不同生育期水稻葉片SPAD值與氮素指標相關關系

陳秋玉 黃影華 張華杰

摘要：為明確不同氮肥用量下各生育期水稻（Oryza sativa L. ）葉片平均SPAD值與地上部分含氮量、氮積累量的相關關系，試驗設置了不同氮肥梯度下隨機區組栽培試驗。結果表明，水稻葉片上、中、下3個部位的SPAD值變化趨勢相近，與平均SPAD值相似，從分蘗期到黃熟期SPAD值逐漸減少。在水稻生長周期中，從分蘗期到黃熟期水稻葉片、莖的含氮量逐漸減少。在水稻全生育期，葉片平均SPAD值與莖、葉的含氮量均具有極顯著的正相關關系（P<0.01），故可以將水稻葉片SPAD值作為調節水稻施氮量的相關依據。

關鍵詞：水稻（Oryza sativa L. ）;葉片SPAD值;含氮量;氮積累量

中圖分類號：S511 ? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）17-0019-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.17.004 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： In order to clarify the correlation between the average SPAD value of rice （Oryza sativa L. ） leaves at different growth stages and the nitrogen content， accumulation of aboveground parts under condition of different amount of nitrogen fertilizer， a randomized block cultivation experiment under different nitrogen fertilizer levels was conducted. The results showed that the change trend of SPAD values measured in the upper， middle and lower parts of rice leaves was similar to the average SPAD values， and the SPAD values gradually decreased from tillering stage to yellow maturity stage. During the rice growth cycle， the nitrogen content of rice leaves and stems decreased gradually from tillering stage to yellow maturity stage， and the difference of nitrogen content increased with the increase of nitrogen application. During the whole growth period of rice， the average SPAD value of leaves was positively correlated with nitrogen content of stems and leaves（P < 0.01）. Therefore， the SPAD value of rice leaves can be used as a basis for regulating nitrogen application.

Key words： rice（Oryza sativa L.）; SPAD value; nitrogen content; nitrogen accumulation

糧食安全與國家安全息息相關，在有限的條件下，如何可持續提高糧食產量顯得尤為重要[1-4]。水稻（Oryza sativa L.）生產中，如何合理使用氮肥才能在對環境影響最小的情況下得到最大的經濟效益受到人們的普遍關注[5-11]。相關試驗結果表明，在不同處理條件下，水稻葉片SPAD值抽穗期>拔節期>成熟期，在抽穗期和成熟期差異明顯，可在分蘗期、抽穗期和拔節期利用水稻頂三葉和頂四葉的差異作為參數對氮素營養進行診斷，且水稻葉片含氮量與SPAD值呈顯著線性相關，可利用SPAD-502葉綠素計對水稻氮素營養和推薦追肥精度進行診斷，為氮肥管理提供依據[12-16]。袁召峰[17]通過微積分的方法結合水稻葉片葉綠素動態分布和葉片形狀，估計葉片具有代表性的測試位置，并建立了2個基于SPAD值的間期氮素診斷模型，可以為水稻拔節期至孕穗期的氮素診斷提供新的參考。

在前人研究的基礎上，本研究通過設置粵農絲苗和合美占2個水稻品種在不同氮肥梯度的隨機區組栽培試驗，探討不同氮肥梯度條件下水稻葉片SPAD值的變化規律及其與氮素指標的相關關系，以期能更好地指導水稻田間氮肥管理，構建在不同環境條件下水稻葉片與氮素指標的相關關系。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

試驗水稻品種為合美占和粵農絲苗，于4月5日移栽，7月5日收獲。試驗地點為廣東省農業科學院白云基地，土壤有機質含量為36.3 g/kg，全氮含量為1.22 g/kg，全磷含量為0.36 g/kg，全鉀含量為9.50 g/kg。試驗設5個施氮水平，分別為N0（CK， ?0 kg/m2）、N1（0.006 kg/m2）、N2（0.012 kg/m2）、N3（0.018 kg/m2）、N4（0.024 kg/m2）。另外該次試驗配施P2O5 0.009 kg/m2、K2O 0.015 kg/m2。所用肥料氮肥為尿素（含N 46.4%），磷肥為過磷酸鈣或鈣鎂磷肥（含P2O5 12%），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%）。3次重復，隨機區組排列，共30個小區，小區面積30 m2。采用人工移栽，株行距為13.2 cm×26.4 cm，折合每公頃31.5萬穴左右，3本移栽，南北行向，設置灌排水溝0.5 m寬、埂0.3 m寬、保護行1.5 m左右，小區之間以埂相隔，埂上覆膜，獨立排灌。基追比為5∶5（基肥∶分蘗拔節肥∶穗肥=5∶3∶2），分蘗拔節肥一般于移栽后10 d左右施入。其他栽培管理措施同一般高產田。小區排列根據實際情況確定。

1.2 數據測量與計算

1.2.1 葉綠素SPAD值測定 試驗種植后水稻植株主莖葉片開始展開后，于田間隨機選擇3株掛牌定株測試，使用日本產SPAD-502便攜式葉綠素儀于水稻生長的分蘗期、拔節期、孕穗期和黃熟期，分上、中、下3個部分測定植株頂部4片葉的葉綠素SPAD值。

1.2.2 氮素指標測定及計算 取3穴水稻地上部所有植株器官，清洗后于105 ℃烘箱殺青30 min，然后在80 ℃下烘干至恒重， 根據小區面積和總穴數，折算單位土地面積干物重。采用半微量凱式定氮法分別測定葉片和莖的全氮含量。然后根據葉片和莖的全氮含量和干物重求取葉片和莖的氮積累量，計算公式為PNA=PNC×Pmd/100。式中，PNA指葉片和莖的植株氮積累量（g/m2），PNC指葉片和莖的植株全氮含量（%），Pmd指葉片和莖的干物重（g/m2）。

1.2.3 數據統計與分析 使用Excel 2010錄入試驗收集的所有數據，應用Excel 2007和SPSS 22.0對相關數據進行處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 施氮量對水稻各生育期葉片平均SPAD值的影響

2個水稻品種各氮肥梯度處理對SPAD值的影響見圖1。2個水稻品種在整個生長發育周期SPAD值變化基本相似。葉片上、中、下部及平均SPAD值變化趨勢相近，可用平均值代替葉片SPAD值進行相關數據分析。

在同一施氮水平下，2個水稻品種葉片平均SPAD值隨著水稻生育期的推進逐漸下降;在同一生長時期，隨著施氮量的增加，水稻葉片SPAD值增加;并且隨著水稻的生長，處理間SPAD值差異增大。與對照組相比，各處理各生育期葉片SPAD值均有所提高，且不同氮肥水平對水稻葉片SPAD值影響程度不同。

2.2 施氮量對水稻各生育期葉片氮素指標的影響

2.2.1 施氮量對水稻各生育期葉片含氮量的影響 由圖2可知，不同氮肥梯度處理下，同一生育時期2個水稻品種葉片含氮量隨著施氮量的增加而增加，與施氮水平呈正相關，且各施氮處理的葉片含氮量均明顯高于對照。同一氮肥條件下，分蘗期到黃熟期，隨著水稻的生長發育，水稻葉片含氮量在逐漸減少，且各處理間含氮量差值在增大，2個品種在各處理間的含氮量趨勢相似。相關研究表明，植株含氮量隨著水稻生長發育過程先增加后減少，在分蘗盛期植株含氮量達到最高水平[17]。本試驗所得水稻葉片含氮量數據與前人研究結果相符。同一氮肥處理相同生育期條件下，粵農絲苗葉片含氮量普遍高于合美占。

進一步對水稻各生育期品種、施氮量及二者互作對葉片含氮量影響的差異顯著性進行F檢驗，結果見表1。由表1可知，區組間的F均小于 F0.05（2，18），表明各區組間水稻葉片含氮量差異均不顯著，說明試驗地的土壤差異不大。在分蘗期與孕穗期，品種間的F 均大于 F0.05（1，18），表明在這2個時期2個水稻品種間葉片含氮量差異均達顯著水平;在拔節期與黃熟期，品種間的F 均小于 F0.05（1，18），表明在這2個時期2個水稻品種間葉片含氮量差異均不顯著。在試驗的各個時期，不同施氮量間的F均大于 F0.01（4，18），表明各時期不同施氮量間葉片含氮量差異均極顯著。水稻各生育期品種與施氮量交互作用的F均小于 F0.05（4，18），表明水稻品種與施氮量交互作用對水稻葉片含氮量的差異均不顯著。

2.2.2 施氮量對水稻各生育期葉片氮積累量的影響 由圖3可知，不同氮肥梯度處理下同一生育時期，2個水稻品種葉片氮積累量隨著施氮量的增加而增加，各施氮處理的葉片氮積累量均明顯高于對照組。同一氮肥條件下，水稻葉片氮積累量隨生育進程先增加后減少，但減少程度較小。因2019年5月7日遇到臺風天氣，春夏交替，雨水較多，水稻于室外種植，水稻葉片可能有所損傷導致氮積累量的降低。

進一步對水稻各生育期品種、施氮量及二者互作對葉片氮積累量影響的差異顯著性進行F檢驗，結果見表2。由表2可知，在分蘗期，區組間的F大于 F0.01（2，18），表明各區組間水稻葉片氮積累量差異極顯著，又由表1可知試驗地土壤差異不大，氮積累量為含氮量與干物重的乘積求得，可能在試驗操作過程中有誤差;在拔節期、孕穗期和黃熟期，區組間的F均小于F0.05（2，18），表明各區組水稻葉片氮積累量差異不顯著。在拔節期與黃熟期，品種間的F 均大于F0.05（1，18），表明在這2個時期2個水稻品種間葉片氮積累量差異均達顯著水平;在分蘗期與孕穗期，品種間的F 均小于F0.05（1，18），表明在這2個時期2個水稻品種間葉片氮積累量差異均不顯著。在試驗的各個時期，不同施氮量間的F均大于 F0.01（4，18），表明在水稻各生育期不同施氮量間葉片氮積累量差異均極顯著。在分蘗期和黃熟期，水稻品種與施氮量交互作用的F均大于 F0.01（4，18），表明水稻各生育期二者互作對水稻葉片氮積累量的影響均極顯著。

2.3 施氮量對水稻各生育期莖氮素指標的影響

2.3.1 施氮量對水稻各生育期莖含氮量的影響 由圖4可知，同一氮肥條件下分蘗期至黃熟期，隨著水稻的生長發育，水稻莖含氮量在逐漸減少。除合美占的孕穗期外，其他各生育期2個水稻品種莖含氮量均隨施氮量的增加而增加，且2個品種在各處理間的含氮量變化趨勢相似，粵農絲苗莖含氮量高于合美占。

對水稻各生育期2個品種各處理間莖含氮量進行F檢驗，結果見表3。由表3可知，在分蘗期，區組間的F 大于F0.05（2，18），表明各區組水稻莖含氮量差異顯著，又由表1可知試驗地土壤差異不大，可能是因為在試驗操作過程中有誤差;在拔節期、孕穗期和黃熟期，區組間的F均小于 F0.05（2，18），表明各區組間水稻莖含氮量差異不顯著。在分蘗期與孕穗期，品種間的F 均大于 F0.05（1，18），表明在這2個時期2個水稻品種間莖含氮量差異均達顯著水平;在拔節期與黃熟期，品種間的F 均小于 F0.05（1，18），表明在這2個時期2個水稻品種間莖含氮量差異均不顯著。在孕穗期，施氮量間的F 小于 F0.05（4，18），表明在孕穗期不同施氮量間水稻莖含氮量差異不顯著;在其他3個時期，施氮量間的F均大于 F0.01（4，18），表明不同施氮量間莖含氮量差異均極顯著。在孕穗期，水稻品種與施氮量交互作用的F 大于F0.01（4，18），表明在孕穗期水稻品種與施氮量的交互作用對水稻莖含氮量影響極顯著;在其余3個生育期二者互作的F均小于 F0.05（4，18），表明二者互作對水稻莖含氮量的影響不顯著。

2.3.2 施氮量對水稻各生育期莖氮積累量的影響 由圖5可知，同一生育時期，2個水稻品種莖氮積累量均隨施氮量的增加而增加，各施氮處理的莖氮積累量均明顯高于對照。同一氮肥條件下，水稻莖氮積累量隨生育進程先增加后減少，2個品種莖氮積累量均在孕穗期達到最大值。因5月7日遇到臺風天氣，水稻于室外種植，可能出現損傷、倒伏等情況，而氮積累量是根據含氮量與干物重所求得，導致相關數據可能存在偏差。

由表4可知，在水稻各生育期，區組間的F均小于 F0.05（2，18），表明各區組間水稻莖氮積累量差異均不顯著。各生育期品種間的F均小于 F0.05（1，18），表明水稻不同品種間莖氮積累量差異均不顯著。在水稻各生育期，施氮量間的F均大于F0.01（4，18），表明施氮量間莖氮積累量差異均極顯著。在黃熟期，水稻品種與施氮量交互作用的F 大于 F0.05（4，18），表明在黃熟期二者互作對水稻莖氮積累量的影響極顯著;在其余各生育期，二者互作的F均小于F0.05（4，18），表明二者互作對水稻莖氮積累量的影響均不顯著。

2.4 葉片SPAD值與氮素指標的相關關系

利用試驗所得結果進一步研究2個水稻品種各生育期的葉片SPAD值與葉片、莖含氮量、氮積累量的關系。由圖6可知， 2個水稻品種各生育期的葉片平均SPAD值與葉片含氮量均有較好的相關性，二者線性方程的R2均在0.78以上，P<0.01，表明二者線性關系良好。由圖7可知，除合美占的黃熟期，2個水稻品種各生育期葉片平均SPAD值與葉片氮積累量均有較好的相關性，二者線性方程的R2均達0.63以上，P<0.01。2個水稻品種各生育期的葉片平均SPAD值與莖含氮量均有較好的相關性，二者線性方程的R2均達0.67以上，P<0.01（圖8）。除粵農絲苗的拔節期，2個水稻品種各生育期的葉片平均SPAD值與莖氮積累量均有較好的相關性，二者線性方程的R2均達0.87以上，P<0.01（圖9）。

3 小結與討論

3.1 討論

吳良歡等[14]通過長期定位栽培試驗結果表明，水稻分蘗盛期和幼穗分化期SPAD值與含氮量呈極顯著正相關，可作為水稻追施氮肥的相關依據。但本次試驗是在2018年所做，因在分蘗期后的一個月出現臺風等惡劣天氣，一些植株倒伏甚至出現枯萎，因此無法確定拔節期與孕穗期一般條件下的結論是否也符合。

李剛華等[16]的研究表明，不同葉位測定的位置不同，所測SPAD值也有所差異。葉片厚度不同也會造成偏差，葉片越厚，SPAD值讀數會越偏大，所得結果出現偏差[18]。由于重復小區較多，同組數據由不同人來測量，也會造成較大誤差。因此，在測量同一組數據應盡量由同1個或2個人進行測量，統一測量標準，減少人為誤差。本試驗中研究了水稻莖、葉含氮量及氮積累量的相關關系，其中氮積累量是根據含氮量及干物重求得，相比于其他指標測量的值較多，試驗過程中，由于試驗儀器、操作人員的不同，造成的誤差也較大。

本試驗在水稻中探究品種、肥料等的影響下葉片SPAD值與葉、莖含氮量的相關關系，為氮素診斷提供參考，為構建全面的農業信息庫提供數據基礎。

3.2 小結

本試驗結果表明，在水稻葉片上、中、下3個部位所測SPAD值變化趨勢相近，從分蘗期到黃熟期，SPAD值逐漸減少。在水稻生長發育過程中，從分蘗期到黃熟期水稻葉片含氮量逐漸減少，且同一時期隨著施氮量的增加，含氮量逐漸增大。在水稻全生育期，葉片平均SPAD值與莖、葉的含氮量均具有極顯著的正相關關系，故可以將水稻葉片SPAD值作為調節水稻施氮量的相關依據。

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