SPAD值在馬鈴薯氮素營養診斷和推薦施肥中的研究與應用

陳百翠 ，魏峭嶸，石 瑛*，馬麗美

(東北農業大學農學院，哈爾濱 150030)

馬鈴薯是世界上除小麥、水稻、玉米之后的第四大糧食作物[1，2]。大量研究表明，氮肥對馬鈴薯的產量提升起到了非常重要的作用。張寶林等研究在塊莖形成期、塊莖膨大期和淀粉積累期，維持一定的氮素濃度，對馬鈴薯的經濟產量有極大的提高[3]。另外，隨著產量水平的提升，作物對氮素的需求也相應地增加，因此合理施用氮肥對于作物的生長和產量的提高是非常重要的[4-5]。

馬鈴薯氮素營養診斷雖然已有一定的研究進展，并推薦了多種氮素營養診斷的方法，但是多數都有其弊端。經過大量研究表明，葉綠素含量與葉片含氮量有較好的相關性，因此可以通過測定葉綠素含量對植物氮素營養狀況進行診斷。但是測定葉綠素也要進行破壞性工作。鑒于此，日本研究了一種便攜式SPAD-502葉綠素儀，可以用來進行田間作物氮素診斷及施肥推薦。Gianquinto等[6]的研究顯示，葉片SPAD值與葉片全氮含量存在相關性,同時表明葉片SPAD值可以預測產量。Uddling等[7]也發現馬鈴薯葉片的全氮含量與測得的SPAD值呈正相關關系。李井會和聶向榮[8]的研究發現，測定倒三葉或倒四葉片的SPAD值與馬鈴薯葉片葉綠素含量和全氮含量呈顯著正相關關系。國內外的研究為用葉綠素儀進行馬鈴薯的氮素營養診斷的可行性提供了依據。但應用葉綠素儀測定的SPAD值對馬鈴薯進行氮素營養診斷、建立氮肥并推薦追肥體系基本上都只在單因素氮水平下。為了系統研究磷、鉀肥及氮磷鉀互作對SPAD的影響，本試驗利用了3414肥料隨機完全區組試驗設計，研究了氮、磷、鉀配比及氮、磷、鉀單因素對SPAD值的影響，旨在提高SPAD值作為馬鈴薯主要生育時期氮素營養診斷的準確性，為推薦施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

馬鈴薯品種東農311的原一代種薯。

1.2 試驗處理

1.2.1 試驗地點

東北農業大學阿城動物類實驗實習基地馬鈴薯試驗地。

1.2.2 試驗設計

本試驗按照3414試驗方案，每個品種設置氮、磷、鉀3個因素、4個水平、14個處理。4個水平的含義：0水平指不施肥，2水平指當地推薦施肥量，1水平(指施肥不足)=2水平×0.5，3水平(指過量施肥)=2水平×1.5。本地推薦施肥量為：尿素10 kg/667 m2，磷酸二銨 20 kg/667 m2，硫酸鉀 10 kg/667 m2， 折 合 純 N 8.3 kg/667 m2，P2O59.2 kg/667 m2，K2O 5 kg/667 m2。試驗所用肥料為尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀。3次重復，4行區，行長6 m，行距80 cm，株距25 cm，整薯播種。

表1 3414肥料試驗設計及施肥量

1.3 測定指標及方法

1.3.1 葉片SPAD值

利用SPAD-520儀法測定。在馬鈴薯主要生育時期塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期，對每個處理選擇長勢相近的30株，對其倒三葉或倒四葉片進行測定。每片葉片選取3點。計算平均值為SPAD值。

1.3.2 產量

從塊莖形成期開始進行取樣測定。每個處理選擇40株測定單株的塊莖產量。并折合成畝產量。

1.4 統計分析

試驗數據用DPS7.05和Excel2003軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 馬鈴薯主要生育時期SPAD值與施肥量間的關系

2.1.1 SPAD值與施氮量間的關系

光合作用對馬鈴薯營養器官的形成和生長有著關鍵的促進作用。氮肥可以維持綠葉的同化功能，延長光合作用時間，葉綠素是光合作用獲得光能的載體，SPAD值的大小間接反映了葉綠素的含量。在馬鈴薯產量形成的幾個主要時期進行了施氮量與SPAD值的相關分析，由表2可知，各個處理隨著生育期的進行，SPAD值逐漸減小，而施氮量越大其變化幅度越小。同一生育時期，隨著施氮量的增加，SPAD值隨之增大，后逐漸趨于平穩。由回歸方程可以看出，SPAD值與施氮量呈顯著正相關性。氮肥對SPAD值影響較大，3個時期的不同施氮處理條件下，SPAD值變化幅度分別為3.12、3.46、3.32，說明塊莖膨大期的SPAD值受氮施用量影響最大。因此通過測定SPAD值可以間接預測馬鈴薯氮營養狀態。

表2 主要生育時期SPAD值與不同施氮量間的相關性

2.1.2 SPAD值與施鉀量的關系

由主要生育時期SPAD值與不同施鉀量的相關性(表3)可以看出，各個處理隨著生育期的后移，SPAD值隨之減小。同一時期隨著施鉀量的增加，SPAD值隨之增大，由各個方程式可以看出，SPAD值與施鉀量呈線性關系，通過相關分析得到的相關系數可以看出，SPAD值與施鉀量呈顯著正相關。在馬鈴薯塊莖發育的3個時期中，不同處理鉀肥對SPAD值的變化影響分別為0.21，0.97，2.9。其中淀粉積累期SPAD值受鉀肥影響最大。

表3 主要生育時期SPAD值與不同施鉀量間的相關性

2.1.3 SPAD值與施磷量的關系

磷素的存在能使植株體內氮素濃度下降，莖葉下降更為明顯。而經大量研究表明，葉片含氮量與SPAD值呈正相關關系。由馬鈴薯主要生育時期測得的SPAD值與施磷量間的相關分析 (表4)可以看出，各個處理隨著生育期的進行，SPAD值隨之減小。隨著施磷量的增加，各個時期的SPAD值隨之減小，由各個方程式可以看出，SPAD值與施磷量呈線性關系，通過相關分析得到的相關系數可以看出，SPAD值與施磷量呈顯著負相關。磷肥對SPAD值變化的影響分別是-1.33，-1.06，-2.04。其中淀粉積累期SPAD值受磷影響最大。

表4 主要生育時期SPAD值與不同施磷量間的相關性

2.1.4 SPAD值與氮鉀配比下的關系

氮肥可以維持綠葉的同化功能，延長光合作用的時間。而鉀素對碳水化合物的合成和運輸起重要的作用，如果葉片缺鉀，則葉片積累糖分，合成作用減弱，光合速度下降，由主要的生育時期SPAD值與氮鉀施量的相關(表5)可知，隨著生育期的進程，各個處理SPAD值隨之減小。隨著施肥量的變化，馬鈴薯的3個主要生育時期的SPAD值也相應的變化，且變化趨勢一致，根據回歸方程式可知，SPAD值與氮鉀施用量呈線性關系，并且兩者之間達到了顯著正相關。各個時期的SPAD變化值分別為3.18，3.46，5.06。可以看出，隨著生育期的后移，影響逐漸增大。

表5 SPAD值與氮鉀配比間的相關性

2.2 馬鈴薯主要生育時期SPAD值與產量間的關系

氮磷鉀對馬鈴薯生長發育有著不同的影響。氮素對塊莖形成的時期、數量和大小都有明顯的作用，氮肥適量施用可顯著促進塊莖的膨大速度，特別是在低氮水平的一般田塊上，其促進作用更為明顯。而在氮肥充足的情況下，鉀肥對提高產量有明顯的作用。鉀肥可以促進葉片中的碳水化合物向塊莖中運輸，延遲葉片的衰老進程，增強葉片的光合強度，因而增加馬鈴薯的產量。磷素對馬鈴薯營養生長、塊莖的形成，以及淀粉的積累都有良好的促進作用，特別可以促進根系的發育，增強植株的抗旱和抗寒能力，從而提高塊莖產量。而氮、磷、鉀配合施用，增產效果更為明顯。由表6可以看出，氮磷鉀配比整體對SPAD值影響不大，各個時期SPAD值差異不顯著，但是14個不同處理間的總產量，相對產量差異顯著。并且T11(N3P2K2)高氮處理下的產量最高。說明在磷鉀適量的條件下，適當的增施氮肥可以提高產量。在磷鉀同一水平下，總產量、相對產量，T2與T6、T11差異顯著，與T3差異不顯著，T3、T6、T11間差異顯著。并且隨著施氮量的增加，SPAD值、產量、相對產量均隨之增大。而在氮鉀同一水平下，總產量、相對產量T4、T5、T6、T7為4個不同的磷水平，它們差異不顯著。并且隨著施磷量的增加，SPAD值隨之減小，而產量和相對產量先增加后減小。在磷氮同一水平下，總產量、相對產量 T6、T8、T9、T10 差異不顯著。并且隨著施鉀量的增加，SPAD值逐漸增加，產量和相對產量先增大后減小。說明氮對馬鈴薯的產量影響最大。而在鉀水平一定的情況下，總產量、相對產量氮磷配比是 T2與 T3、T5～T7、T11、T12差異顯著。T11與 T3、T4間差異顯著。說明氮磷配合比單因素磷對馬鈴薯產量影響要大。因為氮、磷配合，使磷肥的利用率達到18%左右，比單施磷提高8%。在磷水平一定下，氮鉀配比T2與 T3、T6、T8、T9、T10、T11、T13 差異顯著。

表6 主要生育時期SPAD值與相對產量間的相關性 kg/hm2

由于根據SPAD值與產量間關系推薦施肥量會有一定的誤差，為了提高準確性，可以利用SPAD值與相對產量的相關性來推薦施肥，相對產量是由各個處理與處理中最高產量的比值得出。由表6可以看出各個時期的SPAD值與相對產量呈一定的正相關性，但是并不顯著。而在磷鉀水平下，4個不同氮水平下的SPAD值與相應的相對產量呈顯著的正相關性。

2.3 馬鈴薯主要生育時期SPAD值與氮肥處理

下的各時期產量間的關系

圖1 不同氮水平下主要生育時期SPAD值與相應產量間的關系

氮素對馬鈴薯產量形成的作用是促進莖葉生長，提高葉面積指數和光合勢。本試驗得出SPAD值與施氮量顯著正相關，與劉艷春等[9]研究結果一致。由圖1得知，隨著生育期的進程，產量逐漸提高，SPAD值也隨之增大，并根據方程擬合分別得出塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期的SPAD臨界值分別為45.16，44.00，44.14。即在臨界值處理論上塊莖產量達到最高，分別為673.4 kg/hm2、1259.0 kg/hm2、1347.0 kg/hm2。因此在馬鈴薯主要生育時期測定SPAD值可以預測產量。

3 結論與討論

通過本試驗得出，SPAD值與單因素氮肥、鉀肥和氮鉀配比下均呈顯著地正相關性，與磷肥呈顯著地負相關性。三個因素中氮肥對SPAD值影響最大。氮磷鉀配比整體對SPAD值影響不大。各個處理間SPAD值差異不顯著。并且SPAD值與氮磷鉀配比下的相應產量不具備相關性。但是卻與僅在氮肥影響下的相對產量呈顯著的正相關性。這說明SPAD值與氮肥的關系更緊密。并且通過本試驗研究了施氮量與SPAD值，施氮量與產量、相對產量，SPAD值與產量間的關系。它們都各自呈顯著地正相關性。因此更加準確地說明了SPAD值可以作為馬鈴薯氮素營養診斷的指標。并通過SPAD值與產量間的方程擬合，得出了馬鈴薯塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期的臨界值分別為45.16、44.00、44.14。即在正常的SPAD值到臨界值之間，馬鈴薯正常生長，但是測得的值要是高于臨界值，說明此時氮肥過量，不需進行追肥處理。并且通過在不同氮肥水平下，根據SPAD值與相對產量間的關系，利用SPAD值在塊莖膨大期預測產量。

葉綠素是光合作用的基礎，也是馬鈴薯產量形成的前提。氮、磷是葉綠素的重要組成成分，葉片中氮磷的多少直接影響葉綠素的合成，鉀參與光合產物的運輸，間接影響葉綠素含量。而葉綠素與SPAD值呈顯著地正相關性[10]。因此理論上3個因素配比作用下對SPAD值都會有不同的影響。本試驗只得出了單因素與SPAD之間的相關性，并且所得結果與張靜[11]研究的結果一致。氮磷鉀三者互作對SPAD值的影響不大，建立最佳的施肥體系，應該是在最佳的氮磷鉀配比下，雖然本試驗得出了SPAD值與氮鉀施用量間呈顯著的正相關性，但是SPAD值與氮鉀施用量下的產量、相對產量卻沒有一定的相關性。因此為了進一步研究SPAD值與三者的關系，可以在今后的試驗里多做幾個相似的品種，這樣可以避免外界條件對試驗結果產生影響。

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