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.     

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.     

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.     

氮素水平对初花后棉株生物量、氮素累积特征及氮素利用率动态变化的影响

在大田栽培条件下,分别在长江流域下游棉区(江苏南京)和黄河流域黄淮棉区(河南安阳)设置棉花氮素水平试验,定量研究氮素水平对花后棉株生物量、氮素累积特征及氮素累积利用率动态变化的影响,结果表明:棉株总生物量和氮素累积量随花后棉株生育进程的动态变化符合S型曲线,安阳、南京试点分别以360kg.hm-2、240kg.hm-2氮素水平的总生物量、氮素累积最多,其动态累积模型的特征参数值最为协调,皮棉产量最高。因此,可以通过改变施肥量来调节初花后棉株生长特征值,从而获得高产。棉株氮素累积利用率随初花后棉花生育进程的推进,呈现为不规则的S型曲线变化趋势,计算两试点的氮素累积利用率、瞬时利用率,安阳试点以360 kg.hm-2的施氮水平为最优,南京以240 kg.hm-2最高;施肥过多不仅利用率低,而且易造成营养器官比例加大,棉株虽可获得较大的干物质和氮素累积,但不能适时向生殖器官转移,皮棉产量降低。     

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.     

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。     

基于临界氮浓度的小麦地上部氮亏缺模型

基于3年的大田试验,选择代表性的中蛋白小麦品种（扬麦16）和低蛋白小麦品种（宁麦13）,分别构建了小麦地上部干物质临界氮浓度(N_cnc)稀释曲线模型、氮营养指数（NNI）模型和氮亏缺(N_and)模型.结果表明： 小麦地上部干物质临界氮浓度稀释曲线模型具有明确的生物学意义,小麦临界氮浓度与地上部最大干物质（DM）符合幂函数关系（扬麦16为N_cnc=4.65DM^-0.44;宁麦13为N_cnc=4.33DM^-0.45）;小麦地上部氮营养指数模型可以准确诊断氮素营养状况;小麦地上部氮亏缺模型可以定量调控氮肥管理措施.利用2007-2008年的独立试验资料对小麦地上部干物质临界氮浓度稀释模型、氮营养指数模型和氮亏缺模型进行检验和测试,结果表明模型的准确性较高,普适性较强.本文所构建模型可以直接用于诊断调控小麦氮素营养,为小麦生产中精确施肥管理提供了较好的技术途径和理论基础.     

棉花临界需氮量动态定量模型

在大田栽培条件下,于江苏南京和河南安阳两个生态区设置棉花氮素水平试验,基于作物临界氮浓度稀释模型和干物质动态累积模型,建立了棉花花后动态临界氮吸收速率、临界氮需求量的定量化模型.结果表明,两生态区的临界最大氮吸收速率均出现在花后42 d,分别为5.3和4.4 kg·hm^-2·d^-1,临界快速氮累积期分别在花后的23～59 d和23～61 d,安阳的最大临界日需氮量明显大于南京.根据模型得到：安阳生态区适宜施氮量在240～360 kg·hm^-2 之间,且360 kg·hm^-2 条件下其氮累积接近临界需求,南京生态区240 kg·hm^-2施氮量的氮累积与临界值相近.两区域基肥施用量分别占总施肥量的26%和27%,且适宜的追肥时间应在花后22 d左右.由于模型的建立是基于不同氮处理试验,有合理可靠的生理依据,为定量确定不同气候区域的动态施肥量提供了理论依据.     

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.     

Accumulation characteristics of biomass and nitrogen and critical nitrogen concentration dilution model of cotton reproductive organ

Several nitrogen (N) field experiments were carried out in Nanjing and Anyang, China, to study the dynamic characteristics of biomass accumulation and N uptake, and to define the dilution curve for critical N concentration in cotton reproductive organ over the growth period. The results show that the total biomass and N accumulation were affected significantly by the rate of N application, exhibiting a sigmoid curve over time. The beginning time of fast N accumulation was 1–5 d earlier than that of biomass accumulation. The cotton lint yield was correlated with N concentration in the reproductive organ and fluctuated with varying N concentration, indicating the existence of luxurious N consumption in the cotton reproductive organ. The N concentration increased with increasing N application rates, and decreased gradually during the growth period. The relationship between biomass and N concentration can be described with a power equation. The patterns of the N concentration dilution model were consistent at both experimental sites, but the model parameter values of a differed. The results presented in this paper indicate that a critical N concentration dilution curve for cotton reproductive organ is independent of ecological region and can be described with a power equation.     

施氮量对麦后直播棉钾素吸收利用的影响

以早熟棉‘中棉所50’为材料,于2013—2014年在南京市江苏省农业科学院棉花试验站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)对棉株钾素吸收和利用的影响.结果表明: 增施氮肥提高了麦后直播棉不同生育阶段的钾吸收量,以盛花到见絮期的钾积累增量最大;并且改变了麦后直播棉不同生育时期的钾吸收比例,使棉花出苗到盛花期的钾吸收比例降低,盛花到吐絮期的钾吸收比例升高;增施氮肥还降低了生育后期上部位果枝钾浓度的下降速率,但加速了中下部果枝钾浓度的下降速率.随施氮量增加,钾吸收的边际效应呈先升高后降低趋势,而钾的皮棉生产效率均呈线性降低,其降低趋势表现为下部果枝最大,上部果枝次之,中部果枝最低.麦后直播棉钾素和生物量累积以中、下部果枝为主,在150~180 kg N·hm^-2下棉花各果枝部位干物质和钾在生殖器官中的分配比例较高,钾浓度和钾累积量动态特征参数比较协调,利于产量形成;高于180 kg N·hm^-2导致皮棉产量增幅下降,氮素对钾吸收的边际效应和钾的皮棉生产效率较低;低于150 kg N·hm^-2时,中下部果枝干物质和钾的经济系数较低,不利于高产形成.     

Kernel set in maize genotypes differing in nitrogen use efficiency in response to resource availability around flowering

Environmental conditions affect grain yield in maize (Zea mays L.) mainly by altering the kernel number per plant (KNP). This number is determined during a critical period of about 2 weeks around silking. The objectives of this study were to assess how the rate and timing of nitrogen (N) fertilizer applications affect biomass partitioning and KNP in two genotypes with different N use efficiency, and to compare kernel set of these genotypes under varying regimes of carbohydrate and N availability during the critical period for kernel set. In the first field experiment, plant density and the rate of N supply per plant were varied independently. In the second field experiment, N availability was controlled via the application of N fertilizer, and carbohydrate availability was controlled by shading or thinning at silking. In both experiments, low rates of N supply reduced KNP more strongly in the non-efficient genotype when compared to the efficient genotype. The genotypic differences in kernel set were neither associated with N uptake into the above-ground biomass at maturity, nor above-ground biomass at silking. In the non-efficient genotype, application of N fertilizer at silking increased KNP. This increase was not associated with an increase in plant growth but with increased partitioning of biomass towards the reproductive organs during the critical period for kernel set. The genotype which had been selected for its high N use efficiency also showed higher kernel set at high plant density and shading during flowering when compared to the non-efficient genotype. Under conditions of restricted resource availability per plant, plant and ear growth rates during the critical period of about 14 days after onset of flowering declined compared with non-limiting conditions. However, these growth rates were less reduced in the efficient genotype. Pooling treatments of different plant density and different available N, each hybrid showed linear responses of KNP to plant growth rate and to ear growth rate. Furthermore, in the efficient genotype KNP was reduced to a lesser extent in response to decreasing growth rates. We conclude that higher kernel set of the efficient genotype compared to the non-efficient genotype under stressful conditions was associated with low sensitivity of plant growth and dry matter distribution towards reproductive organs to low assimilate availability during the critical period of kernel set, and particularly with low sensitivity of kernel set to decreasing plant and ear growth rates.     

盐胁迫下施肥对棉花生长及氮素利用的影响

利用海水配制不同含盐量(0、0.15%、0.3%)的土壤盆栽棉花,在可移动遮雨棚内研究了不同施肥(N、NK、NP、NPK)处理对棉花生长、氮素吸收与利用的影响.结果表明: 盐胁迫和施肥均影响棉花生物产量、棉株氮素农学利用效率、氮素生物利用效率和氮素积累量,且两者存在显著的互作效应.施肥能提高盐胁迫下棉株氮素利用效率及氮素积累量,并显著增产,不同施肥处理中以N、P、K肥料配合施用的效果最好;施肥效果受盐胁迫程度的影响,低盐胁迫(0.15%)下的施肥效果好于中度盐胁迫(0.3%).     

水氮供应对夏棉产量、水氮利用及土壤硝态氮累积的影响

通过田间试验,研究了黄淮地区水氮供应对夏棉生长、产量及水氮利用效率的影响,探索在保证产量的同时提高水氮利用效率、减少农田水氮排放的管理模式.试验设置5个氮素水平(0、60、120、180、240 kg·hm^-2,分别记为N₀、N₁、N₂、N₃、N₄)和3个灌水水平(滴灌,灌水定额30、22.5、15 mm,分别记为I₁、I₂、I₃),使用裂区设计,主区为氮用量,裂区为灌水水平,共15个处理,3次重复.结果表明: 氮素和水分施用对夏棉生长和产量都有明显促进作用,但氮素影响更显著,是该地区调控夏棉生长和籽棉产量的主要因素.随着施氮量和灌水量的增加,花铃期生殖器官积累量、地上部干物质积累量和籽棉产量在开始阶段都逐步增加,当施氮量超过180 kg·hm^-2时,进一步增施氮肥会导致生殖器官积累量、地上部干物质积累量和籽棉产量减小.籽棉产量在N₃I₁处理达到最大,为4016 kg·hm^-2.增加施氮量能显著提高地上部总吸氮量和茎叶含氮量,但会降低氮肥偏生产力.灌溉水利用效率和田间水分利用效率分别在N₃I₃和N₃I₁处理最大,分别为5.40和1.24 kg·m^-3.随着施氮量的增加,土壤硝态氮含量明显增加,且硝态氮累积区域有下移趋势.综合考虑对地上部干物质积累、产量、水氮吸收利用及土壤硝态氮累积等的影响,N₃I₁处理可作为试验区夏季棉花生产的最优水氮管理方案.