不同氮素濃度下大豆葉片SPAD值的動(dòng)態(tài)變化研究

李小紅，謝運(yùn)河，陽(yáng)小鳳，王業(yè)建，馬淑梅

（1.湖南省作物研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125；2.湖南省土壤肥料研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125）

氮素是作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的主要養(yǎng)分之一，對(duì)植物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)有著極為顯著的影響。植株全氮含量能夠直接反映氮素營(yíng)養(yǎng)的豐缺，與作物產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，是一個(gè)重要的診斷指標(biāo)[1]。利用葉綠素儀測(cè)定的SPAD值可以間接反映作物葉片的葉綠素含量及含氮量，在水稻[2]、玉米[3]、小麥[4]、油菜[5-6]、棉花[7]、煙草[8]、牧草[9]、黃瓜[10]、馬鈴薯[11-12]等作物的氮素營(yíng)養(yǎng)診斷中SPAD值已得到廣泛應(yīng)用，但在大豆氮素營(yíng)養(yǎng)診斷方面的應(yīng)用還較少。

大豆作為需氮較多的作物之一，因其具備根瘤菌固氮的功能，氮素來(lái)源復(fù)雜，故國(guó)內(nèi)外對(duì)大豆氮素營(yíng)養(yǎng)的研究倍加重視。由于大豆根瘤固氮量?jī)H占總氮吸收量的50%～60%[13]，因此僅靠根瘤固氮遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足大豆對(duì)氮素的需要，必須額外添加足夠的氮肥[14-15]。在我國(guó)南方，大豆作為主要的先鋒培肥作物且較多地種植在較為貧瘠的荒坡地，施肥少甚至不施肥，嚴(yán)重影響了大豆產(chǎn)量的提高?？茖W(xué)引導(dǎo)農(nóng)民施肥是提高大豆產(chǎn)量的重要途徑，而氮高效利用大豆資源的篩選及耐低氮大豆品種的選育也是促進(jìn)南方大豆產(chǎn)量提升的有效途徑。目前，大豆耐低氮種質(zhì)篩選主要采用半量氮素Hoagland’s溶液配方，但篩選體系還不是很完善。通過(guò)室內(nèi)水培方法，利用葉綠素儀測(cè)定大豆不同部位葉片的SPAD值，以期建立一套大豆苗期耐低氮種質(zhì)的快速高效篩選體系。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

大豆品種：天隆一號(hào)，國(guó)審品種，中國(guó)農(nóng)科院油料作物研究所育成。

改良的Hoagland’s溶液配方：四水硝酸鈣945 mg/L，硝酸鉀506 mg/L，硝酸銨80 mg/L，磷酸二氫鉀136 mg/L，七水硫酸鎂493 mg/L，鐵鹽溶液（七水硫酸亞鐵13.9 mg/L，乙二胺四乙酸二鈉18.65 mg/L），微量元素（碘化鉀 4.15 μg/L，硼酸 31 μg/L，硫酸錳11.5 μg/L，硫酸鋅43 μg/L，鉬酸鈉1.25 μg/L，氯化鈷 0.125 μg/L，硫酸銅 0.125 μg/L），并調(diào)整溶液pH值為6.0。不同N濃度溶液則通過(guò)等比例調(diào)整四水硝酸鈣、硝酸鉀、硝酸銨的用量進(jìn)行配置，為保證所有溶液中大量元素含量一致，因減少使用四水硝酸鈣及硝酸鉀，其鈣和鉀分別用二水氯化鈣和硫酸鉀進(jìn)行補(bǔ)齊。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采取室內(nèi)水培方法，通過(guò)改良的Hoagland’s溶液配方，分別配制氮濃度為0、10、50、100、150 mg/L 的培養(yǎng)液。

大豆種子催芽5 d左右，苗長(zhǎng)5～8 cm時(shí)轉(zhuǎn)入塑料培養(yǎng)盆（長(zhǎng) 35 cm、寬21 cm、高10 cm），內(nèi)置培養(yǎng)液5 000 mL，在盆上架置打孔硬紙盒（6×10=60孔），每孔置大豆苗1株，放置時(shí)保證大豆苗無(wú)損傷，放置深度以大豆苗根部接觸到培養(yǎng)液為準(zhǔn)。采用智能控光培養(yǎng)架進(jìn)行培養(yǎng)，保持室內(nèi)溫度在25℃左右，濕度70%，光照15 600 lx，光照時(shí)間為6:00～22:00。每5 d更換一次培養(yǎng)液，每次換液后第3天上午8:00至11:00用SPAD-502型葉綠素儀測(cè)定各節(jié)位全展葉的SPAD值，一共測(cè)定5次，分別在培養(yǎng)液培養(yǎng) 13、18、23、28、33 d 進(jìn)行，每次各處理測(cè)10株，取平均值作為每次各處理SPAD最終值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)用Excel 2003以及SPSS 10.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮素濃度下大豆不同節(jié)位葉片SPAD值的動(dòng)態(tài)變化

從表1中看出，大豆培養(yǎng)13 d時(shí)，不同氮濃度處理大豆植株真葉和第一復(fù)葉完全展開(kāi)，大豆相同節(jié)位葉片SPAD值在不同氮素處理間無(wú)顯著差異；從第18天開(kāi)始，各處理第二片復(fù)葉完全展開(kāi)，不同培養(yǎng)時(shí)期同一節(jié)位葉片SPAD值高氮處理（150 mg/L、100 mg/L）顯著高于低氮處理（10 mg/L），且培養(yǎng)時(shí)間越長(zhǎng)，不同氮濃度處理間同一節(jié)位葉片SPAD值差異越大。表1結(jié)果還表明，低氮處理（10 mg/L）下同一節(jié)位葉片SPAD值隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸下降的趨勢(shì)，培養(yǎng)18 d時(shí)真葉和第一復(fù)葉SPAD值出現(xiàn)小幅下降，培養(yǎng)23 d時(shí)真葉SPAD值下降幅度增大，在培養(yǎng)28 d時(shí)真葉、第一復(fù)葉和第二復(fù)葉SPAD值均出現(xiàn)較大幅度下降，這可能是由于在氮素供應(yīng)不足的情況下，庫(kù)源關(guān)系倒置，老葉中的部分氮素轉(zhuǎn)移至新葉中，導(dǎo)致老葉提前衰老黃化；在高氮處理（150 mg/L、100 mg/L）下，大豆真葉和第一復(fù)葉SPAD值在培養(yǎng)23 d時(shí)仍略高于培養(yǎng)13 d時(shí)SPAD值，培養(yǎng)到28 d時(shí)SPAD值才開(kāi)出現(xiàn)小幅下降，而第二復(fù)葉SPAD值在培養(yǎng)到33 d時(shí)仍與培養(yǎng)18 d時(shí)的SPAD值持平甚至更高，可見(jiàn)在氮素供應(yīng)相對(duì)充足時(shí)，各節(jié)位葉片SPAD值延遲下降且降幅變小。

表1 大豆不同節(jié)位葉片的SPAD值

從變異系數(shù)（表1）可以看出，不同氮濃度處理真葉SPAD值的變異系數(shù)以培養(yǎng)28 d時(shí)最大，第一復(fù)葉和第二復(fù)葉SPAD值的變異系數(shù)則隨培養(yǎng)時(shí)間的增加而逐漸變大，且第一復(fù)葉變異系數(shù)的變幅小于真葉和第二復(fù)葉。同時(shí)還可發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)23 d時(shí)，真葉、第一復(fù)葉、第二復(fù)葉SPAD值的變異系數(shù)均出現(xiàn)較大幅度的增加，因此可認(rèn)為，在試驗(yàn)條件下，培養(yǎng)23 d為大豆真葉、第一復(fù)葉和第二復(fù)葉全展葉片SPAD值變異系數(shù)的時(shí)間拐點(diǎn)。

綜合分析以上結(jié)果，認(rèn)為在培養(yǎng)23至28 d時(shí)，測(cè)定真葉、第一復(fù)葉和第二復(fù)葉的SPAD值，可用于區(qū)分大豆對(duì)不同濃度氮素的響應(yīng)，但比較而言，選用真葉和第二復(fù)葉的SPAD值作為大豆苗期耐低氮種質(zhì)的篩選鑒定指標(biāo)更加適宜。

2.2 不同氮素濃度下大豆不同部位葉片SPAD值的動(dòng)態(tài)變化

不同氮素水平下大豆生長(zhǎng)速度不同，出葉速度也不同。頂部葉片SPAD值更能有效及時(shí)地反映大豆氮素養(yǎng)分的豐缺狀況，測(cè)定大豆頂部全展葉（頂一葉與頂二葉）SPAD值（表2）的結(jié)果表明，在培養(yǎng)13 d時(shí)，大豆頂一葉和頂二葉SPAD值在不同氮素處理下差異不顯著，培養(yǎng)18 d后，高氮處理（150 mg/L、100 mg/L）下大豆頂一葉和頂二葉SPAD值顯著高于低氮處理（10 mg/L）。

隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，不同氮素水平下大豆頂一葉SPAD值呈下降趨勢(shì)，高氮處理（150 mg/L、100 mg/L）頂一葉SPAD值隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)下降幅度較小，低氮處理（10 mg/L）或無(wú)氮處理（0 mg/L）頂一葉SPAD值隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)迅速下降后在20左右趨于平穩(wěn)；頂二葉SPAD值在低氮水平下表現(xiàn)出與頂一葉相同趨勢(shì)，隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸下降，但下降速度小于頂一葉，而在中高氮水平下頂二葉SPAD值表現(xiàn)隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)先增后逐漸下降。從表2中還可看出，除培養(yǎng)13 d時(shí)頂二葉SPAD值低于同期頂一葉外，頂二葉SPAD值普遍高于同期頂一葉SPAD值，究其原因可能是由于在培養(yǎng)13 d時(shí)，頂二葉為真葉，大豆在養(yǎng)分不足的情況下首先是真葉中養(yǎng)分向新生復(fù)葉中轉(zhuǎn)移，而在培養(yǎng)18 d后，頂一葉及頂二葉全為復(fù)葉，頂一葉為新生全展葉，頂二葉為成熟葉，因此頂二葉SPAD值高于頂一葉。

表2 大豆不同部位葉片的SPAD值

從表2中變異系數(shù)可以看出，頂一葉以培養(yǎng)23 d時(shí)SPAD值變異系數(shù)最大，而頂二葉及頂葉平均SPAD值變異系數(shù)則隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)變異系數(shù)逐漸增大，但仍以培養(yǎng)23 d時(shí)SPAD值變異系數(shù)相對(duì)較大。因此認(rèn)為，在試驗(yàn)條件下，培養(yǎng)23 d左右測(cè)定的大豆頂一葉、頂二葉及頂葉平均SPAD值，可作為大豆苗期耐低氮種質(zhì)的篩選鑒定指標(biāo)。

2.3 大豆葉片SPAD值與培養(yǎng)液氮素濃度的回歸分析

表1及表2的分析結(jié)果表明，水培23 d后即可從大豆全展葉片SPAD值上較好區(qū)分不同氮素濃度下大豆的耐低氮性能，對(duì)培養(yǎng)23 d大豆葉片SPAD值與氮素濃度進(jìn)行回歸分析（表3），R2值表明方程的擬合度較好。計(jì)算各方程的拐點(diǎn)（表3）可知，除第一復(fù)葉的拐點(diǎn)為14.78 mg/L外，其余擬合方程的拐點(diǎn)皆在3 mg/L左右。第一復(fù)葉可能受到真葉氮素營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)移的緩沖，對(duì)培養(yǎng)液氮素的反應(yīng)相對(duì)較不敏感，從SPAD值變異系數(shù)也可以看出，隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，第一復(fù)葉SPAD值變異系數(shù)變幅較其他測(cè)定葉片小。因此，在試驗(yàn)條件下，大豆在氮素濃度約3 mg/L的培養(yǎng)液中培養(yǎng)23 d左右，用葉綠素儀測(cè)定其真葉、第二復(fù)葉、頂一葉、頂二葉及頂葉平均SPAD值皆可較好反映大豆葉片氮素豐缺狀況，可用于作大豆苗期耐低氮種質(zhì)的篩選鑒定。

表3 大豆葉片SPAD值與氮素濃度水平的回歸方程

3 小結(jié)

研究通過(guò)苗期水培方法測(cè)定大豆全展葉片SPAD值對(duì)培養(yǎng)液不同氮素濃度的響應(yīng)來(lái)確定大豆氮素營(yíng)養(yǎng)的豐缺，結(jié)果表明，大豆全展葉在培養(yǎng)時(shí)間較短時(shí)（13 d），不同氮素濃度下大豆葉片SPAD值差異較小，這主要是由于前期大豆根系吸收養(yǎng)分的能力相對(duì)較弱，植株生長(zhǎng)量小，氮素需要量少，大豆葉片的氮素營(yíng)養(yǎng)主要來(lái)源于大豆種子子葉的供應(yīng)，對(duì)外界氮素濃度的反應(yīng)不敏感；隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，大豆葉片SPAD值在高氮處理與低氮處理間差異顯著，表明不同外界氮素濃度已經(jīng)明顯影響到大豆葉片的氮素營(yíng)養(yǎng)水平。大豆葉片SPAD值比大豆干物質(zhì)積累量對(duì)氮素的反應(yīng)更敏感，在時(shí)間上比干物質(zhì)積累量對(duì)營(yíng)養(yǎng)液氮素濃度的反應(yīng)（另文發(fā)表）快5 d左右，但兩者通過(guò)建立模型后得到的較佳篩選濃度基本一致。

研究結(jié)果表明，在氮素濃度約為3 mg/L水培23 d左右測(cè)定真葉、第一復(fù)葉、第二復(fù)葉、頂一葉、頂二葉SPAD值，或采用頂一葉與頂二葉SPAD值的平均值均能較好反映大豆葉片氮素營(yíng)養(yǎng)的豐缺狀況，但綜合分析認(rèn)為，以真葉、第二復(fù)葉、頂一葉和頂二葉的SPAD值對(duì)大豆苗期耐低氮種質(zhì)進(jìn)行篩選鑒定相對(duì)較好。由于試驗(yàn)僅采用天隆一號(hào)一個(gè)大豆品種，且設(shè)置的氮素水平偏少，因此耐低氮大豆種質(zhì)篩選濃度的確定存在一定的偏差，建議在大豆苗期耐低氮種質(zhì)篩選時(shí)，可在試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高培養(yǎng)液的氮素濃度。在該試驗(yàn)條件下，推薦采用10 mg/L的氮素培養(yǎng)液培養(yǎng)23 d左右，再測(cè)定其真葉、第二復(fù)葉、頂一葉和頂二葉的SPAD值可用于大豆苗期耐低氮種質(zhì)篩選鑒定。

[1]劉玉平，李志剛，李瑞平，等.不同密度與施氮水平對(duì)大豆產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響 [J].內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，26（2）：173-176.

[2]姜繼萍，楊京平，楊正超，等.不同氮素水平下水稻葉片及相鄰葉位SPAD值變化特征[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2012，38（2）：166-174.

[3]姜佰文，戴建軍，王春宏，等.氮素調(diào)控對(duì)寒地玉米氮素吸收與葉片 SPAD 值影響的初探[J].中國(guó)土壤與肥料，2010，（3）：41-45.

[4]薛 香，吳玉娥.小麥葉片葉綠素含量測(cè)定及其與SPAD值的關(guān)系[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，49（11）：2701-2703.

[5]曹蘭芹，伍曉明，楊 睿，等.不同氮吸收效率品種油菜氮素營(yíng)養(yǎng)特性的差異[J].作物學(xué)報(bào)，2012，38（5）：887-895.

[6]李銀水，余常兵，廖 星，等.三種氮素營(yíng)養(yǎng)快速診斷方法在油菜上的適宜性分析[J].中國(guó)油料作物學(xué)報(bào)，2012，34（5）：508-51.

[7]李鵬程，董合林，劉愛(ài)忠，等.棉花上部葉片葉綠素SPAD值動(dòng)態(tài)變化研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，28（3）：121-126.

[8]徐照麗，楊彥明，盧秀萍，等.不同烤煙品種葉綠素SPAD值的變化特征[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，36（5）：499-501.

[9]劉井良，王麗華，李杰勤，等.10個(gè)黑麥草品種葉片SPAD值、葉綠素含量和蛋白質(zhì)含量的相關(guān)性研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，28（27）：83-86.

[10]武新巖，郭建華，方 正.SPAD計(jì)在黃瓜氮素營(yíng)養(yǎng)診斷中的應(yīng)用效果[J].北方園藝，2010，（11）：13-16.

[11]聶向榮，樊明壽.馬鈴薯氮素營(yíng)養(yǎng)狀況的SPAD儀診斷[J].中國(guó)馬鈴薯，2009，23（4）：203-207.

[12]劉艷春，樊明壽.應(yīng)用葉綠素儀SPAD-502進(jìn)行馬鈴薯氮素營(yíng)養(yǎng)診斷的可行性[J].中國(guó)馬鈴薯，2012，26（1）：45-48.

[13]董 鉆.大豆產(chǎn)量生理[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[14]丁 洪，郭慶元.氮肥對(duì)不同品種大豆氮積累和產(chǎn)量品質(zhì)的影響[J].土壤通報(bào)，1995，26（1）：l8-21.

[15]何建國(guó)，嚴(yán) 華，賈金川，等.不同氮肥管理對(duì)大豆生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響[J].大豆通報(bào)，1999，（1）：11-13.