基于Greenseeker光谱法的棉花氮素营养诊断研究

利用主动遥感光谱仪(Greenseeker)对新疆2个主栽棉花品种4个施氮量条件下2年生育期间的冠层归一化植被指数(NDVI)值进行测试,研究不同施氮量对棉花冠层NDVI值、植株氮素积累速率和叶片全氮含量的影响以及田间条件下简便、快速、非接触性的作物氮素营养状况诊断方法。结果表明:在棉花生育期内,冠层NDVI值呈单峰曲线变化,峰值出现在出苗后90d左右,以后逐渐降低;NDVI值和棉株氮素积累速率呈正相关关系,决定系数R~2在盛花期达到最大,为0.844.7;NDVI值变化趋势与叶片全氮含量呈正相关,决定系数R~2在盛花期达到0.7980。棉花冠层NDVI值随着施氮量增加而提高,不同氮素处理间NDVI值在盛花期和花铃期达极显著差异;主动遥感光谱仪在棉花生长的盛花期和花铃期可以预测棉花氮素养分状况。     

基于SPAD值的烤烟氮素营养诊断研究

为探究SPAD值在烤烟氮素养分诊断中的作用,以云烟100为试材,设置了6个不同氮肥水平的田间试验,分析了烤烟叶片SPAD值与氮素营养诊断指标、施氮量的关系以及施氮量对产量的影响。结果得出产量与施氮量呈二次函数关系,函数关系式为Y=-0.07X²+18.07X+2165.34,根据产量与施氮量的关系确定了最佳经济施肥量,为124.5 kg/hm²,对应的最佳经济产量为3330.4 kg/hm²;建立了基于叶片SPAD值的烤烟氮肥推荐施肥标准。其中最适SPAD值范围为37.11～46.06,可作为团棵期和旺长期氮素营养诊断的指标,并能推荐氮肥的施用。     

基于SPAD的西瓜氮素营养诊断与推荐施肥技术研究

为解决西瓜生产中存在盲目或过量氮肥施用导致的果实品质下降和氮素利用率低下等突出问题,开展了基于叶绿素仪测定值(SPAD值)的西瓜全生育期氮素营养诊断与推荐施肥技术研究,以期为利用SPAD仪建立田间西瓜氮素营养实时诊断技术、开发西瓜精准氮素养分管理模式提供理论依据。试验于2020—2021年在甘肃河西灌区的张掖市以‘金城5号’西瓜为材料,设置了0、80、160、240、320、400 kg/hm² 6个氮肥水平,通过研究不同施氮水平下西瓜关键生育时期不同叶位及叶片不同位置上的SPAD值、叶绿素含量、全氮含量的变化特征及其与西瓜产量、品质指标的相互关系,建立基于SPAD值进行西瓜氮素营养诊断与推荐施肥的实时氮肥管理(RTNM)模式,并开展RTNM模式的生产性验证。西瓜苗期顶一叶叶尖、伸蔓期顶三叶叶中、膨果期功能叶叶中位置SPAD值与叶片叶绿素、全氮含量相关性最佳,且变异系数小,是较为理想的指示叶或参照叶;通过指示叶SPAD值与西瓜产量、品质指标及施氮量的回归分析,获得西瓜产量超过60000 kg/hm²的SPAD阈值范围为苗期49.1～51.0、...     

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。     

硝酸盐反射仪和SPAD法对玉米氮素营养诊断的比较

精准的营养诊断是了解作物氮素营养及推荐施肥的基础。本文在田间滴灌条件下利用SPAD叶绿素仪(SPAD-502 Plus)和硝酸盐反射仪(RQ flex10)两种诊断方法对玉米关键生育时期的氮素营养诊断进行研究,旨在筛选出适宜的诊断方法,并依据诊断值建立滴灌玉米不同生育时期的施肥模型。试验设置0 kg(N)·hm~(-2)(N0)、225 kg(N)·hm~(-2)(N225)、330 kg(N)·hm~(-2)(N330)、435 kg(N)·hm~(-2)(N435)和540 kg(N)·hm~(-2)(N540)5个施氮水平,在不同生育时期测定了玉米叶片SPAD值和叶鞘NO_3~-含量,并分别与施氮量、植株全氮含量、产量进行方程拟合,比较两种诊断方法对玉米氮素营养的响应。研究结果表明:1)玉米叶片SPAD值和叶鞘NO_3~-含量均随施氮量的增加而显著升高,且在拔节期对施氮量的响应最敏感。叶鞘NO_3~-含量对施氮量变化的响应较SPAD值大,其与施氮量及玉米产量的拟合度均高于SPAD值,说明硝酸盐反射仪法对滴灌玉米氮素丰缺的反应更灵敏。2)玉米全氮含量与叶片SPAD值呈显著线性关系,而与叶鞘NO_3~-含量则以线性加平台表示。当叶鞘NO_3~-含量小于186 mg·L~(-1)时,植株全氮与NO_3~-间呈显著线性相关;当叶鞘NO_3~-含量大于186 mg·L~(-1)时,植株全氮随NO_3~-含量增加趋于不变。3)本农作区滴灌玉米最佳经济施氮量为402.5 kg·hm~(-2),对应的玉米产量为17 049 kg·hm~(-2)。玉米拔节期、抽雄吐丝期和灌浆期的临界叶鞘NO_3~-含量分别为729.3 mg·L~(-1)、536 mg·L~(-1)和81.2 mg·L~(-1)。SPAD叶绿素仪和硝酸盐反射仪均可对滴灌玉米进行氮素营养诊断,但硝酸盐速测值能更敏感地反映氮素丰缺状况,基于硝酸盐反射法进行作物氮素营养诊断及推荐施肥具有较好的准确性与适用性。     

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。     

基于叶片SPAD 值的微型盆栽月季氮素营养诊断研究

氮素是微型盆栽月季生长发育的必需元素,实时监测植株生长过程中氮素的变化,精准估测氮素含量尤为重要。设置4个施氮水平(包含高氮处理),分析施氮量对微型盆栽月季生长发育的影响,测定不同施氮水平下4种微型盆栽月季在不同生长时期、不同叶片层位的SPAD值,利用线性及非线性回归分析等方法,构建基于叶片SPAD值的单一品种和混合品种叶片氮含量估测模型,并对此模型进行检验和通用性评价,利用SPAD氮饱和指数评估临界氮含量。结果显示,4个不同微型月季品种在整个生长发育时期的营养生长趋势相似,且在不同施氮水平下性状指标具有差异。随着施氮量的增加,叶片氮含量和叶片SPAD值均呈先上升后平稳的趋势。叶片SPAD值与叶片氮含量之间存在显著相关性,且不同层位的叶片SPAD值与叶片氮含量的相关性存在差异。多品种混合构建的综合模型在通用性上优于单一品种模型,S1和S2时期的下层叶片、S3和S4时期的上层叶片SPAD值与叶片氮含量回归决定系数较高,构建的模型分别为y=0.0009x²+0.6115x+0.8047、y=0.002x²+0.7118x+2.3382、y=0.1...     

主要粮食作物基于SPAD的氮素营养诊断方法研究进展

基于叶绿素计测定的SPAD值与植物叶片叶绿素和氮浓度的关系,详细综述了用叶绿素计在玉米、小麦、水稻以及其他作物上进行氮素营养诊断的研究进展.第一,"相对SPAD值"、"氮饱和指数"或"归一化SPAD"等指标能够消除或减小品种、生育期及区域年际间的误差;第二,不同生育期应选择理想指示叶作为诊断目标;第三,不同叶位间的SP...     

氮素调控对寒地玉米氮素吸收与叶片SPAD值影响的初探

由于氮肥分配比例和施用时期不当,以及没有确定氮肥追肥时期的量化指标等原因,造成了氮肥利用率较低。试验通过对玉米进行氮素(追肥时期、追肥量)的优化,研究不同叶龄期玉米叶片叶绿素(SPAD值)及氮素积累动态的变化规律,确定玉米追肥时期的叶绿素阈值,对玉米进行调控和优化定量施肥。结果表明,玉米最佳追氮时期为十叶期,在此时期,玉米穗位叶SPAD值虽然逐渐降低,但上位叶在抽雄期达到最大,然后下降。玉米全株氮素积累逐渐增加。在十叶期追氮,高氮处理(150 kg/hm2)玉米的产量最高。     

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。     

叶绿素仪在夏玉米氮营养诊断中的应用

叶绿素仪(SPAD-502)的出现使通过无损伤的田间速测对作物进行氮营养诊断成为可能。采用简单的试验和研究方法在田间条件下研究了叶绿素仪应用于夏玉米氮营养诊断的可行性。研究结果表明,应用叶绿素仪监测夏玉米氮营养状况的最佳测定部位为最上部完全展开叶的中部,该部位叶绿素仪测定值与作物全氮、施氮量及产量之间均有较好的相关性。由于作物品种对叶绿素测定影响很大,需要通过相对叶绿素仪读数的方法对其进行校正,校正后叶绿素仪对夏玉米追肥推荐中营养状况的预测精度为66.7%。     

盐渍化农田不同施氮水平对向日葵SPAD值的影响

以内蒙古河套灌区主要经济作物向日葵为研究对象,对不同盐渍化程度(S0:0.25%,S1:0.25%~0.5%,S2:0.5%)和施氮量(N)水平(N0:0 kg/hm2、N1:90 kg/hm2、N2:135 kg/hm2、N3:180 kg/hm2)下向日葵相对叶绿素含量(SPAD值)在不同生育期的变化特征进行分析。结果显示,SPAD值可以反映出向日葵的氮素供给状况,其在蕾期和花期与地上部分干物质量(蕾期R=0.576,花期R=0.655)和籽粒产量(蕾期R=0.774,花期R=0.758)均有显著的相关关系。向日葵SPAD值在不同生育期受到盐分和施氮量水平不同程度的影响。在轻度盐渍化程度(S0)下,N1水平施氮量下的SPAD值在进入蕾期后均仅次于N3水平,该水平的施氮量可满足该环境中向日葵的生长;在中度盐渍化程度(S1)下,当施氮量水平从N1增加到N2时,SPAD值有明显的增加。在重度盐渍化程度(S2)下,各施氮肥处理的SPAD值相比于不施氮肥的N0水平,不仅没有显著上升,反而有部分出现明显下降。据此,提出了针对不同盐渍化程度农田的推荐向日葵氮肥施用量(S0:90 kg/hm2,S1:135 kg/hm2,S2:0 kg/hm2),为经济合理地施用氮肥提供依据。     

玉米氮营养指数的高光谱计算模型

快速、准确、动态地诊断大面积玉米氮营养状态对于评价玉米长势、预测产量和指导农业生产均具有重要的意义。该研究利用北京昌平、长春市西北市郊的四间房村2个试验区的玉米冠层高光谱数据演变得到的多种光谱参数,采用逐步回归分析方法,建立了玉米氮营养指数与高光谱参数的定量关系,提出了玉米氮营养指数的敏感光谱参数及预测方程。研究结果显示,红边/绿边比值参数、红边/近红外比值参数、红边敏感点参数与玉米氮营养指数高度相关,是诊断玉米氮营养指数的敏感光谱参数。通径分析得到红边/绿边比值参数、红边/近红外比值参数与玉米氮营养指数的通径系数分别为-0.14942和-0.35218,表明玉米氮营养指数对红边/绿边比值参数、红边/近红外比值参数有间接影响,红边敏感点参数与玉米氮营养指数的通径系数为1.41549,表明红边敏感点参数对玉米的氮营养指数高度敏感。基于敏感光谱参数的玉米氮营养指数多元回归预测模型的相关系数R为0.95507,观测值与拟合值的拟合误差小于0.1,均方根误差为0.06016,F值达到了167.727,显著水平P为0.0045。由此可以得出利用敏感光谱参数定量分析玉米氮营养指数是可行的。     

Corn nitrogen management using NDVI and SPAD sensor-based data under conventional vs. reduced tillage systems

Present analyses to calculate nitrogen fertilizer recommendations are time consuming and costly. Therefore, a field study determining the efficiency of SPAD and NDVI meters to calculate soil N deficiency and guide fertilizer application timing and rate was completed. Reduced vs. conventional tillage at various N application rates was studied. Regardless of tillage system, both NDVI and SPAD were able to detect N deficiency at early growth stages, however, SPAD measurements better reflected plant N status regarding N application rates. A modified Michaelis-Menten model was used to illustrate the relationship between N rates and grain yield, as well as grain N content and leaf N content, and both showed acceptable goodness of fit. Grain yield under reduced tillage was significantly higher than that of conventional tillage. The combination of leaf nitrogen, SPAD, and NDVI data may become a tool to manage corn field nitrogen status and predict grain yield.     

Possibility of using a SPAD chlorophyll meter to establish a normalized threshold index of nitrogen status in different potato cultivars

Leaf SPAD values are thought to be an indicator of potato nitrogen (N) status; however, when making plant N diagnosis, no single threshold leaf SPAD value can be used for all potato cultivars because of cultivar variation. We conducted field experiments over 3?years to test whether the difference in SPAD values between the upper and lower leaves was consistent among potato cultivars, and whether this value responded to N application levels. The results showed cultivar affects the SPAD values of the fourth and eighth leaves (SPAD_L4 and SPAD_L8), but not SPAD_L4-8, the difference between SPAD_L4 and SPAD_L8. Moreover, the SPAD_L4-8 values responded well to N application levels. Therefore the SPAD_L4-8 could be applied as a general index of N status across different potato cultivars, and establishing a threshold SPAD_L4-8 value might be more useful in guiding N fertilization recommendations for different potato cultivars.     

不同施氮水平对南方甜玉米氮素吸收利用的影响

【目的】探明南方鲜食玉米区高产条件下施氮量对甜玉米产量、氮素利用及其转运规律的影响。【方法】于2015年和2016年,选用国审甜玉米品种粤甜16为供试材料,设置N (0、100、150、200、250、300、450 kg/hm2) 7个施氮量处理进行连续2年的大田试验。在拔节期 (8片展开叶)、大喇叭口期 (12片展开叶)、雄穗开花期和乳熟收获期测定甜玉米植株及各器官干重、氮养分含量,研究分次施肥条件下,不同施氮量对甜玉米乳熟收获期植株体内的氮养分吸收积累与分配比例、氮收获指数和效率,以及对不同生育时期植株、叶片、茎鞘氮素积累的影响。【结果】在2个生长季,施氮量均显著影响甜玉米鲜穗产量、植株总氮素积累量、氮素收获指数、氮肥农学效率、氮肥利用率和氮肥偏生产力。随着施氮量 (0～450 kg/hm2) 的增加,鲜穗产量、植株氮素总积累量呈现先增加后保持上下小幅波动的趋势;氮肥农学效率先增加后下降;氮肥利用率、氮肥偏生产力持续下降。在施氮量为N 250 kg/hm2时,粤甜16的鲜穗产量、植株氮素总积累量达到或接近最高,两年平均值分别为17544 kg/hm2和145.6 kg/hm2;而氮肥农学效率达到最高值,两年平均值为48.4 kg/kg;氮素利用率和偏生产力两年平均值分别为28.5%、70.2 kg/kg,处于中间水平;鲜穗产量、植株氮素总积累量和氮肥农学效率均达到最大。施N 250 kg/hm2提高了茎鞘、叶片的氮素转运量和花后氮素同化量,氮素茎鞘转运、叶片转运和氮素花后同化对鲜穗的贡献率两年平均值分别为48.8%、10.2%、41.0%。甜玉米整株氮素积累随生育进程持续增加,乳熟期最高,日均最高积累速率在8展叶至12展叶期;叶片和茎鞘的氮素积累进程呈单峰曲线,在雄穗开花期达到峰值,日均最快积累速率分别在8展叶至12展叶、12展叶至雄穗开花期。施氮能提高各器官在各生育时期的氮素积累量和积累速率,但不改变氮素积累变化趋势。【结论】在本试验条件下,采用多次施肥,施N 250 kg/hm2可提高氮肥农学效率,有效调控开花前氮素转运及花后吸收同化,促进鲜穗氮素积累,实现甜玉米高产高效。     

利用叶绿素计(SPAD-502)诊断水稻氮素营养和推荐追肥的研究进展

叶绿素计(SPAD-502)在监测水稻氮素营养水平和及时提供追肥所需的信息方面有快速、简便、无损的特点,但其精度常受多种因素的影响。本文分析了影响利用SPAD-502叶绿素计诊断水稻氮素营养和推荐追肥精度的水稻品种、生育时期、测定叶位、测定叶片的位点、生态环境等因素。并综述了通过量化SPAD读数与氮的关系,提高诊断水稻氮素营养精度;通过量化SPAD读数与追肥关系,提高SPAD-502叶绿素计诊断法推荐施肥精度的研究现状;提出进一步提高利用SPAD-502叶绿素计诊断水稻氮素营养状况与推荐追肥精度尚需解决的几个问题。     

基于叶片SPAD估算不同水氮处理下温室番茄氮营养指数

为了探讨临界氮稀释曲线模型在西北地区温室番茄不同水分处理下的适用性以及采用SPAD仪快速准确诊断氮营养状况,该研究以"丽娜"番茄为材料,2013-2015年在陕西省杨凌区温室内进行水分和氮素处理试验,水分处理设置4个水平,分别为全生育期充分灌水处理、仅苗期亏水50%、苗期开花期连续亏水50%和全生育期亏水50%;氮素处理设置3个水平,施氮量分别为0、150和300 kg/hm2,通过2013-2015年试验数据对临界氮浓度稀释曲线模型进行率定和验证,并将该模型参数与番茄全生育期平均日耗水量建立相关关系,提高了临界氮浓度稀释模型在不同水分条件下的适用性。结果表明通过番茄全生育期平均日耗水量和临界氮浓度稀释曲线模型估算得到的临界氮浓度估算值和实际计算值有较好的一致性,其绝对误差为0.13~0.34 g/(100 g),标准误差为0.14~0.39 g/(100 g),决定系数为0.94~0.99,因此采用该方法可以对西北地区温室番茄不同水分处理下临界氮浓度稀释进行准确估算。通过2013-2015年试验数据分析番茄不同叶位叶片SPAD值和氮营养指数(nitrogen nutrition index,NNI)之间相关性,结果表明番茄中位叶片SPAD值与氮营养指数(NNI)有良好的线性相关性(决定系数为0.77~0.98),且该相关系数值与番茄日耗水量呈极显著相关关系,因此通过番茄日耗水量可以估算出NNI与中位叶片SPAD值之间的线性关系,估算出NNI=1时的中位叶片SPAD值,并以此SPAD值进行氮营养诊断。该研究可为西北地区温室番茄实时氮营养诊断和优化氮素管理提供了较好的理论参考。