SPAD值在馬鈴薯氮素營養(yǎng)診斷和推薦施肥中的研究與應(yīng)用

陳百翠 ，魏峭嶸，石 瑛*，馬麗美

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱 150030)

馬鈴薯是世界上除小麥、水稻、玉米之后的第四大糧食作物[1，2]。大量研究表明，氮肥對馬鈴薯的產(chǎn)量提升起到了非常重要的作用。張寶林等研究在塊莖形成期、塊莖膨大期和淀粉積累期，維持一定的氮素濃度，對馬鈴薯的經(jīng)濟產(chǎn)量有極大的提高[3]。另外，隨著產(chǎn)量水平的提升，作物對氮素的需求也相應(yīng)地增加，因此合理施用氮肥對于作物的生長和產(chǎn)量的提高是非常重要的[4-5]。

馬鈴薯氮素營養(yǎng)診斷雖然已有一定的研究進展，并推薦了多種氮素營養(yǎng)診斷的方法，但是多數(shù)都有其弊端。經(jīng)過大量研究表明，葉綠素含量與葉片含氮量有較好的相關(guān)性，因此可以通過測定葉綠素含量對植物氮素營養(yǎng)狀況進行診斷。但是測定葉綠素也要進行破壞性工作。鑒于此，日本研究了一種便攜式SPAD-502葉綠素儀，可以用來進行田間作物氮素診斷及施肥推薦。Gianquinto等[6]的研究顯示，葉片SPAD值與葉片全氮含量存在相關(guān)性,同時表明葉片SPAD值可以預(yù)測產(chǎn)量。Uddling等[7]也發(fā)現(xiàn)馬鈴薯葉片的全氮含量與測得的SPAD值呈正相關(guān)關(guān)系。李井會和聶向榮[8]的研究發(fā)現(xiàn)，測定倒三葉或倒四葉片的SPAD值與馬鈴薯葉片葉綠素含量和全氮含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。國內(nèi)外的研究為用葉綠素儀進行馬鈴薯的氮素營養(yǎng)診斷的可行性提供了依據(jù)。但應(yīng)用葉綠素儀測定的SPAD值對馬鈴薯進行氮素營養(yǎng)診斷、建立氮肥并推薦追肥體系基本上都只在單因素氮水平下。為了系統(tǒng)研究磷、鉀肥及氮磷鉀互作對SPAD的影響，本試驗利用了3414肥料隨機完全區(qū)組試驗設(shè)計，研究了氮、磷、鉀配比及氮、磷、鉀單因素對SPAD值的影響，旨在提高SPAD值作為馬鈴薯主要生育時期氮素營養(yǎng)診斷的準(zhǔn)確性，為推薦施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

馬鈴薯品種東農(nóng)311的原一代種薯。

1.2 試驗處理

1.2.1 試驗地點

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)阿城動物類實驗實習(xí)基地馬鈴薯試驗地。

1.2.2 試驗設(shè)計

本試驗按照3414試驗方案，每個品種設(shè)置氮、磷、鉀3個因素、4個水平、14個處理。4個水平的含義：0水平指不施肥，2水平指當(dāng)?shù)赝扑]施肥量，1水平(指施肥不足)=2水平×0.5，3水平(指過量施肥)=2水平×1.5。本地推薦施肥量為：尿素10 kg/667 m2，磷酸二銨 20 kg/667 m2，硫酸鉀 10 kg/667 m2， 折 合 純 N 8.3 kg/667 m2，P2O59.2 kg/667 m2，K2O 5 kg/667 m2。試驗所用肥料為尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀。3次重復(fù)，4行區(qū)，行長6 m，行距80 cm，株距25 cm，整薯播種。

表1 3414肥料試驗設(shè)計及施肥量

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 葉片SPAD值

利用SPAD-520儀法測定。在馬鈴薯主要生育時期塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期，對每個處理選擇長勢相近的30株，對其倒三葉或倒四葉片進行測定。每片葉片選取3點。計算平均值為SPAD值。

1.3.2 產(chǎn)量

從塊莖形成期開始進行取樣測定。每個處理選擇40株測定單株的塊莖產(chǎn)量。并折合成畝產(chǎn)量。

1.4 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)用DPS7.05和Excel2003軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯主要生育時期SPAD值與施肥量間的關(guān)系

2.1.1 SPAD值與施氮量間的關(guān)系

光合作用對馬鈴薯營養(yǎng)器官的形成和生長有著關(guān)鍵的促進作用。氮肥可以維持綠葉的同化功能，延長光合作用時間，葉綠素是光合作用獲得光能的載體，SPAD值的大小間接反映了葉綠素的含量。在馬鈴薯產(chǎn)量形成的幾個主要時期進行了施氮量與SPAD值的相關(guān)分析，由表2可知，各個處理隨著生育期的進行，SPAD值逐漸減小，而施氮量越大其變化幅度越小。同一生育時期，隨著施氮量的增加，SPAD值隨之增大，后逐漸趨于平穩(wěn)。由回歸方程可以看出，SPAD值與施氮量呈顯著正相關(guān)性。氮肥對SPAD值影響較大，3個時期的不同施氮處理條件下，SPAD值變化幅度分別為3.12、3.46、3.32，說明塊莖膨大期的SPAD值受氮施用量影響最大。因此通過測定SPAD值可以間接預(yù)測馬鈴薯氮營養(yǎng)狀態(tài)。

表2 主要生育時期SPAD值與不同施氮量間的相關(guān)性

2.1.2 SPAD值與施鉀量的關(guān)系

由主要生育時期SPAD值與不同施鉀量的相關(guān)性(表3)可以看出，各個處理隨著生育期的后移，SPAD值隨之減小。同一時期隨著施鉀量的增加，SPAD值隨之增大，由各個方程式可以看出，SPAD值與施鉀量呈線性關(guān)系，通過相關(guān)分析得到的相關(guān)系數(shù)可以看出，SPAD值與施鉀量呈顯著正相關(guān)。在馬鈴薯塊莖發(fā)育的3個時期中，不同處理鉀肥對SPAD值的變化影響分別為0.21，0.97，2.9。其中淀粉積累期SPAD值受鉀肥影響最大。

表3 主要生育時期SPAD值與不同施鉀量間的相關(guān)性

2.1.3 SPAD值與施磷量的關(guān)系

磷素的存在能使植株體內(nèi)氮素濃度下降，莖葉下降更為明顯。而經(jīng)大量研究表明，葉片含氮量與SPAD值呈正相關(guān)關(guān)系。由馬鈴薯主要生育時期測得的SPAD值與施磷量間的相關(guān)分析 (表4)可以看出，各個處理隨著生育期的進行，SPAD值隨之減小。隨著施磷量的增加，各個時期的SPAD值隨之減小，由各個方程式可以看出，SPAD值與施磷量呈線性關(guān)系，通過相關(guān)分析得到的相關(guān)系數(shù)可以看出，SPAD值與施磷量呈顯著負(fù)相關(guān)。磷肥對SPAD值變化的影響分別是-1.33，-1.06，-2.04。其中淀粉積累期SPAD值受磷影響最大。

表4 主要生育時期SPAD值與不同施磷量間的相關(guān)性

2.1.4 SPAD值與氮鉀配比下的關(guān)系

氮肥可以維持綠葉的同化功能，延長光合作用的時間。而鉀素對碳水化合物的合成和運輸起重要的作用，如果葉片缺鉀，則葉片積累糖分，合成作用減弱，光合速度下降，由主要的生育時期SPAD值與氮鉀施量的相關(guān)(表5)可知，隨著生育期的進程，各個處理SPAD值隨之減小。隨著施肥量的變化，馬鈴薯的3個主要生育時期的SPAD值也相應(yīng)的變化，且變化趨勢一致，根據(jù)回歸方程式可知，SPAD值與氮鉀施用量呈線性關(guān)系，并且兩者之間達到了顯著正相關(guān)。各個時期的SPAD變化值分別為3.18，3.46，5.06?？梢钥闯觯S著生育期的后移，影響逐漸增大。

表5 SPAD值與氮鉀配比間的相關(guān)性

2.2 馬鈴薯主要生育時期SPAD值與產(chǎn)量間的關(guān)系

氮磷鉀對馬鈴薯生長發(fā)育有著不同的影響。氮素對塊莖形成的時期、數(shù)量和大小都有明顯的作用，氮肥適量施用可顯著促進塊莖的膨大速度，特別是在低氮水平的一般田塊上，其促進作用更為明顯。而在氮肥充足的情況下，鉀肥對提高產(chǎn)量有明顯的作用。鉀肥可以促進葉片中的碳水化合物向塊莖中運輸，延遲葉片的衰老進程，增強葉片的光合強度，因而增加馬鈴薯的產(chǎn)量。磷素對馬鈴薯營養(yǎng)生長、塊莖的形成，以及淀粉的積累都有良好的促進作用，特別可以促進根系的發(fā)育，增強植株的抗旱和抗寒能力，從而提高塊莖產(chǎn)量。而氮、磷、鉀配合施用，增產(chǎn)效果更為明顯。由表6可以看出，氮磷鉀配比整體對SPAD值影響不大，各個時期SPAD值差異不顯著，但是14個不同處理間的總產(chǎn)量，相對產(chǎn)量差異顯著。并且T11(N3P2K2)高氮處理下的產(chǎn)量最高。說明在磷鉀適量的條件下，適當(dāng)?shù)脑鍪┑士梢蕴岣弋a(chǎn)量。在磷鉀同一水平下，總產(chǎn)量、相對產(chǎn)量，T2與T6、T11差異顯著，與T3差異不顯著，T3、T6、T11間差異顯著。并且隨著施氮量的增加，SPAD值、產(chǎn)量、相對產(chǎn)量均隨之增大。而在氮鉀同一水平下，總產(chǎn)量、相對產(chǎn)量T4、T5、T6、T7為4個不同的磷水平，它們差異不顯著。并且隨著施磷量的增加，SPAD值隨之減小，而產(chǎn)量和相對產(chǎn)量先增加后減小。在磷氮同一水平下，總產(chǎn)量、相對產(chǎn)量 T6、T8、T9、T10 差異不顯著。并且隨著施鉀量的增加，SPAD值逐漸增加，產(chǎn)量和相對產(chǎn)量先增大后減小。說明氮對馬鈴薯的產(chǎn)量影響最大。而在鉀水平一定的情況下，總產(chǎn)量、相對產(chǎn)量氮磷配比是 T2與 T3、T5～T7、T11、T12差異顯著。T11與 T3、T4間差異顯著。說明氮磷配合比單因素磷對馬鈴薯產(chǎn)量影響要大。因為氮、磷配合，使磷肥的利用率達到18%左右，比單施磷提高8%。在磷水平一定下，氮鉀配比T2與 T3、T6、T8、T9、T10、T11、T13 差異顯著。

表6 主要生育時期SPAD值與相對產(chǎn)量間的相關(guān)性 kg/hm2

由于根據(jù)SPAD值與產(chǎn)量間關(guān)系推薦施肥量會有一定的誤差，為了提高準(zhǔn)確性，可以利用SPAD值與相對產(chǎn)量的相關(guān)性來推薦施肥，相對產(chǎn)量是由各個處理與處理中最高產(chǎn)量的比值得出。由表6可以看出各個時期的SPAD值與相對產(chǎn)量呈一定的正相關(guān)性，但是并不顯著。而在磷鉀水平下，4個不同氮水平下的SPAD值與相應(yīng)的相對產(chǎn)量呈顯著的正相關(guān)性。

2.3 馬鈴薯主要生育時期SPAD值與氮肥處理

下的各時期產(chǎn)量間的關(guān)系

圖1 不同氮水平下主要生育時期SPAD值與相應(yīng)產(chǎn)量間的關(guān)系

氮素對馬鈴薯產(chǎn)量形成的作用是促進莖葉生長，提高葉面積指數(shù)和光合勢。本試驗得出SPAD值與施氮量顯著正相關(guān)，與劉艷春等[9]研究結(jié)果一致。由圖1得知，隨著生育期的進程，產(chǎn)量逐漸提高，SPAD值也隨之增大，并根據(jù)方程擬合分別得出塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期的SPAD臨界值分別為45.16，44.00，44.14。即在臨界值處理論上塊莖產(chǎn)量達到最高，分別為673.4 kg/hm2、1259.0 kg/hm2、1347.0 kg/hm2。因此在馬鈴薯主要生育時期測定SPAD值可以預(yù)測產(chǎn)量。

3 結(jié)論與討論

通過本試驗得出，SPAD值與單因素氮肥、鉀肥和氮鉀配比下均呈顯著地正相關(guān)性，與磷肥呈顯著地負(fù)相關(guān)性。三個因素中氮肥對SPAD值影響最大。氮磷鉀配比整體對SPAD值影響不大。各個處理間SPAD值差異不顯著。并且SPAD值與氮磷鉀配比下的相應(yīng)產(chǎn)量不具備相關(guān)性。但是卻與僅在氮肥影響下的相對產(chǎn)量呈顯著的正相關(guān)性。這說明SPAD值與氮肥的關(guān)系更緊密。并且通過本試驗研究了施氮量與SPAD值，施氮量與產(chǎn)量、相對產(chǎn)量，SPAD值與產(chǎn)量間的關(guān)系。它們都各自呈顯著地正相關(guān)性。因此更加準(zhǔn)確地說明了SPAD值可以作為馬鈴薯氮素營養(yǎng)診斷的指標(biāo)。并通過SPAD值與產(chǎn)量間的方程擬合，得出了馬鈴薯塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期的臨界值分別為45.16、44.00、44.14。即在正常的SPAD值到臨界值之間，馬鈴薯正常生長，但是測得的值要是高于臨界值，說明此時氮肥過量，不需進行追肥處理。并且通過在不同氮肥水平下，根據(jù)SPAD值與相對產(chǎn)量間的關(guān)系，利用SPAD值在塊莖膨大期預(yù)測產(chǎn)量。

葉綠素是光合作用的基礎(chǔ)，也是馬鈴薯產(chǎn)量形成的前提。氮、磷是葉綠素的重要組成成分，葉片中氮磷的多少直接影響葉綠素的合成，鉀參與光合產(chǎn)物的運輸，間接影響葉綠素含量。而葉綠素與SPAD值呈顯著地正相關(guān)性[10]。因此理論上3個因素配比作用下對SPAD值都會有不同的影響。本試驗只得出了單因素與SPAD之間的相關(guān)性，并且所得結(jié)果與張靜[11]研究的結(jié)果一致。氮磷鉀三者互作對SPAD值的影響不大，建立最佳的施肥體系，應(yīng)該是在最佳的氮磷鉀配比下，雖然本試驗得出了SPAD值與氮鉀施用量間呈顯著的正相關(guān)性，但是SPAD值與氮鉀施用量下的產(chǎn)量、相對產(chǎn)量卻沒有一定的相關(guān)性。因此為了進一步研究SPAD值與三者的關(guān)系，可以在今后的試驗里多做幾個相似的品種，這樣可以避免外界條件對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響。

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