【目的】研究大气CO_2浓度升高(eCO_2)及氮肥施用对夏玉米开花吐丝后不同组分碳氮代谢物含量及动态和产量的影响,为全球气候变化下玉米生理过程及产量形成的变化提供理论支撑,同时为玉米作物模型调参提供实证数据。【方法】利用自由大气CO_2富集(FACE)平台,以夏玉米品种农大108为试验材料开展田间试验。在常规大气CO_2浓度(aCO_2,(400±15)μmol·mol-1)和高CO_2浓度(eCO_2,(550±20)μmol·mol~(-1))下分别设置不施氮(ZN)和施氮(CN,180 kg N·hm~(-2))2个氮水平。对夏玉米产量及其构成要素、干物质积累、花后碳代谢物(可溶性糖、淀粉、总碳)动态和氮代谢物(硝态氮,游离氨基酸、可溶性蛋白、非溶性氮化合物细胞壁氮素和类囊体氮素、总氮)动态以及碳氮比动态进行监测。【结果】(1) eCO_2与施氮对夏玉米生物量积累有一定促进作用,但对产量及产量构成因素的影响均不显著。(2)eCO_2使玉米花后功能叶碳组份中的可溶性糖浓度显著提高,灌浆后期叶片碳氮比显著提高。(3)eCO_2下花后玉米功能叶氮代谢中的必需功能氮组分浓度未受影响,而一些结构性氮组分浓度有降低,eCO_2对功能叶中功能氮组分(如可溶性蛋白)的含量没有显著影响;氮代谢中的简单组分(如游离氨基酸)在功能叶中的浓度仅在开花期比aCO_2有显著增加,后期没有显著影响;但eCO_2下氮代谢中的非溶性氮组分(如细胞壁氮素和类囊体氮素)含量在花后一些时期显著降低。(4)氮肥施用使玉米从抽雄到灌浆后期功能叶非结构性碳水化合物(如可溶性糖)浓度、硝态氮浓度、细胞壁氮素和类囊体氮素含量显著提高;中等土壤肥力下不施氮处理的功能叶可溶性蛋白含量没有受影响,但非溶性氮组分(如类囊体氮和细胞壁氮)含量降低,氮素优先满足作物生长必需的可溶性蛋白。(5)eCO_2和氮肥交互作用对不同组分碳氮代谢物的影响不同,体现在不同时期,主要表现为提高了玉米功能叶简单碳氮组分(如可溶性糖和硝态氮)在后期的浓度,且碳氮比提高;提高了灌浆初期细胞壁氮素含量,功能叶总氮浓度仅在灌浆后期表现降低、其他时期没有显著影响。【结论】eCO_2对夏玉米的生物量增加有一定作用,玉米穗位叶碳氮比在一些时期显著增加,但对产量无显著影响;eCO_2下玉米花后穗位叶非结构性碳水化合物浓度增加,但总氮和非溶性氮素化合物在花后均发生不同程度降低。在未来大气CO_2浓度升高为特征之一的气候变化情景下,合理增施氮肥对促进作物碳氮代谢的协调有一定必要性。

利用开顶式气室(OTC)组成的CO_2浓度自动调控平台,以冬小麦为试验材料,设置CK(对照,环境大气CO_2浓度)、T_1(CO_2浓度比CK增加40μmol/mol)和T_2(CO_2浓度比CK增加200μmol/mol)3个CO_2浓度水平;在每个OTC内设置不施氮(N_0,0 kgN/hm~2)、中氮(N_1,220 kgN/hm~2)和高氮(N_2,400 kgN/hm~2)3个氮肥处理水平,分析冬小麦光合作用、生物量和产量结构变化,探讨CO_2浓度升高和施氮水平对冬小麦光合与生长的影响。结果表明,在较低光强(PAR≤200μmol/(m~2·s))和CO_2浓度(C_i≤300μmol/mol)水平下,各处理的净光合速率(P_n)值均呈直线上升,随后趋于平缓。与CK相比,T_2处理下P_n增加了19.93%(P=0.013),但对最大净光合速率(P_(nmax))、暗呼吸速率(R_(day))、光呼吸速率(R_p)等无显著影响。在拔节—开花期,不同CO_2浓度处理下N_1、N_2与N_0相比显著增加了株高、叶片和茎鞘干重;在抽穗—开花期,T_2N_1与CKN_1相比显著增加了茎鞘干重,增幅为37.4%(P=0.035)。与T_1N_0相比,T_1N_1、T_1N_2显著增加了籽粒数,增幅分别为29.69%(P=0.006)和42.27%(P=0.001);与T_2N_0相比,T_2N_1、T_2N_2显著增加了籽粒数,增幅分别为16.66%(P=0.011)和19.19%(P=0.005)。与T_2N_0相比,T_2N_1、T_2N_2显著增加了千粒重,增幅分别为7.79%(P=0.004)和6.23%(P=0.015)。T_1N_2与CKN_2相比显著增加了小麦经济系数,增幅为3.70%(P=0.025)。研究表明,CO_2浓度升高显著增加了冬小麦光响应曲线的P_n;CO_2浓度升高与施氮处理促进了冬小麦干物质的积累,其中施氮对生长前期物质积累的促进作用相对更大;CO_2浓度升高与施氮处理主要通过增加籽粒数和千粒重共同影响小麦产量结构,其中T_1N_2处理对籽粒数的促进作用最大。

为了探讨全球气候变化对农田土壤氮素动态的影响,采用中国稻麦轮作系统FACE(Free-Air CO2 Enrichment)平台,开展了大气CO2浓度升高和氮肥管理对麦田土壤有效氮含量影响的研究。结果表明:在低N和常规N处理下,大气CO2浓度升高使拔节期土壤C/N分别增加了5.6%和10.2%,土壤pH分别降低了2.4%和6.4%(p<0.05)。在小麦生育期内,低N和常规N条件下,大气CO2浓度升高降低了土壤总有效氮和NO3--N含量,相对于低N处理,常规N处理下降的趋势更为明显。在低N条件下,大气CO2浓度使拔节期和成熟期土壤中NH4+-N含量分别增加了7.4%和9.9%,而常规N处理中则...

【目的】探讨大气CO_2浓度升高与增温影响下北方冬小麦叶片光合特征、碳氮代谢物、生物量和产量形成的调节适应规律,为未来气候变化下小麦生产提供理论依据。【方法】以冬小麦品种"中科2011"为材料,利用封闭式人工气候室,设置对照CK(CO_2浓度和气温与大田一致)、EC(CO_2浓度为大田浓度+200μmol·mol~(-1),气温与大田相同)、ET(CO_2浓度与大田一致,气温为大田温度+2℃)、ECT(CO_2浓度为大田浓度+200μmol·mol~(-1),气温为大田温度+2℃)共4个处理。测定CO_2浓度升高200μmol·mol~(-1)和气温升高2℃变化条件下冬小麦生长发育、叶片的光合特性、碳氮代谢、生物量和产量指标。【结果】气温升高2℃会缩短小麦全生育期及开花到成熟时间,使孕穗期净光合速率显著增加24.7%,而对拔节期与灌浆期净光合速率无显著影响,同时,使灌浆期叶片纤维素含量、可溶性蛋白含量和硝酸还原酶活性下降,穗粒数和千粒重下降,进而使产量与生物量分别显著降低23.0%和19.7%;CO_2浓度升高200μmol·mol~(-1)使拔节期与孕穗期小麦净光合速率分别提高32.8%和40.7%,增加灌浆期叶片碳水化合物含量,虽然生长后期出现光适应,但仍可通过增加单位面积穗数使小麦产量增加26.1%。在增温条件下,CO_2浓度升高可通过使开花到成熟的时间延长2 d、叶片净光合速率提高约25.54%、增加可溶性总糖、纤维素与淀粉含量等弥补升温对小麦生物量和产量的负效应。【结论】CO_2浓度升高可通过延长开花到成熟时间、提高小麦净光合速率、增加光合代谢物等弥补升温对小麦生物量和产量的负效应。

【目的】阐明ＣＯ＿２浓度增高与氮肥互作对冬小麦生理和产量的影响，为客观评估气候变化背景下冬小麦生产潜力提供理论依据。【方法】２０１１—２０１４年利用开放式ＣＯ＿２富集系统（ＦＡＣＥ）平台，采用盆栽方法，研究冬小麦＂中麦１７５＂在不同ＣＯ＿２浓度及高低氮肥水平下（高浓度ＣＯ＿２ ５５０ ｍｇ·Ｌ～（－１）和大气浓度３９０ ｍｇ·Ｌ～（－１）；高氮Ｎ１，０．１６ ｇ·ｋｇ～（－１）和低氮Ｎ０，０ ｇ·ｋｇ～（－１））的生育进程、光合特征及产量变化。ＣＯ＿２富集处理于每年返青－成熟期间进行，通气时间为每日６：３０－１８：３０，夜间不通气。ＣＯ＿２浓度通过计算机程序控制，并根据具体风向和风速控制释放管．．．

【目的】揭示大气CO2浓度升高和氮肥管理对地下生态系统的影响。【方法】采用中国稻麦轮作FACE(Free-Air CO2 Enrichment)系统平台,开展了大气CO2浓度升高和氮肥管理对土壤线虫群落组成影响的研究。【结果】在稻麦轮作系统共观察到线虫35属,15个功能团。拟丽突属、真头叶属、丝尾属和潜根属为优势属,其中丝尾属和真头叶属对CO2浓度升高和氮肥管理反应敏感。在CO2浓度升高条件下土壤线虫总数、功能团Fu2和Om4的线虫多度均显著增加,其中Fu2多度在CO2和氮肥的交互影响下变化明显。【结论】CO2浓度升高和氮肥管理改变了土壤腐屑食物网的结构和有机质的分解途径。高氮条件下,CO2浓...

大气二氧化碳(CO_2)浓度升高是影响陆地生态系统碳氮循环的主要气候变化因子之一。大气CO_2浓度升高促进植被生长和光合产物积累,进而增加土壤碳库储量。同时,大气CO_2浓度升高引起土壤生物和非生物环境的改变会导致土壤温室气体排放的变化,形成对气候变化的反馈效应。目前,国际上有关大气CO_2浓度升高导致陆地生态系统碳汇效应的增加与其所引起的土壤温室气体排放之间的消长关系并不清楚。深入研究和了解陆地生态系统碳氮循环过程对大气CO_2浓度升高的响应和反馈机制对定量评估全球变化背景下陆地生态系统和土壤的固碳潜力具有十分重要的意义。本文综述了陆地生态系统碳氮循环过程对大气CO_2浓度升高的响应和反馈机制及主要驱动因子,发现大气CO_2浓度升高显著促进植被生物量碳的累积和土壤温室气体排放、增加土壤碳氮库储量,但却明显减少土壤活性氮源的供给。大气CO_2浓度升高可降低旱地CH4吸收汇的功能。大气CO_2浓度升高导致温室气体排放增加的源效应完全抵消土壤的碳汇效应,并且抵消近50%以上的陆地生态系统固碳潜力,且随其在大气中富集强度的增加呈减弱趋势。本文还提出大气CO_2浓度升高条件下影响土壤-大气温室气体交换的主要生物和环境控制因子,为气候变化背景下陆地生态系统的碳平衡估算研究提供重要理论基础。

【目的】本文探究了供氮水平对不同氮效率玉米氮代谢及产量的影响。【方法】选择郑单958(低氮高效品种)和绥玉7号(低氮低效品种)为试验材料,试验设置6个供氮水平,分别为0、100、140、180、220和260 kg·hm-2(记为N0、N1、N2、N3、N4和N5),分析其氮代谢相关酶活性、叶片和茎秆内的氮素含量、产量的变化规律,旨在阐明不同氮效率玉米品种氮素利用效率差异的原因。【结果】不同供氮水平下,硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、谷氨酸合成酶和谷氨酰胺合成酶活性、玉米氮素吸收转运、氮肥生理利用率、玉米产量及产量因子表现为郑单958显著高于绥玉7号。【结论】郑单958相对于绥玉7号具有更高的氮相关酶活性,从而提高氮素利用效率,并获得更高产量,此研究为黑龙江适宜品种选用及合理施肥提供理论和实验依据。

为明确玉米花生宽幅带状间作下不同肥料处理对作物生长发育的影响，设置玉米花生间作不施肥(K0)、间作玉米花生施常规肥(K1)、间作玉米施缓控肥花生减施肥料(K2)、单作玉米施常规肥(SM)、单作花生施常规肥(SP)5个处理，测定形态性状、叶绿素含量、光合特性、干物质积累量、氮含量及相关酶活、产量的变化。结果表明：在不同施肥处理下，间作玉米氮代谢酶活性、净光合速率、各器官干物质量和氮素积累量均表现为K2>K1>K0，且间作玉米边行显著高于中间行。K2和K1处理间作玉米产量比K0和单作分别显著增加21.95%、17.34%(p<0.05）和14.10%、9.78%(pK2>K0，中间行>边行，且单作>间作。K2和K1处理花生中间行净光合速率比K0显著增加67.75%和64.82%(p<0.05)，产量比K0处理显著增加30.65%和21.26%(p<0.05)，但比单作显著降低6.81%和13.49%(p<0.05)。可见，间作玉米施用缓控肥提高了玉米叶片氮代谢酶活性、各器官干物质积累量、氮素积累量和净光合速率，生长速率加快，进而增加产量。施肥增加花生生长前期氮素吸收量，促进氮代谢酶活性和净光合速率增加、加快干物质积累，增加产量。K1和K2处理土地当量比均大于1。研究结果对创新优化适宜东北地区种植的玉米花生宽幅带状间作技术提供科学依据。

【目的】在不同的氮肥水平下研究不同夏玉米品种碳、氮代谢差异,分析其协调性,提出高产、稳产的生理学指标,探索根据代谢型进行差异化管理的新途径。【方法】2009—2011年在河南温县和郑州,利用大田和盆栽两种种植方式,60 000株/hm2密度,设计0、120、240、360 kg·hm(-2) 4个氮肥水平,比较郑单958(ZD958)、农大108(ND108)、浚单20(XD20)、豫单2002(YD2002)等4个夏玉米品种的产量、叶片持绿性、氮吸收和转运、不同器官C/N、叶片PEP羧化酶和RUBP羧化

为探究大气CO_2浓度升高背景下不同形态氮肥对小麦的光合性能及产量的影响，利用开顶式气室（OTC），采用二因素完全区组试验设计，设置400μmol/mol（正常大气浓度，C）、600μmol/mol（高于正常大气浓度，E)2个CO_2浓度和硝态氮（NO_3~--N,A）、铵态氮（NH_4~+-N,N) 2种氮肥形态处理，测定不同处理组合下小麦花后不同时间旗叶净光合速率（P_n）、胞间CO_2浓度（C_i）、气孔导度（G_s）、蒸腾速率（T_r）、株高、地上部生物量及产量。2年结果表明，高浓度CO_2处理（E）可显著提高小麦旗叶P_n、C_i，而对旗叶G_s、T_r均有显著抑制作用，小麦的株高、地上部生物量及产量显著升高。高浓度CO_2条件下，2种氮形态处理的小麦光合参数和产量指标均具有显著差异。高浓度CO_2处理（E）中，施用NH_4~+-N(A）的小麦地上部生物量、株高、产量比施用NO_3~--N处理（N）分别增加5.00%～11.95%、1.92%～3.59%、7.17%～8.26%，穗粒数增加4.41%～5.43%。NH_4~+-N处理（A）的小麦旗叶P_n、T_r分别比NO_3~--N处理升高7.91%～27.48%、4.91%～27.48%。综上，高浓度CO_2条件下施用NH_4~+-N可有效提升小麦旗叶的光合能力，使植株地上部生物量和产量升高。

【目的】探明不同类型氮肥对高纬度春玉米土壤N_2O和CO_2昼夜排放的影响,以期为高纬度地区农田氮肥高效利用管理和温室气体减排提供参考依据。【方法】通过田间微区施用缓释肥(SLN)、尿素添加硝化抑制剂+脲酶抑制剂(NIUI)和普通尿素(OU)试验,采用静态箱-气相色谱法,分别在苗前(S1)、苗期(S2)、拔节期(S3)、灌浆期(S4)、蜡熟期(S5)和休闲期(S6)6个时期取样测定,比较分析农田N_2O和CO_2的昼夜排放特性。【结果】施用不同类型氮肥,田间N_2O和CO_2昼夜排放均呈单峰变化趋势,S1—S6时期,土壤N_2O排放高峰出现在12:00—19:00,排放低谷出现在下半夜(0:00—6:00),而S2—S5同一时期白天或夜晚各观测时段之间CO_2排放通量差异不显著。S1和S2时期,N_2O和CO_2白天排放量分别占全天总排放量的56.2%—82.3%和53.6%—66.5%,而S3—S6时期,白天排放比例分别为40.6%—59.6%和43.7%—55.4%。SLN处理减少了S1时期土壤N_2O的全天总排放量,而NIUI处理减少了S1、S2和S5时期土壤N_2O的全天总排放量,其主要减排时段为S1时期的4:00—16:00和S2时期的12:00—22:00,其中S2时期18:00—19:00减排量占所有减排时段总量的57.3%,S5时期昼夜各时段均表现为减排作用,且昼夜减排比例相当;SLN对土壤CO_2的主要减排时段为S1时期的全天和S3时期的15:00—4:00,其中S1时期12:00—23:00减排比例高达76.8%,S3时期夜晚减排比例占所有减排时段总量的68.1%;NIUI处理在玉米生长季5个测定日都表现出对CO_2的减排作用,但昼夜减排比例存在差异,白天平均减排46.9%,最高减排达73.2%。同时发现,N_2O和CO_2排放通量日均值与9:00—10:00观测值存在极显著正相关关系(r_(N_2O)=0.938**,r_(CO_2)=0.977**),9:00—10:00可作为东北春玉米农田N_2O和CO_2昼夜排放研究的代表性取样时段。【结论】不同类型氮肥对土壤N_2O和CO_2昼夜排放通量的影响在不同时期表现各异。与常规施氮相比,缓释氮肥抑制了玉米苗前期土壤N_2O昼夜排放,减排时段主要在9:00—22:00,而在其他测定日均促进了土壤N_2O昼夜排放;尿素添加硝化抑制剂和脲酶抑制剂抑制了玉米苗前白天、苗期夜晚以及收获期白天和夜晚的土壤N_2O排放,对拔节期至灌浆期土壤N_2O的昼夜排放均表现为促进作用。在苗前测定日全天和拔节期测定日的夜晚,缓释肥对土壤CO_2表现出减排作用;尿素添加硝化抑制剂和脲酶抑制剂降低了6个测定日土壤CO_2的排放。

为了探明氮、钾肥对辽东南地区玉米产量及生长特性的影响,以玉米杂交种丹玉801为材料,设置氮肥和钾肥二因素裂区试验,研究氮肥(N)、钾肥(K)及其交互作用(N×K)对玉米产量和干物质积累的影响,分析不同氮钾肥配施对玉米物质生产特性以及产量构成的影响,以期为辽东南地区玉米合理施肥提供理论依据与技术支撑。结果表明,在辽东南地区,氮钾肥的交互作用对玉米产量、千粒质量有极显著影响,对成熟期干物质积累量的影响显著,对穗数、穗粒数、穗长、穗粗、秃尖长、穗行数和行粒数的交互作用不显著;玉米产量和成熟期干物质积累量受氮肥、钾肥及其交互作用共同影响,N_(300)K_(120)、N_(180)K_(120)及N_(300)K_(60)产量分别为9 262,9 020,8 848 kg/hm~2,三者差异不显著,成熟期干物质积累量N_(300)K_(120)>N_(300)K_(60)(19 287 kg/hm~2>18 833 kg/hm~2),二者差异不显著;氮肥及氮钾互作对千粒质量的影响极显著,N_(300)K_(120)、N_(300)K_(60)和N_(180)K_(120)千粒质量分别为295,290,284 g,三者差异不显著;氮钾肥的交互作用集中在玉米生育后期,主要通过影响千粒质量来提高玉米产量。氮、钾肥对玉米植株的影响不是简单的加和作用,而是复杂的交互效应,因此,生产中要综合考虑氮、钾肥的交互作用对玉米产量的影响,因地制宜,做到科学施肥,合理配施,在增加玉米产量的同时,提高肥料利用率,为实现高产高效的现代农业奠定基础。结果可为辽东南地区玉米高产高效栽培技术提供理论依据。

【目的】阐明不同株型玉米在氮素和密度互作下获得高产的形态生理互利机理,进一步提升密植玉米综合生产力。【方法】2014—2015年,在大田条件下,采用裂-裂区试验设计,以不同株型玉米品种为主区,氮素(N_1:0,N_2:90 kg N·hm(-2)和N_3:180 kg N·hm(-2))为裂区、密度(D_1:45 000株/hm2,D_2:60 000株/hm2和D_3:75 000株/hm2)为裂裂区,测定了植株形态、叶片光合性能和产量等指标。【结果】施氮对节间长度、叶倾角、叶色值、粒重和产量的影响程度

在人工模拟条件下,采用“311-B”D饱和最优设计,探讨了水肥交互作用对玉米株高、茎基宽和产量的影响。结果表明:玉米植株的株高与氮肥、灌水量、磷肥用量都呈正相关,其中氮肥用量影响最大,灌水量次之,磷肥用量影响最小;但氮肥用量与灌水量的交互、氮肥和磷肥的交互与株高呈负相关。与氮肥用量和灌水量的平方项呈负相关,说明过量的氮肥或灌水量都对植株的株高呈负效应。同样,玉米的茎基宽与氮肥用量、灌水量、磷肥用量呈正相关,其中氮肥对茎基宽的影响最为明显,灌水量次之,磷肥用量的影响最小。在本试验中,氮肥用量与灌水量的交互、磷肥和灌水量的交互与茎基宽呈正相关。氮肥、磷肥和灌水量对玉米产量均具有正效应,且符合报酬递...