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%。     

叶绿素仪在氮肥推荐中的应用研究进展

叶绿素仪(Chlorophyll.meter)是近年来欧美一些国家在推荐施氮中开始使用的一种新型便携式仪器。这种仪器以叶绿素对红光和近红外光的不同吸收特性为原理来测定植物叶片的相对叶绿素含量,通过叶绿素与叶片全氮的关系来反映作物的氮营养状况,进而确定作物是否缺氮。这种新型仪器的使用为简便、快速、准确地进行氮肥推荐提供了一种新的思路。因此,通过研究不同作物,不同种植条件下叶绿素仪测定值与作物叶片全氮、作物产量之间的相关性,确定叶绿素仪测定值的临界水平,以及不同作物的测定部位、样品采集数量及影响测定准确性的因素,使这种技术尽快地应用于田间生产,有助于推动我国推荐施氮技术的进步。     

不同气候和土壤条件下玉米叶片叶绿素相对含量对土壤氮素供应和玉米产量的预测

叶绿素仪可以用于估测作物和土壤氮素供应状况,本研究通过野外土壤置换试验评估叶绿素仪在不同区域的适用性。在黑龙江海伦（中温带）、河南封丘（暖温带）和江西鹰潭（中亚热带）设置3种主要农田土壤（黑土、潮土、红壤）的异地置换对比试验,研究了不同气候和土壤条件下玉米叶绿素相对含量对土壤氮素供应的响应及其对玉米产量的预测性。研究结果表明:不同气候和土壤条件下,玉米生长旺盛期功能叶的叶绿素相对含量（叶绿素仪SPAD值）和土壤表层（0—20 cm）硝态氮、无机氮含量相关性显著,说明叶绿素仪测定值可以在玉米生长旺盛期反应土壤氮素供应情况;玉米生长旺盛期功能叶叶绿素相对含量和土壤表层硝态氮含量均与玉米子粒产量呈显著相关,说明叶绿素仪可以在玉米生长旺盛期估测玉米子粒产量,且不受地域、土壤类型的影响。     

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...     

不同氮磷钾肥用量对五指毛桃叶绿素含量的影响

为探讨在"3414"肥料试验中叶绿素仪测定叶绿素的精确度,以及不同施肥处理对五指毛桃叶片SPAD值与叶绿素含量的影响,采用SPAD叶绿素仪和酒精-丙酮浸提法对五指毛桃不同叶片的SPAD值、叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量进行测定。结果表明,不同施肥处理对五指毛桃3片叶片的SPAD值,倒1叶的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量,倒2叶的叶绿素a以及倒3叶的叶绿素b、总叶绿素含量的影响不显著;对倒2叶的叶绿素b、总叶绿素含量,倒3叶的叶绿素a影响显著。氮、磷、钾肥对五指毛桃叶片SPAD值和叶绿素含量效应依次为N肥P肥K肥。SPAD值、叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量从倒1叶至倒3叶呈现逐渐增加的趋势,但增加的幅度因施肥处理不同而不同。倒1叶的SPAD值与叶绿素a、叶绿素b及叶绿素总量呈负相关;倒2叶的SPAD值与叶绿素a、叶绿素b及叶绿素总量均呈极显著正相关;倒3叶的SPAD值与叶绿素a呈负相关,而与叶绿素b及叶绿素总量均呈显著正相关,表明在"3414"肥料试验中倒2叶的SPAD值更能准确地预测其叶绿素的绝对含量。该研究为叶绿素仪在五指毛桃生理实验中正确应用提供了科学依据,也为五指毛桃在成龄胶园间作实践提供了理论指导。     

基于Dualex氮平衡指数测量仪的作物叶绿素含量估算模型

作物叶绿素含量的实时、无损及快速的监测,对及时掌握作物的胁迫状况、营养水平及环境适应性,进而对农田管理进行科学指导具有重要的意义。该研究论证是否可以通过Dualex氮平衡指数测量仪构建通用的叶绿素含量估算模型,以期实现叶绿素含量的快速及无损监测和估算。结果表明：1）Dualex估测叶绿素质量分数（Chl-M）和单位面积的叶绿素质量（Chl-S）具有较好的精度（决定系数R2分别为0.77和0.88）,与SPAD叶绿素仪的估算模型（R2分别为0.66和0.79）相比,模型精度更高;2）Dualex估测Chl-S的精度明显高于Dualex对Chl-M的估测精度,Dualex与Chl-M的关系需要考虑叶片厚度的影响,而Dualex与Chl-S的线性关系更加一致;3）构建的Chl-S通用模型的R2,均方根误差和标准均方根误差分别为0.88,4.80 mg/dm2和8.33%,模型的精度较高,并且通用模型的数据范围为12.2～105.6 mg/dm2,较大的数据范围适用于冬小麦和玉米各关键生育期Chl-S的估算。该研究为Dualex实现冬小麦和玉米叶绿素含量监测和估算提供校准模型,为及时了解作物养分状况及作物营养诊断提供了参考。     

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。     

应用多酚–叶绿素仪监测棉花氮素营养状况研究

  【目的】  通过田间试验,研究使用多酚–叶绿素仪对棉花进行快速无损氮素营养诊断适宜的指标。  【方法】  田间试验在新疆石河子市进行,设3个施氮处理,分别为施纯N 0、180和240 kg/hm2,分别用N0、N180和N240表示。所有氮肥分5次随滴灌施入,每次施肥后3天,利用多酚–叶绿素仪 (Dualex-4) 和SPAD叶绿素仪分别测定20株棉花叶片的氮平衡指数 (NBI)、Chl值和SPAD值,同步采样测定棉花叶片全氮含量,及0—20 cm、0—40 cm和0—60 cm土层硝态氮含量。  【结果】  随着施氮量的增加棉花叶片全氮含量和土壤硝态氮含量均显著增加。其中,0—40 cm土层硝态氮含量与棉花叶片全氮含量关系最密切。增加氮肥施用量,棉花叶片氮素营养诊断指标NBI、Chl值和SPAD值均显著增加。棉花叶片NBI、Chl和SPAD与叶片全氮含量均呈极显著正相关关系,且相关系数 (r) 均达到0.8以上。相关性模型校验结果表明,棉花叶片全氮含量实测值与预测值的平均相对误差 (RE) 分别为–4.0% (NBI)、–3.1% (Chl) 和–5.7% (SAPD)。其中,氮平衡指数 (NBI) 模型对棉花叶片全氮含量的预测精度最高,与实测值的相关系数达到了0.9143,平均绝对百分比误差 (MAPE) 为6.91%;标准均方根误差 (nRMSE) 为8.21%。棉花叶片NBI、Chl和SPAD与土壤硝态氮的模型决定系数表现为NBI > Chl > SPAD。模型校验分析表明,NBI模型与0—40 cm土层硝态氮实测含量的相关性最高,相关系数为0.9116,预测值与实测值的MAPE和nRMSE分别为14.11%和17.88%。  【结论】  应用多酚–叶绿素仪监测棉花氮素营养,氮平衡指数 (NBI) 与棉花叶片氮含量和0—40 cm土层硝态氮含量的相关性最高,预测值与实测值的误差仅为6.91%和14.11%,可以满足膜下滴灌条件下棉花氮素营养的快速诊断需求。     

棉株氮营养状况评估方法的比较研究

在田间和温室条件下分别用传统的硝化测氮法与叶绿素仪(SPAD.meter)和Cardy.NO3-nitrate.meter两种便携式氮素测定仪对棉花花铃期氮素营养状况进行了评估和跟踪。结果表明,传统的硝化测氮法测得的叶片全N和叶柄NO3--N含量和叶绿素仪(SPAD.meter)及Cardy.NO3-nitrate.meter的读数都反应出大田生长的棉株叶片和叶柄的含氮量因施氮水平、棉桃载荷和后期施用叶面氮肥而不同。在较高施氮水平下,单株棉桃数较少(即低载荷)以及叶面施用氮肥的棉株叶片和叶柄的含氮量明显高于其它处理,且叶绿素仪(SPAD.meter)和Cardy.NO3-nitrate.meter的读数与叶片的全N百分数和叶柄NO3--N含量存在显著的正相关,其相关系数在大田条件下平均为0.70;温室条件下平均为0.90。     

基于SPAD-502与GreenSeeker的冬小麦氮营养诊断研究

用GreenSeeker和SPAD-502测定了不同氮素处理的冬小麦冠层NDVI与叶片SPAD值, 分析了它们与叶片全氮、叶绿素含量及产量间的关系。结果表明: 冬小麦抽穗期SPAD值和NDVI值均与叶绿素含量呈极显著正相关; 除抽穗期和返青期外, SPAD值与叶氮含量、叶绿素含量的相关系数在其余各生育期均达到显著或极显著水平; NDVI值与叶氮含量、叶绿素含量在拔节期、乳熟期的相关性同SPAD值一致; SPAD值可以进行叶绿素的诊断, NDVI值可以进行氮的诊断。氮营养诊断时期应该选择拔节期。通过回归建立了基于SPAD值、NDVI值的产量估测模型, 可以通过SPAD值、NDVI值对冬小麦产量进行估算。     

Use of a chlorophyll meter to evaluate the nitrogen status of dryland winter wheat

Abstract

Chlorophyll meter leaf readings were compared to grain yield, leaf N concentration and soil NH₄‐N plus NO₃‐N levels from N rate studies for dryland winter wheat Soil N tests and wheat leaf N concentrations have been taken in the spring at the late tillering stage (Feekes 5) to document a crop N deficiency and to make fertilizer N recommendations. The chlorophyll meter offers another possible technique to estimate crop N status and determine the need for additional N fertilizer. Results with the chlorophyll meter indicate a positive association between chlorophyll meter readings and grain yield, leaf N concentration and soil NH₄‐N plus NO₃‐N. Additional tests are needed to evaluate other factors such as differences among locations, cultivars, soil moisture and profile N status.     

Using a chlorophyll meter to predict nitrogen fertilizer needs of winter wheat

Abstract

Although it has been shown that the nitrogen (N) concentration of winter wheat (Triticum aestivum L. em Thell) at Feeke's growth stage 5 (GS 5) can be used to assist in making more accurate spring N fertilizer recommendations, the need remains to find a more convenient and accurate means for predicting N fertilizer needs of wheat. We conducted seven N fertilizer response experiments over two years in central and southeastern Pennsylvania to determine if chlorophyll meter readings of wheat leaves at GS 5 could predict whether a significant, positive grain yield response to N fertilizer would be obtained. The chlorophyll meter readings at GS 5 were more accurate (correctly predicting response to N fertilizer in 24 of 25 treatments for a 4% error rate) than GS 5 plant N concentration (20% error rate). There were too few treatments with a positive response to N fertilizer to be able to determine if chlorophyll meter readings could be used to accurately predict N fertilizer rates needed for economic optimum yield.     

Use of a hand‐held chlorophyll meter in winter wheat: Evaluation of different measuring positions on the leaves

A portable chlorophyll meter (Minolta SPAD‐502) was used to assess the nitrogen status of winter wheat (Triticum aestivum L.) in two fertilizer trials at Apelsvoll Research Centre, located in south‐east Norway. The midpoint of the last fully developed leaf was found to be the best position on the winter wheat plant on which to take chlorophyll meter readings. This conclusion was reached after examination of the relationships between soil‐plant analyses development (SPAD) readings taken at different positions on the plant and leaf nitrogen concentration, grain yield and grain protein content. Emphasis was also laid on finding a measuring position that was convenient from a practical point of view. The relationships between chlorophyll meter readings and the parameters investigated were better at Zadoks growth stage (GS) 49 than earlier in the season at GS 31.     

基于DSSAT模型的氮肥管理下华北地区冬小麦产量差的模拟

为了评价氮肥管理对华北地区冬小麦产量差的影响,利用大田试验数据和田间调查的方法,应用DSSAT模型分析了吴桥不同氮肥水平下冬小麦多年平均可获得产量及产量差,并研究了不同地块产量差和氮肥农学效率差的分布。结果表明,不同地块冬小麦产量差异显著,但产量变异较小,地块间施肥水平存在明显差异,且变异较大。模型分析确定222 kg/hm2为最佳施氮肥量,对应的最大可获得产量为7618 kg/hm2,地块产量与最大可获得产量有较大差距,当地冬小麦产量具有一定的提升空间。75%的农户地块的施氮量高于最佳施氮量,且氮肥农学效率普遍偏低。因此,生产中应优化氮肥管理方案,适当减氮并调整施肥时期和改进技术,提高氮肥农学效率,以实现冬小麦生产高产高效。在保障国家粮食安全和保护自然环境双重压力的背景下,通过合理的氮肥管理来缩减冬小麦产量差对提高中国粮食总产及保持农业可持续发展具有重要的意义。     

冬小麦对基肥和追肥15N的吸收与利用

【目的】 研究不同生育期 (花期、灌浆期和收获期) 肥料氮的去向和氮素的吸收运转对冬小麦产量形成的贡献。 【方法】 采用15N示踪结合盆栽试验,尿素N 90 mg/kg等分为基施和拔节期追施。分别在开花期、灌浆期和收获期破坏性取样,测定冬小麦地上部、根和土壤15N含量等指标。 【结果】 在整个生育期,冬小麦吸氮量42.8%来自土壤,57.2%来自肥料,其中来自基肥和追肥的比例分别为26.6% 和30.6%。冬小麦植株对氮肥15N 的吸收率随作物的生长而增加,从开花期到收获期增加了50%,15N氮肥在土壤中的残留率从开花期到收获期下降约50%。冬小麦收获后,约28.6%的肥料15N残留在土壤中,肥料15N损失率为33.9%,基肥氮的损失率比追肥氮高21%。冬小麦对肥料15N的全部回收率为37.5%,其中籽粒吸收量约是秸秆的4倍,64.9%的籽粒氮素从开花前营养器官吸收转运而来。 【结论】 在整个生育期,冬小麦吸收的氮素来源于肥料和土壤氮的比例约为6∶4,基肥和追肥氮对冬小麦氮素吸收具有同等贡献,在当前N 250 kg/hm2的施氮水平下,适当增加追肥氮的比例可以减少氮肥损失率。残留在土壤中的肥料氮对于补充土壤氮素消耗具有重要意义。      

Optimum Nitrogen Fertilization of Winter Wheat Based on Color Digital Camera Images

Abstract

Site‐specific nitrogen (N) fertilizer management based on soil N_min (soil mineral N) and the plant N status (sap nitrate analysis and chlorophyll meter (SPAD) reading test) has been shown to be effective in decreasing excessive N inputs for winter wheat in the North China Plain, but the multiple sampling of soil and plants in individual fields is too time‐consuming and costly for producers and farmers. In this study, a color digital camera was used to capture wheat canopy images at a specific growth stage to assess N needs. Treatments included a farmer's N treatment (typical farmer practice), an optimum N treatment (N application based on soil–plant testing), and four treatments without N (one to four cropping seasons without any N fertilizer input). Digital images were analyzed to get red, green, and blue color‐band intensities for each treatment. Normalized intensities of the red, green, and blue color bands were well correlated with soil N_min, SPAD readings, sap nitrate concentration, and total N concentration of winter wheat. This research indicated the potential of using a digital camera as a tool combined with an improved N_min method to make N fertilizer recommendations for larger fields.     

高肥力土壤冬小麦/夏玉米轮作体系中化肥氮去向研究

冬小麦 夏玉米轮作是华北平原主要的耕作方式之一。本研究通过田间15N微区试验 ,研究了高肥力土壤条件下冬小麦 夏玉米轮作体系中化肥氮的去向。结果表明 ,在每季施氮量 1 2 0～ 3 60kg hm2 条件下 ,冬小麦对化肥氮的吸收率为 2 3 8%～44 5 % ,夏玉米为 2 6 5 %～ 5 1 1 % ,整个轮作周期为 2 8 0 %～ 5 1 6%。而后茬作物对化肥氮的吸收量较少 ,低于施氮量的 1 0 %。当季化肥氮的土壤残留率约占施氮的2 0 %～ 5 0 % ,轮作周期化肥氮的土壤残留率约占施氮的 3 0 %。当季和轮作周期化肥氮的损失量和损失率 ,均随着施氮量的提高而显著升高。当施氮量分别为 2 40kg hm2和 72 0kg hm2 时 ,整个轮作周期化肥氮的损失率分别为 1 9 0 %和 40 5 %。     

不同施氮水平对冬小麦季化肥氮去向及土壤氮素平衡的影响

采用田间微区15N示踪技术,研究了冬小麦季化肥氮去向及土壤氮素平衡。结果表明,在供试土壤肥力水平和生产条件下,N 150 kg/hm2的施肥量已达到较高产量,再增加氮肥用量小麦产量不再增加。随着施肥量的增加,地上部吸氮量有所增加,氮肥的表观利用率和农学利用率持续下降,而生理利用率则表现为低—高—低的变化趋势。在低施氮条件下,小麦主要吸收土壤氮的比例高于化肥氮;在高施氮条件下,小麦吸收土壤氮的比例下降。冬小麦收获后,仍有26.7%4~0.6%的氮肥残留在0—100 cm土层中,17.4%2~4.8%的氮肥损失。残留在土壤剖面中的氮肥主要分布在表土层。随着施氮量的增加,土壤氮素总平衡由亏缺转为盈余;土壤根区硝态氮也由播前消耗转为在播前的基础上累加,两个小麦品种表现为相同的趋势。     

旱地土壤中残留肥料氮的动向及作物有效性

氮素是作物生长最重要的必需元素之一。合理施用氮肥能促进作物生长并提高产量,但是,过多施用氮肥则抑制作物生长并导致大量的肥料氮残留在土壤中,这部分氮素不但会引起土壤养分不平衡,而且为生态环境带来潜在威胁,因此,研究残留氮的动向及作物有效性可为合理施用化肥氮、高效利用土壤残留氮素和减少残留氮素的损失提供依据。应用~(15)N示踪技术,通过4年定位试验,研究了黄土高原南部旱地冬小麦/夏玉米轮作过程中土壤残留肥料氮的变化及作物吸收利用。在冬小麦和夏玉米轮作的第一个周期,为了制造高肥料氮残留背景,于冬小麦播种前向微区施入240 kg hm~(-2)的~(15)N标记氮素;在夏玉米拔节期,为了研究氮肥施入对残留肥料氮的影响,设置0和120 kg hm~(-2)两个氮水平,以普通尿素施入微区。在第2至第4个轮作周期内,为了分析残留肥料氮的动向及其对作物的有效性,微区内不施任何肥料。结果发现,冬小麦播种前施用的~(15)N标记氮肥于收获期在0~200 cm土壤剖面中均有残留,但大部分累积在0~40 cm土层中,累积总量达到200.9 kg hm~(-2),占当季施入量的83.7%。在随后的夏玉米生长季残留的肥料氮迅速减少,之后随生长季的后移缓慢减少,然后保持相对稳定。经过4年的冬小麦/夏玉米轮作,0~300 cm土壤剖面仍残留大量的~(15)N肥料,后季不追施氮肥和追施氮肥处理的残留量分别为47.1 kg hm~(-2)和54.0 kg hm~(-2)。可见,有一部分肥料氮被固定在土壤有机质中。作物对残留氮的回收量逐年减少,且因后季追施氮肥与否而异,4年中作物对肥料氮的总利用率不追施氮肥和追施氮肥处理的分别为46.9%和50.4%,其中在第1个轮作周期中,小麦和玉米的总利用率分别41.6%和42.0%,后3年利用率分别仅有5.3%和8.4%;4年中残留~(15)N的损失率分别达38.1%和29.7%,其损失主要发生在第1个轮作周期的夏玉米生长季节。说明,在旱地土壤上,氮肥的残留是不可避免的,残留肥料氮的有效性较低,只有少量被作物逐年吸收,一部分以有机形态残留在土壤剖面中,另一部分发生了无效损失。后季追施氮肥可促进作物对土壤残留肥料氮的吸收且增加肥料氮在土壤中的保留,减少残留肥料氮的无效损失,但是以自身的大量损失为代价的。