不同施氮水平下冬小麦冠层NH3挥发研究

摘要

NH3挥发是农田作物系统氮损失重要途径，长期以来，关于农田系统NH3挥发的研究，多集中在土壤，很少关注作物冠层的作用，对田间条件下作物冠层NH3挥发缺乏连续跟踪，限制了对农田NH3挥发机制的理解。研究作物冠层与大气NH3交换过程及其作用机制，对提高肥料利用效率和改善大气环境具有重要意义。为探索冬小麦全生育期冠层NH3挥发规律、主要影响因素及其对麦田NH3挥发的贡献率，本研究于2015-2016年，冬小麦生长季开展了一年的田间试验，设置0、90和180kgN·hm-2三种氮素水平，利用改进型通气式NH3捕获装置，原位分析冬小麦冠层NH3挥发速率及其与叶片氮素生理指标的关系。同时研究不同施氮量下冬小麦籽粒产量及产量构成要素、农田氨挥发强度、生物量、氮素利用、氮素转运等，以及这些指标与冠层NH3挥发的关系。主要研究结果如下:
　　(1)麦田NH3挥发主要发生在施肥后2～3周，全生育期累积挥发量为3.773kgN·hm-2～8.704kgN·hm-2。施氮可显著提高麦田NH3挥发累积量（P＜0.05）。土壤与冠层NH3挥发累积量分别为3.289kgN·hm-2～7.773kgN·hm-2和0.750kg N·hm-2～1.461kgN·hm-2，对麦田NH3挥发的贡献率分别为87.2％～89.3％和15.4％～19.9％。
　　(2)营养生长期，冠层存在NH3吸收与NH3挥发现象，并受施氮影响。不施氮条件下，冠层无NH3吸收;低施氮(N90)下，冠层NH3吸收主要发生在苗期;高施氮(N180)下，苗期、返青期和灌浆前期冠层均有NH3吸收发生。生育后期，无论施氮与否，冠层均发生NH3挥发现象。冠层NH3挥发主要发生在开花期、灌浆末期～枯死期，分别占冠层NH3挥发的4.5％～9.3％、79.1％～99.0％。
　　(3)冠层NH3交换受植物生理因素与外界环境因素的影响。其中，冠层NH3挥发速率与叶片NH3补偿点、质外体NH4+浓度、气温、土壤温度显著正相关，与叶片谷氨酰胺合成酶(GS)活性、质外体溶液pH、空气相对湿度相关关系不显著（P＞0.05）。叶片NH3补偿点越大，冠层发生NH3挥发的可能性越大，且冠层NH3挥发越剧烈。质外体NH4+为冠层NH3挥发提供原料，质外体NH4+浓度越大，冠层NH3挥发越显著。本研究中，冠层NH3挥发速率与气温成正比，这主要是由于温度升高，叶片NH3补偿点升高导致。土壤温度对冠层NH3交换方向的影响，主要是通过影响土壤NH3挥发以及植物对氮素的利用，继而影响空气NH3浓度与叶片NH3补偿点的不平衡实现的。冠层NH3挥发速率
　　(4)施氮可显著提高冬小麦籽粒产量、改善产量构成要素。本研究发现，决定籽粒产量的主要产量构成要素是穗密度。提高收获指数及生物量，是保证较高籽粒产量的前提。施氮可显著提高植株生物量以及植株氮素含量，有利于器官氮素转运及转运效率的提高，但过量施氮不利于氮肥表观利用率、农学利用率、生理利用率的提高。同时施氮可以提高单位籽粒产量对应的土壤及麦田NH3挥发损失量(NH3挥发强度)。
　　(5)冠层NH3挥发累积量与植株生物量、植株（籽粒）氮素吸收量、氮素收获指数、器官氮素转运量等显著正相关。叶片是冠层NH3挥发的主要器官，其生物量越高、氮素含量越高，冠层NH3挥发量越多;生育后期叶片氮素转运，为冠层NH3挥发量提供了原料，叶片转运量越高，冠层NH3挥发也越多。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 研究背景及研究依据

1．2 作物冠层NH3交换研究进展

1．2．1 冠层NH3吸收

1．2．2 冠层NH3释放

1．2．3 植物叶片NH3挥发机理

1．2．4 决定NH3交换的关键因子(NH3补偿点)

1．2．5 影响冠层NH3交换的生理因素

1．2．6 影响冠层NH3交换的环境因素

1．3 研究目的及意义

第二章 研究内容与试验设计

2．1 研究内容与技术路线

2．1．1 研究内容

2．1．2 技术路线

2．2 试验条件与试验设计

2．2．1 试验地点

2．2．2 试验材料与试验设计

2．3 测定与分析方法

2．3．1 测定方法

2．3．2 各指标计算方法

2．3．3 数据分析

第三章 不同施氮水平对冬小麦冠层NH3挥发的影响

3．1 结果与讨论

3．1．1 不同施氮水平下土壤与冠层NH3挥发变化

3．1．2 植物生理因素与冠层NH3挥发的关系

3．1．3 外界环境因素与冠层NH3挥发的关系

3．2 小结

第四章 冬小麦籽粒产量及氮素利用对施氮量的响应

4．1 结果与讨论

4．1．1 冬小麦籽粒产量

4．1．2 冬小麦收获指数与生物量

4．1．3 土壤、冠层、麦田NH3挥发强度

4．1．4 植株各器官干物质量与氮素积累量

4．1．5 冬小麦氮素利用

4．1．6 植株各器官氮素转运

4．2 小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 研究展望

参考文献

致谢

作者简介