第1章 总论 1
1.1 主要农田生态系统的氮素循环及环境效应 2
1.1.1 三种典型作物氮肥去向与用量的关系 2
1.1.2 不同农田生态系统化学氮肥的农学和环境效应 3
1.1.3 环境来源氮已成为农田生态系统和水体氮输入的重要组成部分 5
1.1.4 华北地区旱作农田系统土壤累积NO-3的成因、生物有效性及潜在的环境风险 7
1.2 作物高效利用氮肥的根系生物学及生理机制 9
1.2.1 氮高效基因型的田间筛选 9
1.2.2 氮高效作物的根系生物学特性 10
1.2.3 氮高效作物的生理特征 11
1.2.4 水稻增硝营养的响应机制 12
1.2.5 氮高效品种的农学评价 13
1.3 作物高效利用氮肥的遗传学机制 14
1.3.1 不同水稻和小麦品种间氮效率存在显著差异 14
1.3.2 高效吸收氮素是氮高效水稻和小麦品种的重要基础 14
1.3.3 小麦高效吸收氮素的根系生物学特征及遗传基础 14
1.3.4 水稻高效吸收氮素的根系生物学特征及遗传基础 15
1.3.5 水稻“增硝促铵”吸收的分子基础 16
1.4 作物高产与环境保护相协调的氮肥总量控制 17
1.4.1 协调作物高产与环境保护的氮肥总量控制 18
1.4.2 高产与环境保护相协调的氮肥推荐点的测试技术 20
1.4.3 总量控制与点的测试相结合的氮肥推荐的经济效益与环境效益评价 21
1.4.4 基于GIS技术的区域氮肥优化管理 22
1.4.5 氮高效品种的农学与环境效应评价 24
1.4.6 结论与创新 26
1.4.7 展望 26
1.5 土壤-作物体系中氮素迁移的模型 27
1.6 结论 27
参考文献 27
第2章 水稻-小麦轮作体系中土壤氮素循环、氮素的化学行为和生态环境效应 29
2.1 引言 29
2.2 太湖地区水稻-小麦农田化肥氮去向的定量评价及农学和环境效应 30
2.2.1 水稻-小麦两季化肥氮去向的定量评价 30
2.2.2 水稻-小麦农田化肥氮的农学和环境效应 35
2.3 太湖地区稻田生态系统氮循环对环境影响的某些评论 36
2.3.1 水稻田和小麦田地下饱和层土壤的反硝化 37
2.3.2 稻田土壤对污染河水中氮、磷的转化和固持 40
2.4 环境来源氮在稻田氮平衡中的贡献及对水环境的影响 41
2.4.1 大气干湿沉降氮对水稻、小麦营养的贡献 41
2.4.2 本区河水的氮素污染状况以及用作灌溉时对水稻氮营养的贡献 42
2.4.3 河湖水面接收到的大气干湿沉降氮量 42
2.4.4 大气干湿沉降氮中NH+4/NO-3值和δ15NH+4值的时间变化及指示意义 43
2.5 太湖地区地表水体氮负荷计算及污染源分析 47
2.5.1 常熟地区农村人和畜禽排泄物的处理和利用状况调查 47
2.5.2 常熟市规模化畜禽养殖场排泄物的处理和利用 48
2.5.3 苏州地区畜禽排泄物的处理和利用 48
2.5.4 太湖地区河湖水体氮、磷污染源分析 49
2.5.5 减缓太湖地区水体氮、磷负荷的对策 50
2.6 需要进一步研究的科学问题 51
2.6.1 化学肥料氮进入农田后的形态转化及淋出液中可溶性有机氮的起源、形态区分和分配 51
2.6.2 氮肥-土壤-植物-大气间NH+4/NH3交换的定量评价 51
参考文献 52
第3章 华北平原小麦-玉米轮作体系中的氮素循环及环境效应 55
3.1 引言 55
3.1.1 华北平原小麦-玉米轮作体系的氮素管理现状及环境效应 55
3.1.2 华北平原小麦-玉米轮作体系氮素循环研究进展 56
3.2 小麦-玉米轮作不同施氮水平下氮肥的农学效应和环境效应 57
3.2.1 化肥氮去向的定量评价 57
3.2.2 氮肥的农学效应、环境效应及对土壤氮肥力的影响 63
3.2.3 氮肥的损失途径 66
3.2.4 华北平原小麦-玉米轮作传统水肥管理条件下的氮肥去向 67
3.3 现有土壤供氮水平条件下小麦-玉米轮作体系对氮肥环境承受力的分析 69
3.3.1 氮肥环境承受力 69
3.3.2 氮肥的后续农学和环境效应 72
3.4 土壤剖面累积硝态氮的产生、移动及生物有效性 73
3.4.1 累积硝态氮的产生 73
3.4.2 土壤剖面累积硝态氮的移动与淋洗 77
3.4.3 土壤剖面不同部位累积硝态氮的作物有效性 79
3.5 华北平原大气氮素沉降和灌溉水带入的氮在农田氮素平衡中的贡献 84
3.5.1 华北平原大气湿沉降带入的氮素及其时空变异 84
3.5.2 华北平原大气干沉降带入的氮素及其时空变异 87
3.5.3 华北平原大气沉降带入的氮素总量及其植物有效性 94
3.5.4 华北平原灌溉水带入的氮素 99
3.5.5 华北平原干湿沉降和灌溉水带入的氮在农田氮素平衡中的贡献 99
3.6 协调生产与环境目标的氮素管理技术途径 100
参考文献 101
第4章 水稻高效利用氮素的生理机制 107
4.1 引言 107
4.1.1 我国水稻生产状况 107
4.1.2 我国水稻氮肥施用的问题 112
4.2 水稻氮素吸收累积特征与氮素利用 113
4.2.1 水稻氮高效基因型的筛选 113
4.2.2 水稻一生的氮素需求特征 117
4.3 水稻根系氮素高效吸收特征 119
4.3.1 水稻氮素高效吸收与水稻根系生物学特性 119
4.3.2 水稻对铵态氮、硝态氮的吸收特征 123
4.4 水稻氮素高效利用特征 128
4.4.1 水稻氮素同化酶与氮素高效利用的关系 128
4.4.2 水稻中后期植株体内氨挥发特征及其与水稻氮素同化酶活性的关系 132
4.5 水稻增硝营养机制 135
4.5.1 水稻硝态氮营养的生态意义 135
4.5.2 水稻根际硝化特征 136
4.5.3 利用数学模型研究水稻根际土壤硝化特征 139
4.5.4 水稻增硝营养的生理与分子机制 141
4.5.5 水稻增硝作用与水稻氮素高效利用的关系 144
参考文献 145
第5章 水稻氮高效的遗传基础 153
5.1 水稻氮高效品种的筛选 153
5.1.1 氮高效水稻品种的大田筛选 153
5.1.2 苗期不同氮效率品种实验室水培筛选 170
5.2 水稻苗期高效吸氮的分子生理学基础 177
5.2.1 不同氮效率品种苗期吸氮效率差异的生理基础 177
5.2.2 水稻苗期编码铵态氮吸收代谢基因家族表达特征的定量分析 181
5.3 增硝营养对水稻根系生长和铵吸收的影响及其分子基础 189
5.3.1 增硝营养对水稻根系生长的影响 190
5.3.2 不同铵硝比营养对水稻氮相关基因表达的影响 193
5.3.3 水稻“硝促铵吸收”分子基础初探 194
5.4 氮高效的分子生物学调控 196
参考文献 198
第6章 小麦高效利用氮素的生理与遗传机制 204
6.1 小麦品种间氮素吸收和利用效率差异 204
6.1.1 氮效率的定义 204
6.1.2 小麦品种间氮素吸收、利用效率的差异 205
6.2 氮素吸收、利用效率与产量性状的相关性 207
6.3 栽培不同氮效率小麦品种后土壤硝态氮残留的差异 208
6.4 小麦高效吸收氮素的生理机制 211
6.4.1 小麦品种（系）间根系发育的差异 211
6.4.2 根系发育与吸氮量的相关分析 214
6.4.3 吸收动力学与氮素吸收的关系 215
6.5 影响利用效率的因素分析 216
6.6 调控小麦吸氮量及其相关性状的QTL定位 216
6.6.1 “旱选10号×鲁麦14”DH群体的QTL定位 216
6.6.2 “小偃54×京411”RIL群体的QTL定位 225
6.7 调控小麦氮素利用效率（Gute）及其相关性状的QTL定位 228
参考文献 232
第7章 玉米高效利用氮素的生理与遗传机制 234
7.1 玉米对氮素的吸收利用规律 234
7.1.1 生长后期吸氮对氮素吸收的影响 234
7.1.2 地上部库容对氮素吸收的影响 235
7.2 玉米的氮效率及其基因型差异 236
7.2.1 玉米的氮效率 236
7.2.2 玉米氮效率的基因型差异 237
7.3 玉米高效利用氮素的生理机制 238
7.3.1 氮的吸收速率 238
7.3.2 氮素对玉米根生长发育的调节 240
7.3.3 氮素的利用效率 243
7.3.4 玉米体内的氮素循环 245
7.3.5 氮高效品种的生物学特征 247
7.4 玉米高效利用氮素的遗传机制 248
7.4.1 玉米氮效率和根系性状的配合力及杂种优势分析 248
7.4.2 氮胁迫条件下玉米根系相关基因的QTL定位 253
7.5 问题与展望 258
7.5.1 高产品种、氮高效品种及氮高效品种的筛选指标 258
7.5.2 氮高效基因与氮高效分子育种 259
参考文献 260
第8章 水稻-小麦轮作系统中优化施氮及提高氮肥利用率的原理与方法 264
8.1 水稻-小麦轮作系统中作物的需氮特征 264
8.2 水稻-小麦轮作系统中氮肥的损失与对策 267
8.2.1 水稻季氮肥的损失与控制对策 267
8.2.2 小麦季氮肥的损失与控制对策 271
8.3 水稻-小麦轮作系统中水稻季氮肥的农学效应、经济效应与环境效应 275
8.3.1 水稻-小麦轮作下水稻季土壤供氮量和氮肥用量 275
8.3.2 水稻-小麦轮作下水稻的氮肥增产效果及氮肥表观利用率 276
8.3.3 水稻季15N试验中氮素的去向与平衡 279
8.3.4 水稻季氮肥用量与环境 280
8.3.5 水稻高产与环境保护相协调的区域氮肥总量控制 281
8.3.6 结论 285
8.4 GIS技术在区域性水稻-小麦轮作系统优化施氮中的应用 285
8.4.1 试验区概况 286
8.4.2 区域水稻-小麦轮作系统土壤氮素及相关特性空间预测 286
8.4.3 区域水稻-小麦轮作系统优化施氮量的空间预测 288
8.4.4 区域水稻-小麦轮作系统优化施氮量的效益评估 291
8.5 创新点 294
参考文献 294
第9章 小麦-玉米轮作系统中优化施氮和提高氮肥利用率的原理和方法 296
9.1 小麦-玉米轮作系统氮肥管理的问题分析 296
9.1.1 华北平原小麦-玉米轮作系统的施肥现状 296
9.1.2 华北平原小麦-玉米轮作系统氮肥利用率和环境效应 297
9.1.3 华北平原小麦-玉米轮作体系氮素循环与氮素平衡 299
9.2 农田尺度上小麦-玉米轮作系统优化施氮和提高氮肥利用率的原理和方法 307
9.2.1 “以根层养分调控为核心”的氮素实时监控技术原理 307
9.2.2 “以根层养分调控为核心”的氮素实时监控技术的建立 307
9.2.3 “以根层养分调控为核心”的氮素实时监控技术的定位试验验证与应用 308
9.2.4 进一步提高氮肥效率的途径 312
9.3 小麦-玉米轮作系统的区域氮肥管理 314
9.3.1 小麦-玉米轮作系统氮肥施用的区域总量控制 314
9.3.2 基于GIS技术的区域氮肥管理 318
9.4 进一步提高小麦-玉米轮作系统的生产力和氮效率 327
9.4.1 高产和氮高效基因型小麦和玉米品种的农学与环境效应 327
9.4.2 同步提高作物产量与氮效率 331
参考文献 333
第10章 水稻-小麦轮作系统中的氮素循环模拟研究 339
10.1 理论基础 339
10.2 模型开发 353
10.2.1 基本结构 353
10.2.2 模型的输入输出界面 354
10.2.3 模型参数 354
10.3 模型验证 360
10.3.1 氨挥发 360
10.3.2 NO-3-N渗漏 362
10.3.3 N2O的排放 363
10.3.4 作物地上部分吸氮量 363
10.3.5 生物量与作物产量 365
10.4 模型应用与评价 367
10.4.1 土壤氮素平衡 367
10.4.2 产量效益评价 368
10.4.3 经济效益评价 368
10.4.4 环境效益评价 369
参考文献 371
第11章 小麦-玉米轮作体系中的氮素循环模拟研究 374
11.1 土壤-作物系统中氮素模型研究现状综述 374
11.2 作物生长与土壤水氮运移联合模型的建立 379
11.2.1 联合模型总体框架 380
11.2.2 土壤水热氮运移模块 380
11.2.3 作物生长发育模块 382
11.2.4 作物生长与土壤水热氮运移的耦合 386
11.3 联合模型在小麦-玉米轮作体系中的应用 387
11.3.1 田间试验 387
11.3.2 模型参数 388
11.3.3 模型验证 390
11.3.4 模型应用 394
11.3.5 结论 396
参考文献 397