氮素營養診斷在我國玉米生產上的應用

摘要 主要闡述了土壤診斷、癥狀診斷、化學診斷與無損測試診斷在玉米氮素營養診斷中的應用研究現狀。

關鍵詞 氮素；營養診斷；玉米

中圖分類號 S153.6+1 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）17-05447-01

在所有的農作物中，玉米是最能耐受土壤和肥料中高氮素量而不影響產量的作物。因此，玉米的氮肥用量常常過高。這在造成氮肥巨大浪費的同時，付出的環境代價也是無法估量的。準確、及時地對玉米進行氮素營養診斷，確定氮肥施用量，提高氮肥利用率具有十分重要意義。為此，關于玉米氮素營養診斷的研究一直備受關注。筆者對氮素營養診斷在我國玉米生產上應用的研究現狀做一介紹。

1 土壤診斷

土壤診斷通過測定土壤氮素含量，分析其豐缺程度，間接反映玉米的氮素營養狀況。在20世紀80年代，我國研究人員在借鑒國外土壤剖面無機氮測試方法的基礎上，對玉米氮肥施用進行研究，認為0～100 cm NO3N 含量可以作為玉米推薦施肥參考指標。陳新平等[1]應用土壤植株快速測試方法建立了氮肥實時監控技術，在春玉米和夏玉米上取得較好的效果。目前，基于土壤硝態氮測試的氮肥施用在玉米上的研究較多。研究表明，基于土壤硝態氮測試的氮肥施用實現了產量的提高與氮肥的節約。土壤診斷常用參考指標優勢與不足見表1。

2 癥狀診斷

癥狀診斷是根據作物表現出的某種特定癥狀，確定它可能缺乏某種營養元素的方法。關于玉米缺氮的癥狀研究較成熟，但是癥狀診斷方法僅適用于只有氮素虧缺的情況，因為在玉米同時缺乏2種或2種以上營養元素或出現因非營養性因素而引起的癥狀時，則易混淆。而且，玉米出現缺氮癥狀時，玉米缺氮狀況已較嚴重，此時再采取補救措施，已影響玉米生長。

3 化學診斷

化學診斷是指通過化學分析找到氮素營養臨界濃度的方式進行診斷的方法。不同植株器官的營養臨界濃度不同，應用植株全氮診斷玉米氮素狀況的研究最早，但是其分析操作繁瑣，工作量較大，在推廣應用中有一定的困難。目前，國外已成功應用硝酸鹽速測法指導玉米生產。李志宏等[2]通過對冬小麥-夏玉米輪作制度下氮素診斷及追肥推薦的研究，確定了夏玉米二苯胺法與反射儀法的氮素營養診斷的臨界值；肖焱波等[3]通過對云南當地主栽玉米品種進行研究，確定了硝酸鹽診斷臨界值、追肥推薦模型。我國硝酸鹽速測法在玉米生產中仍未大范圍的推廣應用。

4 無損測試診斷

無損測試技術不破壞植物組織結構，利用各種手段對作物的營養狀況與生長發育進行監測。它可以實現快速、準確地檢測玉米氮營養狀況，并且及時提供玉米追肥所需要的信息。玉米氮素營養診斷無損測試方法主要有肥料窗口法、葉色卡片法、葉綠素儀法和光譜遙感分析技術。

4.1 葉綠素儀法

大量研究已表明，植物葉片的含氮量與葉綠素含量密切相關，所以可以通過測定葉綠素含量來診斷玉米氮素狀況。我國已開展用葉綠素儀進行玉米氮素診斷和氮肥推薦的研究。李志宏等[4]研究葉綠素儀（SPAD502）

在夏玉米氮營養診斷中的應用，發現應用葉綠素儀監測夏玉米氮營養狀況的最佳測定部位為葉基部開始的40%～70%區域，該部位葉綠素儀測定值與玉米全氮、施氮量及產量之間均有較好的相關性。為了消除品種和生長環境的不同對SPAD值所帶來的影響，李占成等[5]均采 用相對葉綠素儀測定值校正法，提高葉綠素儀對玉米追肥推薦中氮營養狀況的預測精度，但是無法完全消除外部因素對SPAD值的影響，甚至會影響葉綠素儀發揮其快速、簡便的特點。不同的玉米品種在不同生長階段的SPAD值差異較大，所以需要針對不同玉米品種建立不同的SPAD值的診斷標準。

4.2 光譜遙感分析技術

4.2.1 敏感波段研究。自20世紀70年代以來，為了探討利 用光譜診斷氮素的可能性，科學家們進行了大量的研究，尋找氮素的敏感波段及其反射率在不同氮素水平下的表現。研究表明，許多植物一樣在缺氮時無論是葉片

還是植物冠層水平的可見光波段反射率都有所增加。周麗麗等[6]對試驗玉米品種進行研究，發現3個品種（組合）都在500～649和691～730 nm表現出0.01水平顯著的負相關關系，并且在同一波長獲得最高的相關系數，說明可以利用統一的波段來預測不同品種的葉片氮含量。

4.2.2 葉片光譜指數與模型研究。

在明確玉米的氮素敏感波段后，許多學者開始利用各種統計方法來研究氮素含量與光譜反射率或其演生量的關系，并且探索建立合適的模型來估算玉米的氮素含量[7]。陳志強等[8]

在構建玉米葉片氮素含量的預測模型時發現，以光譜指數DSI（564，681）和DSI（681，707）構建的指數預測模型效果最好，預測精度達93.43%和93.39%，能有效地估測葉片氮素含量。也有學者確立玉米生育前期以對數模型、生育后期以指數模型為氮素營養的光譜診斷模型。

此外，許多研究表明，在玉米的不同生育時期，其光譜響應的敏感程度和敏感波段存在差異。由此可知，在玉米的不同生育期，應選擇相對應的氮素敏感波段，構建相關度高的參數來診斷玉米的營養狀況。

4.2.3 玉米冠層光譜研究。

在玉米冠層光譜分析方面，孫紅等[9]研究了不同施氮水平下玉米冠層光譜反射特征，發現施氮水平偏低區域的葉片冠層反射率在整個可見光區均明顯高于其他施氮水平，偏高和正常施氮區域內葉片光譜反射強度基本相同。也有學者運用圖像處理技術對玉米冠層葉片的近地多光譜圖像進行分析，建立玉米葉片氮素營養含量的估測模型。研究表明，多光譜圖像分析也可實現對玉米冠層氮營養含量的快速估測。但是，植株葉片含水量、土壤覆蓋程度、冠層幾何結構、大氣對光譜的吸收等因素均影響冠層光譜反射特征，極大地限制了利用遙感進行玉米氮素診斷的可靠性。

5 結語

氮素營養診斷是玉米營養診斷的主要內容，是高效利用氮肥的重要依據。

土壤診斷間接診斷玉米氮素營養狀況，操作較繁瑣，費時費力，時效性較差。今后，應在不同土壤、不同玉米品種對應土壤開展氮素營養診斷值的系統研究。癥狀診斷研究較成熟，需要診斷人員具有豐富的生產經驗，僅適用于只有氮素虧缺的情況，時效差，在實際應用上存在著明顯的局限性。

化學診斷較準確，能消除其他影響因子的干擾；需破壞植物組織結構，分析操作較繁瑣，工作量大。今后，應開展診斷時期、診斷部位與氮素營養臨界濃度的系統研究。無損測試技術時效性好，準確度較高，易受天氣條件、品種類型以及其他脅迫因子的干擾。對于影響無損測試技術的主要干擾因素的研究，應提高診斷的可靠性和普適性。

參考文獻

[1]陳新平，李志宏，王興仁，等.土壤、植株快速測試推薦施肥技術體系的建立與應用[J].土壤肥料，1999（2）：6-10.

[2] 李志宏，王興仁，張福鎖.我國北方地區幾種主要作物氮營養診斷及追肥推薦研究Ⅳ冬小麥-夏玉米輪作制度下氮素診斷及追肥推薦的研究[J].植物營養與肥料學報，1997，3（4）：357-361.

[3] 肖焱波，段宗顏，張福鎖，等.移栽玉米的氮素診斷及追肥推薦研究[J].土壤肥料，2001（6）：16-20.

[4] 李志宏，張云貴，劉宏斌，等.葉綠素儀在夏玉米氮營養診斷中的應用[J].植物營養與肥料學報，2005，11（6）：764-768.

[5] 李占成，李瑋，梁秀枝，等.綠素儀在玉米氮營養診斷及推薦施肥中的研究與應用[J].作物雜志，2011（4）：58-62.

[6] 周麗麗，馮漢宇，閻忠敏，等.玉米葉片氮含量的高光譜估算及其品種差異[J].農業工程學報，2010，26（8）：195-199.

[7] 焦雯珺，閔慶文，林焜 ，等.植物氮素營養診斷的進展與展望[J].中國農學通報，2006，22（12）：351-355.

[8] 陳志強，王磊，白由路，等.玉米葉片的光譜響應及其氮素含量預測研究[J].光譜學與光譜分析，2013，33（4）：1066-1070.

[9] 孫紅，李民贊，張彥娥，等.不同施氮水平下玉米冠層光譜反射特征分析[J].光譜學與光譜分析，2010，30（3）：715-719.