甜瓜主茎叶不同叶位SPAD值空间分布与氮素营养诊断

在设施栽培条件下,研究甜瓜关键生育期不同叶位SPAD值的变异特征及与叶片、植株氮素含量的相关性,探索提出基于SPAD仪诊断氮素营养最佳的测定叶位。结果表明,在各施氮水平下,不同叶位间叶片SPAD值存在一定差异,各叶位叶片SPAD值随施氮量的增加而增加。在适宜施氮(N 210 kg/hm~2)水平下,各生育期顶3叶和顶4叶SPAD值变异系数显著低于顶1叶和顶2叶,不同叶位叶片SPAD值与叶片、植株含氮量有较好的相关性,其中顶3叶与叶片、植株含氮量相关性最高。因此,用叶绿素SPAD仪诊断甜瓜氮素营养,顶3叶为较理想的指示叶或参照叶。     

玉米不同层位叶片生理生化指标与SPAD值的关系

  【目的】  研究不同层位玉米叶片氮素指标的变化，确定在不同生育时期进行营养诊断的最佳叶片，以便能够及时、准确地进行氮素营养光谱诊断，实现玉米高产和肥料高效益。  【方法】  设置两年 (2017和2018) 的盆栽试验，共设6个施氮水平，分别在玉米的关键生育时期 (拔节期、大喇叭口期、开花吐丝期和灌浆期) 按叶片层位取样，分析叶片生理生化指标 (叶片氮含量、叶绿素含量、可溶性蛋白质含量、可溶性糖含量、叶片厚度和净光合速率) 的变化及其与SPAD值的关系，确定利用SPAD值对叶片氮含量进行估算的最佳叶片。  【结果】  1) 叶片氮含量、叶绿素含量、可溶性蛋白质含量、叶片厚度及净光合速率随着氮肥增施呈现先增加后平稳的趋势，与叶片SPAD值呈正相关关系；可溶性糖含量随着氮肥增施呈先减少后平稳的趋势，与SPAD值呈负相关关系。2) 叶片氮含量、叶绿素含量、可溶性蛋白质含量、叶片厚度、净光合速率及SPAD值垂直分布上均表现为上层叶片>下层叶片；可溶性糖含量表现为下层叶片>上层叶片。3) SPAD值与叶片氮含量之间建立的线性回归模型均达极显著水平，拔节期和灌浆期的上层叶片、大喇叭口期和开花吐丝期的中层叶片氮含量与SPAD值回归决定系数 (R2) 较高，分别为0.768、0.865、0.893、0.924。  【结论】  生育期、氮水平和叶片层位显著影响玉米叶片中与氮素营养相关的生理生化指标，呈现一定的空间异质性，在玉米拔节期和灌浆期利用SPAD值进行叶片氮含量营养诊断时应考虑测定上层叶片 (顶两片、三片完全展开叶)，而在大喇叭口期和开花吐丝期应测定中层叶片 (中两片完全展开叶、穗位叶及以下两片叶)。     

小麦叶片SPAD空间分布及其与氮素营养状况的关系

利用2个小麦品种在3个施氮水平下的田间试验数据,研究了小麦叶片氮素状况和SPAD（Soil and Plant Analyzer Development）值随叶位的空间分布特征,并对不同叶位叶片的氮素状况、SPAD值之间及其与叶片平均氮素状况之间的相关性进行分析。结果表明,随施氮量的增加,顶1叶、顶2叶、顶3叶、顶4叶的氮含量和氮积累量都呈增加趋势,并且基本呈顶1〉顶2〉顶3〉顶4的顺序;各叶位SPAD值呈两段式变化规律,开花前顶2叶SPAD值最大,开花后呈顶1〉顶2〉顶3〉顶4的趋势。顶3叶与顶2叶的SPAD值分别与叶片平均氮含量和氮积累量的相关关系最密切。     

两个玉米品种灌浆期叶片氮转移效率差异的分子机制

【目的】 提高玉米氮效率是实现农业高产高效的重要措施,而花后叶片的衰老和玉米的氮效率密切相关。为此,在田间条件下研究了叶片衰老过程与氮转移效率的关系,尤其是不同玉米品种氮转移效率差异的分子机制。 【方法】 田间试验选择中度绿熟玉米品种先玉335 (XY335) 和持绿玉米品种NE9为供试作物,设施N 45,120和240 kg/hm2三个水平。测定了玉米吐丝期以及吐丝后7 d、14 d、21 d、28 d、35 d、42 d和成熟期茎、叶、籽粒氮含量和花后绿叶面积,吐丝期及吐丝后14 d、28 d、42 d和成熟期叶片氮浓度,以及吐丝期和灌浆期叶片中SPAD、可溶性蛋白浓度、游离氨基酸浓度和ZmSee2β (玉米叶片中协同衰老的蛋白酶–豆荚蛋白的基因) 基因表达的变化,计算了叶片氮转移效率。 【结果】 品种XY335具有比品种NE9更高的产量,随施氮量的增加品种XY335的籽粒产量较品种NE9增加更加显著。虽然两个品种的收获指数没有差异,但是品种XY335的氮素收获指数高于品种NE9,并且品种XY335营养器官的氮转移效率高于品种NE9,整体高8.28个百分点 (P < 0.05)。品种XY335叶片氮转移效率比品种NE9高出12.89个百分点,而二者茎的氮转移效率没有差异。品种XY335花后叶片中氮浓度开始降低的时间早于品种NE9,在低氮条件下尤为明显。成熟期时,三个氮水平处理下品种XY335叶片中的氮含量均低于品种NE9。从吐丝期到灌浆期,品种XY335叶片中可溶性蛋白的降解率高于品种NE9,其中N45处理下高16.5个百分点,N120处理下高6.2个百分点。从吐丝期到灌浆期叶片中游离氨基酸的浓度不断增加,而品种XY335叶片中的增加幅度大于品种NE9。从吐丝期到灌浆期叶片中 ZmSee2β基因表达量增加,而随施氮量减少品种XY335叶片中表达量高于品种NE9,表明品种XY335叶片中蛋白降解得更加迅速。 【结论】 相对于绿熟品种NE9,品种XY335具有籽粒产量高和籽粒氮素积累强的特点。这不仅由于吐丝后品种XY335具有较强的氮素吸收能力,而且因为品种XY335有更高的叶片氮转移效率。品种XY335叶片氮转移效率高可能是因为控制蛋白质降解的ZmSee2β基因表达能力强,提高了叶片中蛋白质的降解速度。      

考虑植株氮垂直分布的夏玉米营养诊断敏感位点筛选

探明夏玉米氮素营养生化指标(叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、叶片氮含量和叶片氮积累量)与叶片SPAD值垂直分布特征及两者间定量回归关系,确立基于叶绿素仪的夏玉米氮营养无损诊断敏感叶位和叶片部位,以实现氮营养时空变化的快捷和精准监测。利用2018-2019年连续2季不同氮营养水平下夏玉米关键生育期主茎各叶位(顶1叶~顶12叶,TL1~TL12)和叶片部位(每张叶片从叶片基部开始根据叶片长度每20%分为1个测试区间) SPAD值及氮营养指标数据,研究基于偏最小二乘(partial least square, PLS)回归模型的夏玉米不同位点SPAD值与氮营养指标间关系,确定可稳定指示夏玉米氮营养空间异质性变化的敏感叶位及叶片部位。结果表明,不同叶位间夏玉米叶片SPAD值和氮营养指标于植株间分布均呈典型的"钟型"特征,至TL5或TL6时达至峰值。同一叶位不同部位间SPAD值由20%至100%位点时则逐步升高,且80%~100%位点间无显著差异(P>0.05)。PLS分析结果显示,夏玉米不同叶位SPAD值与氮营养指标间模型精度决定系数(coefficient of determination, R2)和相对分析误差(relative percent deviation,RPD)范围分别为0.693~0.821和1.425~2.744。不同测试位点R2和RPD值范围则分别为0.660~0.847和1.607~2.451,满足模型精确诊断需求。此后,基于PLS模型中各叶位和叶片部位无量纲评价指标变量重要性投影值(variable importance for projection,VIP),确定顶4叶(TL4)完展叶60%~80%区间为夏玉米氮营养诊断的敏感区域,VIP值均高于临界值1.40,预测效果较为理想。研究可为实现氮营养的高效、快捷诊断和精准施氮提供参考。     

相对SPAD值用于不同品种夏玉米氮肥管理的研究

采用田间试验研究了不同氮肥处理、不同玉米品种及关键生育期间的SPAD值差异和基于相对SPAD阈值的氮肥管理对氮肥用量、子粒产量、氮肥利用率和土壤氮素变化的影响。结果表明,两品种玉米各关键生育期的SPAD值开始随施氮量的增加而显著增加,施氮量超过N 210 kg /hm2后不再显著增加;郑单958和冀农一号大喇叭口期的相对SPAD值与产量的关系符合线性加平台模型,其平台相对SPAD值分别为0.976和0.981;两玉米品种和不同生育期间的绝对SPAD值差异显著,利用相对SPAD值可消除品种和生育期间的SPAD值差异。玉米关键生育期追肥量和总施氮量均随预设相对SPAD阈值的增加而增加,基于相对SPAD阈值的氮肥管理能在保持高产的同时较农民习惯施肥显著降低氮肥用量、田间氮素表观损失和收获后土壤无机氮残留、提高氮肥利用率;本试验条件下,保持玉米高产高效的适宜相对SPAD阈值为0.95～0.98,此阈值管理下,郑单958和冀农一号的产量较农民习惯施肥没有降低,而氮肥用量降低了42%,氮肥回收利用率和农学效率分别增加了18.6、20.0个百分点和6.0、6.5 kg/kg。     

玉米叶片SPAD值、全氮及硝态氮含量的品种间变异

研究比较两种土壤肥力条件下,4个春玉米品种在喇叭口期至成熟期间叶片SPAD值、全氮及硝态氮含量的变异程度、及其与氮素积累和产量形成的关系,以期为不同品种植株的氮素营养测试指标的优化提供依据。结果表明,叶片SPAD值与产量、吸氮量及生物量呈显著相关,该值主要受氮肥水平影响,并因土壤肥力而变异。从喇叭口期至灌浆期间平均变异幅度为17.7%,但品种间变异很小,平均仅为4.3%。说明利用SPAD值诊断玉米氮素营养时,其诊断指标不需要因品种而调整,但需要因不同肥力而调整。在新立城低肥力条件下,喇叭口期(V12)和抽雄期(VT)的SPAD临界值指标分别为46.1和57.8;在德惠高肥力条件下,两个时期的SPAD值临界值较为接近,分别为59.9和60.3。植株叶片硝态氮含量在土壤肥力间及品种间变异均较大,变异幅度分别为43.1%和29.3%,且与产量、吸氮量及生物量的相关性均较差,不适于在大面积范围内单独作为玉米氮素营养状况的评价指标。     

不同施氮量及基追比例对玉米冠层生理性状和产量的影响

以加拿大魁北克地区推广的玉米品种Pioneer 38B84为材料,研究不同施氮量和基追比例对玉米最上一片全展开叶SPAD值、Dualex值、净光合速率(PN)、叶面积指数(LAI)、地上部生物量、冠层叶绿素密度(SPAD×LAI)、冠层光合能力(PN×LAI)以及产量的影响。试验设5个处理:N0(基0+追0)、N20+93(基20 kg/hm2+追93 kg/hm2)、N45+68(基45 kg/hm2+追68 kg/hm2)、N113(基113 kg/hm2+追0)和SAT225[基225(播种时施氮45 kg/hm2,播种后10 d再沟施180 kg/hm2)+追0],完全随机区组设计,重复4次,基本苗为79000株/hm2。结果表明,追肥前,叶片SPAD值、PN、LAI、地上部生物量、SPAD×LAI及PN×LAI均随基肥氮量的增加而增加,Dualex值则降低。同等施氮量下,基肥配合追肥显著提高叶片SPAD值,而追肥对叶片Dualex值和PN无显著影响。虽然基肥配合追肥处理的LAI、地上部生物量、SPAD×LAI、PN×LAI在追肥后均显著低于氮肥一次性基施,但显著提高了玉米产量。基施氮肥20 kg/hm2与45 kg/hm2处理之间玉米产量无差异,但前者过早地表现出缺氮。总施氮量为113 kg/hm2时,其SPAD值、Dualex值、PN、LAI、地上部生物量、SPAD×LAI以及PN×LAI等指标在出苗后256~0 d与SAT225处理差异不显著,但产量却显著低于SAT225处理。本试验条件下,基肥量45 kg/hm2能较好地满足玉米前期生长,但总施氮量113 kg/hm2不能满足玉米全生育期的需求,需要进一步地评估适宜的施氮量。同等施氮量下,基肥配合追肥显著提高玉米产量;SPAD值和Dualex值均与玉米植株氮含量显著相关,SPAD和Dualex可以作为实时快速指导玉米追肥的有效工具。     

夏玉米冠层叶片表观自由空间的差异研究

叶片自由空间在环境与冠层养分交换间具有重要作用,是目前植物营养学研究的重要领域之一。通过盆栽试验,以不同株型夏玉米为试材,研究了不同施氮水平（N 0、0.15和0.30 g /kg）下玉米冠层叶片表观自由空间（AFS）的差异。结果表明,不同生育期叶片AFS差异极显著（P0.01）,表现为随生育期推进,叶片AFS、生物量和全氮含量均逐渐降低;除成熟期,其它各生育期品种与施氮水平对叶片AFS的影响均存在显著的交互作用。施氮对叶片生物量的影响不显著,但施氮后叶片全氮含量显著增加。不同施氮水平下,植株冠层叶片AFS也存在显著差异,中量施氮处理（即N 0.15 g /kg）植株叶片AFS值（9.49 %）明显高于与不施氮处理（9.03 %）,但随施氮量进一步增加,叶片AFS下降,施氮量为N 0.30 g /kg时,叶片AFS为8.62 %;不同施氮水平各生育期不同叶层间叶片AFS、生物量和全氮含量差异显著（P0.05）。不同品种间叶片全氮含量和AFS存在显著差异（P0.05）,以紧凑型品种陕单902叶片AFS最大,平均为9.24 %,显著高于其它品种;中间型品种农大108与平展型品种陕单9号间差异不显著,二者平均分别为9.06 %和8.85 %;不同株型品种各生育期不同叶层间叶片全氮含量和AFS缺乏规律性。相关分析表明,叶片全氮与叶片AFS存在极显著正相关（R=0.9481）,说明植物冠层叶片AFS大小除受遗传特性影响外,植物体和介质氮素营养水平不同,AFS也存在差异,且这些差异随生育期变化而不同。     

复合调节剂拌种对玉米叶片衰老过程中激素含量和膜脂过氧化的影响

以玉米早衰型品种豫单2002和晚衰型品种郑单958为试验材料,研究玉米叶片衰老过程中内源激素、活性氧与膜脂抗氧化的变化及复合调节剂的调控效应。结果表明,郑单958各个叶位叶片中过氧化氢(H2O2)、丙二醛(MDA)和脱落酸(ABA)含量明显低于豫单2002(P0.05),而郑单958叶片过氧化氢酶(CAT)、玉米素(ZR)和赤霉素(GA3)含量明显高于豫单2002(P0.05)。但是,自主研发的植物生长复合调节剂拌种能降低各叶位叶片H2O2、MDA和ABA累积量,叶片中CAT、ZR和GA3含量显著增加(P0.05),以有效地防止活性氧对质膜的伤害,延长叶片功能期。     

Systematic Measurement Methods for the Determination of the SPAD Values of Maize (Zea mays L.) Canopy and Potato (Solanum tuberosum L.)

Based on Soil Plant Analysis Development (SPAD) values, nitrogen (N) deficiency, nutrient need, and the effect of fertilizer treatments on crop conditions can be quickly estimated, but the method of SPAD measurement significantly affects the accuracy of estimation. In field experiments near Debrecen, Hungary, we measured the reliability and accuracy of SPAD measurements in maize and potato populations using a Minolta SPAD-502 meter (Minolta, Tokyo, Japan). The aim of our study was to determine which SPAD measurement methods are capable of detecting small differences in the SPAD values. During the examination of maize ear leaves, we determined the distribution of SPAD values along the leaf blade and then identified single- and multipoint measurement methods. By comparing the results of the measurement methods we established that the single-point-based measurements are less suitable for the determination of the average SPAD value of the leaf blade than the multipoint-based measurements. Also, we showed that the increase in the number of measurement points does not influence the accuracy of the measurement in the case of systematic measurement methods based on the distribution of SPAD values. Thus we recommend five-point measurements to obtain the average SPAD values of the ear leaves: the tip of the leaf blade and at one quarter and one half of the leaf blade from the base on both the right and left sides. From the measurements conducted in potato, we showed that the SPAD values change at every foliar level and that the measurements carried out on the middle foliar level provide the closest correlation with the average SPAD values of the leaf canopy. Based on these results, we recommend making measurements at different foliar levels or on the middle foliar level to determine the average SPAD value of the potato leaf canopy.     

INTER-RELATIONSHIPS OF APPLIED NITROGEN,SPAD, AND YIELD OF LEAFY AND NON-LEAFY MAIZE GENOTYPES

The SPAD chlorophyll meter was found to be a reliable, quick, and non-destructive tool used for directly measuring leaf chlorophyll and indirectly assessing the proportional parameter of leaf, and by extension, plant nitrogen (N) status. The meter has been used successfully to assess leaf N in conventional maize crops, but it has not been used with new maize (Zea mays L.) genotypes containing leafy (L) and reduced stature (RS) traits. SPAD meter readings were collected on the uppermost fully developed leaves (before silking) and on the ear leaf (after silking) of field grown maize genotypes with and without the L and RS traits. The experiment was conducted during 1996 and 1997 at two sites in Eastern Canada (Ottawa and Montreal). At each site in each year, a split plot arrangement of two treatment factors was used in a randomized complete block design with four blocks. The main plot treatments were levels of N (0, 85, 170, and 255 kg ha^?1), with six maize genotypes as subplot treatments. The hybrids included: (i) leafy reduced-stature, LRS, (ii) non-leafy normal stature, NLNS, (iii) leafy normal stature, (LNS), (iv) non-leafy reduced-stature, NLRS, (v) conventional commercial hybrids, Pioneer 3905 as the hybrid check for late maturity, and (vi) Pioneer 3979, a check for early maturity. The hybrids were chosen on the basis of their contrasting canopies and root architecture. The SPAD meter readings were collected on the same five plant genotypes over time (six times per site per year, except four times for the Ottawa site in 1997). All genotypes showed increasing meter reading values as plants aged until silking. In general, SPAD meter readings increased as N fertilization level increased at each measurement date for both sites and years. In general, LNS and P3905 hybrids showed greater SPAD meter readings than other hybrids at all sampling dates for both sites and growing seasons. Applied N rates were significantly correlated with the SPAD meter readings. More highly significant relationships were found for N fertilizer levels and SPAD meter readings for the hybrids in 1997 than for the hybrids in 1996. For the Montreal site in 1997, LRS, LNS and P3905 hybrids were among those showing the highest r values between N level and SPAD readings. The correlation coefficients between SPAD readings and grain yield were generally lower. However, the NLNS hybrid had a high SPAD-yield correlation at the Macdonald site in 1997.     

膜下滴灌棉花氮素推荐施肥模型的研究

研究应用叶绿素仪（SPAD-502）在膜下滴灌条件下的棉花氮肥推荐。试验于2006年在石河子乌兰乌苏农业气象实验站进行,以新陆早24为材料。结果表明,不同叶位的叶片含氮量、SPAD值及叶片不同部位的SPAD值存在明显差异,SPAD值与叶绿素含量、叶片含氮量、单株吸氮量等均有较好的相关性;倒四叶的叶尖部位适合作为测试部位。盛蕾期、花期、盛花期和铃期倒四叶SPAD值与施氮量之间呈极显著线性相关;各生育期SPAD值与产量也具极显著相关。滴灌条件下最高籽棉产量为4686.5 kg/hm2,对应的施肥量为293.1 kg/hm2;最大利润（经济最佳）施肥量为207.33 kg/hm2,对应的最佳产量为4565.9 kg/hm2。各生育期SPAD的临界值分别为60.5、60.0、60.8和59.1。盛蕾期、花期、盛花期和铃期SPAD值每变动一格推荐施肥量分别为10.81、8.46、13.42和6.29 kg/hm2。     

SEASONAL VARIATION AND THRESHOLD VALUES FOR CHLOROPHYLL METER READINGS ON LEAVES OF POTATO CULTIVARS

Chlorophyll meter readings below a threshold value would indicate the necessity to supply nitrogen (N) to the crop. This study aimed to determine threshold values for chlorophyll meter (SPAD) and nitrogen (N) rate effects on SPAD leaf measurements of potato cultivars through the crop cycle. Five N rates (0, 50, 100, 200, and 300 kg ha^?1) were evaluated in a randomized block design, with four repetitions. SPAD index was measured on the oldest (OL) and on the fourth leaf from the apex (FL) at 7, 14, 21, 28, 35, and 49 days after the emergence of 90% of the plants in the plots. SPAD values decreased with plant age and were influenced by N rates and leaf position. At 21 DAE, the SPAD threshold values on FL were 43.0, 44.6, 46.5, and 50.0 for ‘Agata’, ‘Monalisa’, ‘Atlantic’, and ‘Asterix’, respectively. The corresponding values were 41.9, 43.5, 49.9, and 49.9 on OL. Plant age and leaf position should be standardized for the assessment of SPAD threshold values to diagnose nitrogen status of potato cultivars.     

镉污染水稻土中水稻氮素营养的SPAD诊断

治理和安全利用重金属污染水稻土过程中,氮素营养的快速诊断是制定合理施肥措施的基础。叶绿素测定仪SPAD已广泛应用于非污染耕地土壤中玉米、小麦和棉花等作物的氮素营养诊断,然而针对镉污染条件下的不同类型水稻土,SPAD在诊断水稻氮素营养的适应性方面仍然缺乏系统研究。本研究采集了我国水稻主产区的21种典型水稻土,以德农2000为供试水稻品种,设置无镉污染、轻度镉污染、重度镉污染处理的水稻盆栽试验,研究水稻叶片SPAD值对镉污染水稻土氮素供应诊断和水稻产量预测的能力。结果表明:水稻土类型影响了水稻叶片SPAD值对不同水平镉污染的响应,土壤p H是主控因子,其相对影响的平均值为20%。水稻叶片SPAD值与不同生育期水稻籽粒氮素含量显著正相关,其中拔节期的相关系数最大;同时水稻叶片SPAD值与水稻营养生长期(苗期至拔节期)土壤溶液总氮和铵态氮含量呈显著正相关,且不受镉污染程度和土壤类型的影响。总体上,不同生育期(尤其是拔节期)水稻叶片的SPAD值可以表征镉污染条件下不同类型水稻土氮素养分供应对水稻氮素营养的影响。