应用SPAD-502进行小麦氮素营养诊断的初步研究

试验研究分析了小麦在不同氮素水平下氮素和叶绿素计值(SPAD,SoilandPlantAnalyzer Development)的叶位分布特点,以及小麦叶片氮素含量和SPAD值的相关性,探讨应用SPAD-502进行小麦氮素营养诊断的理论依据。通过沙培试验,利用叶绿素仪SPAD-502测定了不同氮素水平小麦(新春11号)在不同生育时期(分蘖期、拔节期)叶片的SPAD值、叶绿素含量及植株全氮含量,在此基础上分析了小麦叶片的SPAD值与植株叶绿素含量、全氮含量的关系,目的在于为SPAD快速诊断施肥法在小麦等作物上的应用提供理论依据。结果表明:叶绿素与小麦不同叶位叶片SPAD值含量呈显著正相关;全氮含量与小麦叶片SPAD值呈正相关,因此,可以用SPAD值估算全氮含量,从而为小麦氮素营养状况提供诊断,但是全氮含量与不同叶位SPAD值的关系表现不一致。     

采用SPAD仪进行甜菜氮素营养诊断技术研究

为研究甜菜大田栽培及生产过程中氮素的营养状态,以便及时补充氮素亏缺,使用SPAD-502仪(soil plant analysis development)测定了甜菜叶片不同叶位和叶序的SPAD值,发现SPAD值的分布特点及其规律性,建立了基于SPAD值的氮素营养快速诊断方法。试验设计了室内盆栽及田间试验,对不同基因型、不同发育阶段甜菜叶片不同叶位叶序的SPAD值进行测定,统计并分析SPAD值与叶片的叶绿素含量及植株全氮含量的相关性。结果表明：甜菜叶片SPAD值在不同叶位及叶序上有差异,其中叶片尖部SPAD最大值出现的次数与叶片侧缘部和叶片基部相比较有较明显优势,施氮及不施氮处理均达到50%以上;4~6片真叶期后最高叶片SPAD值与测得的同株叶片的SPAD值有较显著的相关性,所以最高叶片的叶片尖部可作为甜菜叶片SPAD值的最适测定部位;增加施氮量能提高叶片SPAD值;不同品种间叶片SPAD值也有差异;SPAD值与不同发育阶段甜菜叶片的叶绿素含量以及植株全氮含量分别建立线性方程,拟合后发现叶片SPAD值和总叶绿素含量之间为极显著相关,与植株含氮量之间为相关性显著。因此,利用叶片SPAD值可实时监测甜菜生长与光合效应,进行氮素营养的快速诊断。     

水稻叶色RGB组分与SPAD的关系研究

为在计算机上实现水稻叶片颜色的虚拟显示,建立水稻叶片颜色R(red) G(green) B(blue)组分随叶片叶绿素相对含量SPAD值动态变化的模拟模型。本研究以生产上推广的‘金优458’和‘中嘉早35’ 2个水稻品种的主茎叶色为研究对象,分别研究了2个水稻品种的叶绿素SPAD值随生育进程的动态变化规律和叶色RGB组分与SPAD值间的关系,并用Microsoft Excel软件进行了曲线拟合。研究结果表明,2个不同的水稻品种在返青至抽穗期内,SPAD值随有效积温的增加而增大,两者近似线性关系;SPAD值在20~50范围内,叶片的RGB组分与SPAD值也呈线性关系,并由拟合的曲线得到了叶色R、G、B与SPAD的水稻叶色模拟模型。通过对模型的检验,其RMSE均方根差值分别为4.56、4.73和3.55,它们之间呈极显著相关性;表明该模型可以用SPAD值的动态变化来描述水稻叶色的变化过程。     

使用叶绿素仪进行马铃薯氮素营养诊断的样本数确定

获得准确且稳定的SPAD值是使用叶绿素仪进行马铃薯氮素营养诊断的关键,而叶片SPAD值受多种因素影响,其中测定样本的大小直接影响植株SPAD平均值的稳定性。为了获得稳定且能准确反映马铃薯氮素营养状况的SPAD值,2011-2012年在内蒙古两地进行了田间试验,以确定适宜的测定样本数。结果表明,在充足供氮情况下,植株SPAD值变异较小;而氮素供应不足时,植株间SPAD值变异增加。根据两地试验结果,确定马铃薯氮素营养诊断的适宜样本数为30株。     

基于数码图像的棉花叶片氮含量估测研究

为了探究利用数码图像处理技术诊断棉花氮素营养的最佳图像特征参数和最佳叶位,以‘新陆早53号’为材料,使用智能手机获取棉花不同叶位叶片图像,利用数字图像处理技术提取叶片图像颜色和纹理特征参数,分析叶片氮含量和特征参数的相关性,构建基于不同图像特征参数的氮含量估测模型。结果表明：颜色特征参数r、G/(B+R)、G/B和纹理特征参数COR、ASM与叶片氮含量相关性较好,相关性系数(r)均大于0.55。基于颜色-纹理综合特征参数构建的氮含量估测模型均优于基于颜色或纹理特征参数所建模型,其中倒4叶氮含量估测模型最优,模型决定系数(R²)为0.875、均方根误差(RMSE)为1.324、相对误差(RE)为8.09%。因此,利用数字图像处理进行棉花氮素营养诊断时,应选择的最佳图像特征参数为r、G/(B+R)、G/B、COR、ASM,应选择的最佳叶位为棉花倒4叶。     

棉花氮素和SPAD值叶位分布规律研究

 在盆栽和大田氮肥试验的基础上,研究棉花氮素和叶绿素含量（SPAD值）随叶位的空间分布特征,并对不同叶位叶片的含氮率、SPAD值之间及其与总叶片含氮率和植株含氮率之间的相关性进行了分析。结果表明棉花不同叶位叶片含氮率、叶绿素含量、SPAD值均存在差异,增加施氮量能提高叶片含氮率、叶绿素含量和SPAD值,同时减小叶位间的差异;SPAD值对氮素的敏感性为倒4叶最高,倒2叶最低,而倒1、倒3叶的敏感性排序因品种不同而不同;蕾期、初花期和盛花期均以倒4叶与总叶片及植株含氮率相关系数最高;且适宜氮素水平下,初花期倒4叶SPAD值的变异系数最小。以某一特定叶片的SPAD值或以叶色差的大小来诊断棉花氮素营养状况时,倒4叶是较为理想的指示叶。     

水稻叶色变化动态的模拟模型研究

定量描述叶片颜色变化的动态过程是植物生长数字化和可视化的重要内容。本研究通过对不同水稻品种和不同水氮处理条件下主茎和分蘖不同叶位叶色变化过程的连续观测和定量分析，构建了水稻叶片颜色随生长度日变化的动态模拟模型。水稻叶片颜色变化的基本过程可以用3个阶段的SPAD值分别表达，第一阶段为基于幂函数的伸长期，叶色逐渐增强，第二阶段为相对稳定的功能期，叶色基本不变，第三阶段为基于二次曲线的衰老期，叶色逐渐减弱；并基于二次曲线方程分别描述了叶片含氮量和含水量对叶色变化过程的调控效应。在此基础上，进一步建立了叶片SPAD值与叶色组分（RGB）值的关系模型。利用独立的水稻田间试验资料对所建模型进行了测试和检验，显示主茎不同叶位叶色变化3个阶段模拟值的均方根差分别为2.58、3.69和3.82，4个分蘖不同叶位叶色变化模拟值的均方根差分别为4.65、4.39、3.51和4.25；SPAD值与叶色组分间模拟值的均方根差分别为2.98和3.25。表明本模型可较好地模拟不同生长条件下水稻不同茎蘖上不同叶位叶色的动态变化过程，从而为实现水稻生长系统的数字化模拟和可视化显示奠定了基础。     

孕穗期渍水逆境对冬小麦氮素营养及产量的影响

采用池栽试验,研究了孕穗期渍水逆境对小麦氮素营养和产量的影响。研究结果表明：孕穗期渍水逆境显著影响小麦氮素的吸收量,降低茎鞘、功能叶片和全株含氮量和全氮积累量,而对氮素在地上不同器官的分配比例影响较小。由于渍水逆境影响了小麦根系正常吸收氮素,使叶片含氮量急剧下降,从而导致旗叶叶绿素含量和净光合速率降低,影响小麦功能叶片正常光合性能,最终使小麦粒重和产量下降。     

应用两种近地可见光成像传感器估测棉花冠层叶片氮素状况

作物叶片含氮量是作物长势监测、产量及品质估测的重要依据,实时、无损地监测植株体内氮素营养状况有助于棉花氮肥的正确施用。本研究比较2种近地可见光传感器的光谱和颜色信息用于监测棉花氮素营养的能力, 确定MSI200成像光谱仪和数码相机监测棉花冠层叶片氮含量最佳的波段、光谱指数和颜色参数并建立估测模型。结果表明,在可见光波段,冠层反射率随着冠层叶片氮素含量的增加而降低,且叶片含氮量的光谱敏感波段主要位于绿光和红光区域;与棉花冠层叶片含氮量的拟合效果最好的2种传感器的光谱指数为差值指数DI(R₅₈₀, R₆₈₀)和G–R,而颜色参数则分别为b*和H,同一传感器以光谱指数的拟合效果优于颜色参数,不同传感器以MSI200数据的拟合效果优于数码相机;利用独立试验资料检验所建模型的估测性能表明,差值指数对棉花冠层叶片氮素的预测能力优于比值指数和归一化差值指数,DI(R₅₈₀, R₆₈₀)和G–R所建模型的估测精度最高,分别为0.8131和0.7636。因此,利用数码相机和MSI200型成像光谱仪可以定量估测棉花冠层叶片氮素营养状况。     

棉花叶片不同位点SPAD值与植株氮营养相关性研究

为了确定最能代表棉花氮素营养水平的叶片SPAD值测定位点,采用水培试验方法,设7个供氮水平,分3次测定棉花6片主叶（倒1叶至倒6叶）17个不同位点的SPAD值,对棉花不同叶位及同一叶片不同测定位点SPAD值与棉株氮素营养水平的相关关系进行研究。结果表明,倒4叶SPAD值与棉株地上部氮含量的相关性最好,相关系数为0.6524,达到了显著水平,可认定倒4叶为棉花的功能叶。而棉花倒4叶17个测定位点中,叶片上缘位置SPAD值与地上部氮含量的相关性较靠近叶柄的部位更好,其中S3位点即叶尖位置的相关系数最高,为0.4597,达极显著水平。可以初步确定棉花倒4叶叶尖位置为测定SPAD值以判断棉花氮素营养水平的最佳位点。     

水稻叶片叶绿素含量与吸收光谱变量的相关性研究

采用小区试验研究了水稻叶片叶绿素含量与吸收光谱衍生变量的相关性。结果表明：拔节期、抽穗期和灌浆期是水稻叶片诊断的敏感时期;选择最佳的敏感波段组合构造衍生变量,利用光谱衍生变量反演水稻叶片叶绿素含量。发现：在抽穗期和灌浆期,对数相加模型的反演能力明显优于SPAD值的反演能力。SPAD值的反演能力仅在拔节期略优于对数相加模型的反演能力,说明用每个生育期的相应敏感光谱波段对数相加能更加准确地估测叶绿素含量。本文为进一步改进SPAD-502的测量性能提出一些探索性研究。     

利用数码相机和成像光谱仪估测棉花叶片叶绿素和氮素含量

实时、无损监测棉花叶片的叶绿素和氮素含量对诊断棉花生理状况和氮肥精确管理具有重要意义。本研究基于MSI200成像光谱仪和数码相机两种可见光传感器,分析和比较了光谱和颜色参数与叶绿素、氮素浓度和SPAD读数的关系,并且确立了其定量预测模型。结果表明,不同传感器对叶绿素和氮素最敏感的波段分别为R₇₁₀和R;光谱指数与叶绿素、氮素浓度和SPAD读数的相关性比原始光谱好,而且以蓝光和红光波段组成的差值指数(DI和R–B)的预测能力最佳;DI所建棉花叶片Chl a+b、Chl a、Chl b、N和SPAD读数的预测模型的预测误差分别为0.0058、0.0050、0.0018和2.3002 mg g^–1和4.9736(分别为均值的18.39%、19.47%、30.33%、11.69%和8.45%),预测精度R²分别为0.7965、0.7582、0.6608、0.7019和0.7338;R–B所建模型的预测性比DI差,对Chl a+b的预测精度最高(R²=0.7400),而预测Chl b的精度最低(R²=0.5653)。基于CIE 1976 L*a*b*颜色模型的颜色参数b*和HSI颜色模型的S是两种传感器与叶绿素、氮素浓度和叶色关系较好的颜色参数;b*对叶绿素、氮素浓度和SPAD读数的预测能力稍逊于DI,预测误差和精度都与DI的比较接近;而饱和度S值的预测RRMSE最大,整体预测精度小于0.62。因此,可以利用可见光成像传感器的光谱和颜色参数估测棉花叶片叶绿素和氮素含量。     

机插密度与施氮量对超级杂交籼稻‘准两优527’源库特性的影响

为探明不同机插密度与施氮量下超级杂交籼稻源库特性。在机插条件下,于2012年以超级杂交籼稻‘准两优527’为供试材料,研究密度与施氮量对超级杂交籼稻源库特性的影响。结果表明,随着施氮量的增加,移栽—孕穗和抽穗—成熟阶段的作物生长率以及群体总作物生长率、抽穗期叶面积指数、光合势、拔节—抽穗阶段叶面积比率均有增加的趋势,拔节—孕穗阶段的叶源总量值、总颖花量和总库容量亦有相同规律,而高效叶面积率、有效叶面积率和粒叶比刚好相反,但当施氮量超过150 kg/hm2时,孕穗—抽穗阶段的作物生长率和净同化率以及叶源总量值、单茎茎鞘重、叶绿素相对含量、冠层光合有效辐射截获率有下降的趋势。随着机插密度的降低,拔节—抽穗阶段的作物生长率和总作物生长率、孕穗期的叶绿素相对含量、高效叶面积率和有效叶面积率均呈增加趋势,拔节—孕穗阶段的光合势和净同化率及叶源总量值、总颖花量和总库容量亦增加,而抽穗—成熟阶段的作物生长率、孕穗—抽穗阶段的净同化率刚好相反,但当机插密度低于20.83万穴/hm2后,最大叶面积指数、孕穗—抽穗阶段的叶源总量值、冠层光合有效辐射截获率、抽穗期的叶绿素相对含量、拔节期的单茎茎鞘重和粒叶比随密度降低呈降低趋势。实粒数/叶面积与饱粒千粒重呈显著负相关,而与结实率呈显著正相关;最大群体叶面积指数、总颖花数、千粒重、总库容量与产量呈显著正相关。由此得出,提高氮肥施用量,降低机插密度,能够改善超级杂交籼稻‘准两优527’的源库质量,但过量施氮,机插密度太高或太低,反而会造成源库质量下降,导致产量下降。     

应用数字图像分析技术进行冬小麦 拔节期氮营养诊断

传统的作物营养诊断如植株全氮、生物量和植株硝酸盐浓度测试等需要进行大量的田间取样和实验室分析,时效性不足,难以适应作物生长期间追肥诊断的需要。通过田间试验,应用数字图像技术对拔节期作物的氮营养状况进行了研究,发现冠层数字图像色彩参数可以用来表征冬小麦拔节期的氮营养状况。数字图像标准化红光值R/(R+G+B)与冬小麦常规营养诊断指标如叶绿素仪读数、茎基部硝酸盐浓度、植株全氮含量和地上部生物量之间的相关系数达到了0.809~0.946,是较好的表征作物氮营养状况的诊断指标。     

叶绿素仪与植株硝酸盐浓度测试对冬小麦氮营养诊断准确性的比较研究

通过研究不同土壤氮素供应对冬小麦拔节期叶绿素仪SPAD读数和植株硝酸盐浓度的影响,以及两种方法在冬小麦拔节期与土壤Nmin、植株全氮和吸氮量的关系,比较了SPAD叶绿素仪和植株硝酸盐测试两种氮素营养诊断方法的准确性。认为两种方法都可以比较好的反映冬小麦的氮素营养状况,植株硝酸盐浓度与SPAD读数相比能更好的反映作物的氮素营养状况。     

黑龙江省水稻根系性状与地上部性状的关系

为了探讨寒地水稻根系性状与地上部性状在不同生育阶段的关系,以黑龙江省的3个超级稻品种和3个普通品种为试验材料进行田间试验。结果表明,根长在不同的生育时期与结实率、各节间长、粗和粒数、一次支梗数呈正相关;根系体积与粒数、株高、与一次枝梗数和二次枝梗数在分蘖盛期为负相关,拔节孕穗期以后为正相关;根系干重在分蘖盛期与穗数呈极显著的负相关（r=-0.92**）,而与穗粒数、一次枝梗数和一次枝梗粒数均呈极显著的正相关的关系。根冠比在齐穗后与产量呈显著或极显著正相关（r=0.84*～0.96**）。     

沿黄稻区主要水稻品种的需肥规律、叶色动态与施氮技术研究

３种供试水稻品种的营养需求存在差异,生育期间吸收氮、磷、钾的绝对量以郑稻６号最多,黄金晴最少;郑稻６号对氮的吸收积累在生育中前期相对较低,在抽穗至成熟阶段相对较高。因此,施肥时应充分考虑品种需肥特点,以保证高产高效。水稻叶色与施氮量相关,低氮时水稻倒二叶叶色值（ＳＰＡＤ）变幅为４１．８～２２．１,中等施氮量时为４４．３～２６．４,而高氮量时为４４．６～３２．３。采用中等施氮量（Ｎ２２５．０）时,水稻齐穗前叶色值一直保持在３７以上,且后期叶色绿而不浓。因此认为,水稻齐穗前倒二叶ＳＰＡＤ值３７可作为是否追施氮肥的参考指标。     

紫叶加拿大紫荆叶色表达期相关物质的研究

以紫叶加拿大紫荆（Cercis canadensis ‘Forest pansy’）为试材,研究其在山东地区叶色表达期叶片中叶绿素、类胡萝卜素、花青苷与可溶性糖等叶色相关物质的变化。结果表明：在叶色表达期,随着天数的增加,花青苷含量总体呈下降的“M”型趋势,叶绿素和类胡萝卜素含量逐渐升高,可溶性糖含量的变化为无规律的多峰曲线;叶片中叶绿素（r=-0.681**）、类胡萝卜素（r=-0.757**）与花青苷含量均呈极显著负相关关系,可溶性糖与花青苷含量不相关;叶绿素和花青苷含量呈对数曲线关系,类胡萝卜素与花青苷含量呈指数曲线关系。     

Assessment of N topdressing rate at panicle initiation stage with chlorophyll meter-based diagnosis in rice

This study was conducted to determine N topdressing rate at panicle initiation stage by using chlorophyll meter (SPAD-502)-based N nutritional diagnosis in rice plant for high quality production of the Chucheongbyeo variety. Field experiments were carried for 3 years from 2003 to 2005 in Gyeonggi, Hwaseong. To confirm the method of measuring the leaf color with SPAD-502, leaf position of rice plant and measuring point on the leaf were studied. And the proper period to examine the leaf color and growth characteristics of rice plants was suggested at panicle initiation stage, from the results of the correlation between SPAD value and both content of chlorophyll and nitrogen in rice leaves. The multiply value of plant height, number of tillers per m² and SPAD value could explain well the effect of nitrogen fertilization on the growth of rice plants, and was used to determine an equation for on-site determination of nitrogen fertilization rate for Chucheongbyeo variety at the panicle initiation stage. Nitrogen fertilization increased number of tillers and rice yields, and affected the increase in protein content in rice grain resulting in loss of quality, such as taste value, and decreased the percentages of both ripened and whole rice grains. Based on the response surface statistical methodology using the SAS program, the relationship equation among protein content of brown rice (PROT), plant growth value (plant height × number of tillers × SPAD value, PGV), and nitrogen fertilization rate at the panicle formation stage (NF) was developed. That is, PROT (%) = 7.379403 ? (5.27E-7) a ? 0.013291 b + (3.025355E-13) a ² + (3.222997E-8) ab + (6.781E-05) b ², where a means PGV and b is NF (%), and the equation’s coefficient of determination (R²) was 0.967. From this equation, to recommend the optimum N fertilization rate at panicle initiation stage easily to produce high quality rice of Chucheongbyeo variety, which contains the target protein content of brown rice.