溶解氧对稻田土壤氮素转化及水稻氮代谢影响研究进展

溶解氧(dissolved oxygen,DO)在稻田氮素循环和水稻生长发育中发挥了重要作用,深入研究溶解氧对稻田氮素转化和水稻氮代谢的影响,对减少稻田氮素流失和提高水稻氮素利用具有重要意义。近年来,研究已阐明了溶解氧对土壤固氮作用、氨化作用、硝化作用和反硝化作用等生物化学过程以及土壤微生物多样性的影响;大量研究也表明,溶解氧在水稻氮素吸收与利用中起到了关键作用。本文系统介绍了溶解氧浓度对微生物群落结构和活性的影响及其与稻田不同形态氮素间转化的关系,综述了水稻根系生长特性、氮素吸收和同化及相关氨基酸代谢对溶解氧浓度响应机理的最新研究进展,并针对现阶段稻田氧营养研究提出了水稻生产中存在的问题及研究展望。     

有机无机肥配施提高麦-稻轮作系统中水稻氮肥利用率的机制

采用盆栽试验,研究了有机无机肥配施对麦-稻轮作系统中水稻氮素累积动态和土壤氮素供应动态的影响,并从微生物学角度探讨了有机无机肥协同提高水稻氮肥利用率的机制.结果表明：有机无机肥配施处理的土壤微生物生物量碳、氮和矿质态氮在水稻分蘖期前低于化肥处理,而在抽穗期至灌浆期显著高于其他处理.土壤氮素供应动态与水稻吸收利用氮素规律吻合程度最高,促进了水稻产量、生物量和氮素累积量的增加,显著提高了水稻的氮肥利用率.其主要机制是有机无机肥配施促进了土壤微生物繁殖,使其在水稻生育前期固持了较多的矿质氮,在水稻生育中、后期这些氮素逐渐被释放以供水稻吸收利用,较好地满足了水稻各阶段生长发育对氮素养分的需求.     

有机无机肥配施提高麦-稻轮作系统中水稻氮肥利用率的机制

采用盆栽试验,研究了有机无机肥配施对麦-稻轮作系统中水稻氮素累积动态和土壤氮素供应动态的影响,并从微生物学角度探讨了有机无机肥协同提高水稻氮肥利用率的机制.结果表明：有机无机肥配施处理的土壤微生物生物量碳、氮和矿质态氮在水稻分蘖期前低于化肥处理,而在抽穗期至灌浆期显著高于其他处理.土壤氮素供应动态与水稻吸收利用氮素规律吻合程度最高,促进了水稻产量、生物量和氮素累积量的增加,显著提高了水稻的氮肥利用率.其主要机制是有机无机肥配施促进了土壤微生物繁殖,使其在水稻生育前期固持了较多的矿质氮,在水稻生育中、后期这些氮素逐渐被释放以供水稻吸收利用,较好地满足了水稻各阶段生长发育对氮素养分的需求.     

不同耕作方式下水稻品种吉优716产量及氮素吸收利用对氮肥运筹的响应

研究在不同耕作方式和氮肥运筹模式下水稻产量形成及氮素吸收利用特点,为不同耕作方式下水稻氮肥的合理运筹提供理论依据。以吉优716为试验材料进行大〖JP2〗田试验,研究常耕与免耕2种耕作方式下3种施氮量（N0、N1、N2）和两种施氮方式（F1、F2）水稻产量及氮素吸收利用的变化。结果表明:免耕水稻和常耕水稻产量、干物质积累量和氮素积累利用对施氮水平运筹的响应基本一致,但对施氮方式运筹响应呈现不一致。随着施氮量的增加,水稻产量、干物质积累量和氮素积累量也随之升高,而干物质生产效率和氮肥农学利用率下降,穗部干物质比例随着施氮量的增加有减少的趋势;免〖JP〗耕和常耕下,重施穗肥有利于提高干物质积累量和氮素积累量;产量响应表现相反,免耕下重施穗肥有利于产量的提高,而常耕下重施基蘖肥有利于产量的提高。     

紫云英配施化肥对水稻氮素吸收利用和紫云英氮在水稻-土壤体系分配、残留的影响

明确紫云英配施化肥条件下水稻对氮素吸收利用和紫云英氮在水稻-土壤体系的吸收利用、分配及残留规律,能够为豫南稻区合理施肥提供依据。本研究利用原状土柱模拟和¹⁵N示踪技术,研究等氮条件下不施肥(CK)、化肥+22500 kg·hm^-2紫云英(FM1)、化肥+30000 kg·hm^-2紫云英(FM2)、化肥+37500 kg·hm^-2紫云英(FM3)、化肥+22500 kg·hm^-2紫云英+石灰(FM1+CaO)、化肥+30000 kg·hm^-2紫云英+石灰(FM2+CaO)、化肥+37500 kg·hm^-2紫云英+石灰(FM3+CaO)对水稻氮素吸收利用、水稻-土壤体系氮素养分平衡和紫云英矿化分解的氮在水稻各部位吸收利用、分配及残留的影响。结果表明: 与CK相比,施肥显著提高了稻谷氮吸收量、稻秆氮吸收量和氮素表观损失量、氮素盈余量。稻谷氮吸收量、稻秆氮吸收量和水稻氮利用率随紫云英翻压量增加呈先升高后降低趋势,氮素表观损失量和氮素盈余量随紫云英翻压量增加呈先降低后上升趋势,均以翻压30000 kg·hm^-2紫云英配施化肥处理效果较好。增施石灰可提高水稻稻谷氮吸收量、稻秆氮吸收量和水稻氮利用率,降低氮素表观损失量和氮素盈余量,以FM2+CaO处理效果最好。各施肥处理水稻吸收的氮来源于紫云英的比例为6.3%～13.2%,来源于土壤和肥料的比例为86.8%～93.7%;水稻对紫云英氮的当季利用率为23.8%～33.6%,水稻各部位对紫云英氮的利用率表现为籽粒>茎叶>根;紫云英氮在土壤中的残留率为37.6%～62.4%,损失率为7.8%～38.6%。综合考虑水稻氮素吸收利用、水稻-土壤体系氮素养分平衡和紫云英氮在水稻中的分配状况,该研究区以FM2+CaO处理为最优。     

覆盖旱作方式和施氮水平对稻-麦轮作体系生产力和氮素利用的影响

在成都平原通过 3a的田间试验研究了水稻覆盖 (地膜和麦秸 )旱作和施氮水平对稻麦轮作体系生产力和氮素利用的影响。结果表明 :在施氮量为水稻季 15 0 kg/hm2 ,小麦季 12 0 kg/hm2 的条件下 ,覆盖旱作和传统淹水体系均能达到较高的产量水平。再增加施氮量对产量的影响不大 ,但使氮盈余急剧增加。不施氮或低量施氮会造成作物产量的显著下降和土壤氮素亏缺。水稻覆膜旱作对稻麦轮作的系统生产力 (水稻 小麦 )没有显著影响 ;但水稻覆麦秸旱作条件下系统的生产力有降低的趋势 ,主要由于水稻覆麦秸旱作条件下 ,水稻产量下降 ,而麦秸覆盖在小麦季的后效作用不足以弥补水稻产量的下降程度。水稻、小麦的氮素吸收表现出与作物产量类似的规律。水稻季土壤很难累积无机氮 ,而且与施肥和覆盖旱作与否没有关系。小麦季土壤中积累了较多的无机氮 ,而且随施氮水平的增加而明显增加     

固氮蓝藻的大量培养方法

固氮蓝藻能够利用空气中的游离氮素,合成氮素化合物,不断的释放出来,死亡分解之后,更可以释放出大量氮素化合物,作为其它植物的氮肥。过去国外的一些试验证明可以利用固氮蓝藻作为水稻的氮肥肥源;我们在1958年进行的固氮蓝藻对盆栽水稻的肥效试验和与湖北省农业科学研究所协作的田间施用固氮蓝藻水生686号和水生678号作为水稻追肥试验的结果,     

水稻叶色氮素反应的基因型间差异

在大田不施氮素及高氮两个处理下,以叶片的SPAD值作为评价水稻氮素利用能力的参数,对146个不同基因型水稻进行了叶色深浅及对氮素敏感性不同的种质资源鉴定。通过测定抽穗前不同生育时期不同基因型水稻叶片的SPAD值,筛选出对氮素反应迟钝且叶色较浅的基因型19个、对氮素反应迟钝且叶色较深的基因型20个和对氮素敏感且叶色较浅的基因型20个、对氮素敏感且叶色较深的基因型11个。     

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     

固氮蓝藻的大量培养方法

固氮蓝藻能够利用空气中的游离氮素,合成氮素化合物,不断的释放出来,死亡分解之后,更可以释放出大量氮素化合物,作为其它植物的氮肥。过去国外的一些试验证明可以利用固氮蓝藻作为水稻的氮肥肥源;我们在1958年进行的固氮蓝藻对盆栽水稻的肥效试验和与湖北省农业科学研究所协作的田间施用固氮蓝藻水生686号和水生678号作为水稻追肥试验的结果,也证明固氮蓝藻可作为水稻田的氮肥新肥源。在我们的试验中,每亩稻田接入的固氮蓝藻数量是滤去培养液后的湿重5市斤,因此,大面积的稻田     

用15N叶片标记法研究旱作水稻与花生间作系统中氮素的双向转移

在盆栽条件下 ,采用 1 5N叶片富积标记方法 ,研究了旱作水稻与花生间作系统氮素的双向转移及供氮水平对氮素转移的影响。结果表明 :在 15 kg hm- 2、75 kg hm- 2、 15 0 kg hm- 2等 3个氮肥水平下 ,间作水稻的干物质生物量和氮素吸收量分别为9.4 1g株 - 1、12 .0 6 g株 - 1、13.5 3g株 - 1和 2 0 7.35 mg株 - 1、2 4 1.81mg株 - 1、2 5 9.37mg株 - 1 ,分别比单作水稻增加了 2 1%～ 2 9%、7%～ 2 9%、18%～ 30 %和 4 3.4 3%、4 5 .72 %、32 .81% ,间作对水稻的干物质积累和氮素吸收量有显著促进作用。间作和单作系统中花生的干物质生物量和氮素吸收量间的差异均不显著 ;用花生叶片标记 1 5N试验表明 ,在 3个氮肥水平下花生体内的氮素中分别有 9.93%、5 .6 5 %、4 .2 2 %转移到了水稻植株体内 ,其转移量随土壤氮素水平的提高而降低 ;用水稻叶片标记 1 5N则分别有 4 .39%、2 .0 6 %、1.38%的水稻体内氮素转移到了花生植株体内 ,其转移量也随土壤氮素水平的提高而降低 ;用 1 5N叶片标记的方法证明花生与水稻旱作的间作系统中存在着氮素的双向转移 ,但净转移方向是由花生植株向水稻的氮素转移。对豆科与禾本科间作系统中氮素转移的机理、途径也做了分析和讨论。     

水稻氮素营养高光谱遥感诊断模型

对水稻氮素含量与原始光谱反射率、一阶微分光谱以及高光谱特征参数间的相关性进行了分析,并构建和验证了以遥感参数为自变量的水稻氮素营养诊断模型.结果表明：氮素含量在水稻各器官中总的变化趋势为茎<鞘<穗<叶;各器官在可见光波段的光谱反射能力为叶<穗<鞘<茎,在近红外波段则与此相反.以波长796.7 nm处的光谱反射率和738.4 nm处的一阶微分光谱反射率为自变量的线性模型和指数模型的决定系数（R²）分别为0.7996和0.8606,二者均能较好地诊断水稻氮素营养,但最适合诊断水稻氮素含量的拟合模型是以植被指数的归一化变量（SD_r-SD_b）/（SD_r+SD_b）为自变量构建的水稻氮素营养高光谱遥感诊断模型［y=365871+639323（SD_r-SD_b）/（SD_r+SD_b）,R₂＝0.8755,RMSE＝0.2372,相对误差＝11.36％］,该模型可定量诊断水稻氮素营养.     

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。     

氮高效利用基因型水稻生育后期氮素分配与转运特性

选择前期筛选出的氮高效利用基因型水稻为试验材料,以低效利用基因型为对照,采用土培试验,在低氮(100 mg·kg^-1)和正常施氮(200 mg·kg^-1)下,研究了高效和低效基因型水稻生育后期不同器官的氮素分配量、转运量和转运效率差异.结果表明: 与低效基因型水稻相比,高效基因型在低氮条件下,仍能保持较高的产量和氮素利用效率,其产量为低效基因型的1.75倍,氮肥利用率高达50.9%,而低效基因型仅为36.4%.与正常施氮相比,低氮更有利于提高氮素在高效基因型穗部的分配量,穗部积累量在扬花期、灌浆期和成熟期分别增加了34.2%、2.5%和0.5%,而低效基因型在灌浆期和成熟期却分别降低了23.5%和15.6%.不同施氮水平下,氮素在高效基因型不同器官的分配比例为扬花期:叶＞茎鞘＞根＞穗,灌浆期:穗＞叶＞茎鞘＞根,成熟期:穗＞茎鞘＞叶＞根,随着生育期的推进,穗部的分配比例明显增加.在低氮和正常施氮下,高效基因型氮素转运量表现为叶＞茎鞘＞根,而低效基因型表现为茎鞘＞叶＞根;高效基因型氮素转运效率分别为60.8%、60.3%,分别为低效基因型的1.67、155倍.因此,高效基因型抽穗后叶片较高的转运效率为籽粒的灌浆结实奠定了良好基础.     

稻田水氮氧环境因子对水稻生长发育、光合作用和氮利用的调控研究进展

水分和氮素是影响水稻生长发育的两个重要环境因子。适宜的水氮耦合模式可通过“以水调氮、以水控氧”调控稻田根际氮形态和溶氧量等环境因子,促进良好根系形态构建,提高叶片光合速率和光合产物“源-库”分配平衡,提高水稻群体质量和产量形成。同时,稻田水氮氧环境因子驱动的微生物调控机制在水稻-土壤系统氮高效利用方面也发挥重要作用。本文重点阐述了水氮耦合下水分、氮形态和溶氧量对水稻生长发育、光合作用、碳氮代谢、稻田氮转化过程及其微生物调控机制等方面的研究进展,展望并提出了未来亟待加强的研究方向:1)开展水氮耦合下水稻根际溶氧量时空动态分布特征及氧环境调控关键因子研究;2)明确不同基因型水稻根源信号增氧响应特征及其对水稻生长发育的影响调控机制;3)阐明根际氧环境驱动的关键微生物过程对稻田氮转化和氮素利用的影响。     

施氮和肥料添加剂对水稻产量、氮素吸收转运及利用的影响

在苏南太湖地区开展田间试验,研究了施氮和肥料添加剂对水稻产量、氮素吸收转运及利用的影响.结果表明:施氮对水稻产量、各生育时期植株累积吸氮量、阶段氮累积量和花后氮素转运量具有显著的促进作用(P＜0.01),当施氮量高于200 kg·hm-2时,增施氮肥的增产效应不显著(P＞0.05);花后氮素转运率和氮肥利用率均随施氮量的增加而降低.施用肥料添加剂可进一步提高水稻产量、累积吸氮量、花后氮素转运量和氮肥利用率,且该效应在高施氮量( ≥200 kg·hm-2)条件下表现更明显.本试验条件下不施用肥料添加剂时,施氮150kg·hm-2可同时获得较高的产量和氮肥利用率.     

不同施氮水平下稻田铵态氮和硝态氮淋溶量的动态模拟

借助自行设计的直管型和弯管型渗漏计,研究水稻生长期间不同施氮水平下稻田犁底层渗漏水中铵态氮和硝态氮的动态变化,以探寻氮素的渗漏损失规律;利用系统动力学模拟软件Vensim构建氮素转化、循环模型,模拟了氮素在水稻、土壤和水中的迁移转化过程,用2003年杭州余杭区稻田0、75、150、225、300、375 kg N·hm^-2氮素水平试验结果来校准模型系数,并用2007年相同氮素水平下试验田大田数据来验证模型.从稻田不同供氮水平分次施肥后渗漏水中氮浓度的模拟结果与实测值的比较可知,直管和弯管型渗漏计的模拟数据与实测值的拟合程度较好,说明模型模拟结果可靠,具有应用价值.     

稻田施氮水平对两种水稻热值变化特征影响

对两种水稻类型（早稻,晚稻）在不同氮素水平下植株的热值动态进行了分析。结果表明,水稻植株的热值不仅因品种,器官而存在着差异,而且随着水稻生长发育的进程不同也存在着差异。两种水稻的热值最低出现在小花分化期,最大值出现在分蘖期或开花灌浆时期。不同氮素水平对水稻热值的影响规律为,随着氮素水平的增加,水稻各种组织器官的热值也增加,同一器官下,高氮素水平下的水稻组织热值高于低氮下组织的热值,不同器官热值（根,茎,叶,穗）之间在相同及不同氮素水平下存在显著差异。通过分析表明,没有氮素投入下的两种水稻基础热值为16979J/g,早稻每增加1kg/hm^2N,可以提高植株热值1.72J/g,晚稻每增加1kg/hm^2N,可以提高植株热值1.24J/g,这说明,氮素使用对早稻的热值效应影响要大于晚稻。因此,在运用热值指标进行能量分析时,必须考虑氮素使用水平对热值的影响。     

苏南地区稻麦轮作系统对不同有机无机复混肥的响应

通过田间试验,研究了苏南地区2006-2007年稻麦轮作体系下,施用菜粕堆肥有机无机复混肥(RCC)、猪粪堆肥有机无机复混肥(PMC)、中药渣堆肥有机无机复混肥(CMC)和化肥(CF)对小麦和水稻;产量及氮素利用率的影响.结果表明:各施肥处理的小麦和水稻产量均显著高于对照;RCC、PMC和CMC处理的小麦产量分别比化肥处理(6760 kg·hm-2)减少了13.1％、32.2％和39.3％;而不同有机无机复混肥处理的水稻产量(8504～9449 kg·hm-2)则显著高于化肥处理(7919 kg·hm-2),增产率达7.4％～19.3％.在小麦季,RCC、PMC和CMC处理的地上部干物质量、氮素积累量、氮素利用率普遍低于化肥处理,而水稻季则显著高于化肥处理或与之相当.综上,在苏南稻麦轮作体系下,3种有机无机复混肥均能提高水稻产量及氮素利用率,其中菜粕堆肥处理提高效果最为显著.     

限水灌溉冬小麦冠层氮分布与转运特征及其对供氮的响应

以高产冬小麦品种周麦18为材料,在大田春灌1水条件下,设置不同供氮水平和氮肥运筹处理试验,研究并探讨了在华北地区限水灌溉条件下氮肥施用对冬小麦冠层叶片氮素时空分布与转运及氮肥利用的影响。结果表明,冬小麦适量施氮可显著增产,2008-2009年以施氮量180 kg/hm²时(N21)产量最高,为8749 kg/hm²;2009-2010年以施氮量270 kg/hm²时(N32)产量最高,但施氮量210 kg/hm²(N22)处理与N32处理产量无显著差异,分别为8340 kg/hm²和8558 kg/hm²。氮肥利用效率和氮肥偏生产力均随施氮量增加而降低;氮肥利用率与氮肥农学效率均随施氮量的增加呈先升后降的趋势,分别在N21和N22处理时最高。冠层叶片氮素含量和积累量随叶层层次自上而下降低而下降,垂直梯度分明,各时期冠层叶片氮素垂直梯度随施氮量的增加总体呈先增大后减小的趋势。冠层叶片氮素转运量、转运率和对籽粒的贡献率均呈现为:第1层>第2层>第3层>第4层。相关分析表明,冠层叶片氮素梯度与叶片氮素转运率呈显著正相关关系(R²=0.722^*),与贡献率呈极显著正相关关系(R²=0.975^**)。适量施氮(120-210 kg/hm²)增大了叶层间氮素垂直分布梯度,促进了氮素在植株内的运移分配,有利于叶片氮素向外转运,提高了叶片氮素转运量和对籽粒贡献率,保持了较高的氮素利用率。施氮过多(330 kg/hm²)减小了叶层间氮素垂直分布梯度,减弱了氮素在植株内的再利用,叶片氮素转运不畅,导致叶片氮素转运量和对籽粒贡献率下降,氮素利用率显著降低。连续两年试验结果显示,通过适量氮肥调控可以增大冠层叶片氮素垂直梯度,有利于叶片中的氮素输出,促进氮素的再分配、再利用,从而提高氮素利用率,并可获得较高的籽粒产量和蛋白质含量。