植物氮素營養診斷方法及遙感技術的應用

趙福剛　宋曉曦　代玉紅　袁偉哲

摘要：植物氮素營養診斷是我國農業生產管理過程中一項重要工作。本文重點闡述了其診斷方法、遙感技術在作物氮營養診斷中的應用以及比較不同診斷方法的優缺點，指出了精準農業的研究重點和發展方向。

關鍵詞：作物；氮素營養；遙感；診斷方法

中圖分類號：S566.3 文獻標識碼：A DOI編號：10.14025/j.cnki.jlny.2016 10.054

植物氮素營養的診斷是植物栽培和農業生產管理過程的核心內容，是精準農業進行現代化管理的主要依據。因此，在農業生產過程中，必須對作物的氮素進行精準管理，對植物氮營養狀況進行合理的氮肥推薦。

1 氮素營養診斷的方法

氮是決定作物生長發育及品質的關鍵因素。氮營養診斷的方法很多，但主要分為兩大類，即土壤氮素診斷和植物氮素診斷。

1.1 土壤氮素診斷

植物氮素主要通過根系從土壤中獲得，土壤氮含量直接反映植株氮素營養狀況。

1.1.1 土壤全氮 土壤全氮是衡量土壤氮素的基礎肥力指標，反映了總的供氮水平。土壤全氮的測定方法比較成熟，操作方法參照《土壤農化分析》，雖測定結果較為可靠，但操作過程費時、步驟復雜，而且與作物生長的相關性較差。

1.1.2 土壤有效氮 土壤有效氮包括無機態氮和有機態氮，反映土壤近期內氮素供應狀況。測定土壤有效氮可采用生物培養法和化學分析法。生物培養法步驟繁瑣、耗時，但測定結果與作物生長具有較強的相關性；化學分析法快速、簡便，但只能模擬估計土壤有效氮的供應。

1.1.3 土壤無機氮 目前，廣泛應用的是土壤剖面無機氮測試方法，如在播種前進行，應根據不同作物品種確定采樣深度。作物生長過程中取樣，需采集表土層0"30厘米的土樣進行測試確定追氮量，此時，土壤無機氮含量和作物產量的相關性較好。

1.2 植物氮素診斷

植物的氮素營養診斷可分為植株全氮、硝酸鹽和氨基態氮診斷等。

1.2.1 氮營養失調外觀診斷 作物含氮量過高，會導致作物徒長、分蘗多、節間長、貪青晚熟等，作物缺氮時作物的植株下部會出現葉片發黃或生有紅斑，氮營養失調的外觀診斷方法通常在植株僅缺一種營養元素時有效，而當植株同時缺乏二種以上營養元素，或出現病、蟲、藥害或生理病害時而引起的相應癥狀，極易引起誤診。因此，這種傳統的外觀診斷方法在具體的應用上具有明顯的局限性。

1.2.2 植株全氮診斷 目前，農業生產中，多數作物的氮診斷臨界濃度值根據作物的不同生長階段和植株的不同部位已基本清楚。植株全氮量較好地反映作物的氮素營養水平，并與作物的最終產量密切相關。但植物全氮分析和土壤全氮分析的操作原理相近，均需采用凱氏定氮法，步驟繁瑣且工作量大，在農業推廣應用中同樣具有一定難度。

1.2.3 硝態氮診斷 硝態氮主要以半儲備狀態存在于作物體內，當植株氮量較輕微缺乏時，作物全氮庫的變化還不明顯，但此時，作物對硝態氮的需求卻迅速增加。因此，在作物的生長前期，可利用硝態氮作為氮營養診斷指標來代替全氮，分析植株氮素營養狀況。目前，這種方法已經成功應用于春小麥、玉米、棉花等多種作物。

1.2.4 葉綠素儀氮營養診斷 植物葉片營養元素狀況與光譜特性密切相關，利用植物在不同生長狀態下的光譜差異，采用葉綠素儀獲取葉片的葉綠素值（SPAD值）來診斷植物生長狀況，使田間非破壞性、快速、簡易地診斷植物營養狀況有了可能。朱新開等研究表明，SPAD值會因作物的品種和生育時期而有所不同，相同生育時期不同品種的葉片SPAD值與全氮含量呈正相關。因此，可以用SPAD值診斷作物氮營養狀況。由于葉色受諸多因素影響，因此，為盡可能避免誤差，用SPAD值估測葉片含氮量時，采集的葉片應選擇進入功能旺盛期且完全展開的葉片。

2 遙感技術的應用

遙感作為一種新型應用技術手段，主要通過檢測作物的光吸收性質和冠層光反射判斷作物農學指標。遙感技術在加拿大、美國、墨西哥等國家作物氮營養診斷的氮肥追施中應用廣泛?；谶b感技術的作物氮營養診斷方法根據其診斷尺度的不同，大致分為航空遙感、衛星遙感、近地面遙感三種，相比之下，近地面遙感攜帶方便，價位更低，且分辨率高，實時性較好。

3 不同氮素營養診斷方法的優缺點

綜上所述，應用化學手段測量作物氮素水平，準確度高，但耗時耗力，采樣過程中對植株損害嚴重；現代遙感技術的應用達到準確度高、實效性好，對作物無損傷，但受大氣狀況、數據質量以及反演模型本身適用性等因素的制約。因此，為獲得更高的施肥經濟效益，減少因過量施用氮肥造成面源污染。基于遙感技術的作物氮營養診斷方法成為精準農業的研究重點，建立面向精準農業決策管理的農業遙感技術體系是未來的發展方向。