棉花花后临界氮浓度稀释模型的建立及在施氮量调控中的应用

在大田栽培条件下,于江苏南京(长江中下游棉区)和河南安阳(黄淮棉区)设置了棉花氮素水平试验,依据Justes的临界氮浓度稀释曲线确定方法,建立了棉花花后临界氮浓度稀释曲线模型。结果表明,2试点的临界氮浓度与地上最大生物量间均符合幂指数关系,尽管不同气候区域间的模型存在一定差异,但临界氮稀释曲线斜率相同。棉花最高(Nmax)、最低(Nmin)氮浓度稀释模型也符合幂指数关系,且2试点最高、最低氮稀释曲线斜率亦分别相同。2试点氮稀释模型参数值的差异表明,对于相同的地上部生物量,安阳试点棉株的氮累积能力高于南京。基于临界氮浓度稀释模型,建立了棉株地上部氮素与干物质累积量之间的异速生长模型和氮营养指数模型(NNI),前者可作为施氮量调控的判别指标,后者作为实际与临界氮浓度的比值,能客观、定量地诊断棉株的氮素营养状况。基于临界氮浓度稀释条件下的异速生长参数、氮营养指数及动态临界氮累积量等指标得到施氮量调控的结果一致:(1)尽管安阳、南京2试点的地上生物量、产量差异较大,但临界氮稀释曲线条件下不同气候区域棉花达到最高产量的瞬时氮吸收速率的变化趋势、氮素快速累积期、最大氮吸收速率出现日等基本一致;(2)安阳、南京2试点的适宜施氮量应控制在360 kg.hm-2和240kg.hm-2水平上。由于临界氮浓度具有合理的生物学意义,因而所建模型有精确、简单和生物学意义明确等特点,可以直接用于评估作物的需氮量,亦可用于作物氮动态模拟的复杂模型中,为适时精确施肥提供了新的思路。     

施氮量和种植密度对东北特早熟棉区棉花生物量和氮素累积的影响

以辽棉19号和美棉33B为材料,于2008年在东北特早熟棉区设置不同的棉花种植密度(每公顷75000、97500、120000株)和施氮量(0、240、480 kg·hm^-2),研究了施氮量和种植密度对东北特早熟棉区棉花生物量、氮素累积特征和氮素累积利用率的影响.结果表明： 两个品种的棉花生物量和氮素累积量随棉花生育进程的动态变化均符合Logistic模型;种植密度和施氮量显著影响棉花氮素累积动态特征以及棉花产量和品质;氮素的快速累积起始日较生物量早13 d左右.在种植密度为每公顷97500株、240 kg·hm^-2施氮量处理下,两个品种棉花的生物量和氮素动态累积模型的特征参数最为协调,皮棉产量最高,纤维品质最优,氮素利用效率最高.在东北特早熟棉区,较早的生物量和氮素快速累积及较高的累积速率有利于棉花较高产量的形成.     

水氮运筹对棉花花后生物量和氮素利用率的影响

在池栽和大田条件下,以‘美棉33B’为材料,研究不同水分(自然降水、自然降水 灌水)和氮素(0、240、480kgN/hm2)运筹下棉花花后生物量和养分累积及氮素利用率动态变化特征。结果表明:施氮使棉花(整株、营养器官、生殖器官)生物量和养分快速累积期持续时间缩短、最大累积速率增大且出现时间提前、累积量及皮棉产量增加。灌水使240 kgN/hm2处理棉花(整株、营养器官、生殖器官)生物量和养分快速累积期持续时间缩短、最大累积速率出现时间提前、最大累积速率和累积量增大、氮素累积利用率和产量提高;而使480 kgN/hm2处理棉花营养器官生物量和养分快速累积期持续时间延长、最大累积速率出现时间推迟、生物量和养分最大累积速率及累积量增大、氮素累积利用率提高,而生殖器官相应指标呈降低趋势;灌水对不施氮处理棉花生物量和养分累积各项特征参数影响较小。营养器官生物量和氮磷钾最大累积速率出现时间较生殖器官早23 d左右,而快速累积期持续时间长于生殖器官11 d左右。研究发现,水分和氮素运筹可通过影响棉花生物量和养分累积的动态特征参数来影响棉花生长,进而影响最终产量品质形成;在本实验条件下,以灌水的240 kgN/hm2处理棉花的生长特征参数最为协调,皮棉产量和氮素利用率最高,品质较优。     

施氮量和种植密度对东北特早熟棉区棉铃生物量和氮素累积的影响

以辽棉19号和美棉33B为材料,研究了不同施氮量(0、240、480 kg ·hm-2)和不同种植密度(75000、97500、120000 plants·hm-2)对东北特早熟棉区棉花棉铃生物量和氮素累积特征的影响.结果表明： 棉花单铃、棉籽和纤维的生物量及其氮素累积随棉花生育进程的动态变化均符合“S”型曲线,种植密度和施氮量可以显著影响棉铃各部分生物量和氮素累积的动态特征,以及棉花产量与品质;在施氮量240 kg·hm-2和种植密度97500 plants·hm-2处理下,单铃、棉籽和纤维的生物量均达到最大,生物量和氮素累积的快速累积起始时间和终止时间较早但持续时间较短,生物量快速累积速率最大,生物量和氮素在铃壳中的分配系数最低,在棉籽和纤维中分配系数最高.     

棉花蕾花铃生物量、氮累积特征及临界氮浓度稀释模型

在大田栽培条件下,于河南安阳（黄河流域黄淮棉区）和江苏南京（长江流域下游棉区）设置了棉花氮素水平试验,对不同氮素水平条件下棉花蕾花铃的生物量、氮素累积及氮浓度的动态变化进行分析,并依据Justes的临界氮浓度稀释模型确定方法,研究棉花蕾花铃临界氮浓度稀释模型。结果表明：棉花蕾花铃的生物量增长和氮吸收累积均受氮素水平的影响,其动态变化符合S型曲线,氮累积的快速起始时间较生物量早1～5d;氮浓度过高或过低均不利于产量形成,蕾花铃等器官存在氮奢侈消费现象;氮浓度随施氮量的增加而升高、随生育进程的推移而降低,其生物量累积量与氮浓度间符合幂函数关系,两试点蕾花铃氮稀释曲线模型形式相同,但模型参数a不同,不同生态区存在独立的临界氮稀释曲线模型。由于临界稀释模型具有明确的生物学意义,可以作为定量诊断蕾花铃氮营养动态变化的指标之一。     

棉花花铃期短期干旱下氮素对干物质及氮素累积分配的影响

通过盆栽试验进行水分(正常灌水和干旱后复水)和施氮处理(0、240、480kgN·hm-2),研究花铃期短期干旱再复水后氮素对棉花各器官干物质重、氮素累积与分配及产量与品质的影响.结果表明:花铃期土壤干旱显著降低了棉株各器官的干物质重与氮素累积量,而增大了棉株各器官的氮素含量,同时亦降低了棉株干物质与氮素在叶片中的分配指数,但提高了在根系的分配指数,从而增大了根冠比;增施氮肥可以提高干旱条件下棉株的干物质重与氮素累积量,但亦增大水分胁迫指数.复水对干旱处理棉株生长具有明显的补偿效应,尤其是根系的干物质重与氮素累积量显著高于相应正常灌水处理,且增施氮肥可以提高棉株的补偿效应.花铃期干旱结束时与复水后第10天,干旱处理棉株均以240kgN·hm-2水平下的生殖器官干物质重与分配指数最高,而根冠比最小,地上部与地下部生长最为协调,最终籽棉产量最高、纤维品质最优;而施氮不足(0kgN·hm-2)或过量(480kgN·hm-2)均不利于棉花产量的提高与纤维品质的改善.     

施氮量对花铃期棉花果枝生物量累积时空变异特征的影响

试验在黄河流域黄淮棉区的河南安阳和长江流域下游棉区的江苏南京棉花大田进行, 氮素设0（N₀）、120（N₁）、240（N₂）、360（N₃）、480（N₄） kg·hm^-2 5个水平,定量分析了不同施氮量对美棉33B花铃期棉花果枝生物量累积时空变异特征的影响.结果表明： 不同施氮量下,两试验点棉株不同果枝部位营养器官、生殖器官、生物量累积时间变异特征均表现为Logistic曲线,空间变异特征存在明显差异.安阳点360 kg·hm^-2施氮量、南京点240 kg·hm^-2施氮量处理具有快速增长期起始时间早、持续时间短、最大速率大等特征,说明该施氮量水平有利于棉花生物量的快速累积,以形成较高的产量与品质;而施氮量过多或不足均不利于棉株不同果枝部位生物量的累积.可以通过不同的施氮量来调节棉株不同果枝部位快速生长期的生长特征值,以提高棉花的产量和品质.     

施氮量对麦后直播棉氮素吸收利用的影响

以早熟棉中棉所50为材料进行麦后直播棉花试验,研究施氮量(0、60、120、150、180、240 kg N·hm^-2)对棉株氮素吸收、利用和分配的影响.结果表明： 增施氮肥提高了麦后直播棉不同生育阶段的氮吸收量,以盛花到见絮期的氮积累增量最大,并且改变了不同生育期间氮吸收比例,使棉花出苗到盛花期的氮吸收比例降低,盛花到吐絮期的氮吸收比例升高;增施氮肥还降低了生育后期中上部位果枝氮浓度的下降速率.麦后直播棉氮素和生物量累积以中下部果枝为主,在150～180 kg N·hm^-2施氮量下棉花产量、氮肥表观利用率、各果枝部位干物质和氮在生殖器官中的分配比例较高,氮浓度和氮累积量动态特征参数比较协调.高于180 kg N·hm^-2的施氮量导致棉花中部和下部果枝生殖器官生物量和氮素累积量、产量增幅和氮肥利用率降低,而低于150 kg N·hm^-2施氮量降低棉花整株干物质和氮经济系数,不利于高产形成.综合分析,150～180 kg N·hm^-2施氮量可作为长江流域下游棉区麦后直播棉的推荐施氮量.     

不同施氮水平下加工番茄植株生长和氮素积累与利用率的动态模拟

通过3年的大田试验,设置不同的氮素水平(0、75、150、300、450、600 kg·hm^-2)对不同施氮量下加工番茄地上部生物量、氮素累积及利用率的动态变化进行模拟.结果表明: 加工番茄地上部生物量、氮素累积量和氮素利用率随出苗后累积生理发育时间(PDT)的动态变化符合Logistic模型,氮素快速累积起始时间较地上部生物量快速累积起始时间早4～6 d(PDT);瞬时氮利用率随出苗后累积生理发育时间的动态变化呈先增加后降低的单峰曲线.不同施氮水平下,300 kg·hm^-2处理的氮累积量和地上部生物量最多,产量最高.根据Quadratic模型得出,北疆地区加工番茄滴灌栽培的理论适宜施氮量为349～382 kg·hm^-2.     

嫁接与施氮对甜瓜产量和氮素吸收、利用的影响

通过裂区设计田间试验,主区为2种栽培方式(嫁接栽培和自根栽培),副区为4个施氮水平(0、120、240、360 kg N·hm^-2),研究了栽培方式和施氮量对甜瓜产量和品质、氮素运移和分配,以及氮素利用率的影响.结果表明: 嫁接栽培的甜瓜商品瓜产量较自根甜瓜提高了7.3%,可溶性固形物含量降低了0.16%～3.28%;生长前期嫁接栽培甜瓜氮素累积量较自根栽培低,结果后嫁接栽培氮素累积量显著升高,收获时植株氮素累积量较自根栽培增加了5.2%,果实中的氮素累积量提高了10.3%;嫁接栽培植株氮素向果实的转移量较自根栽培提高了20.9%,嫁接栽培果实中的氮素分配率在80%以上,自根栽培的分配率在80%以下;在同一施氮水平下,嫁接栽培的甜瓜氮素吸收利用率较自根栽培提高了1.3%～4.2%,氮素农学效率提高了2.73～5.56 kg·kg^-1,氮素生理利用率提高了7.39～16.18 kg·kg^-1;从商品瓜产量、氮素吸收量和氮素利用率综合考虑,施氮量240 kg·hm^-2为本区域嫁接甜瓜较适宜的氮素用量.     

土壤微生物生物量氮及其在氮素循环中作用

简述了土壤微生物生物量氮的含量及其影响因素,阐述了其在土壤氮素循环中的重要作用,着重讨论了其与可矿化氮、矿质氮、有机氮和固定态铵之间的关系,指出土壤微生物生物量氮与供氮因子间的关系在氮素循环研究中有非常重要的作用,可为调控土壤氮素的供应状况,减少氮素损失,提高氮肥利用率提供科学依据,并提出了需要深入研究的问题。     

氮肥形态对冬小麦根际土壤氮素生理群活性及无机氮含量的影响

采用大田盆栽方法研究了硝态氮肥、铵态氮肥、酰胺态氮肥3种氮肥形态对冬小麦品种豫麦50生育中后期(拔节期、开花期、花后14 d、花后28 d)根际土壤氮转化相关微生物活性、酶活性和根际土壤NH+4离子、NO-3离子含量的影响。结果表明:随着生育期的推进,除脲酶外,氨化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌、反硝化细菌和蛋白酶活性变化的均为"倒V"型变化特征,以花后14 d活性最强;而脲酶活性在拔节期最强,并且其活性远大于其它微生物及酶。氮肥形态对根际土壤氮素生理群及无机氮的影响不同。酰胺态氮肥促进了根际氨化细菌、反硝化细菌、脲酶、蛋白酶的活性,而硝化细菌、亚硝化细菌在硝态氮肥条件下活性较强。除拔节期外,土壤中NH+4离子在铵态氮肥处理下含量较高,NO-3离子在酰氨态氮肥处理下含量较高。因此,酰胺态氮能够促进小麦根际土壤有机氮的分解,硝态氮肥可以促进土壤中氨的转化,以利于小麦根系的吸收与利用。氮肥形态主要是通过影响土壤中氮素生理类群及酶的活性,从而影响土壤中无机氮的含量。     

Available soil nitrogen in relation to fractions of soil nitrogen and other soil properties

The available N of 27 soils from England and Wales was assessed from the amounts of N taken up over a 6-month period by perennial ryegrass grown in pots under uniform environmental conditions. Relationships between availability and the distribution of soil N amongst various fractions were then examined using multiple regression. The relationship: available soil N (mg kg^–1 dry soil)=(N_min×0.672)+(N_inc×0.840)+(N_mom×0.227)–5.12 was found to account for 91% of the variance in available soil N, where N_min=mineral N, N_inc=N mineralized on incubation and N_mom=N in macro-organic matter. The N mineralized on incubation appeared to be derived largely from sources other than the macro-organic matter because these two fractions were poorly correlated. When availability was expressed in terms of available organic N as % of soil organic N (N_ao) the closest relationship with other soil characteristics was: N_ao=[N_inc×(1.395–0.0347×CN_mom]+[N_mom×0.1416], where CN_mom=CN ratio of the macro-organic matter. This relationship accounted for 81% of the variance in the availability of the soil organic N.The conclusion that the macro-organic matter may contribute substantially to the available N was confirmed by a subsidiary experiment in which the macro-organic fraction was separated from about 20 kg of a grassland soil. The uptake of N by ryegrass was then assessed on two subsamples of this soil, one without the macro-organic matter and the other with this fraction returned: uptake was appreciably increased by the macro-organic matter.     

供氮水平对爬山虎幼苗生长形态和氮分配的影响

通过水培试验,研究了不同氮素水平(0、0.15、0.3、0.45、0.6和0.75g.L-1)条件下爬山虎幼苗的生长形态和体内氮分配状况.结果表明:低氮处理的爬山虎侧枝发育较小,而较高氮处理的侧枝着生位置低,且长度显著高于低氮处理;供氮水平的提高能促进植株的生物量及茎、叶、根氮含量和氮累积量的增加,其中叶生物量占全株生物量的比例最高,在50%以上;叶的氮累积量占整个植株总氮量的60%～70%.     

氮硅添加对青藏高原高寒草甸土壤氮矿化的影响

为了解全球气候变化背景下氮沉降对土壤氮矿化的影响及硅添加对土壤氮矿化的促进作用, 该试验设置不同浓度的氮肥单独添加(0、20、40、60 g·m ^-2, 分别为对照CK、N20、N40、N60)以及与硅肥配施(硅酸4 g·m ^-2, Si4), 测定不同处理下0-20、20-40、40-60 cm土层土壤硝态氮含量、铵态氮含量、净硝化速率、净氨化速率以及净矿化速率。结果显示: (1)单独添加氮肥, 各土层土壤硝态氮和铵态氮含量均随处理浓度的增加而增加, 0-20 cm土层N20、N40、N60处理下土壤硝态氮和铵态氮分别较CK增加63.48%、126.04%、247.03%和80.66%、152.52%、244.56%; 随着土层深度增加, 土壤硝态氮、铵态氮含量均有下降, 20-40、40-60 cm土层较0-20 cm土层硝态氮含量分别平均减少53.90%、76.05%, 铵态氮含量分别平均减少48.62%、68.23%。(2)土壤净硝化速率、净氨化速率及净矿化速率随着氮肥浓度增加均呈上升趋势。相同氮肥添加浓度下, 土壤净硝化速率、净氨化速率和净矿化速率随着土层深度增加逐渐下降(除CK外)。(3)与单独添加氮肥比较, 氮硅肥配施, 土壤氮含量有显著提高, 在0-20 cm土层硝态氮和铵态氮较CK分别增加98.78%、192.62%、330.16%和99.96%、195.82%、306.32%, 20-40、40-60 cm土层也有类似趋势。同时, 氮硅配施促进了土壤氮矿化行为, 在0-20 cm土层, N60Si4处理下的土壤净硝化速率、净氨化速率较单独施氮时分别增加35.88%、27.41%。以上结果表明, 与单独氮肥添加相比, 氮硅配施不但能提高土壤氮含量, 而且能促进土壤氮的矿化作用, 对大气氮沉降有一定的缓解作用。     

陕西果园主要分布区氮素投入特点及氮负荷风险分析

为了研究果园氮素投入特点及分析氮素负荷特征,加强果园氮素管理、指导果农科学合理施肥。以陕西省果园主要分布区土壤氮素分析、农户投入调查等统计数据为基础,采用盈余法从果树种类和区域角度分析果园生产体系中的氮素输入输出特点及氮素盈余状况。结果表明,陕西果园主要分布区平均化肥氮投入量927.2 kg/hm2,主要来源于尿素和复合肥,其中尿素占调查样本量的40%以上;通过有机肥投入的氮仅为139.4 kg/hm2。94.8%的果园氮素处于盈余,总体平均盈余量为876.3 kg/hm2,其中氮盈余量超过500 kg/hm2的样本占57.5%,盈余量超过1 000 kg/hm2的样本亦占了27.3%。不同果园相比,猕猴桃园氮素投入及盈余量最高,分别为1 432.9、1 186.9 kg/hm2。不同区域果园比较,土壤氮环境负荷以关中灌区果园较高,达1046.1kg/hm2。果园氮素施用与养分盈余量之间存在极显著的正相关。陕西果园氮素的高量投入给土壤环境带来较大的氮素负荷,这对土壤环境和周围水体造成很大威胁。     

Variation in rates of nitrogen fixation in termites: response to dietary nitrogen in the field and laboratory

Abstract. Termites contribute nitrogen to their habitat through the nitrogenase activity of their bacterial symbionts. Previous studies indicate that high levels of dietary nitrogen suppress nitrogen fixation in termites. We examined the effects of dietary nitrogen on fixation rates in termites in both field and laboratory experiments. Ten field cplonies of Reticulitermes were collected and assayed for nitrogenase activity in July 1993, October 1993, January 1994, and April 1994. The nitrogen content of the wood collected with each colony was determined. There was no correlation between termite nitrogen fixation rates and the amount of nitrogen in their food for any of the four collection periods. In laboratory experiments, nitrogen fixation rates decreased when termites were fed filter paper treated with 2% and 5% ammonium nitrate or a 5% mixture of the amino acids proline, tryptophan and leucine, compared to water-treated controls. By contrast, the nitrogenase activity of termites fed filter paper treated with 2% and 5% ammonium phosphate, a mixture of the amino acids histidine, serine and aspartic acid, or 2% and 5% urea did not differ from the controls. However, nitrogenase activity increased when termites were fed with 2% uric acid. No clear association exists between termite nitrogen fixation and the nitrogen content of their food.     

The cycling of organic nitrogen through the atmosphere

Atmospheric organic nitrogen (ON) appears to be a ubiquitous but poorly understood component of the atmospheric nitrogen deposition flux. Here, we focus on the ON components that dominate deposition and do not consider reactive atmospheric gases containing ON such as peroxyacyl nitrates that are important in atmospheric nitrogen transport, but are probably not particularly important in deposition. We first review the approaches to the analysis and characterization of atmospheric ON. We then briefly summarize the available data on the concentrations of ON in both aerosols and rainwater from around the world, and the limited information available on its chemical characterization. This evidence clearly shows that atmospheric aerosol and rainwater ON is a complex mixture of material from multiple sources. This synthesis of available information is then used to try and identify some of the important sources of this material, in particular, if it is of predominantly natural or anthropogenic origin. Finally, we suggest that the flux of ON is about 25 per cent of the total nitrogen deposition flux.