氮素營(yíng)養(yǎng)診斷技術(shù)的發(fā)展及其在花生上的應(yīng)用

韓 寧史普想金 振張 宇蔡立夫陸 巖王海新

(遼寧省沙地治理與利用研究所,遼寧 阜新 123000)

氮是包括花生在內(nèi)各種農(nóng)作物必需的3大營(yíng)養(yǎng)元素之一[1],同時(shí),它還是植株體內(nèi)氨基酸、核苷酸和輔酶等的重要組成元素,此外,植株中的葉綠素、維生素和生物堿等也含有氮[2],作物產(chǎn)量和品質(zhì)的形成以及其正常的生長(zhǎng)發(fā)育均離不開(kāi)氮素營(yíng)養(yǎng)的充足供應(yīng)[1]。自20世紀(jì)50年代以來(lái),氮肥施肥技術(shù)水平的提高極大地促進(jìn)了中國(guó)農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展[3],但過(guò)量以及不科學(xué)的使用氮肥,不僅會(huì)使氮肥的利用率降低,且易使氮素流失,進(jìn)而導(dǎo)致一系列的環(huán)境污染等問(wèn)題。

氮素既是農(nóng)作物關(guān)鍵的營(yíng)養(yǎng)要素,又是影響環(huán)境污染的重要因素。因此,學(xué)習(xí)并掌握氮素診斷的方法和技術(shù),進(jìn)而指導(dǎo)氮肥合理精準(zhǔn)的施用[4]。這對(duì)提升氮肥的利用率,減少生產(chǎn)成本以及環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)均具有重要的實(shí)際意義。本文綜述了國(guó)內(nèi)外氮素營(yíng)養(yǎng)診斷技術(shù)的研究成果,并介紹了近年來(lái)氮素營(yíng)養(yǎng)診斷技術(shù)在花生中的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景,以期更好地指導(dǎo)花生的生產(chǎn)和施肥。

1 傳統(tǒng)氮素營(yíng)養(yǎng)診斷技術(shù)

1.1 外觀診斷

作物的外觀氮素營(yíng)養(yǎng)診斷主要是從其莖、葉的形態(tài)、顏色與生長(zhǎng)速率等各方面進(jìn)行觀察,從而對(duì)作物的氮營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)做出相應(yīng)的判斷。

1.1.1 顏色診斷

依據(jù)植株的顏色來(lái)判斷是否需要追肥的事例在明代末年撰寫的《沈氏叢書》中已有記載[5]。20世紀(jì)50年代,陳永康根據(jù)水稻的葉色變化總結(jié)出了“肥田黃透再施,瘦田見(jiàn)黃既施,一般田不黃不施”的水稻追肥方法[6]。陶勤南等依據(jù)色差公式原理和均勻Lab色度空間,進(jìn)而研發(fā)出了葉色卡診斷技術(shù),且研究證明該葉色卡可以判斷水稻氮素營(yíng)養(yǎng)的豐缺情況[7]。葉色卡診斷技術(shù)具有快捷、簡(jiǎn)單和半定量化等諸多優(yōu)點(diǎn),這種診斷方法深受廣大農(nóng)民的喜愛(ài),但其受品種、種植密度和土壤氮素營(yíng)養(yǎng)狀況等因素的影響較大,因此在實(shí)際的研究應(yīng)用中,葉色卡診斷技術(shù)存在著一定的局限性。

1.1.2 長(zhǎng)勢(shì)診斷

依據(jù)植株特定葉位之間的節(jié)間長(zhǎng)度和其長(zhǎng)勢(shì)長(zhǎng)相,進(jìn)而對(duì)作物不同生育時(shí)期的氮素營(yíng)養(yǎng)豐缺狀況進(jìn)行判斷的氮素營(yíng)養(yǎng)診斷方法被稱為長(zhǎng)勢(shì)診斷[8]。楊邦杰等將長(zhǎng)勢(shì)定義為植株生長(zhǎng)的趨勢(shì)與狀況,其涵蓋了傳統(tǒng)看苗診斷的所有指標(biāo)。作物氮素的長(zhǎng)勢(shì)診斷可以用作物個(gè)體和群體的特點(diǎn)來(lái)表達(dá)[9]。例如,油菜缺氮時(shí)主莖細(xì)小,株型松散;水稻缺氮時(shí)葉片直立,植株矮小;小麥缺氮時(shí)次生根少,分蘗發(fā)生慢且缺位[10]。這種方法能夠很好地診斷出作物即時(shí)的氮素營(yíng)養(yǎng)狀況,并且這種診斷方法從20世紀(jì)60年代后期開(kāi)始在我國(guó)大范圍推廣應(yīng)用,但由于近些年來(lái)種植環(huán)境的不斷變化以及品種的頻繁更新,作物的長(zhǎng)勢(shì)長(zhǎng)相也隨之發(fā)生了很大的變化且無(wú)固定規(guī)律可循,這也限制了該診斷方法在生產(chǎn)上的應(yīng)用[11]。

1.2 化學(xué)診斷

1.2.1 植株全氮診斷

全氮診斷是通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)植物組織進(jìn)行分析,進(jìn)而對(duì)植物氮營(yíng)養(yǎng)做出診斷和判定。全氮診斷主要有凱氏定氮法和靛酚蘭比色法,后者較前者更加方便和快速,但兩者的結(jié)果相近[12]。植株的全氮含量可以較好地反映作物的氮營(yíng)養(yǎng)狀況[13],在一定范圍內(nèi),葉片的全氮含量與產(chǎn)量呈正相關(guān),且相對(duì)穩(wěn)定[14]。不過(guò)雖然植株全氮測(cè)定的結(jié)果精確度較高,但其主要在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)定,在測(cè)定時(shí)還需要進(jìn)行田間的植株取樣和大量測(cè)定數(shù)據(jù)的分析,過(guò)程較為復(fù)雜和繁瑣,并且具有延遲和破壞性[15],此外,實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)需要專業(yè)的分析人員和大量的化學(xué)試劑以及專業(yè)的設(shè)備,這些因素都限制了該方法在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中大范圍的應(yīng)用。

1.2.2 植株硝酸鹽診斷

在植株的全氮含量超過(guò)了某一閾值時(shí),植物就會(huì)立即開(kāi)始累積硝態(tài)氮,在植物的根、莖和葉中也存在著類似的趨勢(shì)[16]。硝態(tài)氮屬于非代謝物質(zhì),它以半儲(chǔ)備的形式存在于植物中,其濃度的相對(duì)變化遠(yuǎn)大于全氮。因此,硝態(tài)氮比全氮更適合作為估測(cè)作物氮素豐缺的診斷指標(biāo)。利用硝酸鹽評(píng)估作物氮素營(yíng)養(yǎng)豐缺的方法在國(guó)外已經(jīng)被普遍使用,并且已成功用于指導(dǎo)玉米、棉花、小麥等多種作物的氮素營(yíng)養(yǎng)診斷[17～19]。在我國(guó),早在20世紀(jì)70年代,科研工作者就已開(kāi)始研究作物氮素營(yíng)養(yǎng)的硝酸鹽診斷方法,并成功確定了小麥、馬鈴薯、甘藍(lán)等多種作物的硝酸鹽氮素營(yíng)養(yǎng)診斷方法和硝酸鹽臨界值,并建立了相應(yīng)的追肥推薦體系[20～22]。但植株硝酸鹽診斷施肥在應(yīng)用時(shí)易受諸如氣候、土壤狀況和植株基因型等諸多因素的影響,這些因素在一定程度上限制了該方法在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用。

1.2.3 土壤診斷

通過(guò)測(cè)定土壤中有效氮素的含量,來(lái)判定土壤的肥力情況,進(jìn)而間接地反映作物的氮素營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的方法被稱為土壤氮素診斷[4]。土壤氮素的診斷方法主要有全氮診斷、有效氮診斷和無(wú)機(jī)氮(Nmin)診斷[23]。

土壤的全氮可以反映出土壤中總氮的供應(yīng)情況,是評(píng)價(jià)土壤基礎(chǔ)氮素供應(yīng)肥力的重要指標(biāo)。土壤的全氮含量相對(duì)穩(wěn)定,其波動(dòng)的范圍較小,此外,土壤全氮的測(cè)定方法相對(duì)成熟,其測(cè)定結(jié)果也較為可靠[4]。

土壤的有效氮主要包括一些較易水解、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的有機(jī)態(tài)氮和無(wú)機(jī)的礦物態(tài)氮,其含量可以很好地反映土壤的供氮情況。中外科研工作者在中國(guó)的31個(gè)省(直轄市、自治區(qū))合作進(jìn)行了大量深入、系統(tǒng)性的研究,共同建立了水稻土壤有效氮的豐缺指標(biāo),指導(dǎo)水稻的生產(chǎn)和施肥[24]。邵華等對(duì)水稻目標(biāo)產(chǎn)量下的氮肥用量調(diào)整系數(shù)和江西省不同稻田土壤氮素狀況進(jìn)行了研究,最終明確了不同堿解氮含量下對(duì)于水稻最佳的施肥量[25]。但是土壤的有效氮的測(cè)定至今還沒(méi)有可靠通用的方法,堿解擴(kuò)散法是目前應(yīng)用最多的測(cè)定方法。

土壤的無(wú)機(jī)氮測(cè)定(Nmin)是最常用的土壤診斷方法,目前,這種方法已在多個(gè)國(guó)家得到了應(yīng)用。該方法是在基肥施用之前進(jìn)行采集土樣,分析測(cè)定土壤的無(wú)機(jī)氮含量[26],根據(jù)作物對(duì)氮的需求量量來(lái)確定適宜的施氮量,作為推薦氮素施肥的依據(jù)[4]。

在我國(guó),基于土壤無(wú)機(jī)氮含量的氮素施肥推薦方法在小麥、玉米等多種作物的氮素施肥推薦中已被廣泛應(yīng)用。陳新平等基于大量的氮肥田間試驗(yàn),建立了冬小麥以土壤無(wú)機(jī)氮含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)的施肥推薦體系,并成功的在大田實(shí)踐中得到了應(yīng)用[27]。陳世勇等建立了青貯玉米以農(nóng)田土壤的無(wú)機(jī)氮含量為指標(biāo)的氮素施肥推薦體系,并提出了優(yōu)化氮素管理的方法[28]。

土壤無(wú)機(jī)氮測(cè)定(Nmin)能夠依據(jù)不同土壤的供氮能力分別做出精準(zhǔn)的施肥推薦,這是該方法被廣泛應(yīng)用的原因,其適合于對(duì)土壤氮含量差異相對(duì)較大的地區(qū)進(jìn)行氮素施肥推薦。但該方法也存在一些不足之處,首先,該方法只能應(yīng)用于土壤氮素?fù)p失較少、土壤相對(duì)單一并且變化程度較小的區(qū)域;此外,土壤測(cè)定易受土壤取樣點(diǎn)位置、數(shù)量、時(shí)間和深度等因素的影響,測(cè)定費(fèi)時(shí)費(fèi)力且操作繁瑣,因而其應(yīng)用受到限制。

2 無(wú)損傷測(cè)試技術(shù)

在不破壞植物組織結(jié)構(gòu)的前提下,利用各種技術(shù)手段監(jiān)測(cè)作物的生長(zhǎng)發(fā)育和營(yíng)養(yǎng)豐缺情況的測(cè)試技術(shù)被稱為無(wú)損傷測(cè)試技術(shù)。無(wú)損測(cè)試技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確地估測(cè)農(nóng)作物植株內(nèi)氮素營(yíng)養(yǎng)的豐缺程度,及時(shí)地反饋農(nóng)作物是否需要供氮的信息,確保農(nóng)作物氮素營(yíng)養(yǎng)的補(bǔ)充,從而實(shí)現(xiàn)施肥平衡的目的,該技術(shù)也將成為農(nóng)作物氮素營(yíng)養(yǎng)診斷技術(shù)在未來(lái)的發(fā)展走向[29]。無(wú)損測(cè)試技術(shù)主要包括肥料窗口法、葉綠素儀法、數(shù)字圖像技術(shù)、高光譜遙感技術(shù)、無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)、電子鼻和分光測(cè)色儀技術(shù)。

2.1 肥料窗口法

肥料窗口法是一種肥料調(diào)控的方法,其操作步驟為在田間試驗(yàn)中選定一塊微小區(qū)域作為標(biāo)記區(qū)域,標(biāo)記區(qū)域中的氮肥施用量稍低于田間試驗(yàn)的施氮量,在作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中,當(dāng)標(biāo)記區(qū)域的作物出現(xiàn)氮素缺乏癥狀,如葉色變淺時(shí),說(shuō)明田間試驗(yàn)區(qū)的其余種植區(qū)域的作物正處于缺氮的臨界點(diǎn),需要補(bǔ)充適當(dāng)?shù)牡省ｋm然這種方法簡(jiǎn)單易行,但該方法只能在土壤營(yíng)養(yǎng)水平差異不大的區(qū)域評(píng)估作物是否需要追肥,并且追肥的用量也不能具體量化[30]。

2.2 葉綠素儀法

有相關(guān)研究報(bào)道了植株葉片的葉綠素含量與葉片的氮含量呈正相關(guān)的關(guān)系[31],因此,可以通過(guò)測(cè)定葉片的葉綠素含量來(lái)評(píng)估作物的氮素營(yíng)養(yǎng)狀況。葉綠素儀可以根據(jù)葉片的葉綠素a和葉綠素b各自對(duì)不同波段光的吸收特性,用一個(gè)具體的數(shù)值(即SPAD值)表示葉片的綠色程度[32],由于葉片的綠色程度與葉綠素含量呈正相關(guān)的關(guān)系,因此,可以通過(guò)葉片顏色的深淺判斷葉片葉綠素含量的變化,進(jìn)而評(píng)估作物的氮素營(yíng)養(yǎng)狀況。

Follett等對(duì)使用葉綠素儀診斷小麥的氮素營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行了研究,結(jié)果顯示,在拔節(jié)期時(shí)葉綠素儀的SPAD值與葉片的全氮、土壤的無(wú)機(jī)氮含量以及產(chǎn)量均有良好的相關(guān)性[33];李嵐?jié)妊芯苛硕筒巳~片SPAD值的時(shí)空分布,試驗(yàn)結(jié)果最終明確了冬油菜的最佳的診斷葉位為第4片完全展開(kāi)葉的中部[34]。

使用葉綠素儀能夠?qū)Σ煌淖魑镞M(jìn)行氮素診斷,但是在進(jìn)行測(cè)試時(shí),測(cè)定的結(jié)果易受土壤氮素的有效性、土壤水分的狀況以及作物的品種、生育期和生長(zhǎng)環(huán)境等因素的影響[35],此外葉綠素儀的測(cè)定面積也較小,測(cè)定時(shí)需進(jìn)行多點(diǎn)隨機(jī)測(cè)定以降低變異度[36]; 另外,當(dāng)作物的含氮量接近或者高于最佳施氮量時(shí),葉綠素儀不能準(zhǔn)確地表征作物的葉綠素含量[37],這些因素均限制了葉綠素儀法的應(yīng)用。

2.3 數(shù)字圖像技術(shù)

在植株的外觀診斷中,作物的氮素營(yíng)養(yǎng)狀況可以根據(jù)葉色的深淺來(lái)判斷,因?yàn)橹仓耆~片的顏色主要受葉綠素的影響,而葉綠素的含量會(huì)顯著影響作物的冠層葉片對(duì)光的吸收和反射[38],另外植株葉片的葉綠素含量和葉片的氮含量之間也呈現(xiàn)出顯著的相關(guān)性[31],所以葉片的含氮量是影響作物葉片對(duì)光的反射和吸收的主要物質(zhì),而作物對(duì)光的反射和吸收,能夠反映作物內(nèi)部組成物質(zhì)的特征,這是計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對(duì)作物進(jìn)行氮素營(yíng)養(yǎng)診斷的主要依據(jù)。

Jia等通過(guò)數(shù)字圖像技術(shù)獲得了冬小麥冠層不同時(shí)期的數(shù)字圖像信息,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)拔節(jié)和開(kāi)花期的綠光值(G)與地上部生物量有顯著負(fù)相關(guān)的關(guān)系[39]; 李嵐?jié)韧ㄟ^(guò)數(shù)字圖像技術(shù)診斷水稻的氮素營(yíng)養(yǎng)狀況的研究結(jié)果顯示,紅光標(biāo)準(zhǔn)化值NRI(R/(R+G+B))與水稻的產(chǎn)量以及水稻的生物量、葉片氮含量等氮素指標(biāo)之間都表現(xiàn)出了良好的相關(guān)性,這表明數(shù)字圖像技術(shù)可以用于水稻氮素營(yíng)養(yǎng)的無(wú)損診斷。然而,雖然數(shù)字圖像技術(shù)可以對(duì)作物的氮素營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行快速診斷,但是該技術(shù)也會(huì)受到氣象因素和相機(jī)的拍攝參數(shù)等多方面影響[40]。

2.4 高光譜遙感技術(shù)

高光譜遙感技術(shù)的光譜分辨率達(dá)到納米數(shù)量級(jí)的范圍[41],近年來(lái),該技術(shù)已經(jīng)在作物的長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、品質(zhì)監(jiān)測(cè)和產(chǎn)量估計(jì)等方面被廣泛應(yīng)用[42]。GreenSeeker光譜儀是世界上目前較為先進(jìn)的便攜式氮素施肥推薦儀器之一[43],該儀器是一種以作物葉片對(duì)紅光吸收和紅外光反射的原理為基礎(chǔ)的主動(dòng)光源光譜儀,在測(cè)量過(guò)程中,內(nèi)部傳感器直接將采集到的信息傳輸給光譜儀自身所攜帶的掌上電腦,從而完成對(duì)作物氮素營(yíng)養(yǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷。據(jù)報(bào)道,在墨西哥、澳大利亞、美國(guó)、西班牙等國(guó)GreenSeeker光譜儀已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)管理[44],其可根據(jù)不同作物的類型更換相應(yīng)的遙感頭,進(jìn)而可以對(duì)多種作物的氮素營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行診斷,利用裝配有GreenSeeker傳感器的施肥機(jī),能夠?qū)崿F(xiàn)米級(jí)超高分辨率的變量施肥,從而達(dá)成農(nóng)業(yè)的精準(zhǔn)化管理[45]。

郭建華等利用GreenSeeker光譜儀和葉綠素儀測(cè)試了不同氮素水平下玉米各生育時(shí)期的NDVI值和SPAD值,研究發(fā)現(xiàn)NDVI值與SPAD值在一定的范圍內(nèi)變化趨勢(shì)一致,與產(chǎn)量、葉綠素含量呈正相關(guān)的關(guān)系,結(jié)果表明GreenSeeker光譜儀可用于診斷玉米的氮素營(yíng)養(yǎng)狀況[46];王磊等利用GreenSeeker光譜儀獲取了小麥冠層的NDVI值,并對(duì)NDVI值與產(chǎn)量進(jìn)行了相關(guān)性定量分析,基于2007～2009年的田間試驗(yàn)數(shù)據(jù),結(jié)果表明灌漿初期和末期的NDVI值可以預(yù)測(cè)冬小麥產(chǎn)量[47]。

高光譜遙感技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和診斷作物的氮素營(yíng)養(yǎng)狀況,其具有光譜信息量大、光譜分辨率高、波段連續(xù)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。但是GreenSeeker價(jià)格昂貴,需要安裝在移動(dòng)設(shè)備上進(jìn)行連續(xù)數(shù)據(jù)采集。此外,它測(cè)量的作物冠層面積相對(duì)較小,這些因素都限制了其在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用。

2.5 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)

隨著遙感技術(shù)、通信技術(shù)和衛(wèi)星定位系統(tǒng)的不斷發(fā)展,微小型無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,這為精準(zhǔn)化農(nóng)業(yè)管理的進(jìn)一步實(shí)施和推廣提供了有力的理論與技術(shù)支撐[48]。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)具有重量輕、體積小、靈活性高、操作簡(jiǎn)單、工作周期短、運(yùn)行維護(hù)成本低、測(cè)定面積大、測(cè)量速度快等優(yōu)點(diǎn),且該技術(shù)還易于構(gòu)建平臺(tái)。因此,將高光譜技術(shù)與數(shù)字圖像技術(shù)結(jié)合的無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)在作物的氮素營(yíng)養(yǎng)診斷方面將會(huì)有更深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景[49]。

2.6 電子鼻和分光測(cè)色儀技術(shù)

電子鼻是一種模擬動(dòng)物嗅覺(jué)系統(tǒng)的智能電子儀器,可以識(shí)別多種物質(zhì)的氣味。目前,該儀器已被被廣泛應(yīng)用于茶葉、梨和蘋果等農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)評(píng)價(jià)研究中[50～52]。分光測(cè)色儀應(yīng)用分光原理測(cè)量出物體的光譜分布,再經(jīng)過(guò)計(jì)算進(jìn)而求出物體色的三刺激值等色度參數(shù)[53],該儀器具有檢測(cè)快速和精度高等優(yōu)點(diǎn),適用于實(shí)驗(yàn)室的操作環(huán)境和生產(chǎn)上的離線操作環(huán)境[54]。茶樹生長(zhǎng)過(guò)程中,氮素會(huì)影響揮發(fā)性化合物關(guān)鍵前體的合成[55～56],氮肥過(guò)少或者不施則會(huì)影響前體物向芳香成分的轉(zhuǎn)化,從而導(dǎo)致芳香族物質(zhì)含量降低[57～59]。傅嘉敏等以電子鼻和分光測(cè)色儀技術(shù)測(cè)量茶樹的氮素含量,準(zhǔn)確率達(dá)到了90%[54]。結(jié)果表明,利用電子鼻和分光測(cè)色儀技術(shù)對(duì)茶葉的氮素含量進(jìn)行診斷是可行的,但氣敏傳感器的響應(yīng)受揮發(fā)性物質(zhì)的濃度、成分和壓強(qiáng)的影響較大,此外該技術(shù)對(duì)于葉片不產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)的植物并不適用,因而其應(yīng)用受到了很大限制。

3 氮素營(yíng)養(yǎng)診斷在花生上的應(yīng)用及展望

花生是中國(guó)最為重要的經(jīng)濟(jì)和油料作物之一,年產(chǎn)量可達(dá)1 700萬(wàn)t以上,其總產(chǎn)值居油料作物的第一位[60～62]?；ㄉ粌H含有大量的脂肪,同時(shí)還含有人體所必需的氨基酸和微量功能營(yíng)養(yǎng)元素[63]。有研究報(bào)道稱花生還具有抗癌、抗衰老和促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育等功能,因此花生也被譽(yù)為“長(zhǎng)生果”[64～65]。

氮素是花生最重要的營(yíng)養(yǎng)元素之一 ,是影響花生的生長(zhǎng)發(fā)育和花生產(chǎn)量以及品質(zhì)形成的重要因素[1]。合理地施加氮肥,花生的株高、葉面積、側(cè)枝長(zhǎng)和光合作用等指標(biāo)均會(huì)有所增加,如果氮素的供應(yīng)不足,花生的這些指標(biāo)均會(huì)降低,使得花生生長(zhǎng)發(fā)育不良,進(jìn)而導(dǎo)致花生的產(chǎn)量降低[66],而氮肥的過(guò)量施用則會(huì)導(dǎo)致花生根、莖、葉的徒長(zhǎng),從而降低花生的經(jīng)濟(jì)系數(shù)。王艷瑩等的研究結(jié)果報(bào)道了在合理的氮肥施用范圍內(nèi),花生的莢果產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加,但過(guò)量的施用氮肥,會(huì)造成花生營(yíng)養(yǎng)器官的徒長(zhǎng),在花生的生育后期抑制營(yíng)養(yǎng)器官中的養(yǎng)分向莢果中轉(zhuǎn)移,從而導(dǎo)致花生莢果產(chǎn)量的下降[67]。此外,張智猛等研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)氖┘拥誓軌蛟黾踊ㄉ⑶o、葉和莢果各器官中可溶性蛋白質(zhì)和游離氨基酸的含量[68]。張翔等發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)牡厮娇梢蕴岣咦讶手酗柡椭舅岷蛦尾伙柡椭舅岬暮?降低亞油酸等多不飽和脂肪酸的含量,從而提高花生油制品的耐貯性[69]。綜上所述,合理的施加氮肥有利于花生的生長(zhǎng)發(fā)育,并能提高花生的產(chǎn)量和品質(zhì)。氮營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足不利于花生的生長(zhǎng)發(fā)育,同時(shí)也會(huì)降低花生的產(chǎn)量和品質(zhì)。而過(guò)量的使用氮肥,則會(huì)使花生的經(jīng)濟(jì)系數(shù)降低,此外,氮肥的過(guò)量使用,不僅氮肥的利用率較低,而且易使氮肥流失,造成地下水硝酸鹽超標(biāo)等一系列環(huán)境污染問(wèn)題。因此,掌握氮素營(yíng)養(yǎng)診斷的方法和技術(shù),進(jìn)而指導(dǎo)氮肥合理精準(zhǔn)地施用,對(duì)花生的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和肥料的高效利用均具有重要的實(shí)際意義。

作物氮素營(yíng)養(yǎng)診斷技術(shù)在花生中的應(yīng)用較少,而無(wú)損診斷技術(shù)在花生的氮素診斷中的研究也是從近幾年才開(kāi)始。20世紀(jì)80年代,余美炎利用土壤診斷的方法對(duì)花生土壤中的無(wú)機(jī)氮含量進(jìn)行了測(cè)定,并分析了不同生育時(shí)期土壤中無(wú)機(jī)氮含量和產(chǎn)量之間的相關(guān)性,結(jié)果表明在花生的苗期和開(kāi)花下針期,土壤中無(wú)機(jī)氮含量和產(chǎn)量之間呈線性正相關(guān)關(guān)系[70]。近年來(lái),科研工作者也開(kāi)始逐步研究無(wú)損診斷技術(shù)在花生氮素營(yíng)養(yǎng)診斷中的應(yīng)用。張曉艷等對(duì)高光譜遙感技術(shù)在花生氮素營(yíng)養(yǎng)診斷中的應(yīng)用做了相關(guān)的研究,研究分析了花生葉片氮積累量與冠層高光譜參數(shù)之間的定量關(guān)系,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)以紅邊振幅為自變量建立的模型能夠更好地評(píng)估不同條件下葉片的氮素積累狀況[71]。李丹等對(duì)數(shù)字圖像技術(shù)診斷花生氮素營(yíng)養(yǎng)狀況展開(kāi)了研究,試驗(yàn)測(cè)定了多個(gè)花生冠層的圖像數(shù)字化指標(biāo),其中藍(lán)光標(biāo)準(zhǔn)化值(B/(G+R+B))的數(shù)值變化可以最好地體現(xiàn)出花生的氮素含量變化[72]。 邱才飛等探究了不同的預(yù)設(shè)SPAD閾值氮素管理方案對(duì)花生的自身固氮力、氮素利用效率和產(chǎn)量的影響效果,并從中篩選出了在花生栽培過(guò)程中各生育時(shí)段最合適的表示氮素豐缺的SPAD閾值[73]。上述研究結(jié)果為氮素的無(wú)損診斷技術(shù)在花生中的應(yīng)用及推廣奠定了良好的研究基礎(chǔ)。

在之前的研究中,利用葉綠素儀SPAD、數(shù)字圖像技術(shù)和高光譜遙感技術(shù)對(duì)花生氮素營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行診斷,均能得到較為理想的診斷結(jié)果。但無(wú)損診斷技術(shù)在花生氮素營(yíng)養(yǎng)診斷中的應(yīng)用往往會(huì)受到土壤、天氣和種植密度等多方面的干擾,因此經(jīng)常需要對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)診斷的方程進(jìn)行修正或者去除干擾; 同時(shí),一些年限較少的方程診斷模型易受多方面的影響,對(duì)此則需要建設(shè)涵蓋盡可能多的土壤和氣候等因素的診斷數(shù)據(jù)庫(kù),從而進(jìn)一步完善方程模型。因此,科研工作者們還需要進(jìn)行大量多年多點(diǎn)的田間試驗(yàn),并進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析,從而建立系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。