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。     

不同沟灌方式棉花的水氮耦合效应

研究了交替隔沟灌溉（AFI）、常规沟灌（CFI）、固定隔沟灌溉（FFI)下棉花的水氮耦合效应,施氮量和灌水量采用二次通用旋转组合设计,进行大田小区沟灌试验.结果表明：在施氮量56.2～95.2 kg N·hm^-2范围内,棉花产量与施氮量呈显著正相关,在施氮量95.2～134.2 kg N·hm^-2范围内变化不明显;在灌水量37.52～160.00 mm范围内,棉花产量与灌水量呈显著正相关,在灌水量160.00～218.48 mm范围内变化不明显;不同施氮量和灌水量情况下,AFI与CFI的产量差异不显著,CFI平均比FFI高9.15%.在56.2～122.8 kg N·hm^-2范围内,棉花水分利用效率(WUE)与施氮量呈显著正相关,在122.8～134.2 kg N·hm^-2范围内变化不明显;在灌水量37.52～160.00 mm范围内,棉花WUE与灌水量呈显著负相关,在灌水量160.00～218.48 mm范围内,棉花WUE无明显变化;不同施氮量和灌水量情况下,CFI与AFI的WUE差异不显著,CFI平均比FFI高9.01%.施氮量56.2～134.2 kg N·hm^-2范围内,棉花氮素利用效率(NUE)与施氮量呈显著负相关;在灌水量37.52～160.00 mm范围内,棉花NUE与灌水量呈显著正相关,在160.00～218.48 mm范围内变化明显;不同施氮量和灌水量情况下,AFI与CFI的NUE差异不显著,FFI则平均比CFI低6.34%.根据大田沟灌棉花的水氮耦合效应,以棉花产量、WUE、NUE的优化管理为目标,提出了不同沟灌方式水氮高效利用策略.     

钾肥用量及基追肥比例对烤烟干物质累积和钾素吸收动态的影响

采用田间小区试验研究了钾肥用量及基追肥比例对种植于红壤性水稻土上的烤烟干物质积累和钾素吸收动态的影响.结果表明,烤烟干物质累积高峰出现在烟株移栽后50～60 d,栽后30 d内以及80 d后累积较少.烤烟干物质累积总量随钾肥用量增加和追肥比例提高而增加.烟株含钾量在移栽后30～50 d最高,随后迅速降低,至成熟期仅为最高含钾量的一半.315 kg·hm^-2施钾处理在各生育期烟株平均含钾量均显著高于225 kg·hm^-2施钾处理.烟叶成熟时,225 kg·hm^-2施钾处理出现干物质累积负增长和钾素损失现象,而315 kg·hm^-2处理干物质累积和吸钾总量均呈持续增加趋势.成熟时基追肥比例为3∶7处理的烟株含钾量明显高于基追肥比例为5∶5和7∶3的处理.     

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。     

半湿润地区农田夏玉米氮肥利用率及土壤硝态氮动态变化

以土垫旱耕人为土为供试土壤,通过田间试验,研究了不同施氮量下（0、45、90、135和180 kg·hm^-2）夏玉米生育期土壤剖面NO₃^--N的变化特征、氮素利用率及施氮量与土壤NO^₃--N残留的关系.结果表明：在整个生育期内,土壤NO₃^--N含量均以0～20 cm土层最高,且施氮量越高,NO₃^--N含量也越高;0～60 cm土层NO₃^--N含量变化显著,60～100 cm土层NO₃^--N含量变化不大.夏玉米整个生育期,受玉米对氮素的需求和降雨的影响, 0～100 cm土层NO₃^--N累积量呈波动式降低趋势;当施氮量小于135 kg·hm^-2时,作物氮肥利用率随施氮量的增加而显著提高,但当施氮量超过135 kg·hm^-2时呈下降趋势. 氮肥农学利用率随施氮量的增加而减小,氮肥生理利用率随施氮量的增加而递增.土壤中残留NO₃^--N与施氮量呈极显著正线性相关关系 (R²=0.957^**,n=5);施氮处理籽粒产量显著高于不施氮处理(P<0.05）;施氮量与籽粒产量呈极显著正线性相关关系（R²=0.934^**,n=5）.在本试验条件下,夏玉米生长季适宜施氮量为135 kg·hm^-2.该施氮水平可保证效益和环境的双赢.     

常规灌溉条件下嫁接和增施氮肥对温室黄瓜耗水量及水分利用效率的影响

在日光温室内研究了常规灌溉条件下,嫁接和3种施氮水平（0、110和331 kg·hm^-2）对日光温室黄瓜耗水量和水分利用效率的影响.结果表明：在嫁接和追施氮肥331 kg·hm^-时,黄瓜耗水量最高,冬春茬和秋冬茬分别为3 350和2 181 m³·hm^-2,水分利用效率也最高,两茬口分别为27.2和36.9 kg·m^-3.在施氮量相同的情况下,嫁接黄瓜的耗水量比自根黄瓜提高3%～6%,经济产量和水分利用效率则分别提高28%和209%;随着施氮量的增加,嫁接黄瓜耗水量和水分利用效率均显著增加,自根黄瓜耗水量也随施氮量的增加而增加,但水分利用效率却在施氮110 kg·hm^-2时最高.因此,嫁接栽培可显著提高黄瓜耗水量及水分利用效率,且随着施氮量的增加而显著增加;增施氮肥也可显著提高自根黄瓜的耗水量,但氮肥增施过多则将降低自根黄瓜的水分利用效率.     

施钾量和施钾时期对小麦氮素和钾素吸收利用的影响

利用¹⁵N示踪技术,研究了施钾量和施钾时期对高产小麦氮素和钾素吸收利用的影响.结果表明： 0～20 cm土层土壤速效钾含量为118.5 mg·kg^-1时,一次性基施钾肥未提高植株的氮、钾积累量;速效钾含量为79.0 mg·kg^-1时,施钾显著提高了植株的氮、钾积累量.采用分期施钾时（1/2基施、1/2拔节期追施）,随施钾量增加,小麦吸收的肥料氮和土壤氮量及追施氮肥在土壤中的残留量均增加,肥料氮的损失量降低.分期施钾显著提高了植株的氮、钾积累量、吸收效率和生产效率,当施钾量为135 kg·hm^-2时,与一次性施钾相比,分期施钾促进了植株对追肥氮和土壤氮的吸收,提高了追施氮肥在土壤中的残留量.结果还表明：施钾提高了小麦的籽粒产量、蛋白质含量和湿面筋含量;分期施钾处理优于一次性施钾处理,以K45+45（45 kg·hm^-2基施、45 kg·hm^-2拔节期追施）处理最优.过多施钾使小麦产量和品质趋于降低.     

施氮水平对不同种植制度下玉米氮利用及产量和品质的影响

研究了不同施氮量对套作和单作条件下春、夏玉米氮利用以及产量和品质的影响. 结果表明,随着施氮量的增加,单作和套作条件下,春、夏玉米吸氮量显著增加,籽粒产量、生物产量和籽粒蛋白质产量也显著增加.由于春、夏玉米需求的养分种类与形态一致,低氮条件时竞争较激烈,春玉米处于优势地位,但其吸氮量仍低于单作.增加施氮量可以缓解这种竞争,利于玉米的高产优质.施氮量由187.5 kg·hm^-2增至375 kg·hm^-2时,春、夏玉米单作时生物产量平均增加1.717 kg·kg^-1 N,而套作时平均增加12.179 kg·kg^-1 N;春、夏玉米单作时蛋白质产量平均增加0.305 kg·kg^-1 N,而套作时平均增加1.829 kg·kg^-1 N;春夏玉米套作的土地当量比由1.59增加到1.91.与单作相比,春夏玉米套作可显著提高玉米产量和改善品质,增施氮肥有利于套作条件下玉米高产优质潜力的充分发挥.     

不同渗漏计对稻田氮素渗漏量的测定差异

采用直管型和弯管型渗漏计,对不同施氮水平下水稻生育期间渗漏水中的铵态氮、硝态氮和全氮浓度进行测定分析.结果表明：2007年直管与弯管渗漏计中渗漏水的铵态氮浓度变化范围均在0～8 mg·L^-1,高于2006年0～4 mg·L^-1的铵态氮浓度变化范围;2007年直管渗漏计中渗漏水的硝态氮浓度主要集中在0～4 mg·L^-1,与2006年基本一致,而弯管渗漏计中渗漏水的硝态氮浓度变化较大,其变动范围主要集中在0～20 mg·L^-1,高于2006年的硝态氮浓度;2007年渗漏水中的全氮浓度变化范围为0～60 mg·L^-1,远高于2006年0～16 mg·L^-1的全氮浓度变化范围.稻田渗漏水中的氮素以硝态氮为主.2007年直管型渗漏计中总氮(TN)渗漏流失负荷为15.81 kg·hm^-2,NO₃^--N为9.33 kg·hm^-2,弯管型渗漏计中TN渗漏流失负荷为7.21 kg·hm^-2,NO₃^--N为4.25 kg·hm^-2.稻田渗漏水中铵态氮和硝态氮的渗漏流失途径不同,应当采用不同的计算方法估算直管型及弯管型渗漏计中的氮素渗漏量,采用直管型渗漏计对氮素渗漏量的估算较接近于用测坑试验测定的氮素渗漏负荷.     

DNDC模型在农田氮素渗漏淋失估算中的应用

采用田间原装渗漏计测定了山东省济南市典型种植模式下,2008年冬小麦整个生长季水分和 氮素淋失量,并利用该数据对DNDC（DeNitrification-DeComposion）模型进行检验和敏感性分析.结果表明：模型对该地区农田土壤水分运动的模拟效果较好,模拟结果的精度总体上可以接受,但对氮素淋失量的模拟结果存在一定偏差,冬小麦整个生长季的氮素淋失量模拟值（18.35 kg N·hm^-2）比实测值（14.89 kg N·hm^-2）高3.46 kg N·hm^-2,相对偏差在20%左右,模型参数尚需作进一步调整.模型敏感性分析显示,农田氮素淋失更易受到灌水量和施肥量的影响.DNDC模型在该地区有一定的适用性.     

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.     

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.     

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.     

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。     

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.     

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。     

新疆超高产棉花冠层光分布特征及其与群体光合生产的关系

以新疆超高产棉田(皮棉产量在4000 kg·hm^-2以上)为研究对象,分析不同生育时期棉花冠层光分布、群体光合速率和干物质积累量的变化,研究不同产量水平棉田冠层的光环境变化特征及其与群体光合生产的关系.结果表明： 超高产田盛花期到盛铃后期冠层上、中、下层光吸收率的比例为2∶2∶1,呈均匀分布,群体散射辐射和直射辐射透过系数分别为0.20～0.55和0.22～0.56,处于较适宜范围,中、下层叶片受光良好,冠层各层次叶片群体光合速率差异较小.与高产(3500 kg·hm^-2)和一般高产(3000 kg·hm^-2)棉田相比,超高产田在盛铃前期具有较高的叶面积指数和群体光合速率峰值,在初絮期和盛絮期的叶面积指数下降缓慢,群体光合速率峰值仍保持较高值,非叶绿色器官对产量形成的光合贡献增大,群体干物质积累量较高.在栽培过程中,调节冠层结构,使垂直方向上光辐射和群体光合能力分布均匀是确保棉花高效利用光能、实现超高产的重要途径.