应用叶绿素测定仪诊断冬小麦氮营养状况的研究

托普仪器——致力于中国农业仪器的发展应用叶绿素测定仪诊断冬小麦氮营养状况的研究摘要：利用浙江托普仪器的TYS-A型叶绿素测定仪对植物进行田间快速测定，并对作物进行氮肥推荐。结果表明，冬小麦应用叶绿测定仪监测氮营养状况的测定部位为最上部完全展开叶的中部，该部位叶绿素测定仪测定值与作物全氮、施氮量及作物产量之间均有较好的相关性。作物品种对叶绿素测定结果影响很大，需要通过相对叶绿素测定仪读数的方法对其进行校正。关键词：冬小麦；叶绿素测定仪；氮肥推荐植株全氮含量可以很好地反映作物氮营养，与作物产量也有很好的相关性，是一个很好的诊断指标。但由于全氮分析操作繁琐，工作量较大，使它在具体应用中有很大的缺陷。近年来，一些研究结果表明，一种新兴的手持叶绿素测定仪可以用来估计作物氮营养状态和进行氮肥推荐“01，并且已经在棉花”1、水稻“1等作物上获得应用。Follett等”o研究表明，小麦拔节期叶片叶绿素测定仪测定值与产量、叶片全氮及土壤无机氮均有较好的相关性。但不同研究者建立的小麦拔节前叶绿素诊断临界值有一定的差异，主要是一些环境因子，如土壤氮有效性、土壤水分状况、种植密度№o等以及作物基因型”]、叶位等因素对测定结果有较大影响。因此，该技术在进入实际应用之前必须在不同的种植条件和不同品种之间进行比较研究，确定其准确性和估计植物氮营养状态的适宜性。为此，我们通过田间试验研究了冬小麦拔节前叶片叶绿素测定仪读数与作物含氮量和产量相关性；叶绿素测定仪读数对施氮的反应以及评价叶绿素测定仪读数预测作物供氮状况的准确性和评价作物基因型对叶绿素测定仪读数的影响。本研究中使用的叶绿素测定仪为TYS-A，由浙江托普仪器有限公司生产，该仪器体积小，携带方便，由电池驱动且操作简便，很适合在田间条件下使用。TYS-A叶绿素测定仪可以即使测量植物的叶绿素相对含量或绿色程度；植物叶片中的叶绿素含量指示了植物本身的状况，长势良好的植物的叶子会含有更多的叶绿素，叶绿素含量与叶片中氮素的含量有很密切的关系，因而叶绿素测量值还能说明植物真是的硝基需求量，通过这种仪器有利于合理施加氮肥，提高氮的利用率，并可以保护环境。1材料与方法1．1田问试验不同氮肥用量的田间试验在中国农业大学吴桥试验站和北京市顺义农科所试验地进行。供试作物为冬小麦，品种分剐为76选系和京411。在吴桥试验站进行的氮肥试验为6个氨水平的试验，氮肥用量为N0、75、150、225、300、375kg／hm2．磷钾肥用量分别为P2q1035kg／}mf和I20810kd]am2．另施ZnS0430．0kg／tma2。在顺义农科所试验地还布置了一个5个氮水平的试验，氮肥用量为N0、112．5、225、3375、450kg／hna2，磷和钾的用量分别为P2Q150kg／tun2和K：O75kg／hm2。在吴桥试验站还布置了一个不同施氮量和品种的裂区试验，主处理为3个不同氮肥托普仪器——致力于中国农业仪器的发展用量。副处理为6个品种。氮肥水平为N142．5、2115和2805kg／hm2；6个小麦品种为衡水4041(V1)，76选系(v2)，温仟一号(V3)，905091(V4)，95021(V5)和泰山021(V6)。此外，还在中国农业大学昌平试验站农学系小麦育种试验田和吴桥试验站小麦品种比较试验田分别测定了36个和12个小麦品种在拔节期的叶绿紊。上述肥料试验中50％的氮肥和全部磷钾肥作为基肥，其余50％的氮肥在小麦拔节前追施。试验采用完全随机区组设计，3次重复，小区面积30m2。顺义和吴桥2个试验点土壤有机c分别为11．5、110g／kg．无机N11．0、3．5mg／kg，Olsen—P20．3、9．2mg／kg，有效K104．O、82．6mg／kg，pH8．15、8．30。1．2测试项目与方法在冬小麦拔节前，每小区随机取30株小麦，测定叶片叶绿紊仪读数，然后将植株烘干后测干重和全氮含量。测定叶绿素测定仪读数时用最上部完全展开叶(倒znl-)和第二完全展开叶(倒三叶)中部，叶缘和叶脉之问的中问部位测定，测定时注意避开叶咏和有损伤的叶片。在施肥充足的小区(施氮量大于200kg／hm2)选取长势一致．无外表损伤的最上部完全展开叶，从叶片基部开始，每隔2era测定一次叶绿紊仪读数。将叶片从基部开始每10％分成一个区间，同一区间测定结果取平均值。2结果与讨论2．1叶位及同一叶片测定部位的选择在供氮充足的小区随机取30株小麦，从叶基部分段测定叶绿素的结果表明(图1)，在同一叶片不同位置测定结果有明显差异。由叶基部到叶尖不同位置叶绿素测定仪测定结果符合二次曲线变化，从叶基部开始40％-60％的区域测定值变异最小，而叶基部和叶尖测定值较小。这个结果和Chapman等”]在玉米上的测定结果很相似，他们发现在叶片中部距基部55％的位置测定结果偏差最小，而在40％～80％区域内测定值变异系数比较低。在测定中还发现，即使是叶片中部测定结果很相近的叶片，在叶片其它部位的测定结果也可能会有较大的差异，因此在田间进行测定时一定要掌握好测定部位，否则测定结果会有较大偏差。托普仪器——致力于中国农业仪器的发展2．2施氨水平对小麦的叶绿素测定仪测定值的影响及测定值与全氮之间的相关性在北京顺义和河北吴桥进行的试验结果都表明，最上部完全展开叶叶绿素测定仪测定值和施氮量(基肥用量)之间的关系可以用线性加平台模型表示，即在施氮量较低时，叶绿素测定仪测定值随底肥中氮用量的增加而增加，但是当供氮达到一定量后，再增加施氮量冬小麦叶片叶绿素测定仪读数变化并不大【图2)。这个结果与Blackmer等人”1的研究结果相同，即当作物处于奢侈吸收状态时，叶绿素含量不再随施氮量增加而增加。因此应用叶绿素测定仪监测作物氮营养状态时，它能很好地反映作物缺氮状况。试验结果还表明，顺义试验点在前期供氮量为N89．4k—hm2，吴桥试验点为N61．9kg／hm2时，可保证作物正常生长，通过在拔节期进行适当的追肥，能获得比较好的产量。由于2个试验点气候条件及使用品种不同，因此达到最大叶绿素测定仪读数的施氮量也有差异。同时，两地不施氮区和最大叶绿素测定仪读数也不同，顺义对照区测定值为38．1，最大测定值为48．9，而吴桥分别为31．4和45．0。小麦地上部全氮含量随施氮量变化规律与叶绿素变化相近。在施氮水平较低时，随施氮量的增加，小麦地上部全氮含量增加，当施氮量达到一定水平后，再增加施氮量冬小麦地上部全氮含量增加并不显著。因此，小麦植株全氮和叶绿素测定值之间存在线性正相关，在2个不同点的试验中，相关系数较为接近，分别为0．7495(顺义)和0．782(吴桥)(图3)，这个结果与Revese等“”报托普仪器——致力于中国农业仪器的发展道的结果相近。他们认为在不同耕作和管理措施下，小麦拔节前植株氮浓度和叶绿素测定仪测定值之间的相关系数在0．59～0．81之间。如果用被测叶片的全氮和叶绿素值进行回归分析，相关性会更好。这是因为在作物叶片中，全氮的50％～70％与叶绿体有关。因此可以用叶绿素测定仪测定值替代全氮作为作物氮营养状况的诊断指标。2．3叶绿素测定仪测定值与产量的关系及诊断指标的建立2个点试验结果表明，小麦拔节期叶绿素测定仪测定值和产量之间有极显著的相关性，且都符合线性加平台模型。在顺义其相关方程为Y：315．2x一8984．8(x47．9)，R2=0．9045，其平台产量为6124．5kg／hm2，对应的叶绿素测定仪测定值为47．9；在吴桥其相关方程为y：218．7x一3543．4(x42．7)，R2=0．8859，其平台产量为5787．7kg／hmz，叶绿素测定仪读数为42．7。托普仪器——致力于中国农业仪器的发展造成差异的主要是栽培品种不同所致。由于在线性加平台模型中，平台产量即为最佳产量，因此可以认为在这2个点应用叶绿素测定仪诊断的ll蠡界值就是平台产量对应叶绿素测定仪测定值。2．4品种对叶绿素测定仪测定值的影响不同品种间叶绿素读数确实存在较大的差异。在北京昌平试验站的多品种叶绿素测定结果说明(图4)，品种间最大差异可达10个SPAD单位，其中32号品种为对照京411，测定值为47．8，所测定的36个品种(或组合)中有31个的测定值高于对照，最高的品种高出对照17．9％，只有4个品种低于对照，最低的品种仅低出2．2％，说明目前选育的品种叶绿素含量有增加的趋势。对吴桥试验站12个品比试验品种的测定结果也说明了同样结果。方差分析结果表明，12个品种可以分为4组，第1组为V2，它显著高于其它品种；第2组为V10，它低于V2但显著高于另外10个品种；第3组有6个品种，分别为VI，V3一V7；第4组4个品种为V8，V9，V11和V12。同组之间SPAD值差异不显著，不同组之间的品种叶绿素的差异达到极显著水平(图5)。托普仪器——致力于中国农业仪器的发展不同施氮量和品种交互作用的研究表明(表1)，氮肥主效应对小麦产量和最上部完全展开叶的SPAD值有极显著的影响，对产量的影响达到显著水平，随施氮量的增加，N1和N2之间叶绿紊仪测定值增加1．4个单位，N2和N3之间增加减缓，只增加了0．8个单位。品种对产量和SPAD值的效应都达到了极显著水平，不同品种之间SPAD值最大可相差13．3，这个差异远远大于施肥对测定值的影响。施肥量和品种的交互作用对SPAD值有极显著影响，但对产量的影响不显著。鉴于叶绿素测定仪测定值随品种和生长环境变异很大，一些研究者建议采用在田间设立对照带的方法来解决这个问题“…。具体方法是在田间种植一条供氮量对于作物而言处于奢侈吸收状态的对照区，通过对比大田和对照区作物叶绿素测定仪读数来确定大田作物氮营养状态，采用对照区叶绿素测定仪读数的95％来区分供氮充足与否。当某一块田作物叶绿素测定仪测定值与对照区相比大于95％时，可以不追肥或追少量氮肥；反之，则需要根据测定结果推荐不同追肥量。采用这种方法后在一定程度上可以克服品种对测定结果的影响。托普仪器——致力于中国农业仪器的发展3结论在田间条件下应用叶绿紊仪进行小麦氮营养状况诊断，测定时选择最上部完全展开叶，在叶片中部进行测定结果比较准确。小麦拔节期最上部完全展开叶叶绿素测定仪测定值和植株全氮、氮肥施用量及小麦产量之间有很好的相关性，可以作为小麦氮营养诊断的工具。但品种对叶绿素测定仪托普仪器——致力于中国农业仪器的发展测定结果影响较大，不同品种之间需要建立独立的诊断指标，或通过相对叶绿素测定仪读数的方法对其进行校正。在北京顺义和河北吴桥进行的试验表明，京411和76选系的叶绿素测定仪诊断l临界值分别为47．9和42．7。