减氮对甜玉米//大豆间作系统大豆结瘤固氮特性的影响

为了探讨减氮和甜玉米//大豆间作对大豆结瘤和固氮特性的影响, 通过大田定位试验(2015年春-2018年秋, 共8季)对比了三种施氮水平: 不施氮(N0, 0 kg·hm2) 、减量施氮(N1, 300 kg·hm2)、常规施氮(N2, 360 kg·hm2), 两种间作模式: 甜玉米//大豆2∶3间作(S2B3)、甜玉米//大豆2∶4间作(S2B4), 以及不施肥单作大豆(SB)对大豆结瘤数、根瘤干重、固氮效率和固氮量及其稳定性的影响。结果表明: 1)大豆根瘤数、根瘤干重、固氮效率和固氮量随着年季变化呈现明显的动态变化, 春季大豆根瘤数和根瘤干重显著高于秋季, 但秋季固氮效率和固氮量显著高于春季。2)施氮水平与种植模式极显著影响大豆固氮效率和固氮量, 不施肥处理大豆固氮效率为S2B4(69.87%) > S2B3(60.64%)、SB(56.3%), 但生物固氮量为SB(142.31 kg·hm-2) > S2B4(109.50 kg·hm-2) > S2B3(86.12 kg·hm-2)。3)间作甜玉米显著提高了大豆的固氮效率且随大豆种植比例的增加而增加, S2B4-N0、N1及N2的固氮效率分别比S2B3-N0、N1及N2高9.47%、3.41%、1.83%, 但是, 相同施氮水平下不同间作模式之间均无差异。4)减氮和间作甜玉米可显著提高大豆固氮率和固氮量的稳定性。总之, 减氮和间作甜玉米均能促进大豆结瘤、提高生物固氮量及固氮效率。     

氮素调控花生共生结瘤的机制研究进展

氮是花生生长发育所需的大量元素,共生结瘤固氮是花生获取氮素的主要方式之一。花生共生结瘤固氮涉及复杂的调控机理,揭示氮素对根瘤固氮的调控机制对发挥生物固氮潜力具有重要意义。本文系统总结了花生根瘤形成的“裂隙侵染”机制、花生共生结瘤和数量调控的机制以及氮素影响花生结瘤的调控机制。目前,氮素影响慢生根瘤菌与花生互作进而调控结瘤的分子机理尚不清楚,因此未来的研究重点应该集中在氮素影响花生慢生根瘤菌与花生的信号交流、根瘤数调节和营养交换机制等方面,为提高花生结瘤固氮效率和产量、减少化学氮肥施用提供理论基础。     

高氮抑制豆科植物结瘤固氮机制研究进展

豆科植物通过与根瘤菌共生,形成根瘤并进行生物固氮。豆科植物的结瘤固氮作用在农业上具有减肥增效、改良土壤等重大意义。然而,高氮会抑制豆科植物结瘤固氮,形成"氮阻遏"效应。着重论述了高氮抑制豆科植物结瘤的分子机制,包括氮素通过结瘤自调控AON(Autoregulation of nodulation)信号、NLP(NIN-like protein)转录因子、植物激素信号等途径抑制根瘤数目和发育的最新进展;并探讨了高氮抑制根瘤固氮活性的假说及争议,包括亚硝酸盐毒性和碳饥饿等,以期为提高豆科植物应对"氮阻遏"效应提供理论基础。     

外源供氮水平对大豆生物固氮效率的影响

采用稳定性同位素15N自然丰度(15N natural abundance)技术,以小麦为参照植物,研究了盆栽条件下,在外源供氮0、0.8、2.0、4.0 mmol·L-1水平下大豆的生物固氮百分率以及生物固氮数量对植物氮的贡献.结果显示:(1)0～2.0 mmol·L-1外源供氮可显著提高大豆的生物量和固氮百分率,且于2.0 mmol·L-1处理下地上生物量最高,达104 g·m-2,比CK增加了48%;(2)在0.8 mmol·L-1的供氮水平下大豆生物固氮量最高,为1.318 g·m-2,占大豆植株总吸氮量的70.4%,而在4.0 mmol·L-1供氮水平下生物固氮量仅占植株总吸氮量的44%;随供氮水平的升高,大豆生物固氮量占总吸氮量的比重下降,说明在高水平外源氮下,大豆生物固氮能力受到抑制;(3)大豆生物固氮百分率、固氮数量及吸氮数量与地上生物量间均呈显著正相关关系.结果表明,应用稳定性15N同位素技术可以定量大豆的生物固氮效率,根瘤菌接种配合低浓度外源氮有利于大豆生物固氮潜能的释放,对提高大豆产量、减少化肥投入有积极的指导意义.     

大豆-根瘤菌共生体系光合与固氮关系研究

水培大豆和田间生长的大豆,接种根瘤菌 Rhizobium B16-11C 后植株全氮含量、叶片叶绿素含量和净光合速率及种子产量都明显增加。比较 Clark 大豆的结瘤品系和不结瘤品系获类似结果。摘除根瘤后3天内叶片净光合速率无明显变化。大豆植株遮阴、去叶或切掉地上部导致根瘤活性明显下降。但去豆荚不能提高根瘤固氮的比活性。根瘤活性的日变化不能用根瘤蔗糖、淀粉含量或周围温度的变化来解释,其控制因子尚待深入研究。     

大豆品种资源携带的无效结瘤Rj2基因的研究

通过黑龙江省野生、半野生和栽培大豆与美国大豆根瘤菌VSDA122结瘤反应试验,本文首次报导了无效结瘤R_i2基因广泛存在中国东北大豆中,无效结瘤率为64%;同时导致大豆植株干鲜重及根瘤固氮酶活性下降,以及产生缺绿病.     

脲酶抑制剂氢醌对大豆结瘤、固氮和木质部溶质氮形态的影响

首次报导了在白浆土和砂壤土上使用氢醌(HQ)抑制土壤脲酶活性,有效地缓解尿素分解产物及其随后的氧化产物对大豆结瘤和固氮活性的抑制效应,结果表明:1.HQ浓度在40PPM以内对大豆幼苗生长及初生结瘤表现促进作用;进一步提高HQ浓度将使大豆根系生长受阻变态而阻止结瘤。2.HQ(10—50PPM)提高了离体活性大豆根瘤类苗体悬液的耗氧量(79.4—86.1％)和琥珀酸脱氢酶活性(124.7—138.4％)。3.盆栽和田间试验证实,由于HQ缓解了尿素的分解,从而颇大减轻了尿素对大豆结瘤和固氮(乙炔还原活性)的抑制效应;通过大豆木质部中溶质氮形态(酰胺、酰脲和硝酸盐)的分析进一步证实了,大豆植株从根部向地上部运输的氮素形态同土壤氮转化强度和根瘤固氮强度(酰脲相对丰度)之间的紧密联系。4.由于麦秸还田土壤脲酶活性提高,故应提高HQ剂量;与此同时,通过麦秸的“氮因子效应”便能完全解除尿素对大豆结瘤固氮的抑制,并为大豆籽实发育提供了丰富的土壤氮源。     

氮处理对大豆根瘤固氮能力及GmLbs基因表达的影响

共生根瘤的固氮效率受外界氮素的严格调控。除固氮酶活性外, 豆血红蛋白(Lb)浓度亦是反应固氮能力的重要指标。为明确氮水平对生物固氮作用的影响, 以大豆(Glycine max)为材料, 在低氮(0.53 mmol·L^-1)条件下接种根瘤菌, 30天后再进行高氮(5.3、10、20、30和40 mmol·L^-1)处理7天, 分析Lb浓度、固氮酶活性及类菌体发育状态。结果表明, 随着外界氮浓度的增加, 根瘤由红变绿, 且红色Lb明显减少而绿色Lb急剧增加; 固氮酶活性显著被抑制, 类菌体中侵染细胞数目和面积显著下降, 表明高氮引起Lb形态的改变与固氮能力关系密切。利用生物信息学及公开表达谱等数据进行分析, 发现大豆根瘤中主要含有4个共生Lb基因, 即GmLb1、GmLb2、GmLb3和GmLb4。4个GmLbs亲缘关系很近且位于进化树的同一分支。进一步分析GmLb1-4转录水平对氮的响应, 结果表明, GmLb1-4的表达显著受高氮抑制。研究结果可为揭示氮介导根瘤衰老机制及生物固氮的应用提供依据。     

豆科树种回接根瘤菌的研究

 作者对八种豆科树种的根瘤菌回接进行了研究,不回接根瘤菌的对照植株不结瘤或有少且小的根瘤,而接菌植株的根瘤数量多且个体大;接菌植株的株高、干重及总氮量分别比不接菌的对照植株高出0.7～3.2、1.3～15.8和11.3～14.8倍。根瘤固定的氮量占幼苗生长所需氮的一半以上,固定的氮绝大部分运输到植株其它部位,分配到地上部分的氮素多于根部。固氮量与幼苗生物量显著相关。固氮作用增加了植物对磷、钾元素的吸收和积累。速生树种南洋楹(Albizia falcata)和非速生树种格木(Erythrophloeum fordii)幼苗的结瘤、固氮及生长状况较好,表现出较高的结瘤固氮潜能。     

缺硼对大豆根瘤结构和功能的影响

在营养液培养条件下以普通结结瘤大豆Ｂｒａｇｇｃｖ．「Ｇｌｙｃｉｎｅｍａｘ（Ｌ．）Ｍｅｒｒ」及其超结瘤突变体ｎｔｓ３８２为实验材料,运用光学显微方法研究了硼对大豆根瘤结构的影响,并测定了根瘤固氮酶活性结果表明,缺硼使根瘤结构受到严重破坏,并使固氮酶活性显著下降,缺硼使根瘤结构受到破坏是导致固氮酶活性下降的可能原因。     

不同氮水平下作物养分吸收与利用

玉米与马铃薯间作是重要的间作种植模式,具有较突出的资源利用和产量优势,但养分吸收和利用对作物产量优势的贡献及这种贡献对施氮量的响应机制尚不清楚.本研究采用玉米单作、马铃薯单作和玉米与马铃薯间作3种种植模式,分别设置N₀(0 kg·hm^-2)、N₁(125 kg·hm^-2)、N₂(250 kg·hm^-2)和N₃(375 kg·hm^-2)4个氮水平,通过2年田间小区试验,研究不同氮水平下间作产量优势的营养基础.结果表明: 随着施氮量的增加,氮、磷、钾的单作加权平均吸收量逐渐增加,间作则先增加后减少.间作在N₁水平时具最高的养分吸收优势,分别较单作加权平均值增加氮吸收14.9%、磷吸收38.6%、钾吸收27.8%;间作在N₀和N₃时具有更高的养分利用效率,较单作可提高氮利用效率3.5%～14.3%、磷利用效率3.5%～18.5%、钾利用效率10.6%～31.6%.N₀和N₁时玉米与马铃薯间作具有显著产量优势,其营养基础在N₀时主要是提高了作物养分利用效率,而N₁时则是促进养分吸收的结果.充分发挥间作促进养分吸收对玉米与马铃薯间作产量优势的贡献,需要合理控制氮肥的投入.     

水氮耦合对旱地胡麻产量形成与花后氮素积累转运的影响

为明确旱地胡麻在有限灌水条件下的最佳水氮耦合管理模式,采用完全随机裂区试验设计,以灌水(I₀: 0 m³·hm^-2; I₁₂₀₀: 1200 m³·hm^-2; I₁₈₀₀: 1800 m³·hm^-2)为主区,施氮量(N₀: 0 kg·hm^-2; N₆₀₀: 60 kg·hm^-2; N₁₂₀: 120 kg·hm^-2)为副区,测定胡麻不同生育阶段氮素积累量、花后氮素转运特征、产量和氮肥利用率。结果表明: 不同水氮处理对旱地胡麻不同生育时期各器官氮素吸收、积累及产量的耦合效应不同。不灌水条件下,施氮有利于胡麻花期和成熟期茎秆对氮素的吸收,不同灌水水平下N₁₂₀均抑制了茎秆对氮的吸收;I₁₂₀₀水平下,花期叶片氮含量随施氮量的增加先升高后下降,N₆₀较N₀和N₁₂₀高11.0%和28.9%;I₁₈₀₀水平下,施氮提高了成熟期胡麻叶片中氮含量,N₆₀和N₁₂₀较N₀高39.7%和26.9%。水氮对胡麻阶段氮素积累量影响的耦合效应主要表现在现蕾期以后,同一灌水水平下,N₆₀促进了胡麻现蕾期以后各阶段氮素积累量,而N₁₂₀具有抑制作用。施氮分别提高了I₁₂₀₀和I₁₈₀₀水平下叶片和茎秆氮素转运率和贡献率。灌水1800 m³·hm^-2、施氮60 kg·hm^-2显著增加了胡麻单株有效蒴果数和籽粒产量(6.6%~22.8%),是试验区比较适宜的水氮耦合管理模式。     

水肥互作对滴灌玉米氮素吸收、水氮利用效率及产量的影响

优化水、氮供应是实现作物高产与水肥资源高效利用的有效途径.本文研究了田间试验条件下,水(4500、6750、9000 m³·hm^-2)、氮(0、225、330、435、540 kg·hm^-2)互作对高密度(≥105000 株·hm^-2)滴灌玉米干物质积累、氮素吸收及产量的影响.结果表明: 玉米干物质积累与吸氮量均随灌溉和施氮水平的增加明显升高,当施氮量大于435 kg·hm^-2和灌溉量大于9000 m³·hm^-2时则呈减少趋势.完熟期玉米干物质积累对灌水的响应表现为W₆₇₅₀(36359 kg·hm^-2)>W₉₀₀₀(35077 kg·hm^-2)>W₄₅₀₀(33451 kg·hm^-2),施氮对玉米吸氮量的变化表现为N₄₃₅(459.9 kg·hm^-2)>N₅₄₀(458.1 kg·hm^-2)>N₃₃₀(416.3 kg·hm^-2)>N₂₂₅(351.3 kg·hm^-2),N₄₃₅比N₃₃₀、N₂₂₀分别升高9.1%、32.7%,N₅₄₀比N₄₃₅降低0.6%.在施氮量0～435 kg·hm^-2范围内,玉米最大氮素吸收速率随施氮量增加而升高,在施氮量为435 kg·hm^-2时达最大(6.57 kg·hm^-2·d^-1).灌水与施氮均可显著增加玉米产量、穗粒数和穗粒质量,二者有明显的正交互作用,且以氮为主效应.在施氮0～435 kg·hm^-2范围内,氮肥利用率随施氮量的增加而升高,此后反而降低;灌溉水分生产率随施氮量升高而增加,随灌水量增加而明显下降,灌溉定额为4500～6750 m³·hm^-2时,灌溉水分生产率可达2.57～3.80 kg·m^-3.玉米最高产量18072 kg·hm^-2的施氮量为567.0 kg·hm^-2.最佳经济施氮量为427.9～467.7 kg N·hm^-2时,玉米产量在17109～17138 kg·hm^-2,氮素偏生产力和氮肥利用率分别达122 kg N·hm^-2和45.0%.水氮一体化施肥可实现滴灌玉米高产协同水、氮利用效率的共同提高.     

供氮水平对矮化苹果15N-尿素吸收、利用、损失及产量和品质的影响

以7年生烟富3/M26/平邑甜茶为试材,采用¹⁵N同位素示踪技术,研究不同供氮水平[低氮(100 kg N·hm^-2,N₁₀₀)、中氮(200 kg N·hm^-2,N₂₀₀)和高氮(300 kg N·hm^-2,N₃₀₀)]对烟富3/M26/平邑甜茶¹⁵N-尿素吸收、利用、损失及产量和品质的影响.结果表明: 不同供氮水平植株的生长状况及氮素吸收、利用和损失特性差异显著.N₂₀₀处理植株叶绿素含量(SPAD)、光合速率(P_n)、叶片全氮含量和生物量显著高于N₁₀₀和N₃₀₀处理,植株根冠比也显著增加.不同供氮水平下植株各器官对氮的吸收能力(Ndff值)存在显著差异,各测定时期果实(花)、叶片、一年生枝、多年生枝和中心干的Ndff值均为N₁₀₀>N₂₀₀＞N₃₀₀;而根的Ndff值在盛花期和春梢缓长期为N₁₀₀ >N₂₀₀＞N₃₀₀,在秋梢生长期、果实膨大期和果实成熟期为N₂₀₀ >N₁₀₀＞N₃₀₀.在果实成熟期,N₂₀₀处理¹⁵N肥料利用率为23.6%,显著高于N₁₀₀(16.3%)和N₃₀₀处理(14.4%),而¹⁵N损失率为56.4%,显著低于N₁₀₀(60.6%)和N₃₀₀处理(66.1%).不同供氮水平植株的平均单果质量、单株产量、可溶性固形物、硬度、可溶性糖、可滴定酸、糖酸比均存在显著差异,且均以N₂₀₀处理最高,其次是N₃₀₀处理,N₁₀₀处理最低.     

减量施氮下基肥后移对南方冬小麦产量和氮素利用效率的影响

过量施用氮肥导致氮肥利用率降低,环境风险加大.合理降低施氮量、优化氮肥运筹对于小麦高产高效栽培具有重要意义.本研究采用大田试验,以常规施氮方式(240 kg N·hm^-2, 基肥∶拔节肥∶孕穗肥=5∶3∶2)为对照,研究了不同施氮量(240、180、150 kg N·hm^-2,分别用N₂₄₀、N₁₈₀、N₁₅₀表示)及基苗肥施用时期(基施、4叶期施、6叶期施,分别用L₀、L₄、L₆表示)对小麦产量和氮素利用效率的影响.结果表明: 小麦籽粒产量随施氮量的降低而降低,但N₁₈₀与N₂₄₀处理相比无显著差异,而N₁₅₀处理显著降低;氮肥农学效率和吸收效率均以N₁₈₀处理最高.不同施肥时期间,L₄处理的籽粒产量和氮肥利用率最高.N₁₈₀四叶施肥(N₁₈₀L₄)处理的产量与对照无显著差异,但氮肥利用率显著提高.N₁₈₀L₄处理叶面积指数、旗叶光合速率、叶片氮含量、旗叶硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性、拔节后干物质和氮素积累量较对照未显著降低.适量降低氮肥用量配合基肥后移能够提高生育后期光合生产能力和氮素吸收同化能力,在保持高产的条件下实现氮素利用效率的同步提高.     

施氮量对滴灌冬小麦冠层垂直结构特征、粒叶比及经济效益的影响

为进一步优化新疆滴灌小麦施肥技术,在大田滴灌条件下,采用单因素随机区组设计,共设置0 (N₀)、104(N₁)、173(N₂)、242 kg·hm^-2(N₃)4个施氮水平,研究不同施氮量对冬小麦花期叶、茎垂直分布及形态特征、冠层温湿度、粒叶比、产量及经济效益的影响.结果表明: 施氮处理较未施氮处理冬小麦各叶位叶长、叶宽均显著增加,株高变幅为65.57～81.58 cm;随施氮水平的提高,叶面积指数、各茎节粗均呈先升后降的变化趋势,在N₂处理达到峰值,分别为5.48和0.49 cm;冠层温、湿度日变化分别呈“凸”、“凹”型变化,温度表现为N₀>N₁>N₂>N₃,湿度变化趋势相反,≥35 ℃高温日持续时数随施氮量增大而缩短(缩短1～3.5 h不等);各施氮处理间粒叶比仅N₁、N₃间差异显著;产量及经济效益均以N₂处理最高,较N₀、N₁、N₃处理分别高32.8%、12.6%、5.2%和77.7%、5.4%、4.2%.本试验条件下,滴灌冬小麦施氮量控制在173 kg·hm^-2左右,冬小麦叶型、株型特征良好,冠层温湿度适宜,产量、经济效益高.     

氮肥后移对抽穗后水分胁迫下冬小麦光合特性及产量的影响

采用子母桶栽土培法模拟冬小麦抽穗后不同的水分胁迫状态,研究了氮肥后移对冬小麦光合特性及产量的影响.设置3个氮肥处理,分别为N₁(基肥∶拔节肥∶开花肥=10∶0∶0)、N₂(6∶4∶0)和N₃(4∶3∶3),模拟冬小麦抽穗后2种水分胁迫(渍水胁迫、干旱胁迫),设正常供水为对照.结果表明：相同供水条件下,N₂和N₃处理较N₁处理显著提高冬小麦灌浆期旗叶的SPAD和光合速率,确保了收获时较高的穗数、穗粒数和地上部分生物量;氮肥后移处理显著提高了冬小麦的耗水量,但其籽粒产量和水分利用效率也显著提高.相同氮肥条件下,干旱胁迫和渍水胁迫处理较正常供水显著降低了冬小麦开花期和灌浆期旗叶的光合速率、千粒重、穗粒数和产量.与正常供水相比,各氮肥条件下干旱胁迫和渍水胁迫处理花后旗叶光合速率及籽粒产量的减小幅度均表现为N₁＞N₂＞N₃.表明氮肥后移通过提高旗叶SPAD、减缓花后旗叶光合速率的下降幅度、增加地上部分干物质积累量,调控产量及其构成要素,以减轻逆境灾害(干旱和渍水胁迫)对产量的影响.     

交替根区滴灌下不同施氮量对葡萄干物质积累、分配和产量的影响

本试验采用盆栽的方法,在避雨栽培条件下,研究不同的灌溉方式和供氮水平对葡萄干物质积累与分配、产量和水氮生产效率的影响,以探讨北方鲜食葡萄生产最佳的水氮耦合管理模式。灌溉方式包括常规灌溉100%灌溉量(CDI)、单侧固定根区灌溉50%灌溉量(FDI)和双侧根区交替灌溉50%灌溉量(ADI);土壤施氮浓度设置0.4(N₁)、0.8(N₂)、1.2 g·kg^-1(N₃) 3个水平。结果表明: 与CDI模式相比,ADI和FDI总修剪量降低了34.8%和11.2%;随着施氮量的增加,生长冗余增加;CDIN₃处理葡萄树体冗余生长最高。ADI干物质积累量最高,分别比CDI、FDI提高5.1%和12.8%;N₂和N₃处理的树体总干物质量显著高于N₁处理。与其他灌溉模式相比,ADI模式下叶果比显著降低,收获指数显著提高;施氮量对各项指标影响不显著。所有组合中,ADIN₂处理冗余生长量与当年生物量比值最低。葡萄产量表现为ADI分别比CDI和FDI平均提高6.0%和10.4%,同一灌溉模式下,产量随着施氮量的增加而增加,以ADIN₂、ADIN₃耦合处理葡萄产量最高。与其他灌溉模式相比,ADI模式显著提高了葡萄水分利用效率,以ADI与N₂、N₃水平的耦合处理水分利用效率较高;不同施氮水平下,氮素利用效率表现为ADI＞CDI＞FDI,并随施氮水平的增加而降低。综合分析认为,ADIN₂处理能够减少葡萄冗余生长,有利于干物质向果实积累,产量较高,水氮生产效率较高,是较适宜北方葡萄生产的水氮组合模式。     

不同施氮量对晚稻抵御抽穗扬花期低温的影响

以超级杂交晚稻品种五丰优T025为材料,设置4种施氮水平,低氮(N₁,90 kg N·hm^-2)、正常氮(N₂,180 kg N·hm^-2)、高氮(N₃,250 kg N·hm^-2)和超高氮(N₄,330 kg N·hm^-2),研究了抽穗扬花期低温条件下不同施氮量对晚稻生长发育、产量形成和相关生理特性的影响. 结果表明:遇低温条件下,各处理产量均有不同程度的下降,以N₂产量最高, N₁最低, N₃和N₄居中, N₃、N₄单株有效穗数、每穗总粒数均较高,但结实率和收获指数均显著下降;随施氮量增加,包穗率、总干物质量和叶绿素含量有不同程度的升高,而穗部干物质量则以N₂最多;低温来临后,各处理叶绿素含量、净光合速率(P_n)和蒸腾速率(T_r)均有不同程度的下降, N₃、N₄的P_n、T_r较N₂降幅更大;各处理游离脯氨酸、丙二醛含量和过氧化物酶活性均一定程度上升高,超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性和可溶性蛋白含量下降,以N₃、N₄的变化幅度最为显著.表明高氮量不利于晚稻抵御抽穗扬花期低温,生产上应避免氮肥施用失当,双季晚稻施氮量以不超过180 kg·hm^-2为宜.