水分、氮素處理對夏玉米spad值的影響

水分、氮素處理對夏玉米spad值的影響

土壤氮素是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因素之一，也是污染環(huán)境的重要因素之一。根據(jù)作物氮素的跟蹤和預(yù)測，科學(xué)的肥水管理措施，對于提高氮素的利用率、資源合理的使用和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。然而,由于土壤氮素的測定比較復(fù)雜,通過現(xiàn)場實測資料進(jìn)行土壤氮素狀況的預(yù)測和評價在實際生產(chǎn)過程中有很大的難度。SPAD-502型葉綠素儀通過光學(xué)原理測定葉片的葉綠素含量,而葉片的葉綠素含量又與葉片含氮量有很強(qiáng)的關(guān)系,因此,可以通過葉片葉綠素測定值間接地掌握作物葉片氮素狀況。葉片氮含量既是一定土壤水分、氮素條件下作物生長的一種結(jié)果,又對作物的光合作用速率產(chǎn)生影響,是作物體內(nèi)最為活躍的因素之一。應(yīng)用葉綠素儀對玉米、水稻等作物進(jìn)行氮素虧缺及需氮量預(yù)測、作物生長評價和水肥管理措施等方面已有不少研究成果,根據(jù)大量田間實測資料,對葉綠素儀測量值SPAD與作物氮素狀態(tài)的關(guān)系進(jìn)行分析和研究。1土壤條件及典型試驗地2000年在北京水利科學(xué)研究所永樂店節(jié)水中心開展了夏玉米水肥耦合田間試驗。試驗站位于北緯39.7°,東經(jīng)116.8°,站內(nèi)有30個50m2的試驗小區(qū),各小區(qū)內(nèi)設(shè)有中子儀觀測剖面和地溫觀測剖面,進(jìn)行土壤水分和溫度觀測;站內(nèi)設(shè)有氣象站進(jìn)行常規(guī)氣象觀測。2000年夏玉米生長期間降雨量151.4mm,最大降雨33.9mm,平均氣溫26.2℃。試驗地土壤為非均質(zhì)層狀土壤,大致可分為二層,上層為砂壤土(70cm以上),下層為粉砂土。水肥耦合試驗由4個水分處理(I-0:不灌水;I-1:拔節(jié)期灌水,60mm;I-2:拔節(jié)期和抽雄期灌水,120mm;I-3:拔節(jié)期、抽雄期和灌漿期灌水,180mm)和4個氮肥處理(N-0:不施肥;N-1:施用尿素150kg/hm2;N-2:施用尿素450kg/hm2;N-3:施用尿素750kg/hm2,其中,尿素含氮量0.4568)組合而成,施肥與拔節(jié)期灌水同步進(jìn)行。夏玉米生育期內(nèi)(6月23日～9月28日),采用SPAD-502型葉綠素儀定期進(jìn)行葉片葉綠素含量觀測,葉綠素儀的觀測方法參照文獻(xiàn)。同時采用CI-301型光合作用儀測定夏玉米的光合作用速率,葉片蒸騰速率等物理量。部分試驗小區(qū)定期測定夏玉米吸氮量,生物量及土壤銨氮和硝氮含量。2試驗結(jié)果的分析2.1葉綠素含量測定葉綠素儀根據(jù)葉片葉綠素對有色光的吸收特性,通過測量一定波長的發(fā)射光強(qiáng)和透過葉片后的光強(qiáng)進(jìn)行葉片葉綠素含量的測定。作物葉片各種感光色素對可見光的吸收關(guān)系見文獻(xiàn),SPAD-502型葉綠素儀有2個發(fā)射光源,分別發(fā)射最大波長為650nm的紅色光和最大波長為940nm的紅外光,葉綠素吸收波長為650nm的紅光,但并不吸收波長為940nm的紅外光,940nm波長的紅外光的發(fā)射和接收主要是為了消除葉片厚度等方面對測量結(jié)果的影響。紅光到達(dá)葉片后,一部分被葉片的葉綠素所吸收,剩下透過葉片被接收器轉(zhuǎn)換成為電信號。通過接收器接收到的光強(qiáng)和發(fā)射光強(qiáng)比較,確定葉片葉綠素的含量。表示為SPAD(SpecialtyProductsAgriculturalDivision)單位:SPAD=Klog10[IRt/IR0Rt/R0](1)SΡAD=Κlog10[ΙRt/ΙR0Rt/R0](1)其中,K為常數(shù);IRt為接收到的940nm紅外光強(qiáng)度;IR0為發(fā)射紅外光強(qiáng)度;Rt為接收到的650nm紅光強(qiáng)度;R0為發(fā)射紅光強(qiáng)度。將每一個實測的SPAD值除以該葉片的單位葉面積重SLW(g/cm2),同時測定葉片的單位含氮量(gN/g葉片干物質(zhì)重)。圖1為SPAD/SLW與單位葉重含N量之間的關(guān)系,結(jié)果表明,SPAD測量值和單位葉面積含氮量之間有比較明顯的線性關(guān)系。2.2不同n-2施肥對灌溉總體過程中葉綠素含量的影響圖2為N-2氮肥處理水平下,不同灌水處理以及I-1灌水水平下不同施肥水平葉綠素儀觀測SPAD值和葉面積指數(shù)LAI的乘積(代表整株作物的總?cè)~綠素含量)變化過程的比較,圖2(a)看出,在N-2的施肥水平下,農(nóng)田供水越充分(灌水量越大),作物的總?cè)~綠素含量越高,且隨作物生育階段的變化越明顯。在I-1的灌水水平下(圖2(b)),以N-2的施肥處理獲得最大的總?cè)~綠素含量(含氮量)過程,但不同N處理試驗之間的差別并不明顯,可以理解這是由于土壤水分的虧缺限制了氮肥利用效率的發(fā)揮所造成的。通過N-2施肥水平下各灌水處理的SPAD測量值變化過程的比較可以看出,在該施肥水平下,葉綠素含量(含氮量)隨灌水量的增加而增大,表明農(nóng)田水分供應(yīng)充足有利于氮肥效率的發(fā)揮。由不同水分、氮素處理葉片葉綠素測量值變化過程的比較可以看出,土壤的水分和氮素狀況都影響葉片葉綠素含量(葉片含氮量)的變化,土壤氮素的虧缺或水分供應(yīng)不充足限制了土壤氮素效率的發(fā)揮,進(jìn)而可能造成葉片氮素的虧缺。2.3氧化氮與葉綠素生長量的關(guān)系研究表明,作物葉片含氮量對光合作用的影響主要體現(xiàn)在二個方面,其一:作物的輻射利用率RUE(單位輻射形成的干物質(zhì)產(chǎn)量)隨著葉片含氮量的增加而增加,其二:CO2的同化速率隨著葉片含氮量的增加而增加,葉片含氮量與二氧化氮的同化速率有著很強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系。研究同時表明,在生理生長階段,作物主要從外界吸收氮素,果實發(fā)育后,作物一方面從外界吸收氮素,另一方面,根、莖、葉中的氮素流向果實器官,以彌補(bǔ)吸氮量的不足所產(chǎn)生的影響。因而可以根據(jù)生理發(fā)育時期的葉片含氮量對產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測。夏玉米生育期內(nèi)平均SPAD值和作物產(chǎn)量之間存在著線性相關(guān)關(guān)系,通過回歸分析,得:Y=191.57SAPD?3428.4R2=0.7929(2)Y=191.57SAΡD-3428.4R2=0.7929(2)其中,Y為夏玉米產(chǎn)量(kg/hm2)。2.4水分生理效率與葉綠素含量的關(guān)系水分的生理利用效率,定義為單位水量通過葉片蒸騰散失時光合作用形成的干物質(zhì)量,取決于光合速率和蒸騰速率的比值。圖3為夏玉米生長過程中拔節(jié)—抽雄期間(7月30日),抽雄—灌漿期間(8月10日)和灌漿—成熟期間(9月1日)采用CI-301型光合作用儀測定的作物生理利用效率(光合作用速率/蒸騰速率)和葉片葉綠素含量SPAD值之間的關(guān)系。圖中可以看出,作物水分生理效率有隨著葉綠素含量增加的趨勢,且二者基本上呈線性關(guān)系。同時也可以看出,3個不同的發(fā)育時間的作物葉片葉綠素含量(含氮量)之間的差異并不是十分明顯,作物的水分利用效率的差異較大,這是作物生理需要所決定,葉片含氮量通過影響作物的二氧化碳同化速率和輻射能有效利用速率來影響水分生理利用效率。葉片葉綠素(含氮量)的增加,對于水分利用效率的提高有著顯著的影響。3與作物產(chǎn)量的相關(guān)性葉綠素儀是一種通過測量有色光通過葉面的吸收量和葉綠素含量之間的關(guān)系來測量葉片葉綠素含量的一種儀器,葉綠素含量與葉片含氮量則有著直接的關(guān)系。在永樂店試驗站進(jìn)行的觀測也證明了這一結(jié)論。作物的生長是土壤水分、氮素狀況綜合作用的結(jié)果,而葉片含氮量與光合作用又有著密切的關(guān)系,反映葉片葉綠素含量(含氮量)的SPAD值在某種程度上是土壤水分、氮素利用效率的一種綜合反映,不同水分、氮素條件下的SPAD觀測過程的比較表明,一定的土壤水分狀況下,存在一個最合理的氮肥供應(yīng)需求,施肥量的增加并不能提高作物的生理效率。生育期平均葉綠素SPAD值與作物產(chǎn)量有著明顯的相關(guān)關(guān)系,初步的分析表明,在不同的農(nóng)田氮素供應(yīng)水平下,可以根據(jù)前期一定生育階段的葉綠素和葉面積指數(shù)測量值指導(dǎo)后期的農(nóng)田水管理和進(jìn)行產(chǎn)