不同水氮條件下棉花冠層主動光譜參數(shù)變化規(guī)律研究

方進(jìn)良

（兵團(tuán)第四師六十八團(tuán)林業(yè)站，新疆 伊犁 835301）

不同水氮條件下棉花冠層主動光譜參數(shù)變化規(guī)律研究

方進(jìn)良

（兵團(tuán)第四師六十八團(tuán)林業(yè)站，新疆 伊犁 835301）

本文探討了不同水氮條件對棉花光譜參數(shù)變化規(guī)律的影響，結(jié)果表明，棉花冠層NDVI在整個生育期內(nèi)呈“低-高-低”的變化規(guī)律，RVI呈現(xiàn)“高-低-高”的變化趨勢，SPAD值呈現(xiàn)與NDVI大致相同的變化趨勢，出苗后52 d較低，隨后逐漸增大，盛花期峰值出現(xiàn)之后呈逐漸降低趨勢。

水氮處理；棉花冠層；光譜參數(shù)

獲取田間養(yǎng)分和作物生長信息需要進(jìn)行養(yǎng)分診斷。養(yǎng)分診斷方法多樣，傳統(tǒng)的作物養(yǎng)分診斷方法雖然準(zhǔn)確性高，但是費工、耗時、成本高且無法滿足實時大面積養(yǎng)分診斷。近年來，基于光譜的作物營養(yǎng)診斷技術(shù)可以實現(xiàn)作物養(yǎng)分實時獲取[1]，本研究分析了不同水氮條件下棉花光譜參數(shù)NDVI、RVI和SPAD在生育進(jìn)程中的變化規(guī)律，以期為棉花水氮診斷提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試棉花品種為新陸早48號。

1.2 試驗設(shè)計

小區(qū)試驗于4月25日播種，設(shè)置4個灌溉水平，分別為：W0（2 400 m3/hm2）、W1（3 600 m3/hm2）、W2（4 800 m3/hm2）和W3（6 000 m3/hm2）；4個N水平處理：N0（0 kg/hm2）、N1（150 kg/hm2）、N2（300 kg/hm2）和N3（450 kg/hm2），施氮量均以純氮計。試驗為雙因素完全隨機(jī)排列，3次重復(fù)。

1.3 田間管理

種植模式為“1膜2管4行”，膜寬1.2 m，行距配置為30 cm+60 cm+30 cm，種植密度19.5萬株/hm2。采用覆膜點播方式播種，膜下滴灌隨水施肥。生育期化控4次；7月15日打頂，大田常規(guī)管理。播前分別施用P2O5150 kg/hm2和K2O 150 kg/hm2作為基肥。小區(qū)面積47 m2（4.7 m×10.0 m），不同的小區(qū)間用埋深為80 cm的防滲膜隔開。將氮肥的30%播種前作基肥施入，其余作追肥隨水滴施（見表1）。

表1 棉花生育期間灌水量和氮肥追施分配情況 %

1.4 測定項目及方法

1.4.1 NDVI測定

采用美國N-tech公司生產(chǎn)的手持便攜式主動光譜 （Greenseeker）測量儀采集棉花冠層NDVI數(shù)據(jù)。

1.4.2 葉片SPAD測定

采用日本Minolta公司生產(chǎn)的SPAD-502葉綠素儀，通過紅光（650 nm）與紅外（940 nm）光反射率的組合計算得到SPAD值。

1.4.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水氮條件下NDVI的生育期變化

由圖1可以看出，在同一灌水量條件下，NDVI隨著施氮量的增加呈現(xiàn)增加的趨勢。在棉花的生育進(jìn)程中，生長前期NDVI隨施氮量的變化增加不明顯，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，氮素對NDVI的影響作用逐漸凸顯，在W2和W3水分處理下的數(shù)據(jù)結(jié)果表明，在出苗后 89 d（盛花期）到出苗后 110 d（花鈴期），處理間在不同施氮量條件下NDVI的差異極明顯，而W0和W1條件下差異相對較小。氮素是作物綠色器官葉綠素的重要組成元素，施氮能促進(jìn)作物地上部分的旺盛生長，氮肥梯度處理影響了棉花冠層的生長，NDVI也隨之出現(xiàn)差異，而水分作為植物對養(yǎng)分吸收和利用的重要介質(zhì)影響了氮素營養(yǎng)的吸收利用，這主要表現(xiàn)在W0和W1條件下同樣的施氮處理對棉花冠層NDVI的影響小于W2和W3處理。

2.2 不同水氮條件下RVI的生育期變化

由圖2可以看出，棉花冠層RVI在2個試驗品種間的測定值差異不明顯。在棉花整個生育期內(nèi)，RVI的變化恰好與NDVI呈現(xiàn)相反的趨勢。在棉花整個生育時期中，RVI呈現(xiàn)出“高-低-高”的變化規(guī)律，不同水分處理下的RVI在N0和N1條件下“高-低-高”的變化趨勢沒有N2、N3處理明顯。同一灌水量條件下的棉花冠層RVI整體上隨著施氮量的增加呈降低趨勢。隨著棉花生育進(jìn)程的推進(jìn)，施氮量的增加對RVI的降低效應(yīng)越來越明顯，尤其在棉花出苗后89～110 d，各氮素處理之間差異最大，W1和W2下各氮素處理間RVI差異達(dá)到極顯著。

圖1 不同灌水量條件下施氮量對滴灌棉花生育期NDVI變化的影響

圖2 同灌水量條件下施氮量對滴灌棉花生育期RVI變化的影響

2.3 不同水氮條件下棉花生育期內(nèi)功能葉SPAD值的變化

由圖3可以看出，各灌水處理下，棉花的SPAD值在生育期內(nèi)均呈現(xiàn)出與NDVI類似的變化規(guī)律（低-高-低），在棉花出苗后60～74 d達(dá)到最大值，此后呈下降趨勢。不同氮素處理對棉花功能葉片SPAD值均有明顯的影響，在水分充足的W2、W3處理條件下，SPAD值在不同氮素處理下具有極顯著差異（p＜0.01）。生長初期，氮素對SPAD的促進(jìn)作用不明顯，隨著生育期的推進(jìn)，促進(jìn)效應(yīng)愈明顯，尤其是在W3處理下，不同氮素處理SPAD值相差可達(dá)12.37。灌水對SPAD也具有一定的促進(jìn)作用，各灌水條件下，SPAD均隨著施氮量的增加而增加，W2和W3處理下SPAD值整體高于N0和N1處理。W0下各氮素處理的SPAD值整個生育期內(nèi)差異最小，W3下差異最大。高水高氮處理較低水低氮處理下的SPAD值整體偏高，且生育后期高水高氮處理的SPAD值下降速率明顯低于低水低氮處理。

圖3 不同灌水量條件下施氮量對滴灌棉花生育期SPAD變化的影響

3 小結(jié)

本研究棉花冠層NDVI在整個生育期內(nèi)呈“低-高-低”的變化規(guī)律，這與前人研究結(jié)果類似。棉花生育期內(nèi)RVI呈現(xiàn)“高-低-高”的變化趨勢，與NDVI的變化規(guī)律恰好相反。SPAD值在棉花生育期內(nèi)呈現(xiàn)與NDVI大致相同的變化趨勢，出苗后52 d較低，之后逐漸增大，盛花期峰值出現(xiàn)之后呈逐漸降低趨勢。

[1]王方永，王克如，李少昆，等.利用數(shù)碼相機(jī)和成像光譜儀估測棉花葉片葉綠素和氮素含量[J].作物學(xué)報，2010（11）：1981-1989.

2014—12—13