作物臨界氮濃度稀釋模型研究述評

莊恒揚(yáng)，葉 迎，趙考誠，馬 軍，黃麗芬

（揚(yáng)州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育點(diǎn)/糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 揚(yáng)州 225009）

1 作物臨界氮濃度稀釋模型

作物高產(chǎn)以較高的生物量累積為前提，而生物量累積以養(yǎng)分的吸收為基礎(chǔ)，氮素是作物吸收的主要養(yǎng)分之一，生物量的累積對氮素最為敏感。研究表明，在同一生育期，地上干物質(zhì)隨植株氮濃度的增加而增加，但當(dāng)植株氮濃度達(dá)到一定水平后，干物質(zhì)不再增加，甚至下降。為此，早在1952年Ulrich［1］就提出了臨界氮濃度（critical nitrogen concentration，Nc）的概念，即能夠達(dá)到最大干物質(zhì)積累的植株最小氮濃度。若地上部氮濃度值在臨界氮濃度以下，作物生長將受到氮素養(yǎng)分的制約，而在臨界氮濃度以上，作物體內(nèi)氮素已超過作物的需要，作物生長則不受氮的限制。因此，臨界氮濃度是作物經(jīng)濟(jì)高效利用氮素的適宜濃度。在生長過程中，由于含氮率較低的結(jié)構(gòu)和貯藏器官如莖、塊根、塊莖、鱗莖等的比例不斷增加，以及由于冠層的遮陰作用，下部葉片的氮濃度通常較低，導(dǎo)致在任何氮素營養(yǎng)水平下，作物地上部的氮濃度隨著地上部干物質(zhì)的增長而降低，即稀釋作用［2］。大量試驗(yàn)結(jié)果表明，作物地上部的臨界氮濃度Nc（g·kg-1）與地上最大生物量（Wmax，kg·hm-2）間關(guān)系可用冪函數(shù)方程來表示：

式中，a、b為模型參數(shù)。

根據(jù)臨界氮濃度的概念，Justes［3］于1994年提出建立臨界氮濃度稀釋模型的試驗(yàn)和計(jì)算方法，包括以下步驟：（1）對比分析不同施氮水平試驗(yàn)的每次取樣地上干物質(zhì)重及相應(yīng)的植株氮濃度值，用方差分析對作物生長受氮素營養(yǎng)限制與否的施氮水平進(jìn)行分類；（2）對于施氮量不能滿足作物最大生長需求的試驗(yàn)監(jiān)測資料，其地上干物質(zhì)重與氮濃度值間的關(guān)系以線性擬合；（3）對于作物生長不受氮素影響的施氮水平處理地上生物量的平均值代表最大干物重；（4）每次取樣日的臨界氮濃度由上述線性曲線與以最大生物量為橫坐標(biāo)的垂線的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)決定。對于氮素水平處理，一般為3～7個(gè)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)是否有效，要看每個(gè)測定期不同氮素處理水平間干物質(zhì)積累量在5%水平上是否出現(xiàn)顯著差異，即可分辨出是否出現(xiàn)氮素限制和非限制性的情況。

在臨界氮濃度稀釋模型概念提出后，許多學(xué)者進(jìn)行了研究，涉及多種類型的作物，有收獲籽粒的水稻［4-8］、小麥［9-16］、玉米［17-26］、大麥［27］、向日葵［28］、油菜［29-30］、棉花［31-32］等，收獲莖葉營養(yǎng)體的白菜［33-34］、烤煙［35］、黑麥草［36］、甘蔗［37］等，收獲塊莖、塊根、鱗莖的胡蘿卜［38］、馬鈴薯［39-42］、大蒜［43］等，收獲鮮果的甜瓜［44-45］、甜椒［46］、黃瓜［47］、番茄［48-51］、葡萄［52］等，收獲韌皮纖維的黃麻［53］等，總體上作物臨界氮濃度稀釋曲線的冪函數(shù)模型具有較好的普適性，但在模型參數(shù)和營養(yǎng)診斷應(yīng)用方面不同作物又有各自的特點(diǎn)［54-55］。對水稻、小麥、玉米3大糧食作物，已從不同氣候條件與土壤類型、不同品種類型、不同栽培方式等方面開展了深入細(xì)致的研究［56］。

在建立臨界氮濃度稀釋模型的同時(shí)，還可以根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在同一取樣期最大干物質(zhì)重對應(yīng)的最高氮濃度，建立最高氮濃度稀釋模型，根據(jù)同期最低氮濃度與對應(yīng)的干物質(zhì)重，建立最低氮濃度稀釋模型，即氮濃度的邊界模型。研究表明，最高和最低氮濃度稀釋模型與臨界氮濃度稀釋模型形式相同，但參數(shù)a和b有所差異。一般來說，對同一個(gè)群體，在一定的施氮范圍內(nèi)，不管施氮水平如何，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，干物質(zhì)積累量不斷增加而植株氮濃度不斷下降，因此，氮濃度稀釋是一個(gè)普遍的生物學(xué)規(guī)律［15，18，25］。筆者認(rèn)為，在建立最大濃度稀釋模型時(shí)，必須以最大生物量為基礎(chǔ)，否則得到的模型沒有實(shí)際意義。由于在最佳生長情況下，作物體內(nèi)容納氮素的濃度是有限的，最大氮濃度稀釋模型可反映不同作物不同生育期的氮素營養(yǎng)特性，模型具有一定的生物學(xué)意義和穩(wěn)定性。而最小濃度稀釋模型，一般通過不施氮處理的數(shù)據(jù)獲得，而在不施氮的情況下，土壤供氮能力有很大的差異。因此，模型也會(huì)表現(xiàn)出較大的變化，生物學(xué)意義不明確，故實(shí)際意義不大。

臨界氮濃度稀釋模型的典型形式是植株臨界氮濃度－植株干物重關(guān)系模型，有許多研究建立了其他形式的臨界氮濃度稀釋模型，歸納于表1。

表1 不同類型氮濃度稀釋曲線

從表1可得，若在監(jiān)測指標(biāo)與植株含氮率之間、驅(qū)動(dòng)變量與植株干物重之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，基本上就可以建立相應(yīng)的稀釋模型。

2 作物臨界氮濃度稀釋模型的基本應(yīng)用

2.1 計(jì)算氮素營養(yǎng)指數(shù)

作物氮素營養(yǎng)診斷是確定追肥的重要依據(jù)，已發(fā)展了多種作物生育期間氮素營養(yǎng)診斷方法，但在確定植株適宜氮素水平時(shí)往往缺少嚴(yán)格規(guī)范的定義和程序。臨界氮濃度既實(shí)現(xiàn)了作物的最大生物量生產(chǎn)，又表現(xiàn)出氮素含量較低，是作物高產(chǎn)與高效利用氮素的適宜濃度，為確定適宜的氮素營養(yǎng)狀況標(biāo)準(zhǔn)提供了規(guī)范化的方法。氮素營養(yǎng)狀況的適宜程度，用氮素營養(yǎng)指數(shù)（nitrogen nutrition index，NNI）表示：

NNI=1表明氮素營養(yǎng)狀況適當(dāng)，NNI＞1表明氮素偏多，NNI＜1表明氮素養(yǎng)分不足。大多數(shù)研究表明，獲得最大產(chǎn)量的最小NNI在1左右，表明了NNI作為氮素營養(yǎng)診斷的可靠性［4-5，11，18］。

2.2 計(jì)算作物氮素虧缺量

作物氮素虧缺量和追施氮量是密切聯(lián)系的兩個(gè)方面，一般計(jì)算氮素虧缺量的主要目的是計(jì)算追施氮量。計(jì)算氮素虧缺量首先要計(jì)算適宜的植株氮積累量，即作物在臨界氮濃度狀態(tài)下達(dá)到生物量最大的氮積累量Ncna（kg·hm-2），根據(jù)臨界氮積累量的概念和式（1）得：

氮素積累虧缺量（Nand），即實(shí)際積累量（Nana）與臨界氮積累量的差值：

式中，Na為植株實(shí)際氮濃度，W為實(shí)際干物質(zhì)積累量。

根據(jù)臨界氮濃度的確定方法，當(dāng)植株氮濃度低于臨界氮濃度時(shí)，干物重與植株氮濃度為線性關(guān)系，故有：

將式（6）代入式（5）得：

可見，理論上氮素虧缺量與NNI呈二次函數(shù)關(guān)系，這與一些研究得出的Nand與差值NNI呈線性負(fù)相關(guān)有所不同［74-76］。顯然，當(dāng)NNI=1時(shí)，Nand=0；NNI＜1時(shí)，Nand為正值；NNI＞1，Nand為負(fù)值。一般來說，在某一施氮水平下，氮素超過量或虧缺量隨生育進(jìn)程而加大，如水稻、小麥在開花期大大高于拔節(jié)期［74-76］。

2.3 計(jì)算追施氮量

已探索了多種基于臨界氮稀釋模型和NNI確定追施氮量的方法。

工程項(xiàng)目的進(jìn)度主要包括分項(xiàng)進(jìn)度和總進(jìn)度。由于項(xiàng)目本身具有復(fù)雜性特征，并且涉及到不同行業(yè)領(lǐng)域，因此也會(huì)產(chǎn)生較多影響進(jìn)度的因素。工程總體進(jìn)度是按照工程項(xiàng)目設(shè)定目標(biāo)和實(shí)際情況確定，分項(xiàng)進(jìn)度主要是在實(shí)施項(xiàng)目期間所出現(xiàn)的各種情況所決定。在進(jìn)度分析當(dāng)中應(yīng)用價(jià)值工程，可以合理應(yīng)用各種方案分析方法。例如可以使用德爾菲法或者比較分析法，實(shí)時(shí)有效的評價(jià)項(xiàng)目總體進(jìn)度和分項(xiàng)進(jìn)度。在項(xiàng)目實(shí)施期間需要以項(xiàng)目利益和目標(biāo)作為出發(fā)點(diǎn)，對比分析不同施工方案，在分析期間會(huì)出現(xiàn)不同進(jìn)度方案，按照實(shí)際情況能夠制定出對應(yīng)的方案實(shí)施策略。

一是根據(jù)吸收虧缺量計(jì)算追施氮量［4，9，13，75-76］。

式中，NR為氮素需求量，NUE為氮肥利用率，一般采用收獲時(shí)氮素回收利用率。

二是通過NNI預(yù)測相對產(chǎn)量，然后根據(jù)斯坦福養(yǎng)分平衡方程計(jì)算追施氮量［9］：

式中，RY為預(yù)測的相對產(chǎn)量，Ymax為當(dāng)?shù)貧v史最高產(chǎn)量，Y為預(yù)測的實(shí)際產(chǎn)量，Nr為追施氮量，GNA為小麥吸氮量，2.25為高產(chǎn)條件生產(chǎn)100 kg籽粒植株吸氮量（kg），Ns為不施氮肥區(qū)植株吸氮量，NUE為氮肥回收利用率，Nuse為已施氮肥量。

2.4 預(yù)測作物產(chǎn)量和品質(zhì)

不同作物生育時(shí)期的NNI不僅反映了作物群體的氮素營養(yǎng)狀況，而且與群體干物質(zhì)積累量有密切的關(guān)系，因此，NNI與最終產(chǎn)量有密切關(guān)系。根據(jù)已有研究結(jié)果得出，NNI與產(chǎn)量一般呈線性加平臺(tái)關(guān)系［4-5，9，11，18］，有的表現(xiàn)為拋物線關(guān)系，一般在NNI=1時(shí)獲得最大產(chǎn)量［25］。不同作物NNI與產(chǎn)量的關(guān)系可能表現(xiàn)不同，劉秋霞等［29］對直播油菜的研究表明，在越冬期、薹期和花期適宜的NNI分別為1.35、1.26和1.03，表明直播油菜在前期植株較高的氮濃度有利于高產(chǎn)。Debaeke等［28］研究，大多數(shù)情形下向日葵在開花期NNI為0.8時(shí)籽粒產(chǎn)量達(dá)到最高。氣候類型對獲得最高產(chǎn)量的NNI也有影響，如劉朋召等［25］對渭北旱地春玉米的研究發(fā)現(xiàn)，穗期多雨年份NNI為1.02，而穗期干旱年份為1.08；不同時(shí)期NNI與產(chǎn)量關(guān)系可能不同，如劉秋霞等［29］對直播油菜的研究得出，在苗期為線性關(guān)系，而在越冬期、薹期、花期為拋物線關(guān)系。隨著預(yù)測生育期推遲，預(yù)測可靠性提高，如田興帥等［13］在小麥的研究，在拔節(jié)期預(yù)測模型的決定系數(shù)為0.78，而開花期為0.86。在水稻上早稻拔節(jié)期NNI與產(chǎn)量的決定系數(shù)為0.62，而孕穗期為0.73［4］。開花灌漿期的植株含氮水平與籽粒蛋白質(zhì)含量有密切關(guān)系，因此可以利用NNI進(jìn)行籽粒蛋白質(zhì)含量的預(yù)測［77-78］。此外，Ata-UI-Karim等［78］還利用水稻不同生育時(shí)期的NNI預(yù)測水稻直鏈淀粉含量，不同時(shí)期的NNI與籽粒直鏈淀粉含量存在線性相關(guān)關(guān)系，尤以抽穗期相關(guān)最為顯著。

NNI作為一種瞬時(shí)值可能會(huì)由于施肥產(chǎn)生較大波動(dòng)［6］，前期NNI難以反映由于施肥對后期NNI的影響，而后期NNI難以反映前期NNI對干物質(zhì)積累的影響，因此，Lemaire等［79］提出積分NNI的概念，公式為：

式中，NNIint為積分氮營養(yǎng)指數(shù)，NE代表總持續(xù)時(shí)間（可用天數(shù)或者生長度日表示），NNIi為不同取樣時(shí)期的瞬時(shí)氮營養(yǎng)指數(shù)值，ni為間隔時(shí)間。NNIint能夠描述氮素不足的程度和間隔，當(dāng)瞬時(shí)NNI波動(dòng)很大時(shí)，NNIint表征氮素虧缺會(huì)更準(zhǔn)確，因而采用積分NNI可以提高產(chǎn)量預(yù)測的可靠性［6］。

3 信息技術(shù)在作物臨界氮濃度建模中應(yīng)用

4 討論

4.1 關(guān)于模型參數(shù)的意義與影響因素

作物臨界氮濃度稀釋模型中的參數(shù)a，數(shù)學(xué)意義上表示驅(qū)動(dòng)變量為1時(shí)的取值。一般認(rèn)為，當(dāng)植株幼小時(shí)，對水肥光等不存在明顯競爭，生物量增加一般不會(huì)明顯降低植株氮濃度，故NC取常數(shù)值。氮素臨界濃度轉(zhuǎn)變的干物質(zhì)重臨界閾值取決于模型適用的最小干物質(zhì)重。由于環(huán)境條件、栽培方式和作物生長特性不同，臨界最小干物重也不同，不能認(rèn)為當(dāng)最大干物重小于1時(shí)，模型不適用。采用葉片干重、莖鞘干重等作為驅(qū)動(dòng)變量，當(dāng)取值為1時(shí)，對應(yīng)的生育期已大大遲于相同植株干物重對應(yīng)的生育期，其模型適用的最小器官干物質(zhì)重一定小于植株最小干物重。關(guān)于參數(shù)b的生物學(xué)意義，由式（1）可以推導(dǎo)出：

可見，b是最大干物重增加1%，臨界氮濃度變化的百分率，反映了臨界氮濃度和最大干物重變化彈性的關(guān)系。由于b值一般遠(yuǎn)小于1，所以臨界氮濃度的下降（稀釋）速度小于最大干物重的增加速率。

如果能建立某一層次類群作物通用的臨界氮濃度稀釋模型，將為其應(yīng)用帶來極大方便。Greenwood等［2］在1990年提出了兩個(gè)有關(guān)C3、C4作物的臨界氮濃度與地上干物質(zhì)重間的通用模型（C3作 物：Nc=5.17W-0.5；C4作 物：Nc=4.11W-0.5），之后，Lemaire等［79，86］對Greenwood等［2］的 模 型參數(shù)進(jìn)行了修正，提出兩個(gè)新的模型（C3作物：Nc=4.8W-0.34；C4作物：Nc=3.6W-0.34）。可見，先后提出的C3、C4兩大類作物模型也有較大的差異。大量研究表明，氣候、土壤、作物種類和品種、栽培技術(shù)等都影響模型的參數(shù)取值，試圖建立大類作物甚至某一種作物的通用模型是不現(xiàn)實(shí)的，如已建立的我國水稻、小麥、玉米三大糧食作物植株臨界氮濃度－植株干重稀釋模型，小麥模型參數(shù)a和b變化范圍分別為3.76～4.82和0.35～0.49，水稻模型參數(shù)a和b變化分別為2.77～3.69和0.25～0.44，玉米模型參數(shù)a和b變化范圍分別為2.25～3.65和0.25～0.48［56］。而且，即使能建立達(dá)到顯著要求的模型，由于回歸擬合的決定系數(shù)一般較低，難以滿足應(yīng)用要求。另一方面，同一作物同一品種類型，在一定的地區(qū)和栽培條件下又具有相對的一致性和穩(wěn)定性［5，9］，這為臨界氮濃度稀釋模型應(yīng)用提供了可能。

4.2 關(guān)于不同形式的臨界氮濃度稀釋模型

根據(jù)表1，將作物臨界氮濃度稀釋模型分為3類：植株臨界氮濃度－植株干物重關(guān)系模型、植株臨界氮濃度－器官（葉片、莖、莖鞘）數(shù)量指標(biāo)（如葉面積指數(shù)、葉面積持續(xù)期）關(guān)系模型、器官（葉片、莖、莖鞘、棉花蕾鈴等）臨界氮濃度－相應(yīng)器官干重關(guān)系模型。此外還有一些間接表現(xiàn)植株或器官臨界氮濃度（如臨界SPAD、臨界植被指數(shù)等）與間接反映植株或器官數(shù)量指標(biāo)（如植被指數(shù)、覆蓋度等）的關(guān)系模型。一些研究對不同形式的臨界氮濃度稀釋模型進(jìn)行了比較。Lemaire等［86］構(gòu)建了玉米、小麥、水稻等作物基于LAI的臨界氮濃度稀釋曲線模型，并與基于干物質(zhì)重的模型進(jìn)行比較，得出干物質(zhì)重與氮素積累之間的關(guān)系要比LAI與氮積累之間的關(guān)系更穩(wěn)定；Ata-Ul-Karim等［87］構(gòu)建了我國長江流域水稻基于葉面積指數(shù)（LAI）的植株臨界氮濃度模型，認(rèn)為LAI與氮素積累關(guān)系更穩(wěn)定；王曉玲［9］分別建立了基于葉片干重、莖鞘干重、LAI、植株干重驅(qū)動(dòng)的小麥植株臨界氮稀釋模型，4種模型的決定系數(shù)分別為0.77、0.89、0.81、0.87，基于莖鞘干重計(jì)算的NNI、氮素虧缺量（NAD）和氮素需求量（NR）與基于植株干重的模型計(jì)算結(jié)果相關(guān)性最好，基于莖鞘干重計(jì)算的NNI與產(chǎn)量的相關(guān)性最好，認(rèn)為可以用基于莖鞘干重的模型替代基于植株干重模型。

如何在眾多的關(guān)系模型中選擇適合的類型，作者認(rèn)為可以從以下幾方面考慮：（1）能揭示作物的產(chǎn)量形成過程，臨界氮濃度與最終產(chǎn)量關(guān)系密切；（2）指示氮濃度的指標(biāo)對施氮水平比較敏感，變化幅度較大；（3）與植株臨界氮濃度的相關(guān)性較高；（4）適用的生育期范圍較寬；（5）測定比較方便和準(zhǔn)確，特別是可以采用遙感、圖像識(shí)別等現(xiàn)代信息技術(shù)加以快速無損測定；（6）有利于制訂氮素調(diào)控方案。

基于以上6個(gè)方面的考慮，作者認(rèn)為，除了傳統(tǒng)的植株臨界氮濃度－植株最大干物質(zhì)重稀釋模型外，葉片氮濃度－葉片干重（或植株干重）稀釋模型應(yīng)用價(jià)值較大。在每個(gè)生育時(shí)期，葉片與地上部分植株、莖鞘的氮濃度呈很高的相關(guān)性，因此葉片氮素狀況可以較好地反映莖鞘或全株的狀況。以葉片的氮濃度和葉片干物重建立臨界氮濃度稀釋模型，可以減少干物質(zhì)測定時(shí)粉碎處理的量，葉片含氮量對施氮反應(yīng)更為敏感，更容易通過SPAD儀、光譜遙感等快速、無損的方法予以測定。但葉片氮濃度-葉片干重（葉面積）稀釋模型也有局限性。對于禾本科作物，葉面積和葉片干物重一般在孕穗期達(dá)到最大值，保持一段時(shí)間穩(wěn)定后逐步下降，若以葉片干重計(jì)算葉片臨界氮含量，顯然不符合孕穗后的變化規(guī)律。因此，以葉片干重為基礎(chǔ)計(jì)算葉片臨界氮濃度，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)模型適宜生育時(shí)期，而不宜簡單用播栽后天數(shù)表示。另一方面，葉片臨界氮濃度－葉片干重（葉面積）稀釋模型不方便計(jì)算氮素積累量，在稀釋的機(jī)理上也與植株臨界氮濃度－植株干物重稀釋模型有所差異，稀釋的主要原因是幼嫩葉片比例的減少和下部葉片的遮陰［58］。

4.3 基于干物質(zhì)驅(qū)動(dòng)和生育期驅(qū)動(dòng)的臨界氮濃度模型比較

基于干物重（或其他間接指標(biāo)）臨界氮濃度概念提出以后，得到了廣泛的研究和應(yīng)用，但也存在一些問題：一是植株氮濃度是個(gè)體狀態(tài)的指標(biāo)，而植株干物重是群體狀態(tài)指標(biāo)，兩者既存在一定聯(lián)系，但又有一定的獨(dú)立性。在相同密度時(shí)，同一生育期植株干物質(zhì)隨氮濃度而提高，但在相同植株氮濃度下，由于密度不同，同一生育期的植株干物重可以有較大差異，特別是無分蘗特性的作物和在生長前期；二是同一作物在不同氣候和栽培條件下及同一作物不同品種間生育特性和干物質(zhì)生產(chǎn)過程和大小有較大差異，導(dǎo)致臨界氮稀釋模型有較大差異；三是以植株干物重驅(qū)動(dòng)的臨界氮濃度稀釋模型，在應(yīng)用時(shí)要同時(shí)測定植株氮濃度和干物質(zhì)重，一般將實(shí)際干物重代入臨界氮濃度稀釋模型計(jì)算臨界氮濃度，進(jìn)而計(jì)算氮素營養(yǎng)指數(shù)NNI，如果作物處于缺氮狀態(tài)，必然導(dǎo)致干物重小于該時(shí)期臨界氮濃度對應(yīng)的最大干物重，從而使計(jì)算的臨界氮濃度偏高，缺氮程度越高，偏離可能越大［88］。實(shí)際上，對于同一群體，地上部干物質(zhì)隨生育進(jìn)程而增加，干物質(zhì)增長只是生育進(jìn)程的間接指示。氮濃度“稀釋”的本質(zhì)是隨著生育進(jìn)程植株體組成結(jié)構(gòu)的變化，不管氮素營養(yǎng)水平如何，對同一群體都隨著干物質(zhì)增加表現(xiàn)出氮濃度降低的共性規(guī)律。但對不同群體起點(diǎn)（如密度不同）和不同品種特征群體，相同干物質(zhì)量不一定對應(yīng)相同生育期，因而造成以干物質(zhì)重為驅(qū)動(dòng)的臨界氮濃度差異較大。如果以生育進(jìn)程為驅(qū)動(dòng)變量，在應(yīng)用時(shí)不僅可以省去植株干物重等測定的工作量，還由于在同一生育期，同一種作物或同一作物品種類型植株結(jié)構(gòu)和氮素營養(yǎng)特點(diǎn)相對穩(wěn)定，從而大大提高氮濃度稀釋模型的穩(wěn)定性［89］。作物生育進(jìn)程的定量表示方法有Feekes法、Zadoks法、生長度日（GDD）、生理發(fā)育時(shí)間（PDT）等［89］，但采用哪種表示方法效果最好還有待進(jìn)一步研究。筆者利用他人小麥高產(chǎn)栽培返青至成熟期測定的植株含氮率數(shù)據(jù)（可以近似看作臨界氮濃度），用PDT作驅(qū)動(dòng)變量擬合的植株氮濃度動(dòng)態(tài)模型，模型形式與稀釋模型相同，決定系數(shù)高達(dá)0.9782［90］。呂茹潔等［5］對水稻、彭新新等［91］對新疆滴灌春小麥、杜宇笑等［92］對長江中下游地區(qū)小麥、梁效貴等［22］對華北地區(qū)夏玉米、王新等［48］對新疆滴灌番茄的研究表明，植株氮濃度與移栽（播種）后天數(shù)、生育期關(guān)系都顯示出冪函數(shù)特征。趙之淦［93］對不同研究得到的小麥臨界氮濃度稀釋曲線進(jìn)行了比較，表明基于生育期的小麥臨界氮濃度模型具有更好的穩(wěn)健性。從實(shí)際應(yīng)用的角度看，許多作物生長模型如CERES、APSIM中對氮素影響因子的計(jì)算［53］和栽培實(shí)踐中的氮素營養(yǎng)診斷一般以生育期為依據(jù)［94-95］，植株臨界氮濃度變化模型以生育期為驅(qū)動(dòng)變量，更易于在作物生長建模和栽培中應(yīng)用。

4.4 臨界氮濃度模型研究與應(yīng)用建議

從以上分析得出：（1）作物臨界氮濃度概念提供了在生育期中確定最佳氮濃度的理論方法；（2）臨界氮濃度稀釋模型在不同作物間、同一作物在不同氣候條件下和不同品種類型間一般存在較大差異，而在相似環(huán)境和栽培方式下同一品種類型之間差異較??；（3）作物群體最大生物量增加的本質(zhì)是生育進(jìn)程的度量，在一定條件下可以較好地反映生育進(jìn)程的連續(xù)變化；（4）植物的各個(gè)器官干重只要與植株生物量呈正相關(guān)關(guān)系，各個(gè)器官的氮濃度隨器官干重增加而下降，一般可以用于建立相應(yīng)器官的臨界氮濃度稀釋模型，在各種臨界氮濃度稀釋模型中，以植株氮濃度－植株干物重稀釋模型、葉片氮濃度－葉片干物重（植株干物重）稀釋模型最具可用性；（5）應(yīng)用信息技術(shù)快速無損測定建模和應(yīng)用所需要的植株或葉片干重、氮濃度等農(nóng)學(xué)參數(shù)是發(fā)展的趨勢。為此，以水稻為例，提出基于信息技術(shù)的作物臨界氮濃度研究和應(yīng)用的技術(shù)路線（圖1）。

圖1 基于信息技術(shù)的水稻臨界氮濃度研究與應(yīng)用技術(shù)路線