CN113324870B - 一种定量作物非根器官氮素吸收及其氮营养贡献的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及作物营养管理和施肥技术领域，具体涉及一种定量作物非根器官氮素吸收及其氮营养贡献的方法，具体包括作物田内设置隔离微区后种植作物；作物喷施氮肥前，在隔离微区内铺设高分子吸水树脂层；叶面喷施浓度为0.5％‑0.75％的15N同位素肥液；移出高分子吸水树脂层并称重，计算15N同位素肥液喷施前后高分子吸水树脂层质量差值m；将质量为m的且浓度与15N同位素肥液相等的14N肥液补灌入隔离微区内；作物成熟后测定参数；计算作为非根器官氮素吸收量及其对作物氮营养的贡献率。本发明基于“先隔离后补偿15N同位素示踪标记”定量冠层叶面喷施氮肥的施肥方式下非根器官氮素吸收量及其对作物氮营养的贡献。

Description

一种定量作物非根器官氮素吸收及其氮营养贡献的方法
技术领域
本发明涉及作物营养管理和施肥领域，具体涉及一种定量作物非根器官氮素吸收及其氮营养贡献的方法。
背景技术
作物地上部尤其是幼嫩的茎叶等非根器官同根一样可以吸收利用养分，作物通过茎叶等地上部非根器官吸收的养分对作物的营养功能统称为叶面肥效应。作物的叶面肥效应与根部施肥的效果是等同的。叶面施肥养分吸收快、利用率高、针对性强，能显著改善叶片营养状况进而提高作物产量和品质，逐渐成为现代农业中除土壤施肥外的另一项重要的施肥措施，越来越受到重视。
氮素是作物需求量和吸收量最多的营养元素，对作物的生长发育、产量和品质都至关重要。当①作物根部施肥不便时；②作物生长后期，根系活力下降，吸肥能力不足时；③逆境(涝渍、干旱、土壤pH值过高或过低)导致作物根系吸收受阻时；④无灌溉条件时等根系吸肥无法满足作物生长发育需要时冠层叶面喷施氮肥通过非根器官快速吸收氮素，可以有效改善叶片氮素营养，提高光合速率，提高收获器官蛋白质含量、产量和品质。
然而，现有技术存在的问题有，叶面喷施氮肥过程中(图1)，一部分氮素被地上部茎叶等非根器官吸收，但很大一部分水肥溶液会穿过作物冠层进入土壤被作物根系吸收，也就是说作物吸收的氮素中既含有根系吸收也含有茎叶等非根器官吸收的，目前缺乏有效的研究方法不能确定非根器官吸收的氮素有多少，因此无法得出非根器官吸收的氮素在作物吸收的总氮量中占多大比例(对作物氮营养的贡献率)；单独定量非根器官氮素吸收有助于进一步阐明微喷水肥一体氮素营养吸收机理及氮肥高效利用机理。而如何区分冠层吸收与根系吸收，把冠层非根器官吸收的氮素从植株吸收的总氮素中甄别出来，以单独定量其氮营养贡献是亟待解决的技术难题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定量作物非根器官氮素吸收及其氮营养贡献的方法，以解决上述技术问题实现定量检测作物非根器官氮素吸收量的技术目的。
本发明的技术方案：一种定量作物非根器官氮素吸收及其氮营养贡献的方法，包括以下步骤：
作物田内设置隔离微区后种植作物；
作物喷施氮肥前，在隔离微区内铺设高分子吸水树脂层；
叶面喷施15N同位素肥液；
移出高分子吸水树脂层并称重，计算15N同位素肥液喷施前后高分子吸水树脂层质量差值m；
将质量为m且浓度与15N同位素肥液相等的14N肥液补灌入隔离微区内；
测定作物地上部分干重、作物全氮含量、作物15N丰度以及作物15N本底丰度；
计算作物非根器官氮素吸收量以及其对作物氮营养的贡献率。
进一步地，所述隔离微区面积(1-1.5)m×(1-1.5)m，隔离微区深入地下部分1-1.5m；所述隔离微区与周围土壤或基质隔离，隔离微区上缘高于地面3-5cm；所述15N同位素肥液的浓度为0.5wt.％-0.75wt.％。
进一步地，所述高吸水性树脂层原料为直径为1-2mm的高吸水性树脂颗粒，高分子吸水树脂层厚度1-2cm。
进一步地，所述高吸水性树脂颗粒为聚丙烯酸钠颗粒。
高分子吸水树脂颗粒之间、颗粒与作物茎秆之间嵌合粘联性较强，可作为有效的肥液隔离层，防止喷施的15N肥料进入土壤，被根系吸收。
进一步地，作物地上部分干重、作物全氮含量、作物15N丰度、作物15N本底丰度的测定时间为作物成熟后或收获器官可收获时。
进一步地，计算非根器氮素吸收对作物氮营养贡献率以及作物非根器官氮素吸收量的计算公式：
(1)作物总吸氮量(g/m2)＝作物地上部干重(g/m2)×作物全氮含量(％)；
(2)作物非根器官氮素吸收量(g/m2)＝作物总吸氮量(g/m2)×(植株15N丰度-植株15N本底丰度)/肥料的15N丰度；
(3)作物非根器官氮素吸收对作物的氮营养贡献(％)＝(非根器官氮素吸收量/植株总吸氮量)×100。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明通过设置隔离微区，将待测作物与外界环境隔离开，避免外界土壤环境的影响，然后在叶面喷施15N同位素肥液前在隔离微区铺设高吸水性树脂层，避免喷施肥进入土壤中，从而保证叶面喷施15N同位素肥液仅被作物地上部分吸收利用，最后通过测定作物质量、作物全氮含量、作物15N丰度和作物15N本底丰度结合肥料15N丰度计算得出作物非根器官氮素吸收量及其对作物氮营养的贡献率。基于“先隔离后补偿15N同位素示踪标记”定量冠层叶面喷施氮肥的施肥方式下通过非根器官吸收的氮及其对作物氮营养的贡献。
附图说明
图1为本发明背景技术中现有技术的叶面喷施氮肥过程示意图；
图2为本发明实施例1中铺设隔离物质再喷施15N同位素氮肥的过程示意图；
图3为本发明实施例1中隔离物质去除后补施14N氮肥的过程示意图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
定量冬小麦非根器官对喷施氮素的吸收及其氮营养贡献，具体过程如下：
(1)田间设置微区：选取地力均匀的地块，在小麦播种前埋设微区，把镀锌铁皮框嵌插入土体形成微区，以与周围土壤隔离。微区面积大小为：1m*1.2m,铁皮框深入土壤中的部分为1.2m，上端露出土壤的高度为5cm，用于储蓄灌水或降雨。微区内播种小麦：采用15cm等行距播种，播种密度为400粒/m2。
(2)水肥一体化喷施：水肥一体化实施时期为拔节期、抽穗期和灌浆期3个生育时期，喷施时间为当天17:00以后。每个生育时期喷施前，在微区内铺设一层厚2cm的直径2mm的聚丙烯酸钠高分子吸水树脂颗粒(聚丙烯酸钠)作为隔离物质。氮肥(尿素)溶于水后采用电动喷雾器在作物冠层上部2-3cm处喷施，氮肥类型为15N标记尿素(含氮量46％，15N丰度为30.12％)，各喷施时期的水肥用量及浓度见表1。每个生育时期喷施时均分3次完成，每次间隔时间为30min。铺设隔离物质再喷施15N同位素氮肥的过程示意图见图2。
表1水肥一体化微喷各时期肥料及水用量
喷施时期 拔节期 抽穗期 灌浆期
尿素用量(g/m<sup>2</sup>) 10.87 6.52 4.35
水用量(L/m<sup>2</sup>) 2.17 1.30 0.87
肥液浓度(％) 0.5 0.5 0.5
表1中肥液浓度表示水肥中尿素的质量百分比；
(3)移出微区内隔离物质：水肥一体喷施完毕后，把微区内的隔离物质移出到封闭容器内并称其重量。
(4)补灌同等量的普通尿素溶液(14N尿素)：喷施前后隔离层的重量增加值即为被隔离的15N肥液量(本应进入土壤)，微区内的隔离物质完全移出后，把被隔离的15N以等量的相同浓度的14N(普通氮素)肥液从地表补灌入微区内，以保持前后一致性。各喷施时期喷施前后隔离层吸水树脂的重量及补灌入14N尿素溶液的量如表2所示。隔离物质去除后补施14N氮肥的过程示意图见图3。
表2喷施前后隔离层吸水树脂的重量及14N普通尿素溶液的补灌量
Figure GDA0003355407290000051
(5)冬小麦收获后植株氮素含量、15N丰度测定：冬小麦生理成熟后收获微区中部0.6m2的地上部部分，烘干至恒重后称重，然后粉粹过60目筛，测定样品中全氮含量和15N丰度；
小麦植株总吸氮量(g/m2)＝地上部干重(g/m2)×植株全氮含量(％)；
小麦非根器官氮素吸收量(g/m2)＝小麦植株总吸氮量(g/m2)×(植株15N丰度-植株15N本底丰度)/肥料的15N丰度；
小麦非根器官氮素吸收对作物的氮营养贡献(％)＝小麦非根器官氮素吸收量/小麦植株总吸氮量×100；
经过比例换算，小麦非根器官氮素吸收对作物的氮营养贡献(％)＝(植株15N丰度-植株15N本底丰度)/肥料的15N丰度×100；
具体结果如表3所示；
表3冬小麦微喷水肥一体化非根器官氮素吸收及其氮营养贡献
Figure GDA0003355407290000052
由以上内容可以得出，本发明方法可以区分冠层吸收与根系吸收，把冠层非根器官吸收的氮素从植株吸收的总氮素中甄别出来，实现定量检测作物非根器官氮素吸收量的技术目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种定量作物非根器官氮素吸收及其氮营养贡献的方法，其特征在于，包括以下步骤：
作物田内设置隔离微区后种植作物；
作物喷施氮肥前，在隔离微区内铺设高分子吸水树脂层；
叶面喷施15N同位素肥液；
移出高分子吸水树脂层并称重，计算15N同位素肥液喷施前后高分子吸水树脂层质量差值m；
将质量为m且浓度与15N同位素肥液相等的14N肥液补灌入隔离微区内；
测定作物地上部分干重、作物全氮含量、作物15N丰度以及作物15N本底丰度；
计算作物非根器官氮素吸收量以及其对作物氮营养的贡献率；
所述隔离微区面积(1-1.5)m×(1-1.5)m，隔离微区深入地下部分1-1.5m；所述隔离微区与周围土壤或基质隔离，隔离微区上缘高于地面3-5cm；
所述15N同位素肥液的浓度为0.5wt.％-0.75wt.％；
所述高分子吸水树脂层原料为直径为1-2mm的高吸水性树脂颗粒，高分子吸水树脂层厚度1-2cm；
计算非根器氮素吸收对作物氮营养贡献率以及作物非根器官氮素吸收量的计算公式：
(1)作物总吸氮量＝作物地上部干重×作物全氮含量，其中作物总吸氮量单位g/m2，作物地上部干重单位g/m2，作物全氮含量单位％；
(2)作物非根器官氮素吸收量＝作物总吸氮量×(植株15N丰度-植株15N本底丰度)/肥料的15N丰度，其中作物非根器官氮素吸收量单位g/m2，作物总吸氮量单位g/m2；
(3)作物非根器官氮素吸收对作物的氮营养贡献＝(非根器官氮素吸收量/植株总吸氮量)×100，其中作物非根器官氮素吸收对作物的氮营养贡献单位％。
2.根据权利要求1所述的定量作物非根器官氮素吸收及其氮营养贡献的方法，其特征在于，所述高吸水性树脂颗粒为聚丙烯酸钠颗粒。
3.根据权利要求1所述的定量作物非根器官氮素吸收及其氮营养贡献的方法，其特征在于，所述作物地上部分干重、作物全氮含量、作物15N丰度以及作物15N本底丰度的测定时间为作物成熟后或收获器官可收获时。
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