Published June 27, 2022
| Version v1
Publication
Open
Temperature-Driven Developmental Modulation of Yield Response to Nitrogen in Wheat and Maize
Creators
- 1. University of Adelaide
- 2. South Australian Research and Development Institute
- 3. Kansas State University
- 4. Universidad Nacional de Entre Ríos
- 5. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 6. University of Minnesota
Description
Nitrogen management is central to the economic and environmental dimensions of agricultural sustainability. Yield response to nitrogen fertilisation results from multiple interacting factors. Theoretical frameworks are lagging for the interaction between nitrogen and air temperature, the focus of this study. We analyse the relation between yield response to nitrogen fertiliser and air temperature in the critical period of yield formation for spring wheat in Australia, winter wheat in the US, and maize in both the US and Argentina. Our framework assumes (i) yield response to nitrogen fertiliser is primarily related to grain number per m 2 , (ii) grain number is a function of three traits: the duration of the critical period, growth rate during the critical period, and reproductive allocation, and (iii) all three traits vary non-linearly with temperature. We show that "high" nitrogen supply may be positive, neutral, or negative for yield under "high" temperature, depending on the part of the response curve captured experimentally. The relationship between yield response to nitrogen and mean temperature in the critical period was strong in wheat and weak in maize. Negative associations for both spring wheat in Australia and winter wheat with low initial soil nitrogen (< 20 kg N ha -1 ) in the US highlight the dominant influence of a shorter critical period with higher temperature; with high initial soil nitrogen (> 120 kg N ha -1 ) that favoured grain number and compromised grain fill, the relation between yield response to nitrogen and temperature was positive for winter wheat. The framework is particularly insightful where data did not match predictions; a non-linear function integrating development, carbon assimilation and reproductive partitioning bounded the pooled data for maize in the US and Argentina, where water regime, previous crop, and soil nitrogen overrode the effect of temperature on yield response to nitrogen fertilisation.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تعد إدارة النيتروجين أمرًا أساسيًا للأبعاد الاقتصادية والبيئية للاستدامة الزراعية. تنتج استجابة الخضوع للتخصيب النيتروجيني عن عوامل متفاعلة متعددة. الأطر النظرية متخلفة عن التفاعل بين النيتروجين ودرجة حرارة الهواء، وهو محور هذه الدراسة. نحلل العلاقة بين استجابة المحصول للأسمدة النيتروجينية ودرجة حرارة الهواء في الفترة الحرجة لتكوين المحصول للقمح الربيعي في أستراليا، والقمح الشتوي في الولايات المتحدة، والذرة في كل من الولايات المتحدة والأرجنتين. يفترض إطارنا (1) أن استجابة الغلة للأسمدة النيتروجينية ترتبط في المقام الأول بعدد الحبوب لكل م 2 ، (2) عدد الحبوب هو دالة لثلاث سمات: مدة الفترة الحرجة، ومعدل النمو خلال الفترة الحرجة، والتخصيص التكاثري، و (3) تختلف جميع السمات الثلاث بشكل غير خطي مع درجة الحرارة. نظهر أن إمدادات النيتروجين "العالية" قد تكون موجبة أو محايدة أو سلبية للغلة تحت درجة حرارة "عالية"، اعتمادًا على جزء منحنى الاستجابة الذي تم التقاطه تجريبيًا. كانت العلاقة بين استجابة المحصول للنيتروجين ومتوسط درجة الحرارة في الفترة الحرجة قوية في القمح وضعيفة في الذرة. تسلط الارتباطات السلبية لكل من القمح الربيعي في أستراليا والقمح الشتوي مع انخفاض النيتروجين الأولي للتربة (< 20 كجم N ha -1 ) في الولايات المتحدة الضوء على التأثير السائد لفترة حرجة أقصر مع ارتفاع درجة الحرارة ؛ مع ارتفاع النيتروجين الأولي للتربة (> 120 كجم N ha -1 ) الذي يفضل عدد الحبوب وحشو الحبوب المعرض للخطر، كانت العلاقة بين استجابة المحصول للنيتروجين ودرجة الحرارة إيجابية للقمح الشتوي. يكون الإطار ثاقبًا بشكل خاص حيث لا تتطابق البيانات مع التوقعات ؛ فقد حدت وظيفة غير خطية تدمج التنمية واستيعاب الكربون والتقسيم التكاثري من البيانات المجمعة للذرة في الولايات المتحدة والأرجنتين، حيث تجاوز نظام المياه والمحاصيل السابقة ونيتروجين التربة تأثير درجة الحرارة على استجابة الغلة لتخصيب النيتروجين.Translated Description (French)
La gestion de l'azote est au cœur des dimensions économiques et environnementales de la durabilité agricole. La réponse du rendement à la fertilisation azotée résulte de multiples facteurs d'interaction. Les cadres théoriques sont à la traîne pour l'interaction entre l'azote et la température de l'air, l'objectif de cette étude. Nous analysons la relation entre la réponse du rendement aux engrais azotés et la température de l'air dans la période critique de formation du rendement pour le blé de printemps en Australie, le blé d'hiver aux États-Unis et le maïs aux États-Unis et en Argentine. Notre cadre suppose (i) que la réponse du rendement à l'engrais azoté est principalement liée au nombre de grains par m 2 , (ii) que le nombre de grains est fonction de trois traits : la durée de la période critique, le taux de croissance pendant la période critique et l'allocation reproductive, et (iii) que les trois traits varient de manière non linéaire avec la température. Nous montrons que l'alimentation en azote « élevée » peut être positive, neutre ou négative pour le rendement à une température « élevée », en fonction de la partie de la courbe de réponse capturée expérimentalement. La relation entre la réponse du rendement à l'azote et la température moyenne au cours de la période critique était forte chez le blé et faible chez le maïs. Les associations négatives pour le blé de printemps en Australie et le blé d'hiver avec un faible azote initial du sol (< 20 kg N ha -1 ) aux États-Unis mettent en évidence l'influence dominante d'une période critique plus courte avec une température plus élevée ; avec un azote initial du sol élevé (> 120 kg N ha -1 ) qui favorisait le nombre de grains et compromettait le remplissage des grains, la relation entre la réponse du rendement à l'azote et la température était positive pour le blé d'hiver. Le cadre est particulièrement perspicace lorsque les données ne correspondaient pas aux prévisions ; une fonction non linéaire intégrant le développement, l'assimilation du carbone et le partitionnement reproductif a limité les données regroupées pour le maïs aux États-Unis et en Argentine, où le régime hydrique, les cultures précédentes et l'azote du sol ont supplanté l'effet de la température sur la réponse du rendement à la fertilisation par l'azote.Translated Description (Spanish)
La gestión del nitrógeno es fundamental para las dimensiones económica y ambiental de la sostenibilidad agrícola. La respuesta de rendimiento a la fertilización con nitrógeno es el resultado de múltiples factores que interactúan. Los marcos teóricos están rezagados para la interacción entre el nitrógeno y la temperatura del aire, el foco de este estudio. Analizamos la relación entre la respuesta del rendimiento al fertilizante nitrogenado y la temperatura del aire en el período crítico de formación de rendimiento para el trigo de primavera en Australia, el trigo de invierno en EE. UU. y el maíz tanto en EE. UU. como en Argentina. Nuestro marco asume que (i) la respuesta del rendimiento al fertilizante nitrogenado está relacionada principalmente con el número de granos por m 2 , (ii) el número de granos es una función de tres rasgos: la duración del período crítico, la tasa de crecimiento durante el período crítico y la asignación reproductiva, y (iii) los tres rasgos varían de manera no lineal con la temperatura. Mostramos que el suministro de nitrógeno "alto" puede ser positivo, neutro o negativo para el rendimiento a temperatura "alta", dependiendo de la parte de la curva de respuesta capturada experimentalmente. La relación entre la respuesta del rendimiento al nitrógeno y la temperatura media en el periodo crítico fue fuerte en el trigo y débil en el maíz. Las asociaciones negativas tanto para el trigo de primavera en Australia como para el trigo de invierno con bajo nitrógeno inicial en el suelo (< 20 kg N ha -1 ) en los EE. UU. resaltan la influencia dominante de un período crítico más corto con una temperatura más alta; con un alto nitrógeno inicial en el suelo (> 120 kg N ha -1 ) que favoreció el número de granos y comprometió el relleno de granos, la relación entre la respuesta del rendimiento al nitrógeno y la temperatura fue positiva para el trigo de invierno. El marco es particularmente perspicaz cuando los datos no coinciden con las predicciones; una función no lineal que integra el desarrollo, la asimilación de carbono y la partición reproductiva delimitó los datos agrupados para el maíz en los EE. UU. y Argentina, donde el régimen hídrico, el cultivo anterior y el nitrógeno del suelo anularon el efecto de la temperatura en la respuesta del rendimiento a la fertilización con nitrógeno.Files
pdf.pdf
Files
(4.3 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:1e5fe9d06ad225f5f2b95e1d31221e03
|
4.3 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التعديل التنموي المدفوع بالحرارة لاستجابة الغلة للنيتروجين في القمح والذرة
- Translated title (French)
- Modulation du développement induite par la température de la réponse du rendement à l'azote dans le blé et le maïs
- Translated title (Spanish)
- Modulación del desarrollo impulsada por la temperatura de la respuesta del rendimiento al nitrógeno en trigo y maíz
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4283593720
- DOI
- 10.3389/fagro.2022.903340
References
- https://openalex.org/W141624331
- https://openalex.org/W1467834579
- https://openalex.org/W1514373375
- https://openalex.org/W1885714018
- https://openalex.org/W1902852050
- https://openalex.org/W1970016201
- https://openalex.org/W1972293698
- https://openalex.org/W1973673289
- https://openalex.org/W1988201270
- https://openalex.org/W1988249529
- https://openalex.org/W1992113695
- https://openalex.org/W2002438511
- https://openalex.org/W2010833274
- https://openalex.org/W2011530217
- https://openalex.org/W2012327591
- https://openalex.org/W2012420936
- https://openalex.org/W2013617782
- https://openalex.org/W2014671741
- https://openalex.org/W2041719489
- https://openalex.org/W2043706635
- https://openalex.org/W2044135479
- https://openalex.org/W2045444669
- https://openalex.org/W2046551756
- https://openalex.org/W2051245219
- https://openalex.org/W2058005229
- https://openalex.org/W2068719817
- https://openalex.org/W2070062562
- https://openalex.org/W2073429669
- https://openalex.org/W2084221777
- https://openalex.org/W2094539150
- https://openalex.org/W2095010315
- https://openalex.org/W2096177234
- https://openalex.org/W2104218224
- https://openalex.org/W2115537237
- https://openalex.org/W2118476033
- https://openalex.org/W2118960876
- https://openalex.org/W2119829419
- https://openalex.org/W2122627826
- https://openalex.org/W2135780557
- https://openalex.org/W2145041915
- https://openalex.org/W2155457866
- https://openalex.org/W2162187970
- https://openalex.org/W2162205564
- https://openalex.org/W2168478070
- https://openalex.org/W2206897960
- https://openalex.org/W2312537512
- https://openalex.org/W2334988231
- https://openalex.org/W2342121973
- https://openalex.org/W2472477141
- https://openalex.org/W2489539568
- https://openalex.org/W2499569610
- https://openalex.org/W2568026663
- https://openalex.org/W2570322538
- https://openalex.org/W2735628719
- https://openalex.org/W2747077707
- https://openalex.org/W2747499175
- https://openalex.org/W2791587625
- https://openalex.org/W2795435471
- https://openalex.org/W2857321922
- https://openalex.org/W2883582057
- https://openalex.org/W2887745829
- https://openalex.org/W2897239638
- https://openalex.org/W2900431753
- https://openalex.org/W2906171105
- https://openalex.org/W2916392116
- https://openalex.org/W2922388986
- https://openalex.org/W2931610124
- https://openalex.org/W2953433516
- https://openalex.org/W2970310341
- https://openalex.org/W2999210387
- https://openalex.org/W3000193019
- https://openalex.org/W3005982746
- https://openalex.org/W3040974142
- https://openalex.org/W3046670177
- https://openalex.org/W3082570636
- https://openalex.org/W3089874811
- https://openalex.org/W3090328780
- https://openalex.org/W3095660270
- https://openalex.org/W3107926012
- https://openalex.org/W3108628694
- https://openalex.org/W3114809837
- https://openalex.org/W3120725509
- https://openalex.org/W3120982292
- https://openalex.org/W3121097908
- https://openalex.org/W3124742858
- https://openalex.org/W3136754170
- https://openalex.org/W3137447093
- https://openalex.org/W3153796798
- https://openalex.org/W3175737576
- https://openalex.org/W3178200897
- https://openalex.org/W3196619034
- https://openalex.org/W3197085383
- https://openalex.org/W3201571172
- https://openalex.org/W3201582634
- https://openalex.org/W3210444381
- https://openalex.org/W341488415
- https://openalex.org/W4200120286
- https://openalex.org/W4213426045
- https://openalex.org/W4226253971
- https://openalex.org/W4229810954
- https://openalex.org/W4251053082
- https://openalex.org/W4252920060
- https://openalex.org/W4299541734