基于临界氮浓度稀释曲线的小麦氮肥需求量估测研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

前人研究预测，到2050年，全球粮食产量需要在现有的基础上提升70%-110%才可满足人类对于粮食的需求[1]。

化肥氮对粮食增产的贡献率达到30%-50%[2]，据研究表明，到2050年氮素消耗需要增长2.7倍才能够满足粮食增产的需要[3]。

然而，氮肥的过量施用带来了环境污染等问题，不利于农业、生态等领域的可持续发展[4]。

2. 研究的基本内容和问题

1.研究目标(1)明确基于小麦临界氮浓度稀释曲线估测小麦氮肥需求量的方法；(2)明确通过相对产量校正小麦氮肥需求量的方法；(3)实现基于临界氮浓度稀释曲线的小麦精准氮素管理。

2.研究内容(1)基于小麦临界氮浓度稀释曲线和地上部氮积累量计算氮肥需求量； 主要研究不同氮肥处理下的小麦各生育期氮肥需求量，研究江苏省地区小麦全生育期最佳的氮肥推荐用量。

(2)建立氮肥需求量-氮营养指数、相对产量-氮营养指数、相对产量-氮肥需求量之间的关系模型； 主要研究氮肥需求量-氮营养指数、相对产量-氮营养指数、相对产量-氮肥需求量三种模型之间的相关性和稳定性，明确先根据相对产量-氮营养指数模型确定产量目标，通过相对产量-氮肥需求量模型得到作物总的氮素需求量，最后根据氮肥需求量-氮营养指数之间可靠的线性关系确定施肥建议的小麦精准氮素管理方法。

3. 研究的方法与方案

1.研究方法及实验方案1.1试验实施 研究于4个不同年份和不同地点，开展不同氮肥施用和不同品种处理的小麦试验，其中采用试验1和2的数据集进行模型的构建，采用试验3和4的数据集进行模型的验证，具体试验设计如下：试验1：氮肥处理基追比均为5：5，基肥于播种前施入，追肥在拔节时施入。11月5日播种，播种方式为人工条播，品种为主区，氮肥处理为副区，小区面积5*6=30m2，行距25cm，重复3次，基本苗为2.25*106 plant ha-1。结合整地一次性施用105kg ha-1 p2o5和120 kg ha-1 k2o的磷钾基肥，其他栽培管理措施同一般高产田。试验2：氮肥处理基追比均为5:5，基肥于播种前施入，追肥在拔节时施入。播种日期为10月23日，播种方式为人工条播，品种为主区，氮肥处理为副区，小区面积5*6=30m2，行距25cm，重复3次，基本苗为2.25*106 plant ha-1。结合整地一次性施用105kg ha-1 p2o5和120kg ha-1 k2o的磷钾基肥，其他栽培管理措施同一般高产田。试验3：氮肥处理基追比均为5：5，基肥于播种前施入，追肥在拔节时施入。播种日期为10月27日，播种方式为人工条播，品种为主区，氮肥处理为副区，小区面积5*6=30m2，行距25cm，重复3次，基本苗为2.25*106 plant ha-1。结合整地一次性施用105kg ha-1 p2o5和120kg ha-1 k2o的磷钾基肥，其他栽培管理措施同一般高产田。试验4：氮肥处理基追比均为5:5，基肥于播种前施入，追肥在拔节时施入。播种方式为人工条播，试验为随机区组排列，3次重复，小区面积5*5.5=27.5m2，基本苗1.8*106 plant ha-1，行距25cm。各处理配施150kg ha-1 p2o5和210kg ha-1 k2o的磷钾基肥，其他栽培管理措施同一般高产田。1.2生物量、植株氮含量、相对产量的测定 在小麦生长的关键时期，各小区取代表性植株20株，将样品按照茎、叶、穗分离，于105℃杀青30分钟，再经80℃烘干后称重。样品粉碎后使用半微量凯氏定氮法测定植株全氮量。成熟期收取1m2样方进行测产，并根据实际产量计算同一品种处理下不同氮水平的相对产量，公式如下：相对产量(ry)=(小区单位面积产量/最高单位面积产量) （1）1.3小麦临界氮浓度稀释曲线和氮参数计算1.3.1小麦临界氮浓度稀释曲线 综合考虑年代、品种和地区等因素，选择王晓玲[18]所建立的小麦临界氮浓度曲线( )。1.3.2 氮素需求量(nitrogen requirement，nr)nr=(ncna-nna)/nue (2)nr、ncna、nna、nue分别代表氮素需求量、临界氮浓度曲线下的氮积累量、不同氮水平下的氮积累量和氮素利用率。其中，氮素利用率(nue)采用王桂良[21]对南方冬小麦(含江苏省)的研究结果，定为38%。1.3.3 氮营养指数(nitrogen nutrition index，nni)氮营养指数(nni)是基于临界氮浓度提出的，其计算公式如下：

nni=na/nc (3)

其中na为小麦地上部实际测得的氮浓度，nc为基于小麦临界氮浓度稀释曲线获得的临界氮浓度值。

1.4 模型的构建和验证 本研究试验1和试验2的数据，构建了拔节期、孕穗期、抽穗期、开花期nni-nr，ry-nni和ry-nr的模型，采用决定系数r2对所构建模型的拟合优度进行评价。并运用独立试验数据(试验3、试验4)，对所构建模型进行了验证，采用相对均方根误差rrmse对验证结果进行了评价。

在本研究中，采用了microsoft excel 2013、spss25.0进行了模型的构建与验证，使用sigmaplot12.0进行绘图。

4. 研究创新点

1.紧密联系实际生产，科学问题明确氮肥施用不当尤其是过量施用是小麦生产过程中存在的普遍问题，确定适宜的氮素需求量，是进行作物氮肥精确管理的关键步骤。

研究表明，临界氮浓度曲线是进行作物氮素营养状况诊断的有效工具，然而如何运用该曲线确定小麦氮素需求量仍有待进一步探明。

本研究基于小麦相对产量，结合实时估算的氮营养指数，确定适宜氮素需求量，进而探索小麦氮素精确管理方法。

5. 研究计划与进展

2018.05-2018.09 历史数据整理、筛选2018.10-2018.12 数据处理、撰写并投稿论文2019.01-2019.02 完成毕业论文初稿2019.03-2019.03 修改论文并准备答辩PPT