳排放量时,应考虑其在不同生长阶段土壤呼吸速率的空间变异.     

潘庆民1,于振文2,王月福2

采用盆栽和水泥池栽研究了追氮时期对小麦光合作用、14C同化物运转分配和硝酸还原酶(NR)活性的影响.结果表明,拔节(雌雄蕊原基形成)期较起身(二棱)期追施氮肥,显著提高了小麦开花后的旗叶叶绿素含量和单叶光合速率;灌浆期旗叶14C同化物向籽粒转移比例显著提高,而在营养器官的滞留比例显著降低;旗叶和根系中硝酸还原酶(NR)活性亦显著提高.小麦穗粒数、粒重和产量增加,蛋白质含量提高.     

川西亚高山不同演替阶段天然次生林土壤碳氮含量及酶活性特征

为了解次生林自然更新演替过程中土壤碳氮含量及酶活性的变化规律, 采用空间代替时间的方法, 在川西亚高山米亚罗林区选取环境条件基本一致的20世纪60、70和80年代采伐迹地自然更新演替的次生林(60-NSF、70-NSF和80-NSF)和岷江冷杉(Abies faxoniana)原始林(对照, CK)为对象, 研究了表层(0-20 cm)土壤碳氮含量和土壤酶活性的关系。结果表明: 表层土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)、轻组有机碳(LFOC)含量均随森林植被更新演替呈显著降低趋势, 而全氮(TN)和可溶性有机氮(DON)含量则表现为60-NSF < 80-NSF < 70-NSF, 但70-NSF和80-NSF间差异不显著; 次生林表层土壤有机碳氮及其活性组分含量均低于CK, 其中80-NSF的DOC和DON含量与CK差异不显著。次生林的β-葡萄糖苷酶(βG)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和多酚氧化酶(PHO)活性均显著低于CK, 纤维素水解酶(CBH)和过氧化物酶(PEO)活性与CK无显著差异; 天然次生林中, 60-NSF的βG和CBH活性显著低于70-NSF和80-NSF; 80-NSF的NAG活性显著高于60-NSF和70-NSF; 4种林型之间的PEO活性无显著性差异。Pearson相关分析和冗余分析显示, 土壤TN、LFOC和DOC含量与土壤酶活性显著相关, 其中TN含量解释了酶活性变化的65.4%, 说明土壤氮含量变化可能会影响到土壤碳的水解酶活性, 同时也表明土壤微生物优先利用易分解碳和氮。因此, 次生林近60年的天然更新演替引起了TN、LFOC及DOC含量的显著下降, 导致表层土壤某些胞外酶(如βG、CBH和NAG)活性降低。从土壤酶活性角度看, 岷江冷杉原始林比早期演替阶段的次生林(<60 a)更有利于川西亚高山高海拔森林生态系统的碳氮循环。     

煤矸石山上不同种植年限和生长期香根草各部位全氮含量及其分配比例的比较

为了探明香根草〔Vetiveria zizanioides(Linn.)Nash〕在尾矿生态系统恢复中的作用机制,以贵州省六盘水市大河煤矿煤矸石山种植3、6、8和13 a的香根草为研究对象,分别在返青期、快速生长期、成熟期和枯黄期对香根草根、茎、叶和全株的全氮含量及其分配比例进行了比较.结果表明:在种植3、6、8和13 a,香根草根、茎、叶和全株的全氮含量均在快速生长期最高,并显著高于其余生长期.随种植年限增加,返青期、成熟期和枯黄期根的全氮含量,枯黄期茎的全氮含量以及返青期全株的全氮含量均逐渐升高;返青期茎和叶的全氮含量逐渐降低;快速生长期根的全氮含量,快速生长期和成熟期茎的全氮含量以及快速生长期、成熟期和枯黄期叶和全株的全氮含量先升高后降低,并在种植8 a最高.在种植6、8和13 a,快速生长期根的全氮含量分配比例最低,而快速生长期叶的全氮含量分配比例却最高.随种植年限增加,返青期根的全氮含量分配比例逐渐升高,而返青期茎和叶的全氮含量分配比例却逐渐降低;在种植8 a,快速生长期、成熟期和枯黄期根的全氮含量分配比例以及枯黄期茎的全氮含量分配比例最低或较低,而快速生长期和成熟期茎的全氮含量分配比例以及快速生长期、成熟期和枯黄期叶的全氮含量分配比例最高.在相同种植年限和生长期,香根草茎的全氮含量及其分配比例明显低于根和叶;总体来看,返青期、成熟期和枯黄期根的全氮含量及其分配比例高于叶,而快速生长期根的全氮含量及其分配比例却低于叶.研究结果显示:随着种植年限增加和生长期推移,香根草能够合理分配氮素资源,使其在煤矸石山立足,据此认为,香根草可用于煤矸石山的生态恢复和植被重建,但种植年限不宜超过8a.     

低氮胁迫对不同苦荞品种苗期生长和根系生理特征的影响

以2个耐低氮苦荞品种(‘迪庆苦荞’、‘广苦1号’)和2个不耐低氮苦荞品种(‘西荞1号’、‘黑丰1号’)为材料,采用盆栽试验研究了低氮胁迫对苦荞苗期生长和根系生理特性以及氮素利用的影响,以揭示苦荞耐低氮胁迫的生理响应机制。结果显示:(1)与正常供氮处理(15mmol/L)相比,低氮(0.5mmol/L)和极低氮(0.05mmol/L)胁迫处理下,苦荞幼苗的株高、茎粗、叶面积、地上部干重、根系平均直径、根系体积及根系表面积均呈下降趋势,主根长和根冠比呈升高趋势,但在低氮(0.5mmol/L)条件下各品种根系干重均有所增加,且耐低氮品种增加幅度较大(13.69%、19.26%)。(2)低氮胁迫使苦荞叶片的叶绿素含量、最大荧光产量(Fm)和最大光化学效率(Fv/Fm)以及根系活力、硝酸还原酶(NR)活性和可溶性蛋白含量显著降低,而叶片初始荧光产量(Fo)及根系超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)、可溶性糖及游离脯氨酸含量呈升高趋势。(3)低氮胁迫使苦荞植株全氮含量及氮积累量显著降低,却使氮素吸收效率显著升高。研究表明,不同耐低氮苦荞品种对低氮胁迫的响应存在显著差异,在低氮胁迫下,耐低氮品种(‘迪庆苦荞’、‘广苦1号’)具有明显的生长优势,不仅农艺性状、叶片光合作用及根系活性受低氮胁迫影响小,而且具有较高的根系保护酶活性、渗透调节物质含量以及全氮量和氮积累量。