水稻葉片含氮量無(wú)損快速測(cè)定方法

黃潔朱德峰陳惠哲向鏡張義凱王亞梁張玉屏*河野元信渡橋啓介

（1長(zhǎng)江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北荊州434020；2中國(guó)水稻研究所，杭州310006；3佐竹公司，日本廣島739-8602；*通訊作者：cnrrizyp@163.com）

水稻葉片含氮量無(wú)損快速測(cè)定方法

黃潔1，2朱德峰2陳惠哲2向鏡2張義凱2王亞梁2張玉屏2*河野元信3渡橋啓介3

（1長(zhǎng)江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北荊州434020；2中國(guó)水稻研究所，杭州310006；3佐竹公司，日本廣島739-8602；*通訊作者：cnrrizyp@163.com）

采用CCN6000水稻葉片氮素快速測(cè)定儀，以秈型常規(guī)早稻中早39為材料，研究了水稻葉片氮含量化學(xué)分析值、CCN值及SPAD值的關(guān)系。結(jié)果表明，早稻倒1葉葉片CCN值與含氮量呈近1.0∶1.0的關(guān)系，倒2葉葉片CCN值與含氮量呈近1.0∶1.1的關(guān)系，倒3葉葉片CCN值與含氮量呈近1.0∶1.2的關(guān)系，倒1葉CCN值與含氮量之間最為吻合，CCN值與SPAD值顯著相關(guān)。水稻孕穗期葉片含氮量為倒3葉＞倒2葉＞倒1葉。研究表明，CCN值可以作為葉片含氮量的快速診斷依據(jù)。

水稻；含氮量；CCN600；無(wú)損檢測(cè)

水稻是我國(guó)的主要糧食作物，化肥工業(yè)發(fā)展及化肥的應(yīng)用對(duì)水稻增產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。但近年來，生產(chǎn)上氮肥用量大且效率低，不僅造成生產(chǎn)成本提高，還引起肥料利用率下降、病蟲害增多和環(huán)境污染。迫切需要研究水稻生產(chǎn)減氮增產(chǎn)的施肥方法。根據(jù)水稻植株含氮量決定氮肥施用量和施用方法是提高氮肥利用效率途徑之一。研究水稻葉片氮含量快速診斷方法對(duì)氮肥的精確施用及提高氮肥利用效率具有重要意義[1-3]。

水稻葉片氮素營(yíng)養(yǎng)測(cè)定方法很多，廣泛采用的是凱氏定氮法和流動(dòng)注射法，需要取樣、烘干、稱量、消煮等系列程序，能夠準(zhǔn)確的測(cè)出葉片、植株及土壤的氮含量。但這兩種測(cè)定方法需要離體取樣，工作量大，且不能及時(shí)根據(jù)測(cè)定結(jié)果來計(jì)算肥料的增補(bǔ)。在植物氮素含量快速、無(wú)損測(cè)定方面，目前國(guó)內(nèi)外主要利用近紅外光譜技術(shù)快速測(cè)量?jī)x，并已取得了一定成果[4-5]。

CCN6000是專用水稻葉片氮含量測(cè)定儀器，其特點(diǎn)是快速簡(jiǎn)便、無(wú)損測(cè)氮、直接反映葉片含氮量。CCN6000可以在不傷害水稻葉片的情況下測(cè)定其含氮量，且不受外界氣溫和日照條件的影響，測(cè)定簡(jiǎn)單、時(shí)間短、操作性好。但由于CCN 6000目前主要在日本應(yīng)用，日本主要是粳稻品種，因此，筆者基于CCN 6000的實(shí)用性，以秈型常規(guī)早稻中早39為材料，對(duì)照凱氏化學(xué)測(cè)定與SPAD值測(cè)定，以驗(yàn)證CCN6000的普適性及其與SPAD值的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 供試品種

以長(zhǎng)江中下游大面積推廣的秈型常規(guī)早稻中早39（中國(guó)水稻研究所選育）為供試品種。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年在中國(guó)水稻研究所富陽(yáng)試驗(yàn)基地C區(qū)進(jìn)行，前茬為冬閑田。肥料施用設(shè)2個(gè)處理：本田期施純N 12 kg/667 m2（N12）；不施氮肥（N0）。氮肥按基肥50%、分蘗肥30%、穗肥20%分3次施用；所有處理均施以相同數(shù)量的磷肥（過磷酸鈣20 kg/667 m2）和鉀肥（氯化鉀10 kg/667 m2），磷肥作基肥一次性施用，鉀肥作基肥和穗肥各50%施用。每個(gè)處理3次重復(fù)。

試驗(yàn)隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積48.36 m2（6.2 m×7.8 m）。3月25日播種，4月20日移栽，6月16日（孕穗期）測(cè)定葉片氮含量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 CCN值

選取主莖，用CCN6000測(cè)定倒1葉、倒2葉和倒3葉葉片中部略下方距葉脈2 mm左右處的CCN值，不同處理不同葉位各測(cè)15張葉片，3次重復(fù)。

1.3.2 SPAD值

與CCN6000測(cè)定葉片相對(duì)應(yīng)，用SPAD502測(cè)定SPAD值。

1.3.3 葉片氮含量

采取CCN6000測(cè)定的對(duì)應(yīng)葉片，將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，放入烘箱烘干，磨粉，消化后采用FOSS2400測(cè)定葉片全氮含量。

表1 葉片CCN值與含氮量化學(xué)分析值

表2 不同葉位CCN值與SPAD值

圖1 葉片CCN值與SPAD值的關(guān)系

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010、SAS 9.0等軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片CCN值與含氮量

從表1可知，倒1葉、倒2葉和倒3葉葉片含氮量依次增高，CCN值與凱氏定氮法分析值趨勢(shì)一致，N12和N0處理一致，但N0處理用凱氏定氮法測(cè)出值不同葉位之間差異較小。兩種方法葉片氮含量的測(cè)定表明，CCN值與含氮量的相關(guān)系數(shù)倒1葉、倒2葉和倒3葉分別為0.9573、0.9236和0.9830，達(dá)到顯著相關(guān)，且倒1葉測(cè)定值與分析值之間基本上接近1∶1，說明CCN6000作為葉片氮含量快速測(cè)定儀器是可靠的，且以倒1葉作為測(cè)定對(duì)象，CCN值與分析值最接近。

2.2 葉片CCN值與SPAD值

為明確SPAD值與CCN值之間的關(guān)系，以葉片的SPAD值和對(duì)應(yīng) CCN值建立回歸方程 y=0.1387x-1.9861，決定系數(shù)R2=0.9259，相關(guān)系數(shù)r=0.9622，SPAD值與CCN值達(dá)到顯著相關(guān)（圖1）。表明葉片葉綠素含量高，葉片含氮量也高，這與實(shí)際相符。進(jìn)一步表明用CCN6000來快速測(cè)定秈稻葉片含氮量的方法是可行的。

不同施氮處理不同葉位的SPAD值和CCN值差異明顯，N12處理的SPAD值和CCN值明顯大于N0處理，各葉位表現(xiàn)一致（表2），表明施氮后水稻葉片氮含量增加，葉綠素含量提高，有利于光合作用。比較不同葉位的SPAD值和CCN值，都表現(xiàn)為倒3葉＞倒2葉＞倒1葉。SPAD值變化趨勢(shì)與江立庚等[8-10]的研究相符，CCN值變化趨勢(shì)與SPAD值一致，說明不同葉位氮吸收存在一定差異，CCN6000快速測(cè)定葉片含氮量和進(jìn)行葉片診斷施肥時(shí)，需要根據(jù)不同生育時(shí)期不同葉位葉片含氮量來確定。

3 結(jié)論與討論

葉片是水稻的主要光合營(yíng)養(yǎng)器官，其全氮濃度是診斷水稻氮素營(yíng)養(yǎng)的一個(gè)重要指標(biāo)。獲取葉片氮含量的化學(xué)分析方法一般是從田間取樣，然后在室內(nèi)進(jìn)行化學(xué)測(cè)定，這樣的操作無(wú)法在時(shí)間和空間尺度上滿足實(shí)時(shí)、快速、無(wú)損氮素診斷的要求。光譜技術(shù)作為一種快速、無(wú)損的測(cè)量技術(shù)，在作物葉片氮素分析方面有著深入的研究和進(jìn)展[5]。利用近紅外光譜技術(shù)快速測(cè)量CCN6000能通過儀器自動(dòng)計(jì)算，快速直接獲得葉片氮含量，且化學(xué)分析值與CCN值吻合度極高，尤其是倒1葉位，基本上是1∶1，說明CCN6000在水稻生產(chǎn)中診斷氮素的合理施用有很大的實(shí)用價(jià)值。

本試驗(yàn)建立的葉片SPAD值和CCN值的回歸模型決定系數(shù)為0.9259，表明利用CCN6000測(cè)定的CCN值可以達(dá)到很高的精度，SPAD值與CCN值有極顯著相關(guān)性。CCN值可以作為無(wú)損氮檢測(cè)的重要手段，為葉片氮含量快速檢測(cè)提供了方法。但由于不同葉位CCN值和SPAD值存在一定差異，且CCN值與含氮量的關(guān)系還可能與葉片厚度及測(cè)定時(shí)期有一定關(guān)系，后面需作進(jìn)一步試驗(yàn)，所以不同生育期監(jiān)測(cè)的葉位值得進(jìn)一步深入研究。

[1]Tanakaa A,Toriyamab K,Kobayashia K.Nitrogen supply via internal nutrient cycling of residues and weeds in lowland rice farming[J]. Field Crop Res,2012,137:251-260.

[2]徐富賢，熊洪，謝戎.水稻氮素利用效率的研究進(jìn)展及其動(dòng)向[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2009，15（5）：1 215-1 225.

[3]彭少兵，黃見良，鐘旭華.提高中國(guó)稻田氮肥利用率的研究策略[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002，35（9）：1 095-1 103.

[3]聶鵬程，袁石林，章偉聰，等.基于光譜技術(shù)的水稻葉片氮素測(cè)定儀的開發(fā)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26（7）：152-156.

[4]張玉森，姚霞，田永超，等.應(yīng)用近紅外光譜預(yù)測(cè)水稻葉片氮含量[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，34（6）：704-712.

[5]李剛?cè)A，薛利紅，尤娟，等.水稻氮素和葉綠素SPAD葉位分布特點(diǎn)及氮素診斷的葉位選擇 [J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，40（6）：1 127-1 134.

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[7]江立庚，曹衛(wèi)星，姜東，等.水稻葉氮量等生理參數(shù)的葉位分布特點(diǎn)及其與氮素營(yíng)養(yǎng)診斷的關(guān)系[J].作物學(xué)報(bào)，2004，30（8）：739-744.

[8]唐建軍，何火嬌，彭瑩瓊，等.水稻不同葉位葉色信息與葉片含氮量的關(guān)系研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，36（2）：261-264.

[9]王紹華，曹衛(wèi)星，凌啟鴻，等.水稻葉色分布特點(diǎn)與氮素營(yíng)養(yǎng)診斷[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002，35（12）：1 461-1 466.

Nondestructive and Rapid Determination Method of Nitrogen Content of Rice Leaves

HUANG Jie1,2,ZHU Defeng2,CHEN Huizhe2,XIANG Jing2,ZHANG Yikai2,WANG Yaliang2,ZHANG Yuping2*,Motonobu Kawano3, Keisuke Orihashi3
（1Changjiang University,Jingzhou,Hubei 434020,China;2China National Rice Research Institute/State Key Laboratory of Rice Biology,Hangzhou 310006,China;3Satake Corporation,Hiroshima 739-8602,Japan;*Corresponding author:cnrrizyp@163.com）

The relationship of rice leaf nitrogen content,SPAD value and CCN value were studied in the experiment,with rice leaf nitrogen rapid determination instrument of CCN6000,early season indica rice zhongzao 39 as material.The results showed that the value measuring by CCN6000 and chemical analysis was similar when the flag leaf was subjected to analyzing.The leaf nitrogen content of rice leaf at panicle initiation stage from high to low was 3rd,2nd,1st from the top,and the correlation of the value measured by CCN6000 and SPAD were significant.With the rising of leaf position,leaf nitrogen content decreased at booting stage of rice.CCN value can be used as a basis for nondestructive and rapid determination of nitrogen content in leaves clearly.

rice;nitrogen content;CCN6000;nondestructive and rapid determination

S511

A

1006-8082（2017）02-0018-03

2016－11－23

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS－01－26）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（SQ2016ZY06003823）