苧麻葉片SPAD值與氮素含量關(guān)系的初步研究

李朝東，崔國賢，謝 寧，丁莎莎，陳兵兵，白玉超

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)苧麻研究所，長沙 410128）

氮是苧麻生長發(fā)育及形成器官所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，氮肥可以促進(jìn)苧麻莖和葉生長，使莖粗葉茂，并增加分株數(shù)及有效分株，同時(shí)提高鮮莖出麻率。氮肥施用量過小，苧麻達(dá)不到期望的產(chǎn)量和品質(zhì)；施用量過大，苧麻易遭風(fēng)害、病害，成熟期延遲，而且?guī)碓黾油度氤杀?、污染環(huán)境、浪費(fèi)能源等不利影響。在苧麻需肥的關(guān)鍵時(shí)期進(jìn)行實(shí)時(shí)、無損、準(zhǔn)確的氮素營養(yǎng)診斷，對實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)精準(zhǔn)施肥具有重要的意義。

葉綠素儀SPAD-502的測定原理是，根據(jù)植物葉片葉綠素對有色光的吸收特性，通過測量一定波長長度的發(fā)射光強(qiáng)和透過植物葉片后的光強(qiáng)，可測得植物葉片葉綠素含量的相對值（稱SPAD值）。由于植物的葉綠素含量和氮營養(yǎng)元素含量之間關(guān)系密切，因此，可以通過測定植物葉片的葉綠素相對值來了解葉片氮素營養(yǎng)狀況。葉綠素儀SPAD-502作為一種快速而又方便的診斷工具，被廣泛應(yīng)用于水稻、小麥、棉花等作物的氮素營養(yǎng)診斷上[1，2，3，4，5]，而在苧麻的營養(yǎng)診斷上的應(yīng)用鮮有報(bào)道。本研究分析兩個(gè)苧麻品種功能葉片在不同時(shí)期的SPAD值與全氮營養(yǎng)含量之間的關(guān)系，建立基于SPAD值的苧麻葉片全氮含量的回歸模型，為苧麻氮營養(yǎng)無損、快速、精確診斷提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2009年4月到2009年7月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)國家麻類長期定位試驗(yàn)基地的盆栽試驗(yàn)場進(jìn)行（113°04'18"E，28°10'57"N）。供試苧麻材料為“中苧1號”和“多倍體1號”兩個(gè)品種。4月18日，剪取長勢較為一致的嫩枝進(jìn)行扦插，培育試驗(yàn)材料。5月25日取根系生長良好、大小一致的幼苗，用清水洗凈根部后移栽至膨脹珍珠巖作為培養(yǎng)基質(zhì)的小塑料桶中培養(yǎng)。

為了使苧麻生長反映出缺氮、適量氮、過量氮三個(gè)水平，對每個(gè)品種設(shè)3個(gè)處理：N0、N1、N2，參照Hoagland（1950）及Snyder（1933）營養(yǎng)液配方[6]去掉氮元素，再往營養(yǎng)液中加入脲素（CH4N2O）分析純作為氮源，N0、N1、N2加入純氮的濃度分別為0mmol/l、10mmol/l、20mmol/l。每桶每周分兩次澆營養(yǎng)液 1000ml，每次 500ml。

1.2 方法

1.2.1 葉片SPAD值測定

采用日本KONICAMINOLTA公司生產(chǎn)的SPAD-502型葉綠素儀測定苧麻葉片SPAD值。分別于6月16日（幼苗期），7月1日（旺長期）和7月16日（成熟期），對各處理取有代表性的植株9株進(jìn)行測定，選取植株頂部下新展開的葉片（倒4葉或倒5葉），在葉基部開始20%-80%區(qū)域的主葉脈兩端，避開葉脈測量10個(gè)點(diǎn)，取平均值，共162個(gè)樣本。

1.2.2 葉片的全氮含量測定

將測完SPAD值的樣品洗凈、擦干，置于烘箱中105℃殺青1小時(shí)后，80℃烘48小時(shí)至恒重。將烘干的樣品密封后置于干燥處保存。在三次樣品都處理完以后，用微型植物粉樣機(jī)將葉片干樣粉碎，然后過篩混勻，以H2SO4-H2O2消煮后，用凱氏定氮法測定全氮含量。

1.2.3 統(tǒng)計(jì)軟件

采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)v7.05專業(yè)版和Microsoft Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮水平對苧麻葉片含氮量的影響

不同施氮水平對苧麻功能葉片含氮量有明顯影響，表1列出了不同施氮水平條件下，兩個(gè)苧麻品種功能葉全氮含量的差異性。從表中可以看出，不同施氮處理間，隨著施氮水平的提高，兩個(gè)品種葉片氮含量增加趨勢明顯。在相同施氮水平處理下，中苧1號品種葉片平均氮含量略高于多倍體1號品種。該結(jié)果說明，不同的施氮水平較好的起到了調(diào)節(jié)苧麻功能葉片氮素營養(yǎng)含量的作用，由于品種差異，相同施氮水平下不同品種葉片的含氮量存在差異。

2.2 SPAD值與全氮含量的相關(guān)性

表2列出了中苧1號和多倍體1號品種在三個(gè)不同生育時(shí)期功能葉的SPAD值和全氮營養(yǎng)含量的相關(guān)系數(shù)，從表中可以看出，各個(gè)生育時(shí)期兩個(gè)苧麻品種的SPAD值與全氮含量都達(dá)到了0.01水平下極顯著正相關(guān)，其中幼苗期和成熟期的相關(guān)系數(shù)大于旺長期，達(dá)到0.90以上。這說明，通過苧麻功能葉片的SPAD值來預(yù)測氮含量是可行的。

表1 不同施氮水平對苧麻葉片氮含量的影響Table 1 Effect ofdifferent nitrogen levels on the Ncontent oframie leaves

表2 不同生育時(shí)期苧麻功能葉片SPAD值和氮含量的相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficients ofSPADvalue and nitrogen content oframie functional leaves at different growth stages

2.3 不同生育時(shí)期苧麻葉片全氮含量與SPAD值的回歸模型

表3列出了不同生育時(shí)期兩個(gè)苧麻品種功能葉片全氮含量和SPAD值的回歸模型，從表中可以看出，苧麻主要功能葉片的SPAD值與全氮營養(yǎng)含量在不同的生育時(shí)期都呈高度線性正相關(guān)。回歸模型的相關(guān)性檢驗(yàn)均達(dá)到了0.001極顯著水平，且標(biāo)準(zhǔn)誤都小于或約等于0.01。除了中苧1號品種旺長期的線性回歸模型決定系數(shù)R2稍低，僅有0.5811，其它五個(gè)回歸模型的決定系數(shù)R2都高于或約等于0.8，其中兩個(gè)品種成熟期的回歸模型最為理想，決定系數(shù)R2分別為0.8954和 0.8925。

表3 不同生育時(shí)期兩個(gè)苧麻品種功能葉片全氮含量和SPAD值的回歸模型Table 3 Regression models between nitrogen content and SPADvalues oframie functional leaves at different growth stages

對兩個(gè)品種功能葉不同時(shí)期的SPAD值與氮營養(yǎng)元素含量之間的回歸模型作線性擬合圖，如圖1所示，從圖中可以看出不同品種或同一品種在不同測定時(shí)期的SPAD值和葉片氮素營養(yǎng)含量的回歸趨勢線重合度不高，雖然不同品種在幼苗期和成熟期的回歸趨勢線斜率比較接近，但是旺長期兩個(gè)品種的回歸趨勢線與其它時(shí)期的趨勢線差異明顯。因此，在預(yù)測精確度要求較高時(shí)，應(yīng)針對不同的品種和生育時(shí)期使用不同的預(yù)測模型。

2.4 模型檢驗(yàn)

對兩個(gè)苧麻品種在不同生育時(shí)期通過SPAD值預(yù)測全氮含量的6個(gè)預(yù)測模型進(jìn)行精度檢驗(yàn)，分析全氮含量預(yù)測值和實(shí)測值的平均相對誤差，檢驗(yàn)樣本數(shù)量為27個(gè)。結(jié)果（見表4）表明，六個(gè)預(yù)測模型對苧麻葉片全氮含量的預(yù)測精度在85.23%—92.08%之間，這說明三個(gè)生育時(shí)期SPAD值都能較好的反映苧麻葉片全氮含量變化。不同品種和生育時(shí)期模型預(yù)測精度略有差異，多倍體1號成熟期模型的預(yù)測平均相對誤差最小，僅有7.92%，中苧1號旺長期模型的預(yù)測平均相對誤差較大，為14.77%。

表4 不同生育時(shí)期兩個(gè)苧麻品種功能葉片全氮含量和SPAD值的回歸模型檢驗(yàn)Table 4 The accuracy test of regression models between nitrogen content and SPAD value of ramie functional leaves at different growth stages

3 討 論

通過分析不同施氮水平下苧麻葉片全氮營養(yǎng)元素的含量，發(fā)現(xiàn)隨著施氮水平的提高，兩個(gè)品種的葉片含全氮量增加趨勢明顯。因此認(rèn)為，不同的施氮水平起到了調(diào)節(jié)苧麻功能葉片全氮營養(yǎng)含量的作用。通過分析苧麻葉片SPAD值與全氮含量的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)苧麻兩個(gè)品種主要功能葉片的SPAD值在不同的生育時(shí)期都與氮素營養(yǎng)含量都達(dá)到了0.01水平下極顯著正相關(guān)，其中幼苗期和成熟期的相關(guān)系數(shù)大于旺長期，達(dá)到0.90以上。這說明，SPAD值可以很好的反映苧麻的全氮營養(yǎng)狀況，通過SPAD值預(yù)測葉片全氮含量具有可行性。建立的SPAD值預(yù)測葉片全氮含量的6個(gè)回歸模型的預(yù)測精度在85.23%-92.08%之間。通過對6個(gè)回歸方程做線性擬合圖發(fā)現(xiàn)，不同品種或同一品種在不同測定時(shí)期的SPAD值和葉片氮素營養(yǎng)含量的回歸趨勢線重合度不高，雖然不同品種在幼苗期和成熟期的回歸趨勢線斜率比較接近，但是旺長期兩個(gè)品種的回歸趨勢線與其它時(shí)期的趨勢線差異明顯。這與屈衛(wèi)群[5]和王亞飛[7]研究棉花和小麥葉片SPAD值與氮含量關(guān)系的結(jié)論一致。

本研究是利用苧麻葉片SPAD值來預(yù)測全氮含量的初步探索，由于研究對象僅為兩個(gè)苧麻品種，所建立的預(yù)測模型僅能用于相應(yīng)品種的不同生育時(shí)期。是否能建立不同品種和生育時(shí)期通用的普適性高精度預(yù)測模型，還有待進(jìn)一步研究。在今后的研究中應(yīng)引入更多苧麻品種并增加施氮水平處理梯度，力求得到最佳的施氮水平和SPAD值的最佳相關(guān)回歸模型。

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