不同地力和施氮水平下水稻葉片SPAD值及產(chǎn)量的分析

李杰 馮躍華 王旭 麻井彪 吳彥利 李香玲 葉勇 黃佑崗 牟桂婷

（貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴陽(yáng)550025；*通訊作者：fengyuehua2006@126.com）

不同地力和施氮水平下水稻葉片SPAD值及產(chǎn)量的分析

李杰 馮躍華*王旭 麻井彪 吳彥利 李香玲 葉勇 黃佑崗 牟桂婷

（貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴陽(yáng)550025；*通訊作者：fengyuehua2006@126.com）

以Q優(yōu)6號(hào)為材料，分析了不同地力條件下不同施氮水平對(duì)水稻葉片SPAD值和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，水稻產(chǎn)量與表觀供氮量存在極顯著的曲線(xiàn)相關(guān)，且當(dāng)表觀供氮量在575.27 kg/hm2時(shí)，Q優(yōu)6號(hào)產(chǎn)量較高；不同處理下各生育時(shí)期SPAD值大小順序?yàn)槌樗肫冢景喂?jié)期＞成熟期，且差異主要表現(xiàn)在抽穗期和成熟期；拔節(jié)期和抽穗期不同地力和施氮水平下水稻冠層4張葉片各自的差異主要表現(xiàn)在頂3葉和頂4葉上，可以利用兩者的SPAD值作為參數(shù)進(jìn)行氮素營(yíng)養(yǎng)診斷；SPAD值與表觀供氮量之間存在顯著線(xiàn)性相關(guān)，且采用SPADL3×L4/mean進(jìn)行擬合時(shí)效果更好，均達(dá)到極顯著水平。獲取水稻葉片SPAD值次級(jí)指標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)田塊速效氮含量的估計(jì)。

水稻；SPAD值；表觀供氮量；速效氮；產(chǎn)量

SPAD葉綠素計(jì)的測(cè)定值（SPAD值）表示測(cè)定作物部位葉綠素的相對(duì)含量[1-3]，由于其測(cè)定具有快速、無(wú)損、簡(jiǎn)便的特點(diǎn)[4]，得到了廣泛的應(yīng)用，在某些試驗(yàn)研究中還被直接作為分析的參數(shù)[5-6]。除此之外，鑒于葉綠素含量與作物生產(chǎn)狀態(tài)以及氮素的關(guān)系，SPAD值還被應(yīng)用在育種、品質(zhì)分析、氮素診斷、施氮管理等方面，并取得了較好的效果。徐福榮等[7]以水稻植株SPAD值作為耐低氮能力評(píng)價(jià)指標(biāo)，以不同試驗(yàn)地點(diǎn)SPAD值的相對(duì)值為參考評(píng)價(jià)指標(biāo)，篩選出了耐低氮基因型種質(zhì)。張麗等[8]的研究表明，葉片SPAD值遞減值可作為判定成熟期籽粒蛋白質(zhì)含量高低的指標(biāo)，可利用葉片SPAD值遞減值并結(jié)合相關(guān)模型快速預(yù)測(cè)玉米籽粒蛋白質(zhì)含量。馬甜等[9]的研究亦表明，羊草葉片的SPAD值能夠反映羊草的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在氮素診斷方面，趙犇等[10]建立了基于歸一化SPAD指數(shù)（NDSPAD）與氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)（NNI）之間的穩(wěn)定關(guān)系，能較好的定量估算氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)，從而快速診斷小麥氮素狀況。此外，王娟等[3，11-13]在棉花、夏玉米、馬鈴薯、冬油菜上的研究亦表明，利用SPAD值可以診斷作物氮素營(yíng)養(yǎng)狀況。在施氮管理方面，蔣阿寧等[14-16]基于SPAD值次級(jí)指標(biāo)分別在小麥、夏玉米和煙草中進(jìn)行的氮肥管理研究試驗(yàn)，均取得了較好的效果。

水稻是利用SPAD值分析氮素營(yíng)養(yǎng)狀況以及進(jìn)行施氮管理研究應(yīng)用最多的作物[17]，并取得了理想的效果?；谇叭说难芯浚P者嘗試構(gòu)建基于SPAD值的水稻變量施氮模型，為此，本研究選擇不同地力田塊設(shè)置不同施氮水平，測(cè)定并分析水稻葉片SPAD值以及產(chǎn)量的情況，以期為模型的構(gòu)建提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015年在貴州省安順市西秀區(qū)舊州鎮(zhèn)文星村進(jìn)行，選擇不同地力試驗(yàn)田4塊，土壤基礎(chǔ)肥力狀況見(jiàn)表1，其中速效氮含量D1＞D2＞D3＞D4，依次為184.00mg/kg、157.53mg/kg、144.87mg/kg、139.98mg/kg，按2.25×106kg/hm2土壤容重計(jì)算為田塊供氮量，分別為413.99 kg/hm2、354.44 kg/hm2、325.96 kg/hm2、314.95 kg/hm2。供試水稻品種為Q優(yōu)6號(hào)。

每塊試驗(yàn)田內(nèi)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)4種施氮水平，分別為0 kg/hm2（N0）、75 kg/hm2（N1）、150 kg/hm2（N2）、225 kg/hm2（N3）。每種施氮處理采用分次施肥法，基肥、分蘗肥、促花肥、?；ǚ实氖┑空急确謩e為35%、20%、30%、15%。氮、磷、鉀肥分別采用尿素、過(guò)磷酸鈣和氯化鉀。磷肥、鉀肥各處理施肥情況一致，磷肥作基肥一次性施用，鉀肥基肥和穗肥各占一半，P2O5用量為96 kg/hm2，K2O用量為135 kg/hm2。每個(gè)處理2次重復(fù)，小區(qū)面積15m2，每個(gè)小區(qū)四周筑高30 cm、寬20 cm的田埂并包膜，包膜壓深至地下30 cm，防止水肥滲透，重復(fù)間留50 cm走道，以便田間操作及調(diào)查。2015年4月育秧，5月30-31日移栽，行株距均為30.0 cm× 16.5 cm，每叢插1苗，栽培管理同一般生產(chǎn)田。

表1 試驗(yàn)田基礎(chǔ)肥力狀況

表2 不同地力田塊下不同施氮處理的產(chǎn)量情況（kg/hm2）

1.2 測(cè)定內(nèi)容與方法

1.2.1 SPAD值

采用SPAD-502葉綠素計(jì)于拔節(jié)期（7月12-13日）、抽穗期（8月18-19日）、成熟期（9月23日），每小區(qū)隨機(jī)測(cè)定5株主莖冠層頂1葉、頂2葉、頂3葉和頂4葉4張葉片（成熟期時(shí)為最頂上2片葉片），測(cè)定時(shí)選擇水稻全展或半展葉片測(cè)定1/2處及其上下3 cm，葉寬1/4或3/4的位置。每小區(qū)對(duì)應(yīng)葉位SPAD值的平均值作為該小區(qū)該葉位的SPAD值，每株測(cè)定葉位SPAD值的平均值作為該稻株的SPAD值，每小區(qū)5株稻株SPAD值的平均值作為該小區(qū)的SPAD值。

1.2.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

成熟期每小區(qū)選定5 m2作為測(cè)產(chǎn)小區(qū)，單打單收，曬干后測(cè)定稻谷質(zhì)量和含水量，然后折算成含水量13.5%記為實(shí)收產(chǎn)量。

1.2.3 表觀供氮量

表觀供氮量[18-19]=田塊含氮量+人工供氮量，田塊含氮量按2.25×106kg/hm2的土壤容重乘以田塊土壤速效氮含量計(jì)算。

1.2.4 SPAD值次級(jí)指標(biāo)

由水稻冠層4張葉片的SPAD值通過(guò)某種數(shù)學(xué)關(guān)系處理而得，本文分析采用了4種SPAD值次級(jí)指標(biāo)，分別為：SPADL4-L3=頂4葉SPAD值-頂3葉SPAD值，SPAD（L3-L4）/L3=（頂3葉SPAD值-頂4葉SPAD值）/頂3葉SPAD值，SPAD（L2-L1）/（L2+L1）=（頂2葉SPAD值-頂1葉SPAD值）/（頂2葉SPAD值+頂1葉SPAD值），SPADL3×L4/mean=頂3葉SPAD值×頂4葉SPAD值/4張葉片平均SPAD值。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS 9.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地力條件不同施氮水平下的產(chǎn)量情況

由表2可知，D1、D2地力條件下各施氮處理間產(chǎn)量差異不顯著；D3地力條件下，隨著施氮量的增加產(chǎn)量也增加，N3處理產(chǎn)量顯著高于其他處理；D4地力條件下，N3、N2處理之間產(chǎn)量差異不顯著，但均顯著高于N0處理。采用兩因素交叉分組完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，由重復(fù)觀察值的方差分析得出，D1產(chǎn)量顯著高于其他地力田塊的產(chǎn)量，D3和D4之間產(chǎn)量差異不顯著，但顯著高于D2產(chǎn)量。D2地力速效氮、全氮含量相對(duì)都較高，但產(chǎn)量比較低，這可能受有機(jī)質(zhì)等其他營(yíng)養(yǎng)成分的限制造成。

從表2還可看出，各試驗(yàn)田塊產(chǎn)量最大值D1為9 973.80 kg/hm2、D2為8 691.88 kg/hm2、D3為9 369.96 kg/hm2、D4為9 504.62 kg/hm2，而其對(duì)應(yīng)的表觀供氮量依次為563.99 kg/hm2、504.44 kg/hm2、550.96 kg/hm2、539.95 kg/hm2。除D2地力田塊表觀供氮量相對(duì)較低外，D1、D3、D4的表觀供氮量都比較接近，這表明對(duì)于Q優(yōu)6號(hào)來(lái)說(shuō)，滿(mǎn)足其產(chǎn)量需求的表觀供氮量處于一個(gè)值。將表觀供氮量和產(chǎn)量進(jìn)行二次曲線(xiàn)擬合，擬合度R2為0.5523，達(dá)極顯著水平（圖1）。由擬合方程得出最佳表觀供氮量為575.27 kg/hm2，此時(shí)產(chǎn)量最高為9 264.93 kg/hm2，這低于表2中多個(gè)處理下的產(chǎn)量，這與D2地力條件下各處理的數(shù)據(jù)參與擬合有關(guān)（由D1、D3、D4進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，R2=0.8612**，最佳表觀供氮量為570.22 kg/hm2，最高產(chǎn)量為9 573.31 kg/hm2）。

圖1 表觀供氮量與產(chǎn)量之間的關(guān)系

表3 不同地力條件不同生育時(shí)期Q優(yōu)6號(hào)SPAD值

2.2 不同地力條件下不同施氮處理間水稻冠層的SPAD值

2.2.1 水稻冠層SPAD值

從表3可知，SPAD值隨著施氮量的增加而增加，不同地力條件下各生育時(shí)期的SPAD值總體表現(xiàn)為抽穗期＞拔節(jié)期＞成熟期，而拔節(jié)期各處理間的SPAD值差異不明顯，一方面拔節(jié)期主要進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，另一方面這可能與拔節(jié)期已施有55%的氮肥相關(guān)。施肥量多少所引起的SPAD值差異主要表現(xiàn)在抽穗期和成熟期，抽穗期主要是生殖生長(zhǎng)，氮素向穗部轉(zhuǎn)移，施氮量的多少造成葉片SPAD值的差異開(kāi)始出現(xiàn)。到成熟期時(shí)氮素已向穗部轉(zhuǎn)移，前期施氮量高的處理留在葉片中的氮素相對(duì)較多，SPAD值高，前期施氮量低的處理氮素留的少，SPAD值低。對(duì)不同地力田塊的差異檢驗(yàn)結(jié)果表明，拔節(jié)期和抽穗期SPAD值差異不顯著；成熟期D2地塊SPAD值最大，顯著高于其他田塊，而D1、D3、D4地塊之間差異不顯著。

2.2.2 水稻冠層4張葉片的SPAD值

從表4可知，拔節(jié)期葉片SPAD值的高低順序表現(xiàn)為L(zhǎng)3＞L4＞L2＞L1，且施氮量越高L3和L4的差值越??；抽穗期則表現(xiàn)為L(zhǎng)1＞L2＞L3＞L4，且施氮量越高，L1、L2、L3、L4間的差值越小。另外，拔節(jié)期各地力田塊內(nèi)頂3葉較為穩(wěn)定，不同施氮水平間的差異都不顯著，而頂4葉對(duì)施氮水平較為敏感；到抽穗期時(shí)頂3葉對(duì)施氮水平表現(xiàn)較為敏感，其次是頂4葉。此外，拔節(jié)期各試驗(yàn)田內(nèi)的SPAD值出現(xiàn)差異的主要是頂2葉和頂4葉，而抽穗期頂2葉未表現(xiàn)顯著差異。各施氮水平內(nèi)SPAD值出現(xiàn)的差異，拔節(jié)期表現(xiàn)在頂4葉，抽穗期主要表現(xiàn)在頂3葉和頂4葉。因此，可以采用頂3葉和頂4葉參與的SPAD值次級(jí)指標(biāo)作為水稻氮素營(yíng)養(yǎng)診斷的參數(shù)。

2.3 SPAD值次級(jí)指標(biāo)與表觀供氮量的關(guān)系

上述結(jié)果表明，表觀供氮量與產(chǎn)量，施氮量與SPAD值之間存在一定的關(guān)系，對(duì)3個(gè)生育時(shí)期表觀供氮量和SPAD值進(jìn)行線(xiàn)性擬合（圖2）。結(jié)果表明，拔節(jié)期兩者達(dá)到顯著線(xiàn)性相關(guān)，而抽穗期和成熟期兩者均達(dá)到極顯著水平，R2依次為0.3713、0.8259、0.6680，以抽穗期擬合度最高。此外，將拔節(jié)期的SPAD值與其實(shí)際表觀供氮量（田塊表觀供氮量+人工供氮量的55%）進(jìn)行擬合，線(xiàn)性關(guān)系為y=0.0183x+29.723，R2=0.5077，亦達(dá)到極顯著水平。這表明以SPAD葉綠素計(jì)測(cè)定水稻冠層葉片SPAD值對(duì)田塊速效氮含量進(jìn)行預(yù)測(cè)成為一種可能。

SPAD值次級(jí)指標(biāo)與施氮量[20]、含氮量[21]、氮素營(yíng)養(yǎng)指數(shù)[10]之間具有較好的相關(guān)性，本文將4個(gè)SPAD值次級(jí)指標(biāo)與表觀供氮量進(jìn)行線(xiàn)性擬合，結(jié)果見(jiàn)表5。SPADL4-L3、SPAD（L3-L4）/L3、SPADL3×L4/mean與表觀供氮量在拔節(jié)期、抽穗期均達(dá)到極顯著線(xiàn)性相關(guān)，SPAD（L2-L1）/（L2+L1）在抽穗期達(dá)到極顯著水平而拔節(jié)期不顯著。

表4 不同地力田塊不同施氮水平下水稻冠層4張葉片SPAD值的特征

表5 SPAD值次級(jí)指標(biāo)與表觀供氮量擬合的線(xiàn)性方程

圖2 三個(gè)生育時(shí)期水稻冠層SPAD值與表觀供氮量的關(guān)系

3 結(jié)論與討論

陳小龍等[22]研究表明，水稻SPAD值抽穗期最大；陳曉陽(yáng)等[23]研究表明，隨著施氮量的增加，抽穗期SPAD值表現(xiàn)為頂1葉>頂2葉>頂3葉>頂4葉，抽穗期不同葉位SPAD值與施氮量的相關(guān)性順序是頂1葉>頂3葉>頂2葉>頂4葉；張耀鴻等[24]研究表明，頂3葉SPAD值在不同氮肥水平下變化最大，不受品種的影響，并且與水稻總?cè)~片含氮量及植株含氮量呈極顯著的相關(guān)性；李剛?cè)A等[25]研究表明，SPAD值對(duì)氮素的敏感順序?yàn)轫?葉、頂3葉、頂2葉，而頂1葉因品種而異，穗分化期、齊穗期和成熟期均以頂3葉與總?cè)~片和植株含氮率的相關(guān)系數(shù)最高，且適宜施氮水平下，穗分化期的頂3葉SPAD值變異系數(shù)最小，在診斷水稻氮素營(yíng)養(yǎng)狀況和推薦穗肥施用時(shí)，頂3葉是較為理想的指示葉；而姜繼萍等[20-21]研究表明，頂4葉是反映水稻氮素營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的理想指示葉。本研究結(jié)果表明，不同地力和施氮水平下各生育時(shí)期的SPAD值抽穗期＞拔節(jié)期＞成熟期，且差異主要表現(xiàn)抽穗期和成熟期；拔節(jié)期和抽穗期時(shí)不同地力和施氮水平下水稻冠層4張葉片各自的差異主要表現(xiàn)在頂3葉和頂4葉上，該時(shí)期可以利用兩者作為參數(shù)進(jìn)行氮素營(yíng)養(yǎng)診斷。

研究表明，SPADL4-L3、SPAD（L3-L4）/L3，SPAD（L2-L1）/（L2+L1）等SPAD值次級(jí)指標(biāo)能與施氮量[20]、含氮量[21]、氮素營(yíng)養(yǎng)指數(shù)[10]以及倒伏指數(shù)[26]之間建立穩(wěn)定的相關(guān)關(guān)系。本研究表明，SPADL4-L3和SPAD（L3-L4）/L3在水稻拔節(jié)期和抽穗期以及SPAD（L2-L1）/（L2+L1）在抽穗期時(shí)均與表觀供氮量之間存在極顯著的線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系，而SPADL3×L4/mean在兩個(gè)時(shí)期與表觀供氮量之間亦達(dá)到極顯著線(xiàn)性相關(guān)，且抽穗期的擬合度是幾個(gè)SAPD值次級(jí)指標(biāo)中最高的?？梢岳么岁P(guān)系在不取土樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的情況下，對(duì)田塊速效氮含量進(jìn)行估計(jì)。

氮素是影響水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)的重要元素，合理施氮是水稻種植最重要的管理措施。本研究表明，針對(duì)雜交稻Q優(yōu)6號(hào)，為獲得較高產(chǎn)量，其表觀供氮量需求在575.27 kg/hm2左右，利用SPAD值次級(jí)指標(biāo)與表觀供氮量的關(guān)系可以實(shí)現(xiàn)該水稻品種的實(shí)時(shí)實(shí)地氮肥管理。值得注意的是，本試驗(yàn)所選擇的4塊不同地力田塊速效氮含量都偏高，對(duì)于SPAD值次級(jí)指標(biāo)估計(jì)田塊的速效氮含量及其施氮管理的應(yīng)用還需要進(jìn)一步的研究和驗(yàn)證。

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Analysis of SPAD Value of Rice Leaf and Yield Under Different Soil Fertility and Nitrogen App lication

LIJie,FENG Yuehua*,WANG Xu,MA Jingbiao,WU Yanli,LIXiangling,YE Yong,HUANG Yougang,MOU Guiting
（College of Agronomy,Guizhou University,Guiyang 550025,China;*Corresponding author:fengyuehua2006@126.com）

SPAD value of rice canopy leaves and yield under different soil fertility and nitrogen application were analyzed,Qyou 6 as material.The results showed that the curve relationship between yield and apparent nitrogen supply was very significant,and therewas a higher yield for Qyou 6 when apparentnitrogen supply was 575.27 kg/hm2.The SPAD value of every growth stage under different soil fertility and nitrogen applicationwasheading stage＞jointing stage＞maturity stage,and the difference of SPAD valueweremainly atheading stage andmaturity stage.The differences of SPAD value of four rice canopy leaves of different soil fertility and nitrogen application weremainly in third leaf and fourth leaf.Their SPAD values could be used as parameter to diagnose the nutritional status of nitrogen. The linear relationship between SPAD value and apparent nitrogen supply was significant,and thematching effect of adopting SPADL3×L4/meanwas best.The secondary index of SPAD value obtained from rice canopy leaves could estimate available nitrogen of soil.

rice;SAPD value;apparentnitrogen supply;available nitrogen;yield

S511.062

：A

：1006-8082（2017）01-0026-06

2016－11－03

國(guó)家自然科學(xué)基金（31360311，31160263）；公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專(zhuān)項(xiàng)（201503118-03）；貴州省農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目（黔科合NY[2011]3085號(hào)，黔科合NY [2013]3005號(hào)）；貴州省作物學(xué)省級(jí)重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)計(jì)劃（黔學(xué)位合字ZDXK[2014]8號(hào)）；貴州省普通高等學(xué)校糧油作物遺傳改良與生理生態(tài)特色重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（黔教合KY字[2015]333）