主要糧食作物基于SPAD的氮素營(yíng)養(yǎng)診斷方法研究進(jìn)展

王 磊，盧艷麗，白由路

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物營(yíng)養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081）

在發(fā)現(xiàn)植物葉片葉綠素濃度與氮濃度高度相關(guān)之后，從20世紀(jì)70年代開始就研發(fā)非破壞性的能夠估算植物葉片葉綠素濃度的儀器[1]。日本漁業(yè)和農(nóng)業(yè)部與美能達(dá)公司聯(lián)合啟動(dòng)土壤植物分析(soil and plant analysis development，簡(jiǎn)稱 SPAD)項(xiàng)目，研發(fā)了一種商業(yè)化的手持式儀器(SPD-501和SPAD-502)。它測(cè)量端能夠夾住葉片進(jìn)行讀數(shù)，能夠存儲(chǔ)30個(gè)讀數(shù)并得到平均值。它是利用葉綠素在可見光波段(660 nm)強(qiáng)吸收和近紅外波段(940 nm)強(qiáng)反射特性得到兩個(gè)波段的透射光比值，從而得到葉片葉綠素相對(duì)含量，也常被稱為葉綠素計(jì)。目前國(guó)內(nèi)外常用的是SPAD-502葉綠素計(jì)。眾所周知，SPAD是利用植物體內(nèi)葉綠素含量與氮素營(yíng)養(yǎng)的密切相關(guān)關(guān)系來進(jìn)行氮素營(yíng)養(yǎng)診斷的，因此從上世紀(jì)80年代以來，研究人員利用SPAD-502開展了大量的有關(guān)植物氮營(yíng)養(yǎng)狀況的研究。本文就基于SPAD的作物氮素營(yíng)養(yǎng)診斷研究進(jìn)展作一綜述。

1 SPAD值與葉片葉綠素濃度的關(guān)系

盡管植物葉片葉綠素濃度與SPAD值的關(guān)系受到植物種類[2]、葉齡[3]、取樣位置[4]、生長(zhǎng)環(huán)境[5]等因素的影響，但是二者之間存在的顯著關(guān)系已被科學(xué)家研究證實(shí)，只是這種關(guān)系有線性關(guān)系和非線性關(guān)系之分。在22種植物葉片SPAD值與葉綠素濃度關(guān)系的研究中發(fā)現(xiàn)二者存在顯著的線性相關(guān)關(guān)系(R2=0.48)[6]；同樣在6個(gè)玉米雜交種上按時(shí)間序列采集了大量的SPAD數(shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)葉綠素濃度與SPAD值存在單因素線性回歸關(guān)系(R2= 0.83)[7]。有報(bào)道稱在美國(guó)阿拉巴馬州3個(gè)研究基地的牛毛草葉綠素濃度和SPAD值存在線性關(guān)系，且決定系數(shù)達(dá)到0.96[8]。但在研究玉米、小麥、水稻、煙草和大豆葉子的SPAD值與葉綠素濃度的關(guān)系中發(fā)現(xiàn)，二者呈現(xiàn)一元二次方程關(guān)系(R2=0.89)[9]，這個(gè)關(guān)系覆蓋了整個(gè)葉綠素水平；也有人認(rèn)為當(dāng)葉綠素濃度較高(>60)時(shí)二者存在著非線性關(guān)系 [葉綠素濃度=a+b (SPAD)2，R2=0.97]；當(dāng)葉綠素濃度處于20～60時(shí)，二者間存在很好的線性關(guān)系[10]。另外在茶樹[11]、馬鈴薯[12]和其他一些樹種[13]上還發(fā)現(xiàn)二者呈指數(shù)關(guān)系。雖然眾多研究都表明了單因素回歸方程能準(zhǔn)確地描述葉綠素濃度與SPAD值之間的定量關(guān)系，但是也有研究發(fā)現(xiàn)二者相關(guān)關(guān)系在同一物種或者品種范圍內(nèi)更好。例如，在8個(gè)熱帶和亞熱帶樹種上發(fā)現(xiàn)，葉綠素濃度和SPAD值間分別存在8個(gè)獨(dú)立的線性回歸關(guān)系(R2=0.91～0.96)與不同樹種分別對(duì)應(yīng)[14]。同樣在不同葡萄品種間也有類似發(fā)現(xiàn)[15]。由此可見，模擬SPAD值與葉片葉綠素濃度時(shí)應(yīng)充分考慮植物種類、葉齡、葉片厚度、含水量等因素，對(duì)所建立的關(guān)系應(yīng)有精確的前提條件。

2 SPAD值與植株氮濃度的關(guān)系

開發(fā)SPAD葉綠素計(jì)最初的目的是估算水稻的氮素營(yíng)養(yǎng)狀況，用于更準(zhǔn)確地為水稻氮肥管理決策服務(wù)。但如何更好地利用SPAD葉綠素計(jì)在其他作物上進(jìn)行氮肥高效管理，已有大量的嘗試。研究表明SPAD值與植物葉片氮濃度密切相關(guān)[16–21]。但就針對(duì)具體作物來講，其定量關(guān)系表現(xiàn)不一。

研究發(fā)現(xiàn)，與葉綠素濃度與SPAD值的關(guān)系一樣，不同栽培品種間的葉片氮濃度與SPAD值的關(guān)系需用單一或者獨(dú)立的回歸方程來描述，這一結(jié)果在 21 個(gè)熱帶玉米品種[4]、8 個(gè)玉米雜交種[8, 16, 22]、蘋果[19]以及4個(gè)基因型牛尾草[20]上都得到了證實(shí)。玉米試驗(yàn)表明，缺氮情況下其葉片氮濃度與SPAD值通常呈線性關(guān)系[23–24]。玉米生長(zhǎng)期間8月份穗位葉葉片SPAD值分別與單位質(zhì)量氮濃度和單位面積氮濃度均表現(xiàn)出較強(qiáng)的線性關(guān)系，決定系數(shù)分別為0.84和0.92[23]；兩年試驗(yàn)表明，7月和8月兩次取樣的葉片氮濃度和SPAD值二者的線性回歸系數(shù)是不同的，并且發(fā)現(xiàn)，利用多元回歸分析的方法，采用播種后天數(shù)得到多元回歸關(guān)系能夠解釋二者回歸系數(shù)84%的變異性[24]。但也有研究表明葉片氮濃度與SPAD值呈非線性關(guān)系，例如Dwyer等[7]發(fā)現(xiàn)二次方程+線性平臺(tái)回歸方程能反映玉米3個(gè)生育期期間葉片氮濃度與SPAD值的響應(yīng)關(guān)系，不同時(shí)期的響應(yīng)方程系數(shù)有所不一，但是它們的決定系數(shù)都達(dá)到了0.88。除二次方程+線性平臺(tái)關(guān)系外，二者還呈現(xiàn)曲線關(guān)系[25]，但這種關(guān)系因取樣時(shí)期和年份不同而改變。當(dāng)玉米葉片氮濃度過高時(shí)，它與SPAD值的關(guān)系呈漸近線性關(guān)系[7,16]，這一結(jié)果表明葉綠素計(jì)不能用于估算過量氮條件下的玉米和其他作物葉片氮濃度。

綜上，SPAD可以用于準(zhǔn)確(R2>0.85)預(yù)測(cè)多種作物葉片的葉綠素和氮濃度。單一回歸方程能夠預(yù)測(cè)葉片氮濃度在多種作物上得到了證實(shí)；而也有其他研究表明，每個(gè)品種或物種需要單獨(dú)建立回歸方程。通常情況下SPAD值與葉綠素或氮濃度的關(guān)系是線性的，但也有曲線關(guān)系現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)?shù)氐墓?yīng)超過了最高產(chǎn)量需要量時(shí)，葉片氮濃度可能無法預(yù)測(cè)，因?yàn)槿~片氮濃度持續(xù)增加，但SPAD值趨于平穩(wěn)。

3 不同作物葉片SPAD值及其氮素管理

3.1 玉米葉片SPAD值及其氮素管理

由于玉米葉片大而寬，易被SPAD-葉綠素計(jì)測(cè)定。因此，SPAD-葉綠素計(jì)在玉米氮素營(yíng)養(yǎng)診斷和施肥方面的應(yīng)用研究較多。如Piekielek等研究表明，在玉米6葉階段(V6)，第5片展開葉SPAD值能夠判斷是否需要追肥，其判斷結(jié)果與根據(jù)土壤測(cè)試的判斷結(jié)果一致[26]；該階段玉米葉片的SPAD值預(yù)測(cè)氮肥反應(yīng)的正確率達(dá)到80%[27]。但也有研究表明玉米V6到V8階段葉片的SPAD值并不能作為追施氮肥的準(zhǔn)確指標(biāo)[28]。大量研究表明，玉米氮肥與SPAD值的關(guān)系均受玉米品種、生育期、生長(zhǎng)環(huán)境條件的影響[23, 27, 29–33]。雖然 Sunderman 等[31]利用多年玉米氮肥試驗(yàn)對(duì)雜交玉米葉片氮與SPAD值關(guān)系的研究最為深入(2年45個(gè)玉米雜交品種試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，葉片SPAD值在V6和V10生育期階段品種間有顯著差異，在R1和R6階段品種間沒有顯著差異)，認(rèn)為不同區(qū)域、不同試驗(yàn)、不同品種玉米葉片氮與SPAD值之間的關(guān)系有很多相似之處，但這些關(guān)系的適用范圍過于寬泛，無法精確估計(jì)。

隨著研究的進(jìn)一步深入，科學(xué)家提出“相對(duì)SPAD值”或者“氮飽和指數(shù)”(通過在田間設(shè)一高施氮量小區(qū)，將不同氮營(yíng)養(yǎng)水平的作物葉片SPAD 值與高氮區(qū)SPAD值相比得到)。利用該值作為氮素營(yíng)養(yǎng)診斷指標(biāo)，該指標(biāo)可不受品種、區(qū)域、取樣時(shí)期的影響[27]，且與植株氮素含量、氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)、產(chǎn)量和最優(yōu)施氮量的相關(guān)性高于絕對(duì)SPAD值[34–36]，可有效地指導(dǎo)玉米施肥[27–30, 33, 37–38]。將氮飽和指數(shù)等于 0.95 (或95%)作為評(píng)估作物氮素水平的一個(gè)臨界值，當(dāng)?shù)柡椭笖?shù)小于0.95時(shí)，作物缺氮，需要追施氮肥[39]，否則導(dǎo)致玉米減產(chǎn)[37,40]。美國(guó)賓夕法尼亞州的一項(xiàng)研究表明[38]，使用相對(duì)SPAD值可以對(duì)玉米V6到V8階段追施氮肥做出最準(zhǔn)確的估算，該階段如果獲得平均相對(duì)的SPAD值超過0.95，建議不追施氮肥；如果該讀數(shù)小于或等于0.95，那么需要考慮多方面因素，包括產(chǎn)量潛力、葉片數(shù)量、對(duì)照區(qū)SPAD值以及過去使用的有機(jī)肥等，對(duì)氮肥施用量做出推薦。趙士誠(chéng)等[41]也發(fā)現(xiàn)在保證相對(duì)SPAD值在0.95～0.98范圍內(nèi)的玉米氮肥用量比農(nóng)民常規(guī)氮肥用量減少42%，在產(chǎn)量不降低的情況下，氮肥利用率得到顯著提高。

早期研究表明，SPAD值可以預(yù)測(cè)灌溉施肥(氮肥)時(shí)期，但對(duì)于準(zhǔn)確的施肥量并不確定[22]。研究人員發(fā)現(xiàn)隨著作物生育期的推進(jìn)，SPAD對(duì)氮素狀態(tài)判斷的準(zhǔn)確度也越高[23,30,33,37]，即能依據(jù)施肥時(shí)期得出確切的施肥量[24,28,29,32,42]。尤其在玉米生長(zhǎng)后期，比如在玉米灌漿前期果穗葉的SPAD值能夠區(qū)分缺氮區(qū)和富氮區(qū)，這種判別準(zhǔn)確度能達(dá)到93%[30]。而從乳熟期到蠟熟期相對(duì)SPAD值可以將氮響應(yīng)區(qū)從氮非響應(yīng)區(qū)分離，準(zhǔn)確率達(dá)92%[33]，并且灌漿前期相對(duì)SPAD值與氮素響應(yīng)區(qū)的產(chǎn)量密切相關(guān)。

就玉米葉片測(cè)定位置而言，有學(xué)者提出在接近玉米葉片中部的位置，SPAD 值測(cè)定結(jié)果偏差最小，且在40%～70% 區(qū)域內(nèi)測(cè)定值變異系數(shù)較低[21]。但SPAD用來指示氮營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)時(shí)也存在其弊端，即當(dāng)施氮量超出經(jīng)濟(jì)最佳產(chǎn)量需求量時(shí)，SPAD值并不隨著施氮量的增加而增加；因此，當(dāng)施氮量超出經(jīng)濟(jì)最佳產(chǎn)量需氮量時(shí)，SPAD值并不是一個(gè)很好的指標(biāo)[30, 43]。

3.2 小麥葉片SPAD值及其氮素管理

研究發(fā)現(xiàn)，不同小麥品種同一生育期同位葉片絕對(duì)SPAD值最大差異可達(dá)10個(gè)單位[44]；即使是同一品種不同葉位SPAD值與全氮含量的關(guān)系表現(xiàn)也不一致[45]。有研究得出冬小麥葉片SPAD 值與氮素水平隨葉位的空間分布特征，頂3 葉與頂2 葉SPAD值分別與葉片的平均含氮量和氮素累積量相關(guān)性最好[46]。但早期也有研究表明，孕穗期SPAD值建立的氮素估算模型最可靠[47]。綜上可見，基于絕對(duì)SPAD值對(duì)作物營(yíng)養(yǎng)診斷和氮肥管理，因品種、葉位、生育期、年份和區(qū)域產(chǎn)生諸多差異和不一致[44–49]。基于此，科學(xué)家們也同樣引入了“歸一化SPAD值”(即“相對(duì)SPAD值”和“氮飽和指數(shù)”)。研究發(fā)現(xiàn)，冬小麥在起身后拔節(jié)前葉片歸一化SPAD值、氮素吸收量及干物質(zhì)積累量建立的多元回歸方程(R2=0.81)可以作為判定達(dá)到最高產(chǎn)量是否需要追施氮肥的依據(jù)[17, 50–51]。并且已建立了基于葉片 SPAD 值的滴灌春小麥氮肥分期施用推薦模型[52]。

近年來氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù) (nitrogen nutrition index，縮寫NNI)這一指標(biāo)被廣泛應(yīng)用于作物氮營(yíng)養(yǎng)診斷[53]。有研究表明，氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)在作物當(dāng)季估算產(chǎn)量、氮肥需要量以及氮肥利用效率等方面具有明顯潛力[54–59]。因此，氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)與葉片SPAD值以及冠層光譜關(guān)系的研究愈來愈多，該方法提供給科學(xué)家一種無損、實(shí)時(shí)和有價(jià)值的信息，利用氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)在較大尺度上估算作物氮狀況、產(chǎn)量和品質(zhì)[60–62]。

Debaeke等[63]用小麥頂1葉歸一化SPAD 值與NNI 建立關(guān)系，以消除環(huán)境的影響，結(jié)果比較穩(wěn)定。利用旗葉和倒2葉歸一化SPAD值與冬小麥氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)在開花期呈現(xiàn)顯著指數(shù)關(guān)系(R2=0.89)，說明在該生育期可以利用歸一化SPAD值代替氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)表征冬小麥氮素營(yíng)養(yǎng)狀況[60]。也有人系統(tǒng)分析了小麥上部4張單葉不同葉位的SPAD值和歸一化SPAD指數(shù)(NDSPADij)與氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)(NNI)的定量關(guān)系，結(jié)果表明，小麥單葉SPAD 值與NNI 的關(guān)系呈顯著正相關(guān)，但這種關(guān)系在品種或年份之間不穩(wěn)定，對(duì)小麥氮素診斷存在風(fēng)險(xiǎn)；除NDSPAD12外，NDSPADij與NNI 之間呈顯著負(fù)相關(guān)，且NDSPAD14與NNI 之間在年份和品種之間表現(xiàn)最穩(wěn)定，能夠較好地定量估算氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)[64]。也有研究表明，倒2葉與旗葉的SPAD差值能與NNI建立顯著對(duì)數(shù)關(guān)系，并且在6個(gè)小麥品種上得到驗(yàn)證[65]。Ravier等研究表明，利用歸一化SPAD 值能夠消除冬小麥生物量、品種和年份間帶來的影響，且對(duì)NNI預(yù)測(cè)保持較高的準(zhǔn)確度。缺點(diǎn)是不能消除生育期的影響；另外對(duì)于施氮條件下的植株缺氮情況，其預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度相對(duì)較低[66]。

綜上所述，利用歸一化SPAD開展冬小麥氮素營(yíng)養(yǎng)診斷是目前較為認(rèn)可的方法，并且與氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)建立了較為穩(wěn)定的關(guān)系模型；但在具體利用葉片的位置上存在研究差異，還需要進(jìn)一步深入探討。

3.3 水稻葉片SPAD值及其氮素管理

科學(xué)家們業(yè)已證實(shí)水稻產(chǎn)量與關(guān)鍵生育期的葉片SPAD值或者氮濃度存在顯著相關(guān)關(guān)系[67–72]。較為引人注意的研究是，葉片SPAD值與不同方法表示的氮含量之間的關(guān)系。結(jié)果表明，單位葉面積表示的氮含量(N g/m2)優(yōu)于單位葉重量表示的氮含量(N g/kg)與SPAD值的相關(guān)性[73–75]。同時(shí)發(fā)現(xiàn)如果水稻葉片含氮量以葉面積為基礎(chǔ)來表示，利用SPAD/SLW(特定葉片重量)對(duì)SPAD值進(jìn)行校正，則可消除葉片厚度或質(zhì)量對(duì)SPAD讀數(shù)的影響[68,73]。但是也有研究發(fā)現(xiàn)這兩種表示方法得到的葉片氮濃度與SPAD值的線性相關(guān)系數(shù)差異不顯著[76]。

SPAD雖然可以便捷、無損地診斷水稻氮素營(yíng)養(yǎng)狀況，但其估測(cè)精確度受水稻品種、生長(zhǎng)時(shí)期、測(cè)定葉位和生長(zhǎng)環(huán)境等因素的影響[77–79]。葉位是作物研究中最容易精準(zhǔn)定位的目標(biāo)之一，因此科學(xué)家們測(cè)定不同葉位SPAD，主要集中在頂部四片葉，將其差值或比值作為診斷指標(biāo)[80]。研究發(fā)現(xiàn)，水稻上葉片SPAD 值對(duì)氮素的敏感性順序?yàn)轫? 葉、頂3 葉和頂2 葉，而頂1 葉的敏感性排序因品種不同而不同；穗分化期、齊穗期和成熟期均以頂3 葉與總?cè)~片及植株含氮量相關(guān)系數(shù)最高；且適宜氮素水平下，穗分化期頂3 葉SPAD 值的變異系數(shù)最小。以某一特定葉片的SPAD 值或以葉色差的大小來診斷水稻氮素營(yíng)養(yǎng)狀況和推薦水稻穗肥施用時(shí)，頂3 葉是較為理想的指示葉或參照葉[81]。有研究認(rèn)為頂4葉與頂3葉間的SPAD差值診斷氮素營(yíng)養(yǎng)狀況時(shí)，該指標(biāo)不受施肥條件和生長(zhǎng)時(shí)期的影響[79,82–83]。但也有人發(fā)現(xiàn)不同生育期應(yīng)選擇不同葉片作為氮素診斷的理想指示葉[75]。

同樣，研究人員為消除品種、生育期及管理措施的影響，發(fā)展了歸一化SPAD指數(shù)、均值SPAD指數(shù)和差值SPAD指數(shù)等。利用標(biāo)準(zhǔn)化的SPAD值對(duì)最高產(chǎn)量推薦施氮量比預(yù)設(shè)施氮量減少N 30～40 kg/hm2[84]。篩選出水稻第4片完全展開葉的NSI4(歸一化SPAD指數(shù))為參數(shù)，建立了水稻拔節(jié)期至孕穗期的植株氮累積量和氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)診斷模型[85]。也有人指出分蘗成穗期頂葉SPAD值[86]、頂三葉SPAD均值[87]是反映水稻氮素水平的最佳測(cè)量指標(biāo)；同時(shí)分蘗成穗期頂葉SPAD值與產(chǎn)量關(guān)系密切[86]。

雖然科研人員在關(guān)于不同形式SPAD指標(biāo)與氮營(yíng)養(yǎng)的關(guān)系方面做了大量研究，但利用這種關(guān)系建立的模型來指導(dǎo)施肥尤其在氮素追肥方面還不成熟。有研究發(fā)現(xiàn)，水稻幼穗分化前后10天，葉片SPAD值可以用來判定是否需要追施氮肥。當(dāng)讀數(shù)超過40，追施氮肥對(duì)產(chǎn)量沒有貢獻(xiàn)[67,88]。這就啟示研究人員需要對(duì)SPAD閾值有一個(gè)定義，用作追施氮肥的依據(jù)和前提[89]。利用水稻葉片SPAD閾值變化實(shí)時(shí)變量施肥得到了較好效果，例如當(dāng)葉片SPAD值為35時(shí)，水稻需要補(bǔ)充氮肥[73, 90]。又有當(dāng)葉片SPAD值為36時(shí)，需要追肥N 35～25 kg/hm2，與常規(guī)追肥相比，能節(jié)省肥料20%～35%，且維持產(chǎn)量不減，從而提高氮肥利用率[91]。

3.4 SPAD在其他作物氮素管理上的研究

利用SPAD-502估算氮素營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)在棉花、黃瓜、油菜等作物上也開展了嘗試研究。早在1992年就有發(fā)現(xiàn)，棉花葉片氮濃度與SPAD值呈曲線關(guān)系，但這種關(guān)系因生育期和年份不同而改變[92]。通過研究棉花主莖頂部4片葉SPAD值對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)水平的敏感程度發(fā)現(xiàn)，倒4葉相對(duì)穩(wěn)定，用于氮素營(yíng)養(yǎng)診斷較為理想[93–95]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)倒1葉和倒4葉構(gòu)建的葉位差指數(shù)(PDI)診斷棉花氮素營(yíng)養(yǎng)狀況最為可靠，不受生育期和土壤養(yǎng)分狀況影響[96]。另外研究發(fā)現(xiàn)，葉片的觀測(cè)位點(diǎn)對(duì)SPAD值的穩(wěn)定性及其與氮含量的相關(guān)性至關(guān)重要，認(rèn)為靠近棉花功能葉葉緣的位點(diǎn)適宜作為測(cè)試區(qū)域[97]。

黃瓜的試驗(yàn)證明幼苗期和開花期的第3葉、結(jié)果期的第7 葉對(duì)氮素響應(yīng)最敏感，可作為黃瓜氮素缺乏診斷的最佳部位[98]。胡靜等[99]利用葉綠素計(jì)探討了黃瓜葉片上SPAD 值的空間分布及氮素診斷的位點(diǎn)選擇，結(jié)果表明葉片各位點(diǎn)的SPAD 值與葉片含氮量均存在顯著的相關(guān)關(guān)系。選擇離葉尖部相對(duì)距離20% 與葉邊緣之間的葉尖頂三角區(qū)域作為黃瓜氮素診斷的最佳位點(diǎn)。還有研究得出黃瓜氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)和產(chǎn)量與SPAD的關(guān)系隨著生育期的推移逐漸加強(qiáng)，能夠預(yù)測(cè)其最大生長(zhǎng)量和產(chǎn)量的SPAD值為45.2±0.7[100]。

李嵐?jié)萚101]研究了應(yīng)用SPAD值診斷油菜氮素營(yíng)養(yǎng)狀況的最佳測(cè)試葉位及位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)主莖頂4片完全展開葉中部SPAD值與葉綠素含量、葉片氮含量和植株全氮含量之間相關(guān)性顯著，滿足氮素快速診斷的要求。

4 問題和建議

通過上述大量資料表明，葉綠素計(jì)與作物氮素營(yíng)養(yǎng)及產(chǎn)量方面的關(guān)系研究較多，但是利用其在田間開展氮素施肥的實(shí)踐還相對(duì)較少，或者結(jié)果不令人滿意。究其原因，作者認(rèn)為主要有以下幾點(diǎn)：其一，沒有建立基于SPAD的作物營(yíng)養(yǎng)診斷和推薦施肥技術(shù)規(guī)范，包括，1)不同作物間的測(cè)試技術(shù)規(guī)范；2)不同作物間的氮素豐缺指標(biāo)、施肥體系等。正如前文所述，不同作物(或物種)間差異較大；不同葉位的SPAD值因生育期不同而變化很大；同一葉片測(cè)定位點(diǎn)的選擇，葉尖、葉中、葉柄的SPAD值與植株氮含量的相關(guān)性均存在差異。其二，SPAD值及其衍生量的篩選。比如，相對(duì)SPAD值或歸一化SPAD值都是為數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和可比性而衍生出來的。其三，模型的穩(wěn)定性和普適性。其四，與葉綠素合成有關(guān)的其他營(yíng)養(yǎng)元素(鉀、鎂、鐵、錳等)的缺乏或者元素間交互作用與SPAD的響應(yīng)關(guān)系。

眾所周知，利用葉綠素計(jì)對(duì)作物氮含量的估算或者診斷是第一步，如何根據(jù)SPAD對(duì)氮含量的估算和診斷進(jìn)行氮肥精準(zhǔn)管理是研究者的最終目的。因此，針對(duì)以上存在問題，研究要對(duì)測(cè)量目標(biāo)精準(zhǔn)定位，明確不同作物不同生育期選取的葉片層位；同時(shí)篩選適宜的SPAD值或其衍生參數(shù)，建立穩(wěn)定估算模型；并且需要大量的、多年的、多個(gè)品種間的數(shù)據(jù)來支撐，否則數(shù)據(jù)的精度和可靠性無法保證。筆者認(rèn)為，利用葉綠素計(jì)開展氮素營(yíng)養(yǎng)診斷還需解決的問題主要有以下幾方面：1)基于SPAD的不同作物氮素營(yíng)養(yǎng)診斷的技術(shù)規(guī)范。包括不同作物不同生育期測(cè)定葉位的精準(zhǔn)定位以及葉片的測(cè)定位點(diǎn)等。2)確定基于葉片SPAD值作物氮營(yíng)養(yǎng)豐缺指標(biāo)。3)建立基于葉片SPAD值的作物施肥模型。4)開發(fā)基于SPAD的施肥決策支持系統(tǒng)。5)開展鉀、鎂、鐵、錳等與葉綠素合成有關(guān)的其他營(yíng)養(yǎng)元素與SPAD值的關(guān)系研究，擴(kuò)充和豐富基于SPAD的作物營(yíng)養(yǎng)診斷技術(shù)和方法。

需要指出的是，田間養(yǎng)分精準(zhǔn)管理是極具技術(shù)性和經(jīng)驗(yàn)性相結(jié)合的復(fù)雜工程，不同營(yíng)養(yǎng)元素的植物有效性受土壤類型、pH、溫度、降雨、微生物種類等多種因素的影響，即使實(shí)驗(yàn)室土壤植株養(yǎng)分的準(zhǔn)確測(cè)定也只能在 4R (right source, right rate, right time, right place)之一施肥量 (right rate)的確定給予建議，在施肥時(shí)間(right time)和施肥位置(right place)上不能指導(dǎo)田間施肥。SPAD是科技進(jìn)步的產(chǎn)物，它在研究逐步成熟和正確應(yīng)用條件下，能夠判斷作物營(yíng)養(yǎng)元素尤其氮素的豐缺，為作物生長(zhǎng)發(fā)育中期追肥提供實(shí)時(shí)決策，較實(shí)驗(yàn)室的化驗(yàn)分析效率提高數(shù)十倍，可以說為實(shí)現(xiàn)正確施肥時(shí)間(right time)提供一種較好的技術(shù)手段。所以田間養(yǎng)分精準(zhǔn)管理需要多技術(shù)、多方法、多手段相結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)理想的養(yǎng)分精準(zhǔn)管理。但正如前文所說，SPAD的成熟應(yīng)用和發(fā)展還需要多年、多點(diǎn)、多試驗(yàn)的數(shù)據(jù)驗(yàn)證和完善。