水稻黄绿叶基因的克隆及应用

进一步提高水稻产量，最大限度满足国家对食物安全的需求是水稻遗传育种的重大任务。水稻干物质产量的90％-95％来自光合作用。目前高产水稻光能利用率也仅1．5％-2．0％。理论上，植物光能利用率可达13．0％-14．0％，水稻理想的光能利用率应达3．0％-5．0％。因此，培育高光效的超高产品种是提高产量的主要途径之一。长期以来，水稻光合作用的相关研究大多停留在生理水平上，同时，传统的杂交育种手段在改良水稻光能利用方面至今尚未取得令人满意的结果，而叶色突变体是开展光合作用研究的理想材料。     

直播旱作水稻的吸氮特征与土壤氮素表观盈亏

水稻旱作是水稻节水栽培中最有效的方式。通过田间试验研究旱作直播条件下水稻对氮素的吸收利用特征以及土壤矿质氮的动态变化 ,并对土壤氮素的表观盈亏量进行了估算。结果表明 ,直播旱作水稻较水作水稻更注重中后期对氮素养分的吸收 ,尤其是对土壤氮素的吸收 ;幼穗分化后水稻的土壤吸氮量占阶段吸氮总量的 6 9.5 % ,比水作水稻多 17.8%。对 0～ 4 0 cm土层土壤矿质氮含量时空变化的研究表明 ,直播旱作水稻生育前期土壤表层矿质态氮大量累积 ,在灌水和降雨的影响下 ,向下层的迁移增加 ,基肥施用后裸地处理 2 0～ 4 0 cm土层的矿质氮高达 10 4 kg N/hm2 。对水稻各生育期土壤氮素盈亏的计算结果表明 ,自分蘖盛期后旱作各处理都表现出土壤氮素不同程度上的表观亏缺 ,然而就全生育期土壤氮素盈余量而言 ,旱作处理平均高达 12 7kg N/hm2 ,生育前期氮肥的大量投入是氮素盈余的主要原因。本试验结果表明 ,直播旱作水稻生育前期对施用的肥料氮吸收很少 ,提高直播旱作水稻氮肥利用效率的关键在于减少生育前期肥料氮的投入     

农业系统中磷肥残效及磷循环研究Ⅲ.投料中磷和氮在饲养-堆腐环中的循环率及有机肥料中养分的利用率

5年试验结果表明,农产品中N经由饲养-堆腐环的损失率平均为36％,P为25％。在丰产条件下,一农业系统80％收获产品经由饲养-堆腐环可循环回田的养分量约为80kgN/ha,14kgP/ha,相当于这一系统中每年化肥N用量的一半和化肥P用量的全部。有机肥料中N和P的表观利用率随施肥年限延长而有增长趋势,表明有残效迭加效应存在。5年平均,有机肥料中N和P的当季表观利用率分别约为40％和43％。     

辽西褐土施肥及养分循环再利用中长期试验Ⅲ.磷和氮在堆腐过程中的循环率及有机肥料中养分利用率

9年的试验结果表明 ,农产品中N、P经堆腐后损失率平均为 30 % .在丰产条件下 ,6 0 %的收获产品直接堆腐回田 ,可循环回田的养分量为N 5 5～ 70kg·hm-2 、P 9～ 11kg·hm-2 ,相当于这一系统中每年化肥N用量的 37%～ 4 7%和P肥用量的 36 %～ 4 4 % .有机肥料中N和P的表观利用率随施肥年限延长而有增长趋势 ,表明有残效叠加效应存在 .有机肥料中N和P的当季表观利用率 8年平均分别为 2 3%～5 0 %和 37%～ 6 5 % .通过此项研究可以证明 ,农业生态系统养分的循环再利用是保持土壤肥力 ,提高养分利用效率 ,减少化学肥料消费的重要措施 .     

刺槐人工林养分利用效率

目前普遍采用的短轮伐期萌生复壮的经营方式会使刺槐人工林在多代萌生以后地力衰退,生产力下降,其主要原因是由于树种对养分的选择吸收导致土壤养分平均失调。根据对黄土残塬沟壑区刺槐人工林地的研究表明,刺槐从土壤中年吸收养分量以Ca最多,N次之,K、Mg再次,P、S最少,且随树龄增长年吸收量增大,由速生期到杆材期年吸收量约增加1倍之多,由杆材期到成熟期N、P、K、Mg年吸收量缓慢增加,而Ca,S的吸收量有所下降,土壤养分年吸收系数以N最高,S、Mg次之,P、Ca再次,K最多,且随树龄的增长亦呈增大趋势,其均值分别可达N1．150％、P0．142％、K0．013％、Ca0．110％、Mg0.194%、S0．231％。刺槐对各养分的利用效率随树龄的增长而降低,生产1t树干材积约需从土壤中吸收N31．92－50．88kg,P1.32-2.01kg,K4.48-6.82kg,Ca71.57-78.79kg,Mg6.16-9.74kg,S1.07-1.09kg,立地条件好的林地养分吸收系数及养分利用效率均好于立地条件较差的林地。此外与杉木,油松相比,刺槐对养分的利用效率明显偏低。     

沸石对土壤养分生物有效性和土壤化学性质的影响研究

在花岗岩发育的赤红壤上进行的天然沸石混施化肥的盆栽试验研究结果表明,沸石提高了土壤养分的生物有效性,显著促进玉米的生长,增加玉米的生物量和提高了玉米对N,P,K的吸收量,15N示踪技术表明,沸石处理可以显著提高氮肥的利用率,两造玉米最高的氮肥利用率分别比对照提高28．8％和60．0％,土壤的分析结果表明,沸石处理也可提高土壤阳离子交换量,盐基饱和度和土壤pH值。     

华北太行山前平原农田生态系统中氮、磷、钾循环与平衡研究

以栾城县为例,分析了华北太行山前平原农田生态系统N、P、K三要素养分循环与平衡特征及其变化趋势,评价了农田养分平衡状况,提出了合理施肥对策。结果表明,1985～2000年栾城县农田养分平衡中,N素经历了由轻微赤字向盈余的转变过程,由1985年的1．4％赤字转变到2000年盈余48．6％;K由极度亏缺(82％赤字),逐渐向平衡发展,到2000年已有4．6％的轻微盈余,但仍有大量田块是赤字平衡;P则始终有大量盈余。目前农田养分收支存在一定程度的N、P投入过量,K投入不足的问题,以土壤肥力状况和作物种植结构而论,栾城县应采取“稳氮、控磷、增钾”的施肥对策。避免过多的盈余化肥氮进入环境,同时应继续推广秸秆还田技术,提高养分循环再利用效率。     

太湖地区氮肥减量对水稻氮素吸收利用的影响

为了明确太湖地区高产稻田适宜施氮量,以提高水稻氮素利用效率,减少稻田氮素流失对农业生态环境的影响,本研究在调查当地农户稻田氮肥施用量的基础上,通过秸秆还田和基肥机械深施,设置不施氮肥(N0)为空白对照,当地习惯施氮水平360 kg·hm-2(N1),以及在此基础上减少氮肥施用量的10%(N2)、20%(N3)、30%(N4)等5个处理,研究其对水稻氮素利用率的影响。结果表明:氮肥减量使水稻不同生育时期稻田土壤速效氮含量明显下降;在当地习惯施氮量水平的基础上,减少10%的氮肥施用量,使水稻产量增加1.9%;与当地习惯施氮量水平相比较,N2处理水稻氮素累积量差异不明显,N3和N4处理则表现为显著下降;随着氮肥减量幅度的增加,水稻氮素籽粒生产效率逐渐增高;在当地习惯施氮量水平的基础上,通过基肥机械深施和秸秆还田等技术的应用,减少10%的氮肥施用量,能够保证水稻高产稳产,并使水稻氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率、生理利用率以及氮肥偏生产力均得到明显提高。     

基施氮肥对冬小麦产量、氮肥利用率及氮平衡的影响

通过田间小区试验研究了氮肥一次基施对高肥力土壤上冬小麦产量,吸氮量及氮肥利用率的影响,旨在了解高肥力土训上减少基肥氮的可行性,结果表明,高肥力土壤上冬小麦产量对氮肥的反应不明显,而施用氮肥显著增加了冬小麦吸氮量,根据差值法计算结果,当施氮量为75,112．5和150kg/hm^2时冬小麦的氮肥利用率分别为16．0％,14．5％和13．5％,表明多达84％－86．5％以上的基肥氮未被作物吸收利用,氮平衡计算的结果进一步表明,未被当季小麦利用的肥料氮主要以无机氮的形式残留于0－1m土体中,当施氮量分别为75,112．5和150kg/hm2时氮肥的土壤残留率依次为83．3％,46．0％和58．8％,而相应的表观损失率为0．5％,38．9％和19．0％,由此可见,在高肥力土壤上应严格控制基肥氮的用量或不施基肥,否则将造成氮素资源的大量浪费。     

灌溉方式和施氮量对棉田氮肥利用率及损失的影响

在田间条件下,研究不同灌溉方式(滴灌和漫灌)和不同施氮水平(0、240、360、480kg N·hm-2)对棉田氮肥利用率及损失的影响,并定量分析了氮肥被植株吸收、土壤硝态氮残留,以及氨挥发、硝态氮淋溶损失、硝化反硝化损失等氮素循环转化途径.结果表明:滴灌棉花籽棉产量、植株吸氮量和氮肥利用率均显著大于漫灌.漫灌土壤硝态氮残留量显著高于滴灌;在不同施氮量处理中滴灌土壤氨挥发损失量占肥料氮施用量的比例为0.06％～0.14％,且显著高于漫灌;滴灌和漫灌硝态氮淋溶损失量占肥料氮施用量的比例分别为4.4％和8.8％,与漫灌相比,滴灌能显著降低淋溶水中硝态氮淋失量;滴灌和漫灌肥料氮的硝化-反硝化损失量分别占肥料氮施用量的17.9％和16.8％.硝态氮淋溶和硝化-反硝化损失是新疆棉田氮素损失的主要途径.     

Nitrogen fate and environmental consequence in paddy soil under rice-wheat rotation in the Taihu lake region, China

Field undisturbed tension-free monolith lysimeters and ¹⁵N-labeled urea were used to investigate the fate of fertilizer nitrogen in paddy soil in the Taihu Lake region under a summer rice-winter wheat rotation system. We determined nitrogen recovered by rice and wheat, N remained in soil, and the losses of reactive N (i.e., NH₃, N₂O, NO₃ ^?, organic N and NH₄ ⁺) to the environment. Quantitative allocation of nitrogen fate varied for the rice and wheat growing seasons. At the conventional application rate of 550 kg N ha^?1 y^?1 (250 kg N ha^?1 for wheat and 300 kg N ha^?1 for rice), nitrogen recovery of wheat and rice were 49% and 41%, respectively. The retention of fertilizer N in soil at harvest accounted for 29% in the wheat season and for 22% in the rice season. N losses through NH₃ volatilization from flooded rice paddy was 12%, far greater than that in the wheat season (less than 1%), while N leaching and runoff comprised only 0.3% in the rice season and 5% in the wheat season. Direct N₂O emission was 0.12% for the rice season and 0.14% for the wheat season. The results also showed that some dissolved organic N (DON) were leached in both crop seasons. For the wheat season, DON contributed 40–72% to the N- leaching, in the rice season leached DON was 64–77% of the total N leaching. With increasing fertilizer application rate, NH₃ volatilization in the rice season increased proportionally more than the fertilizer increase, N leaching in the wheat season was proportional to the increase of fertilizer rate, while N₂O emission increased less in proportion than fertilizer increase both in the rice season and wheat season.     

减氮施肥对春玉米-晚稻生产系统碳足迹的影响

随着对气候变化和粮食安全的的日益认识,低碳农业引起了人们的广泛关注.低碳农业的研究需要综合考虑作物产量和温室气体排放,改进氮肥管理可能有助于减缓作物生产系统的温室气体排放,同时实现对作物稳产甚至高产的需求.本试验利用生命周期法研究了不同施氮量(150、225、300 kg N·hm^-2)对春玉米-晚稻轮作系统碳足迹的影响.结果表明: 随着氮肥用量增加,两季作物生产过程中温室气体和碳足迹增加.在春玉米生产过程中,氮肥生产和施用引起的温室气体排放对碳足迹贡献最大,占36.2%～50.2%;而在晚稻生产中,甲烷的排放贡献最大,占42.8%～48.0%,并且随氮肥用量增加甲烷排放增加.当氮肥施用量减少25%(225 kg N·hm^-2)和50%(150 kg N·hm^-2)时,春玉米生产的温室气体排放分别下降了21.9%和44.3%,碳足迹分别下降了20.3%和39.1%;晚稻生产的温室气体排放分别下降了12.3%和20.4%,碳足迹分别降低了13.7%和16.7%.氮肥减量对春玉米产量无显著影响,而晚稻产量在225 kg N·hm^-2施肥量下最高.因此,春玉米氮肥用量降低至150 kg N·hm^-2和晚稻氮肥用量降低至225 kg N·hm^-2不仅能够保持作物高产,而且还能大幅度降低作物系统的碳足迹.     

Nitrogen transformation processes in relation to improved cultural practices for lowland rice

Summary Inappropriate method and timing of N fertilizer application was found to result in 50–60% N losses. Recent nitrogen transformation studies indicate that NH₃ volatilization in lowland rice soils is an important loss mechanism, causing a 5–47% loss of applied fertilizer under field conditions. Estimated denitrification losses were between 28 and 33%. Ammonia volatilization losses from lowland rice can be controlled by i) placement of fertilizer in the reduced layer and proper timing of application, ii) using phenylphosphorodiamidate (PPD) to delay urease activity in flooded soils, and iii) using algicides to help stabilize changes in floodwater pH. Appropriate fertilizer placement and timing is probably the most effective technique in controlling denitrification at the farm level. The effectivity of nitrification inhibitors as another method is still being evaluated. With 60–80% of N absorbed by the crop derived from the native N pool, substantial yield gains in lowland rice are highly possible with resources already in the land. Extensive studies on soil N and its management, and an understanding of soil N dynamics will greatly facilitate the decrease in immobilization and ammonium fixation in the soil and the increase in N availability to the rice crop. Critical research needs include greater emphasis on N transformation processes in rainfed lowland rice which is grown under more harsh and variable environmental regimes than irrigated lowland rice.     

我国稻田氮磷流失现状及影响因素研究进展

水稻是我国主要的粮食作物,分析现阶段我国稻田氮磷流失现状及影响因素,对明确不同区域水稻化肥减施潜力具有重要意义.本研究对我国主要稻区地表径流氮磷流失现状特征和降雨、种植模式、栽培技术、施肥管理、水分管理方式及其他影响因素进行了总结.六大稻区全氮(TN)、全磷(TP)径流损失量范围分别在5.09～21.32和0.70～3.22 kg·hm^-2,均以华南双季稻区最高,TN径流损失量以华北单季稻区最低,TP径流损失量以西南高原单双季稻区最低.各稻区农户习惯施肥的水稻田田面水TN、TP峰值普遍高于径流水.水稻施肥后一周内为氮磷流失高峰期.与优化施肥相比,农户习惯施肥仍具有20%左右的氮磷减施潜力.各因素中,降雨和施肥管理是影响稻田径流氮磷流失的主要因素,而施肥管理和水分管理则最具可控性,具体调控措施包括化肥减量、施用新型肥料、有机肥代替化肥和节水灌溉等.整体上我国稻田氮磷流失风险在南方更突出.应以资源高效利用模式进行水稻种植以降低养分流失风险.未来研究应侧重稻田面源污染监测、氮磷流失风险评估、氮磷流失特征和机理、化肥减施增效新技术等方向.     

15N标记水稻控释氮肥对提高氮素利用效率的研究

本文应用^15N示踪技术研究了水稻对空控释氮肥和尿素氮吸收利用效率的影响以及氮的去向,结果表明：施肥后11天内,水稻控释氮肥和尿素的NH3挥发损失分别占施入氮量的0.69%和1.81%,NH3的挥发损失在施肥后第5天时达到最大值,此后逐渐降低。水稻控释氮肥和尿素氮的淋溶损失分别占施入氮量的0.95%和1.02%,水稻控释氮肥氮的淋溶损失在水稻整个生长期间均比较平缓,施肥后40天时略有上升,此后又缓慢降低。用氮素平衡帐中的亏缺量和缺量扣除氨的损失量后计为硝化-反硝化损失量的结果表明,水稻控制氮肥氮的硝化-反硝化损失量占施氮量的3.46%,而尿素氮在硝化-反硝化损失量却高达37.75%,肥料氮在土壤中的残留主要集中在0～35cm的土层中,达91.4%-91.5%,残留在35cm以下土层中的氮甚微,水稻控制氮肥残留在土壤中的氮量略高于尿素处理。水稻控释氮肥利用率高达73.8%,比尿素高出34.9%,水稻控释氮肥氮利用率高的原因是因氮从颗粒中缓慢释放、受淋溶、氨挥发、尤其受硝化-反硝化途径损失的氮较少。在施等氮量的条件下,施用水稻控制氮肥的稻谷产量比尿素的增产25.5%,达到p=0.05的显著水平。     

施氮水平对两种水稻产量影响的动态模拟及施肥优化分析

借助水稻生长模型ORYZA-0和氮肥管理模块,通过田间和水槽的水稻氮肥试验,对水稻模型和N素动态模块进行了验证。结果表明,模型模拟的不同N素水平水稻生物量、产量同实际测定值明显呈正相关。其中,氮肥用量160kg·hm^-2为最佳经济施氮量,通过获得的水稻参数和氮肥应用曲线模拟的氮肥运筹结果表明：1)在低N(N<100kg·hm^-2)水平下,氮肥应在移栽后35d内全部施入;2)当施氮量为100～200kg·hm^-2时,N应在移栽后45d内全部施入;3)当施氮量N>200kg·hm^-2时,氮肥应在移栽后60d内全部施入;4)随着施氮量的增加,后期施肥比重可略为增加。总体来看,模型不仅能较准确地模拟水稻生长动态,而且可以模拟水稻N吸收和积累的行为动态,从大田晚稻的氮肥运筹模拟结果可看出,氮肥应用次数越多,越接近施氮应用积累曲线的连续施氮产量模拟值(6199kg·hm^-2),但是在实际生产中这会增加农民的用工量和生产成本,难以让农民接受。因而在生产实际中既能让生产者接受,又不致较多地影响产量和收入,在160kg·hm^-2(纯N)施用量下的最佳施肥方案为N素化肥分4次按0．2：0．3：0．3：0．2的比例,分别于移栽后5、20、30和40d施入,可获得5916kg·hm^-2的产量。     

氮肥影响节肢动物天敌对褐飞虱种群的自然控制作用

氮肥在增加粮食产量的同时也可能对整个农田生态系统产生负面影响。稻田过量施用氮肥后,会提高水稻对害虫的敏感性、改变害虫与天敌之间的关系,最终影响到天敌对害虫的自然控制功能,导致害虫大发生。为了合理、公正地评价施用氮肥对稻田节肢动物天敌对害虫自然控制能力的影响,探索性地应用笼罩的方法在菲律宾国际水稻研究所试验农场稻田中研究了害虫天敌在不同氮肥施用水平(0,100 kg N/hm~2和200 kg N/hm~2)稻田中对褐飞虱的捕食能力及自然控制作用。试验结果表明,旱季田间的捕食性天敌对褐飞虱若虫的捕食能力和主要天敌对褐飞虱种群的自然控制能力均随稻田氮肥施用量的增加而减弱。在雨季,虽然天敌对褐飞虱种群的自然控制能力也随稻田氮肥施用量的增加而减弱,但捕食性天敌对褐飞虱若虫捕食能力的差异不明显。本研究表明,天敌对褐飞虱自然控制能力的减弱是稻田过量施用氮肥后褐飞虱种群猖獗的主要原因之一。     

氮肥水平对不同基因型水稻氮素利用率、产量和品质的影响

以不同基因型的水稻品种日本晴、N70、N178和OM052为供试品种,氮肥采用尿素,按基肥(70%)和蘖肥(30%)两次施用,设置3个施氮水平(N用量设0、120、270 kg·hm^-2)的田间小区试验,研究氮素水平对水稻产量、氮素利用效率和稻米品质的影响,以期为氮肥合理施用和氮高效水稻品种创制提供科学依据.结果表明:施氮能增加水稻品种产量的原因是提高了有效穗数和每穗实粒数;与对照(0 kg·hm^-2)相比,当施氮量为120和270 kg·hm^-2时,OM052籽粒产量在4个品种中增幅最大,分别为41.1%和76.8%;品种产量增幅不同是由于氮素利用效率的差异,在120、270 kg·hm^-2氮处理下,4个供试品种中,日本晴籽粒产量和氮素农学利用率(40.90 g·g^-1、18.56 g·g^-1)都最低,为氮低效品种,OM052籽粒产量和氮素农学利用率(145.9 g·g^-1、81.24 g·g^-1)都最高,为氮高效品种.施N能够增加各品种的直链淀粉和蛋白质含量,使胶稠度变长,降低垩白率、垩白度和碱消值;随施氮量增加,热浆黏度、峰值黏度、回复值和崩解值递减,而消碱值递增.相关性分析表明,低N水平下,供试品种产量及产量构成因子与外观品质、蒸煮食味的相关性更显著.综上,OM052是一个籽粒产量和氮素利用效率“双高”基因型品种,合理施用氮肥可以显著增加水稻的有效穗数和每穗粒数,改善稻米籽粒品质,实现高产和优质的协同.     

硅肥对水稻-田面水-土壤氮磷含量的影响

研究硅肥对双季稻产量及土壤氮磷流失的影响,旨在为典型双季稻区施肥结构优化以及农田面源污染综合防控技术提供技术支撑.采用田间试验研究在相同氮磷肥基础上施0、750、1500、2250和3000 kg·hm^-2 (T₀、T₁、T₂、T₃、T₄)硅肥对双季稻产量和氮磷吸收、田面水氮磷含量及土壤有效硅、有机质、碱解氮和有效磷含量的影响.结果表明:与不施硅肥处理(T₀)比较,早、晚稻季水稻稻谷分别增产2.2%～30.4%和3.9%～9.2%;早、晚稻籽粒氮素积累量增加2.4%～47.3%、磷素积累量增加2.2%～41.3%,秸秆氮素积累量增加0.4%～28.3%、磷素积累量增加5.1%～31.0%;施硅肥后第1天,施硅处理田面水总氮(TN)浓度较不施硅肥处理平均降低3.4%～28.8%、铵态氮(NH₄⁺-N)降低10.4%～25.6%、总磷(TP)降低25.5%～29.2%、可溶性总磷(TDP)降低30.8%～38.0%;第45天后施硅各处理田面水总磷和可溶性总磷含量呈现上升趋势,并显著高于T₀处理.施硅肥有利于提高土壤有效硅水平以及有机质和碱解氮含量,以T₁处理效果最好,土壤速效磷含量随硅肥用量增加呈降低趋势.     

Nitrogen uptake and recovery from urea and green manure in lowland rice measured by15N and non-isotope techniques

In the recent past considerable attention is paid to minimize dependence on purchased inputs such as inorganic nitrogen fertilizer. Green manure in the form of flood-tolerant, stem-nodulatingSesbania rostrata andAeschynomene afraspera is an alternative N source for rice, which may also increase N use efficiency. Therefore research was conducted to determine the fate of N applied to lowland rice (Oryza sativa L.) in the form ofSesbania rostrata andAeschynomene afraspera green manure and urea in two field experiments using¹⁵N labeled materials.¹⁵N in the soil and rice plant was determined, and¹⁵N balances established. Apparent N recoveries were determined by non-tracer method. ¹⁵N recoveries averaged 90 and 65% of N applied for green manure and urea treatments, respectively. High partial pressures of NH₃ in the floodwater, and high pH probably resulted from urea application and favoured losses of N from the urea treatment. Results show that green manure N can supply a substantial proportion of the N requirements of lowland rice. Nitrogen released fromSesbania rostrata andAeschynomene afraspera green manure was in synchrony with the demand of the rice plant. The effect of combined application of green manure and urea on N losses from urea fertilizer were also investigated. Green manure reduced the N losses from¹⁵N labeled urea possibly due to a reduction in pH of the floodwater. Positive added N interactions (ANIs) were observed. At harvest, an average of 45 and 25% of N applied remained in the soil for green manure and urea, respectively.Contribution from IRRI, Los Baños, Philippines and Justus-Liebig-University, Giessen, GermanyContribution from IRRI, Los Baños, Philippines and Justus-Liebig-University, Giessen, Germany