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...     

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。     

水稻氮素营养的叶色诊断研究

本文根据均匀颜色空间的L*a*b*空间及色差公式研制了水稻标准叶色卡;研究了水稻氮素营养的叶色诊断。结果表明,水稻叶色与叶片全氮、蛋白氮、非蛋白氮含量,叶绿素、类胡罗卜素含量及光合强度等生理性状都有极显著的相关性,不同生育期的叶色级与产量有密切关系。田间对比试验结果也表明,根据叶色诊断施肥比农民习惯施肥有显著的节氮增产效果,可以作为优化配方施肥的配套技术之一。     

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。     

旱地不同冬小麦品种氮素营养的叶绿素诊断

通过田间试验研究了叶绿素仪用于西北旱地主栽的10个冬小麦品种氮素营养诊断的效果。结果表明,冬小麦SPAD值与子粒产量、生物学产量有很好的相关性,尤其以拔节期和开花期相关性较高。不同施氮量下的SPAD值有明显的不同,施氮量为180kg/hm2时,SPAD值达到最大。在同一施氮水平下,开花期的SPAD值均最高。拔节期之前冬小麦不同品种间SPAD值的差异较小,拔节期以后差异较大,最大可达9.2个SPAD单位。小偃22在每个时期的SPAD值都最高,并且与陕253、陕229和小偃503之间的差异均达显著水平,而陕253、陕229和小偃503之间的差异不显著。可见,小偃22与其它3个品种对氮素反应分属于不同类型,应根据不同品种类型建立相应的诊断指标。     

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、...     

应用数字图像技术进行水稻氮素营养诊断

【目的】研究田间试验条件下水稻不同生育期冠层图像色彩参数(G、NRI、NGI、NBI、G/R和G/B)及植株氮素营养指标(叶片含氮量、植株全氮含量、生物量、氮素累积量和冠层NDVI值)的时空变化特征,并分析两者间的相关性,确立水稻氮素营养诊断的最佳色彩参数和方程模型,为探明数码相机在水稻上的适宜性及精确诊断水稻氮素营养状况提供理论基础。【方法】于2013年5月9月在湖北省武汉市华中农业大学试验基地(30°28'08'N,114°21'36'E)采用不同施氮处理的田间试验,以籼型两系杂交稻"两优6326"为供试作物,设置4个施氮水平:0、75、150和225 kg/hm2(分别以N0、N75、150和N225表示),3次重复,随机区组排列。分别在水稻分蘖期、拔节期、孕穗期和灌浆期采用数码相机(Nikon-D700,1200万像素)获取水稻冠层图像,应用Adobe photoshop7.0软件直方图程序提取图像的红光值R、绿光值G和蓝光值B,研究数码相机进行水稻氮素营养诊断色彩参数,确定植株氮素营养指标诊断模型。【结果】较对照(N0)相比,分蘖期、拔节期、孕穗期和灌浆期3个施氮处理水稻地上部生物量、叶片含氮量、植株全氮含量、氮素累积量、冠层NDVI值和成熟期产量增幅分别平均为40.7%98.0%、42.4%72.4%、36.2%85.3%、125.5%209.1%、51.3%60.6%和60.1%117.0%,差异显著。水稻不同生育期各冠层数字化指标G、NRI、NGI、NBI、G/R和G/B与上述氮素营养参数相关性差异较大,且以数字图像红光标准化值NRI表现最佳,建议作为应用数码相机进行水稻氮素营养诊断的最佳冠层图像色彩参数指标。进一步分析表明,可以用统一的线性回归方程来描述不同生育期、不同氮素水平下水稻植株氮素营养指标随冠层色彩参数NRI的变化模式。【结论】数码相机进行水稻氮素营养诊断测试结果稳定,具有快速、便捷、非破坏性等优点,冠层色彩参数NRI与水稻氮素营养指标和产量之间均表现出较好的相关性,满足氮素营养无损诊断的需求,对实时、快速监测水稻长势状况及氮素营养丰缺水平具有较高的可行性,有望发展成为新时期作物氮素营养无损诊断技术的潜力。     

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 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...     

镉污染下不同类型水稻土氮素供应特征及其影响因素

污染条件下的土壤氮素供应影响了作物生产和植物生态修复。采用温室盆栽试验,研究了两种剂量镉污染下我国21种水稻土无机氮的供应特征和影响因素。结果表明：淹水10天后,不同水稻土土壤溶液无机态氮含量变幅为1.42 ~ 70.40 mg/L （(平均值为16.76 mg/L）),其中NH4+-N和NO3--N分别占62.5% 和33.7%;与施肥对照相比,镉污染降低了大多数水稻土土壤溶液无机态氮的含量,平均降幅为58.4%,主要是由土壤溶液NH4+-N含量下降所致;土壤溶液NO3--N含量受镉污染的影响程度则因土壤类型而异。基于典范对应分析的偏因子分析（(VPA）)表明镉污染对水稻土土壤溶液无机氮含量的影响最大,其次是土壤类型,施肥影响最小,三类因子单独作用的影响比例分别为40.38%、6.51% 和0.05%。镉污染下,pH、CEC和土壤质地显著影响水稻土无机氮供应,其中土壤pH是镉污染条件下影响NH4+-N含量变化的首要因子。     

太湖地区主要土壤上水稻氮素吸收利用的研究

通过在太湖地区两种主要水稻土(黄泥土和乌栅土)上的田间小区试验,研究了水稻在不同N水平下对N吸收变化规律、N素表观利用率以及N肥的增产效果和经济效益。研究结果表明:水稻在两种土壤上的吸N速率均在分蘖结束后到开始孕穗即孕穗期最快,施N处理的吸N速率大约在N2.2~4.2kg/(hm2·d)。两种土壤不同施肥处理下化肥N利用率的变化范围在31.6%~46.2%之间,平均为37.6%。N肥最佳施用量黄泥土为N227kg/hm2,乌栅土为N255kg/hm2。     

添加秸秆对土壤矿质氮量、微生物氮量和氮总矿化速率的影响

采用室内恒温培养法,研究了在乌沙土上添加15N标记秸秆后,秸秆15N在矿质氮、微生物氮和土壤不同组分中的分配情况,并应用氮同位素库稀释法测定了秸秆在乌沙土上的氮总矿化速率。结果表明:将秸秆添加到土壤后,微生物氮量显著增加,而土壤矿质氮量在14天时迅速下降。随着秸秆的分解,秸秆15N进入矿质氮库和微生物氮库,矿质15N在第7 d时最高,占到添加秸秆15N的6.7%,微生物15N在第14 d最高,占到添加秸秆15N的18.1%,随后矿质15N和微生物15N量都下降。56 d时,仍有50.8%的秸秆氮没有分解掉,5.4%的秸秆15N进入土壤53μm~2 mm组分,15.5%进入2~53μm组分,14.6%进入小于2μm组分,有13.6%的秸秆氮损失掉。在培养开始时,乌沙土的氮总矿化速率为2.81 mg kg-1d-1,秸秆在乌沙土上的氮总矿化速率分别为2.50 mg kg-1d-1。     

近40年余江县高产水稻土有机碳及养分含量的演变特征

土壤有机碳及养分是土壤肥力的重要指标,研究土壤肥力的演变规律对提升地力、维持农业可持续发展具有重要的理论指导意义。参照第二次土壤普查和2002年采样背景资料,通过田间采样分析及对比研究,探讨江西省余江县高产水稻土有机碳、养分、pH及阳离子交换量（CEC）的状况及其近40年的演变规律。结果表明,余江县域内上表层水稻土（0~10 cm）有机碳、全氮、有效磷和速效钾含量分别是（27.3±1.3）g·kg^-1、（2.9±0.2）g·kg^-1、（40.5±3.8）mg·kg^-1、（148±7.9）mg·kg^-1,土壤肥力处于较高水平。与1980年背景资料对比发现,有机碳和土壤养分均有显著提升;尤其自2002年以来,近15年0~10 cm层次水稻土有机碳、全氮及速效钾的增幅分别达35%、40%和34%,但有效磷含量变化并不显著,而在10~20 cm层有效磷含量显著增加了56%。与2002年采样结果相比,0~10 cm、10~20 cm和 20~40 cm pH显著降低,而CEC显著增加。长期植稻过程中施用化肥,尤以近15年来,土壤有机碳、养分及CEC显著提高,但同时造成土壤pH下降。     

近40年余江县高产水稻土有机碳及养分含量的演变特征

土壤有机碳及养分是土壤肥力的重要指标,研究土壤肥力的演变规律对提升地力、维持农业可持续发展具有重要的理论指导意义。参照第二次土壤普查和2002年采样背景资料,通过田间采样分析及对比研究,探讨江西省余江县高产水稻土有机碳、养分、pH及阳离子交换量(CEC)的状况及其近40年的演变规律。结果表明,余江县域内上表层水稻土(0～10 cm)有机碳、全氮、有效磷和速效钾含量分别是(27.3±1.3)g·kg^–1、(2.9±0.2)g·kg^–1、(40.5±3.8)mg·kg^–1、(148±7.9)mg·kg^–1,土壤肥力处于较高水平。与1980年背景资料对比发现,有机碳和土壤养分均有显著提升;尤其自2002年以来,近15年0～10cm层次水稻土有机碳、全氮及速效钾的增幅分别达35%、40%和34%,但有效磷含量变化并不显著,而在10～20 cm层有效磷含量显著增加了56%。与2002年采样结果相比,0～10 cm、10～20 cm和20～40 cm pH显著降低,而CEC显著增加。长期植稻过程中施用化肥,尤以...     

不同施肥下冬小麦生长过程中土壤矿质氮变化及其与冬小麦叶片SPAD值的关系

通过调查分析,研究了土长期施肥条件下土壤中矿质氮含量变化及其与地上冬小麦叶片SPAD值。结果表明:(1)整个冬小麦生长期不同土层硝态氮和铵态氮的变化趋势不一致,硝态氮含量是先下降后上升的变化,而铵态氮含量呈一直上升的变化趋势。在没有施过氮肥的处理中,0—20cm,20—40cm土层中土壤硝态氮、铵态氮含量显著低于施用氮肥的处理;(2)冬小麦生长时期,各个处理叶片SPAD值各异,但都是先升高后下降的变化,无氮肥施用的叶片SPAD值低于施氮肥的处理;(3)冬小麦各个生长时期叶片SPAD值与土壤不同层次(0—20cm,20—40cm)硝态氮含量呈正相关关系,而与铵态氮含量相关性不显著,这表明小麦是对硝态氮较为敏感的作物。本试验结果可以为进一步合理调控氮肥施用、明确施氮对小麦产量和品质的影响提供一定的基础依据。     

土壤、水稻籽粒镉含量相关性分析及水稻产地土壤镉临界值的研究

在全国采集8个水稻产区、不同镉(Cd)含量的水稻土,添加0~4 mg/kg外源Cd,通过盆栽试验,分析水稻土、水稻籽粒Cd含量间的相关性,基于水稻籽粒Cd含量符合食品安全国家标准污染物限值(GB 2762–2012)的前提,确定8个水稻产地土壤的Cd临界值。结果表明:水稻土中Cd含量为0.20~6.27 mg/kg时,随土壤Cd浓度增加,水稻生长没有出现Cd毒害症状。籽粒Cd含量随水稻土Cd浓度的增加而增加,Logistic方程拟合表明籽粒Cd含量和水稻土Cd浓度间相关性显著;依据食品安全国家标准中稻米Cd限量值(0.2 mg/kg),反推得到8种水稻土Cd临界值范围为0.70~4.79 mg/kg,与现行土壤环境质量标准(GB15618–1995)相比,均高于其相应限值(0.3 mg/kg、pH≤7.5,0.6 mg/kg、pH7.5);对土壤理化性质和水稻土Cd临界值间关系进行多元回归分析,发现水稻土Cd临界值与pH和土壤黏粒显著相关(R2=0.83,P0.01)。     

基于1:5万土壤数据库的太湖地区水稻土全氮含量动态变化研究

准确评估农田土壤全氮含量变化是有效制定农业管理措施的基础。选择太湖地区37个县(市、区)2.32 M hm~2水稻土为研究对象,以1982年第二次土壤普查的1 096个和2000年"973"项目的 1 393个表层样点建立1︰5万高精度土壤数据库为基础,定量化该地区近20年来水稻土全氮含量的动态变化。结果表明:1982—2000年太湖地区水稻土全氮含量上升了0.21 g·kg~(–1),氮素富集效应明显。其中,脱潜型水稻土全氮含量上升最多,增幅达17.0%,而潜育型水稻土有所下降,降幅为26.2%。从不同土区来看,低山丘陵土区全氮含量上升最多,增幅达31.8%,而太湖平原土区变化幅度最小,增幅仅为9.8%。从不同行政区来看,安吉县、长兴县、川沙县、闵行区、余杭县和崇明县全氮含量增长幅度均超过40%,而吴县、青浦县、嘉善县和丹阳县均有所下降。总体来看,太湖地区水稻土全氮含量空间动态变化差异很大,今后根据不同土壤类型、土区和行政区氮素富集程度适当减少氮肥施用量,以防止氮素流失造成的水体富营养化风险是十分必要的。     

Illinois Soil Nitrogen Test Method Optimization for Analysis of Temperate Mineral Grassland Soils

ABSTRACT

A reliable and practical test that can provide timely measurements of the levels of mineralizable nitrogen (MN) in soil is critical for improving the accuracy of N fertilizer applications for grassland and crops. The Illinois soil N test (ISNT) is considered to be a good estimate of MN, once soils are grouped according to soil characteristics such as the drainage type and sampling depth. To date, development and evaluation of the ISNT method has been conducted using arable soils mainly in North America where, in general, soils have lower levels of soil organic matter (SOM) compared to temperate grassland soils. We evaluated the effects of two pre-treatment soil aggregate sizes of <1 mm and <2 mm on the yield and recovery of MN (1) across temperate grassland soil types, and (2) across a 6-h interval diffusion period. No significant difference existed in the concentrations of ISNT-N between the two soil aggregate sizes of each soil type. For both aggregate sample sizes, the recovery of spiked amino sugar-N glucosamine from a temperate grassland soil was generally linear until hour 5, after which the quantities of recovered N diminished. Although N recovery after 6 h of diffusion at 50°C (±1°C) was less than 100% in both aggregate size samples, the response models indicated that the standard ISNT protocol using a 5-h diffusion period is appropriate for temperate grassland soils. The incomplete recovery of N in these mineral soils suggested that the protocol could be further optimized for temperate soils with high organic matter content and additional evaluation of the temperature during diffusion within an enclosed environment may be required using N (spiked glucosamine-N) recovery studies.     

外源水稻根系和茎叶碳氮在稻田土壤中释放的特征

东北地区气候寒冷,稻田土壤休耕期长,多处于冻结状态;水稻生长期短,土壤温度高且季节性淹水.外源水稻秸秆碳氮在东北地区稻田土壤休耕期和水稻生长期不同水热条件下的释放特征尚不完全清楚.通过室外培养试验方法,利用双标记(13C和15N)水稻根系和茎叶示踪技术和稳定同位素质谱分析技术,研究水稻根系和茎叶在稻田土壤中的腐解率、有...