基于葉片SPAD值的滴灌春小麥氮肥分期施用推薦模型

史力超，翟勇，王雪艷，侯振安，冶軍

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境系，新疆石河子832003）

基于葉片SPAD值的滴灌春小麥氮肥分期施用推薦模型

史力超，翟勇，王雪艷，侯振安，冶軍

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境系，新疆石河子832003）

試驗(yàn)于2014—2015年進(jìn)行，利用2014年田間試驗(yàn)建立基于葉片SPAD值的滴灌春小麥氮肥分期施用推薦模型，2015年進(jìn)行推薦模型的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：在滴灌春小麥拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期和灌漿期，隨著氮肥施用量的增加，小麥葉片SPAD值均呈線性增加的趨勢(shì)；各生育期葉片SPAD值與產(chǎn)量具有顯著的相關(guān)性；全生育期最佳施氮量為261 kg·hm－2；滴灌春小麥拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期和灌漿期葉片SPAD臨界值分別為42.4、39.4、41.8、54.1；建立了基于葉片SPAD值的滴灌春小麥氮肥分期施用推薦模型，在保證產(chǎn)量的前提下，基于模型推薦施肥可以節(jié)約肥料7.86%，提高氮肥利用率9.64%。研究得出，小麥葉片SPAD值可以指導(dǎo)滴灌春小麥氮肥分期施用。

春小麥；滴灌；SPAD值；氮肥推薦模型

小麥?zhǔn)鞘澜缰饕募Z食作物之一，增施氮肥是小麥增產(chǎn)最為重要的技術(shù)手段，但過(guò)量施氮不利于滴灌春小麥產(chǎn)量形成［1－2］。滴灌技術(shù)在新疆春小麥生產(chǎn)上的應(yīng)用取得了良好的效果，滴灌小麥面積也逐年擴(kuò)大［3－4］。滴灌技術(shù)的應(yīng)用使春小麥?zhǔn)┑史绞接陕嘞碌囊淮涡宰贩拾l(fā)展到分期多次追肥［5］。確定總量的推薦施肥已無(wú)法滿(mǎn)足滴灌春小麥分期施肥需要［6］，因此，快速準(zhǔn)確診斷出滴灌小麥氮素營(yíng)養(yǎng)狀況對(duì)氮肥合理施用具有重要意義。

SPAD－502葉綠素儀能快速確定葉片葉綠素相對(duì)含量，從而反應(yīng)作物氮素營(yíng)養(yǎng)狀況，其中小麥以旗葉最新完全展開(kāi)葉的SPAD值與小麥的氮素營(yíng)養(yǎng)狀況相關(guān)性最好［7－8］。冬小麥從返青到成熟期葉片SPAD值與施氮量、葉片全氮含量均呈顯著線性相關(guān)［9－10］。但是，應(yīng)用SPAD－502葉綠素儀對(duì)新疆滴灌小麥進(jìn)行氮素營(yíng)養(yǎng)診斷方面的研究較少。本研究通過(guò)分析不同施氮水平下滴灌春小麥各生育時(shí)期葉片SPAD值與施氮量、產(chǎn)量的關(guān)系，確定各生育時(shí)期葉片SPAD臨界值，并建立氮肥分期追肥模型，以期為滴灌春小麥精準(zhǔn)施氮提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2014—2015年在新疆石河子市天業(yè)生態(tài)園（N44°19′44.5″，E86°03′38.0″）進(jìn)行，前茬作物為油葵，土壤為灌耕灰漠土，0～30 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)16.6 g·kg－1，堿解氮68.5 mg·kg－1，速效磷16.3 mg·kg－1，速效鉀189.1mg·kg－1，供試品種為新春35號(hào)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）2014年進(jìn)行小麥氮肥試驗(yàn)，用于建立滴灌春小麥氮肥分時(shí)期推薦模型。設(shè)6個(gè)施氮水平，分別為施純氮0（N0）、75（N1）、150（N2）、225（N3）、300（N4）、375（N5）kg·hm－2，氮肥為尿素，每個(gè)處理基肥占總施肥量的20%、拔節(jié)期40%、孕穗期20%、抽穗期10%、灌漿期10%，追肥在每次指標(biāo)測(cè)定后第二天進(jìn)行。總灌水量為6 000 m3·hm－2，苗期灌水量占總灌水量的15%、拔節(jié)期25%、孕穗期20%，揚(yáng)花期和乳熟初期分別為15%，乳熟末期10%。滴灌帶布置為一管四行的田間配置方式（即4行小麥1條滴灌帶，行距為15 cm，滴灌帶幅寬為60 cm）。每個(gè)處理重復(fù)三次，小區(qū)面積為3×3＝9m2，小區(qū)之間各設(shè)50 cm保護(hù)行。磷（P2O5）、鉀（K2O）作為基肥一次性施入，施用量為150 kg·hm－2。

（2）2015年在新疆石河子市天業(yè)生態(tài)園進(jìn)行滴灌小麥氮肥分時(shí)期推薦模型田間驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)：不施氮肥（N0）、常規(guī)施肥（Nc，總施肥量為純氮225 kg·hm－2，在各生育時(shí)期按2014年試驗(yàn)比例施用）和推薦施肥（Nd，按追肥推薦模型施氮）3個(gè)處理。栽培模式和2014年試驗(yàn)一致，每個(gè)處理重復(fù)三次，小區(qū)面積為3×3＝9 m2，小區(qū)之間各設(shè)50 cm保護(hù)行。磷（P2O5）、鉀（K2O）作為基肥一次性施入，施用量為150 kg·hm－2。

1.3 樣品采集及測(cè)定

采用SPAD－502葉綠素儀在拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、揚(yáng)花期、灌漿期、乳熟期測(cè)定葉片SPAD值。測(cè)試時(shí)間為晴天11∶00—13∶00，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取30株小麥，測(cè)定最上部完全展開(kāi)葉的中部。成熟時(shí)每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取1m2樣方測(cè)產(chǎn)，計(jì)算單位面積的籽粒產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS 17.0軟件進(jìn)行方差分析，應(yīng)用Microsoft Excel 2003制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮水平下滴灌春小麥葉片SPAD值的變化

葉片SPAD值變化總體呈“減小－增大－減小”的趨勢(shì)，拔節(jié)期到孕穗期SPAD值略有下降，孕穗期到抽穗期相對(duì)穩(wěn)定，抽穗期到灌漿期增長(zhǎng)迅速，灌漿期以后，葉片SPAD值開(kāi)始下降。整體來(lái)看N0和N1處理SPAD值明顯處于較低水平，同一時(shí)期與高氮處理之間差異顯著。

圖1 不同施氮水平下滴灌春小麥葉片SPAD值的變化Fig.1 SPAD value of leaves at differentgrowth stages for drip-irrigated spring wheatby different N treatments

2.2 不同生育時(shí)期滴灌春小麥葉片SPAD值與施氮量的關(guān)系

在拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、灌漿期，隨施氮量的增大，滴灌春小麥葉片SPAD值均呈線性增加（圖2）。其中以抽穗期和灌漿期的相關(guān)性更顯著，并且同一處理各重復(fù)間SPAD值更穩(wěn)定。

2.3 施氮對(duì)滴灌春小麥產(chǎn)量的影響

隨著施氮量的增加，滴灌春小麥的產(chǎn)量先增后降，說(shuō)明施氮量不足和過(guò)高都會(huì)導(dǎo)致減產(chǎn)，因此可以用一元二次方程對(duì)施氮量與產(chǎn)量的關(guān)系進(jìn)行擬合（圖3）。對(duì)圖3的方程求偏導(dǎo)，得到最高產(chǎn)量為7 301 kg·hm－2，對(duì)應(yīng)的施氮量為261 kg·hm－2。此施氮量為全生育期總施氮量，可以作為追施氮肥總量的參考。

圖2 滴灌春小麥各生育時(shí)期葉片SPAD值與施氮量的關(guān)系Fig.2 Relationships between SPAD values of leaves at different growth stages and N rates on drip-irrigated spring wheat

圖3 施氮對(duì)滴灌春小麥產(chǎn)量的影響Fig.3 Effects of nitrogen rate on yield of drip-irrigated spring wheat

2.4 滴灌春小麥不同生育時(shí)期葉片SPAD臨界值的確定

滴灌春小麥拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、灌漿期葉片SPAD值與產(chǎn)量之間表現(xiàn)為二次曲線關(guān)系（圖4），說(shuō)明在一定范圍內(nèi)，滴灌春小麥葉片SPAD值增大，產(chǎn)量也增加，葉片SPAD值超過(guò)一定值以后，產(chǎn)量增加緩慢或者有所下降。根據(jù)圖4中4個(gè)時(shí)期滴灌春小麥葉片SPAD值與產(chǎn)量的關(guān)系函數(shù)，求得達(dá)到最高產(chǎn)量的拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期和灌漿期的最適SPAD值分別為44.0、40.7、43.6、55.8。一般將最高產(chǎn)量的90%～95%作為臨界值，根據(jù)不同生育時(shí)期SPAD值與產(chǎn)量的函數(shù)關(guān)系，確定拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期和灌漿期的臨界SPAD值分別為42.4、39.4、41.8、54.1。

2.5 基于葉片SPAD值的滴灌春小麥氮肥推薦模型的建立

根據(jù)滴灌春小麥各生育時(shí)期的葉片SPAD值與施肥量的線性關(guān)系以及臨界SPAD值，可以建立SPAD值診斷追肥模型。設(shè)圖2所示的線性關(guān)系求出的各生育時(shí)期的測(cè)定SPAD值前一次的氮肥水平為Nfer，全生育時(shí)期總施氮量為Nopt，則各生育時(shí)期階段Nd追肥量：

將（2）式代入（1）式，得到SPAD值診斷推薦施肥模型：

式中，Nd為各生育階段追氮量，Nopt為小麥全生育時(shí)期總施氮量，單位為kg·hm－2；b為各生育時(shí)期的SPAD值與施氮量線性方程的回歸系數(shù)；ɑ為截距。

將Nopt＝261 kg·hm－2以及圖2確定的ɑ，b值代入式（3），可以得到各生育期推薦追肥模型（表1）。根據(jù)氮肥推薦模型計(jì)算出各生育期所需要的施肥量，并依據(jù)此進(jìn)行氮肥推薦。

2.6 推薦施肥與常規(guī)施肥的對(duì)比

由表2得出常規(guī)施肥和按模型推薦施肥與不施氮肥相比產(chǎn)量分別提高了44.0%、43.2%，但常規(guī)施肥與按模型推薦施肥間產(chǎn)量無(wú)顯著差異。而按模型推薦施肥與常規(guī)施肥相比可以節(jié)約肥料7.86%、提高肥料利用率9.64%。表明在保證產(chǎn)量的前提下，按模型推薦施肥可以減少肥料投入。

圖4 滴灌春小麥各生育時(shí)期葉片SPAD值與產(chǎn)量的關(guān)系Fig.4 Relationships between SPAD values of leaves at differentgrowth stages and yield of drip-irrigated spring wheat

表1 滴灌春小麥各生育期氮肥推薦模型Table 1 Recommended models for nitrogenous fertilizer rate at different stages of drip-irrigated springwheat

表2 推薦施肥處理和常規(guī)施肥處理的比較Table 2 Comparisons between nitrogen strategymodels and conventional fertilization treatments

3 討論

滴灌春小麥從拔節(jié)期到抽穗期小麥葉片SPAD值略有減小，相對(duì)穩(wěn)定，隨后迅速增加，進(jìn)入灌漿期后開(kāi)始減小。這可能是因?yàn)樾←溕捌诟晌镔|(zhì)迅速積累，葉片葉綠素含量相對(duì)較低，導(dǎo)致葉片SPAD值也較小［13］；抽穗期到灌漿期干物質(zhì)較穩(wěn)定，葉片SPAD值隨葉片葉綠素含量增加而增加；進(jìn)入灌漿期葉片氮素和葉綠素向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)，葉片SPAD值減小。而朱云等［14］認(rèn)為，小麥拔節(jié)期到孕穗期葉片SPAD值相對(duì)穩(wěn)定，孕穗期到抽穗期略有增加，其他時(shí)期與本研究結(jié)果相似。這可能是由不同品種小麥生育特性導(dǎo)致的。鄭飛等［11］和胡昊等［12］研究表明，冬小麥葉片SPAD值隨生育期呈先增加后減小趨勢(shì)。

葉片SPAD值與施氮量和產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系表明，SPAD值能夠很好地反映滴灌春小麥氮素營(yíng)養(yǎng)狀況，這與潘薇薇等［15］和胡昊等［12］的研究結(jié)果一致。謝華等［10］試驗(yàn)表明，冬小麥從返青到成熟期隨著施氮量的增加，葉片SPAD值也相應(yīng)增加，但當(dāng)施氮量達(dá)到一定程度以后，再增加施氮量并沒(méi)有帶來(lái)葉片SPAD值的相應(yīng)增加，這與本研究結(jié)果不同。本研究表明，隨著施氮量的增加，滴灌春小麥葉片SPAD值也一直增加，這可能是因?yàn)楸狙芯康淖罡呤┑肯鄬?duì)較小，葉片SPAD值并未隨施氮量增加而增加。Blackmer［16］研究發(fā)現(xiàn)，不論在供氮充足和缺乏時(shí)，作物葉片SPAD值和產(chǎn)量都有很好的相關(guān)性；但處于奢侈吸收時(shí)，產(chǎn)量不再隨葉片SPAD值增加而增加。這與本研究結(jié)果相似，各生育時(shí)期葉片SPAD值與產(chǎn)量呈二次相關(guān)。

陳俊輝等［17］和李剛?cè)A等［18］利用葉綠素儀分別對(duì)馬鈴薯和水稻進(jìn)行氮素營(yíng)養(yǎng)診斷，并建立氮肥推薦模型。潘薇薇等［15］、王曉靜等［19］和李新偉等［20］分別基于棉花葉片SPAD值、葉柄NO3－含量和冠層NDVI值建立了棉花氮肥分期推薦模型。近年來(lái)，新疆滴灌技術(shù)在小麥上的應(yīng)用使肥料可以按小麥生育時(shí)期隨水滴施。本研究應(yīng)用葉綠素儀得出滴灌小麥拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期和灌漿期的臨界SPAD值分別為42.4、39.4、41.8、54.1，并建立滴灌春小麥氮肥分期推薦模型，田間對(duì)比試驗(yàn)表明該模型在保證產(chǎn)量前提下，可以節(jié)約肥料，提高氮肥利用率。

本試驗(yàn)基于新春35號(hào)得到推薦施肥模型，由于不同品種［21－23］小麥在同一生育時(shí)期葉片SPAD值差異很大，并且葉片SPAD值隨生育時(shí)期變化容易造成實(shí)際測(cè)量日期與模型日期不符，導(dǎo)致追肥模型誤差增大。因此，今后應(yīng)對(duì)本地區(qū)主栽小麥品種適用于生育期中任何一天的追肥推薦模型加以研究。

4 結(jié)論

應(yīng)用葉綠素儀（SPAD－502）可以比較準(zhǔn)確地推測(cè)和診斷小麥氮素營(yíng)養(yǎng)水平。小麥拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期和灌漿期葉片的臨界SPAD值分別為42.4、39.4、41.8、54.1。建立基于葉片SPAD值的滴灌春小麥氮肥分期追施模型與常規(guī)施肥相比可以減少施肥量、提高肥料利用率，模型可以指導(dǎo)滴灌春小麥氮肥分期施用。

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Recommendation model of nitrogen fertilizer based on SPAD of leaves for drip-irrigated spring wheat

SHILi-chao，ZHAIYong，WANG Xue-yan，HOU Zhen-an，YE Jun
（Depɑrtment of Resourcesɑnd Environmentɑl Sciences，College of Agronomy，Shihezi University，Shihezi，Xinjiɑng 832003，Chinɑ）

To explore a nitrogen fertilizer recommendation using SPAD－502 for drip-irrigated springwheat，an experiment had been carried outbetween 2014 and 2015.Field testdata in 2014 was applied to establish a nitrogen fertilizer recommendationmodelbased on SPAD of leaves for drip-irrigated springwheat，which was compared with the field test in 2015.The results showed that the SPAD ofwheat leaves presented a liner increasing trend with the increase of N fertilizer rate at jointing，booting，heating and filling stages.The corresponding thresholds of SPAD were 42.4，39.4，41.8，and 54.1，respectively，when the total application rate of nitrogen fertilizer was 261 kg·hm－2during the whole growth period of springwheat.As a result，a nitrogen fertilizer recommendationmodel based on the SPAD of leaves could be established in this experiment.Field experiment indicated that the nitrogen fertilizer recommendation model could make the fertilizer application rate down by 7.86%and the utilization ratio up by 9.64%when wheat yield is secured.

springwheat；drip irrigation；SPAD value；N fertilizer recommendation

S512.1＋2；S147.2；S311

：A

1000-7601（2017）01-0103-05

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.01.16

2016-01-20

國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（2012BAD42B02）

史力超（1990—），男，黑龍江齊齊哈爾人，碩士研究生，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)診斷研究。E-mail：shidaslc＠163.com。

冶軍，副教授，碩士導(dǎo)師，主要從事新型肥料研究。E-mail：yejun.shz＠163.com。