干旱程度和施氮水平对春玉米叶片碳氮含量及碳氮比的影响

doi:10.3969/j.issn.1673-503X.2023.03.013

气象与环境学报 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (3): 106-116.doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2023.03.013

干旱程度和施氮水平对春玉米叶片碳氮含量及碳氮比的影响

陈妮娜^1,²(),吕慧捷³,张益瑞⁴,李国会⁵,米娜^1,²,张淑杰^1,²,李思语^1,⁶,张玉书^1,^2,*()

1. 中国气象局沈阳大气环境研究所，辽宁沈阳 110166
2. 辽宁省农业气象灾害重点实验室，辽宁沈阳 110166
3. 巴音郭楞职业技术学院，新疆库尔勒 841000
4. 南阳市气象局，河南南阳 47300
5. 山东省水利科学研究院，山东济南 250014
6. 沈阳建筑大学交通与测绘工程学院，辽宁沈阳 110168

收稿日期:2022-09-21 出版日期:2023-06-28 发布日期:2023-07-25
通讯作者: 张玉书 E-mail:ninachen.yu@163.com;yushuzhang@126.com
作者简介:陈妮娜，女，1986年生，高级工程师，主要从事农业气象灾害监测预报防控技术及气候变化对生态系统碳水交换过程的影响研究，E-mail: ninachen.yu@163.com
基金资助:
沈阳市科技人才项目(RC210326);辽宁省自然科学基金项目(2021-MS-358);国家自然科学基金项目(41705094);国家自然科学基金项目(41975149);国家自然科学基金项目(42275202)

Effects of drought degree and nitrogen application level on leaf C and N contents and C/N ratio of spring maize

Ni-na CHEN^1,²(),Hui-jie LÜ³,Yi-rui ZHANG⁴,Guo-hui LI⁵,Na MI^1,²,Shu-jie ZHANG^1,²,Si-yu LI^1,⁶,Yu-shu ZHANG^1,^2,*()

1. Institute of Atmospheric Environment, China Meteorological Administration, Shenyang 110166, China
2. Key Laboratory of Agrometeorological Disasters, Liaoning Province, Shenyang 110166, China
3. Bayingol Vocational and Technical College, Korla 841000, China
4. Nanyang Meteorological Service, Nanyang 47300, China
5. Water Resources Research Institute of Shandong Province, Ji′nan 250014, China
6. School of Transportation and Geomatics Engineering, Shenyang Jianzhu University, Shenyang 110168, China

Received:2022-09-21 Online:2023-06-28 Published:2023-07-25
Contact: Yu-shu ZHANG E-mail:ninachen.yu@163.com;yushuzhang@126.com

摘要/Abstract

摘要：

为探明干旱和施氮对春玉米叶片碳氮含量及碳氮比的影响，以“丹玉405”为试验材料，于2018—2019年春玉米拔节、抽雄、乳熟三个关键发育期分别开展中度(相对湿度45%±5%)、重度(相对湿度35%±5%)干旱胁迫及120、240、270 kg·hm^-2氮处理对比试验，分析干旱、施氮及干旱条件下施氮对玉米叶片碳氮含量及碳氮比的影响。结果表明：干旱导致玉米叶片全氮含量减少3.3%~38.5%，碳氮比增加0.8%~67.1%；对各发育期叶片碳氮含量及碳氮比的影响为乳熟期>抽雄期>拔节期；随着干旱加剧，对叶片氮含量和碳氮比的影响加剧。随着施氮量的增加，叶片全氮含量先增加，后减少，碳氮比与之相反；施氮量为120 kg·hm^-2时，各个发育期叶片全氮含量最高，碳氮比含量最低。干旱后施一定量的氮肥可以缓解干旱对玉米叶片碳氮平衡的负面影响，但不能完全恢复；施氮量为120 kg·hm^-2时，叶片氮含量和碳氮比恢复程度最为明显，分别增加11.2%和减少6.5%。复水后，施氮处理仍不能使受干旱叶片碳氮平衡恢复到对照水平。玉米产量与叶片全碳含量和碳氮比呈显著线性负相关，与叶片全氮含量呈显著线性正相关。不同程度干旱及施氮水平可通过影响玉米叶片碳氮含量及碳氮比来影响玉米产量。

关键词: 干旱, 施氮水平, 碳氮含量, 碳氮比, 春玉米

Abstract:

To explore the effects of drought and nitrogen application on leaf C, N content, and C/N ratio of spring maize, "Danyu 405" was used as the test material.Comparative experiments of moderate (relative humidity is 45%±5%) and severe (relative humidity is 35%±5%) drought stress and nitrogen addition of 120 kg·hm^-2, 240 kg·hm^-2, and 270 kg·hm^-2 were carried out to analyze the leaf C, N content and C/N ratio of maize under drought, nitrogen addition and their interactions in the three key developmental stages of maize during 2018 to 2019.The results indicated that drought caused a decrease of 3.3%~38.5% in leaf N content and an increase of 0.8%~67.1% in the C/N ratio.The effects on leaf C and N contents and C/N ratio at different growing stages are Milk maturity stage> tasselling stage > jointing stage.With the aggravation of drought, the effects of drought on leaf N content and C/N ratio are intensified.After N application, the leaf N content increases first and then decreases with the increase of N application, but the C/N ratio is opposite.When the nitrogen application rate is 120 kg·hm^-2, the highest total nitrogen content and the lowest C/N ratio are obtained.A certain amount of nitrogen fertilizer after a drought can alleviate the negative effects of drought on the leaf carbon and nitrogen balance, but could not recover completely.When the nitrogen rate is 120 kg·hm^-2, the recovery degree of leaf N content and C/N ratio are the most obvious, increasing by 11.2% and decreasing by 6.5% respectively.After rewetting, nitrogen application can not restore the C/N balance of drought-affected leaves to the control level.There is a significant linear negative correlation between maize yield and leaf total carbon content and C/N ratio and a significant linear positive correlation between maize yield and leaf total nitrogen content (P < 0.01).Different degrees of drought and nitrogen application levels can affect maize yield by affecting the content of carbon and nitrogen in maize leaves and the ratio of carbon to nitrogen.This study can provide a theoretical basis for maize growth monitoring and dryland agricultural production.

Key words: Drought, Nitrogen application level, C and N contents, C/N ratio, Spring maize

中图分类号:

S513

陈妮娜,吕慧捷,张益瑞,李国会,米娜,张淑杰,李思语,张玉书. 干旱程度和施氮水平对春玉米叶片碳氮含量及碳氮比的影响[J]. 气象与环境学报, 2023, 39(3): 106-116.

Ni-na CHEN,Hui-jie LÜ,Yi-rui ZHANG,Guo-hui LI,Na MI,Shu-jie ZHANG,Si-yu LI,Yu-shu ZHANG. Effects of drought degree and nitrogen application level on leaf C and N contents and C/N ratio of spring maize[J]. Journal of Meteorology and Environment, 2023, 39(3): 106-116.

图/表 9

表1

表2

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图2

图3

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图5

图6

表3

参考文献 43

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发育期	2018年	2019年
播种	5月8日	4月30日
出苗	5月16日	5月9日
三叶	5月19日	5月11日
七叶	6月4日	5月26日
拔节	6月20日	6月17日
抽雄	7月19日	7月15日
开花	7月20日	7月17日
吐丝	7月22日	7月19日
乳熟	8月16日	8月6日
成熟	9月20日	9月12日

指标	理论产量	叶片氮含量	叶片碳含量	碳氮比
理论产量	1
叶片氮含量	0.791^**	1
叶片碳含量	-0.615^**	-0.440^*	1
碳氮比	-0.777^**	-0.887^**	0.647^**	1

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干旱程度和施氮水平对春玉米叶片碳氮含量及碳氮比的影响

Effects of drought degree and nitrogen application level on leaf C and N contents and C/N ratio of spring maize

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处理	发育期	施氮量/ (kg·hm^-2)	相对湿度/(%)	干旱程度
施氮	氮肥20%作基肥，	0	70%~80%	水分适宜
	40%做拔节期追肥，	120
	40%做抽雄期追肥，	240
	均施于0~20 cm土层	270
干旱胁迫	拔节	0	40%~50%	中度
	拔节	0	30%~40%	重度
	抽雄	0	40%~50%	中度
	抽雄	0	30%~40%	重度
	乳熟	0	40%~50%	中度
	乳熟	0	30%~40%	重度
干旱和施氮交互	拔节	120	40%~50%	中度
	拔节	240	40%~50%	中度
	拔节	270	40%~50%	中度
	拔节	120	30%~40%	重度
	拔节	240	30%~40%	重度
	拔节	270	30%~40%	重度
	抽雄	120	40%~50%	中度
	抽雄	240	40%~50%	中度
	抽雄	270	40%~50%	中度
	抽雄	120	30%~40%	重度
	抽雄	240	30%~40%	重度
	抽雄	270	30%~40%	重度