基于葉片SPAD值的不同施氮水平下水稻直鏈淀粉含量預(yù)測

摘要：為揭示寒地水稻葉片SPAD值及其衍生值與稻米直鏈淀粉含量的關(guān)系，于2021、2022年在不同施氮水平影響下夾取水稻孕穗期（T1）、齊穗期（T2）、結(jié)實期（T3）頂部3張葉片測定SPAD值，2年試驗均為二因素完全隨機試驗且施肥量相同，A因素為前中期（基肥、分蘗肥、調(diào)節(jié)肥）施氮量共8水平，B因素為后期（穗肥）施氮量共3水平。根據(jù)2021年盆栽試驗的數(shù)據(jù)資料建立SPAD值衍生指標(biāo)與稻米直鏈淀粉含量之間的關(guān)系模型，利用2022年盆栽試驗數(shù)據(jù)資料對建立的模型進行驗證。結(jié)果表明，在2021年氮肥試驗中，A2～A8水平直鏈淀粉含量較A1水平分別極顯著增加2.04%、4.21%、5.72%、7.17%、8.03%、5.92%、5.66%，而A2～A8水平食味值均較A1水平極顯著下降，2022年兩者趨勢與2021年相同。2年稻米直鏈淀粉含量和食味值評分表現(xiàn)均為線性負(fù)相關(guān)，擬合優(yōu)度（r²）分別為0.54^**、0.44^**。施氮量對不同生育時期頂部3張葉片SPAD值均呈線性關(guān)系，隨著不同生育時期推進水稻冠層出現(xiàn)“黑黃”交替現(xiàn)象，其中單張葉片的SPAD值受不同時期差異的影響，借助指標(biāo)SPAD_{（L1+L2）/2}、SPAD_L1×L2/mean可有效降低年份及氮肥水平差異對直鏈淀粉含量預(yù)測結(jié)果的影響，指標(biāo)SPAD_{（L1+L2）/2}與直鏈淀粉含量在T1～T3時期的擬合方程分別為：y=0.135x+0.47，r²=0.52^**；y=0.126x+11.68，r²=0.53^**、y=0.154x+15.65，r²=0.51^**。SPAD_L1×L2/mean擬合方程分別為：y=0.136x+11.46，r²=0.52^**；y=0.126x+11.68，r²=0.53^**；y=0.160x+12.59，r²=0.51^**，x為SPAD值衍生值，y為直鏈淀粉含量，擬合方程均到達極顯著水平。但指標(biāo)SPAD_L1×L2/mean在不同時期誤差均小于SPAD_{（L1+L2）/2}，所以T3時期指標(biāo)SPAD_L1×L2/mean可以實現(xiàn)快捷、無損和實時預(yù)測稻米直鏈淀粉含量，在一定程度上判定出稻米蒸煮食味品質(zhì)，達到按質(zhì)收獲以及對品質(zhì)實時監(jiān)測的要求，促進優(yōu)質(zhì)寒地水稻的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：寒地水稻；SPAD值；直鏈淀粉含量；食味值；含量預(yù)測

中圖分類號：S511.06 文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）18-0082-09

收稿日期：2023-11-08

基金項目：黑龍江省重點研發(fā)計劃（編號：GA21B002）；黑龍江省博士后面上基金（編號：LBH-Z21195）；黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)校級科研項目（編號：XYB201810）。

作者簡介：林 添（1998—），男，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，從事水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培研究。E-mail：54_{96e57efc9bcd58857ce06d8056d8f62b}0572001@qq.com。

通信作者：范名宇，博士，講師，從事寒地粳稻品質(zhì)改良研究。E-mail：15840511707@163.com。

稻米中直鏈淀粉對稻米食味品質(zhì)形成具有重要影響^［1］。直鏈淀粉含量是影響稻米食味品質(zhì)的主要因素之一，其含量過低，米飯偏黏；相反，直鏈淀粉含量過高，米飯偏硬，食味品質(zhì)較差^［2］，直鏈淀粉的含量與稻米食味品質(zhì)之間呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系^［3］。稻米中的直鏈淀粉含量是一個重要的品質(zhì)指標(biāo)，它直接影響稻米的食味品質(zhì)和淀粉的糊化特性^［4］。因此，在稻米生產(chǎn)和加工過程中，需要嚴(yán)格控制直鏈淀粉的含量，以獲得最佳的食味品質(zhì)和口感。目前針對稻米直鏈淀粉含量的檢測方法主要是分光光度法以及室內(nèi)光譜預(yù)測法等。其中，分光光度法的基本原理是利用碘比色法間接得到直鏈淀粉的含量；而室內(nèi)光譜預(yù)測法是一種利用光譜分析技術(shù)對糙米或米粉進行預(yù)測的方法，但在實際應(yīng)用過程中存在取樣困難和工作量大的問題^［5］。以上方法不僅操作相對復(fù)雜、耗時長，而且對技術(shù)方面的要求較高，不利于水稻直鏈淀粉含量高效、準(zhǔn)確的測定。水稻收獲前對稻米直鏈淀粉含量進行快速無損檢測可以滿足水稻分級分類收獲的要求，在水稻優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)中具有重大意義。目前SPAD葉綠素儀在植株葉片含氮量的測定方面已取得重大進展，便攜式葉綠素儀 SPAD-502 采用光電無損檢測方法測定植物葉片的葉綠素含量，而SPAD讀數(shù)是基于測定特定光譜波段葉綠素對光的吸收而獲得的^［6］，SPAD值可以作為衡量作物生長過程中的長勢指標(biāo)之一^［7］?，F(xiàn)已有大量研究表明SPAD值與葉片氮含量呈正相關(guān)^［8-12］，而植株含氮量與直鏈淀粉含量具有一定的相關(guān)性^［13-14］，由此推測SPAD 值的變化能夠反映出葉片和收獲籽粒的氮素營養(yǎng)狀況。俞敏祎等在SPAD值與水稻氮素營養(yǎng)診斷關(guān)系的研究中發(fā)現(xiàn)，水稻 SPAD值與水稻冠層葉片氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在顯著的相關(guān)關(guān)系，并建立相關(guān)模型，且模型不易受環(huán)境因素影響，具有較高的穩(wěn)定性^［15］。趙爽等通過建立水稻籽粒高光譜參數(shù)模型預(yù)測稻米直鏈淀粉含量^［16］。陳春燕等利用近紅外透射光譜建立糙米和精米直鏈淀含量的定量分析預(yù)測模型^［17］。張北舉等利用近紅外光譜對高粱籽粒的直鏈淀粉含量進行檢測模型的構(gòu)建與應(yīng)用^［18］。李剛?cè)A等認(rèn)為，SPAD 讀數(shù)受水稻品種、生育時期、測定葉位、測定葉片的位點、生態(tài)環(huán)境等因素的影響，并干擾其診斷精度^［19］。Hussain等為消除品種、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^［20］。目前已有學(xué)者通過SPAD_L4-L3^［21］、SPAD_L3×L4/mean^［22］、SPAD_L1+L3^［23］等指標(biāo)進行水稻氮素診斷。前人關(guān)于水稻SPAD估測稻米品質(zhì)試驗多為通過建立預(yù)測模型研究不同施氮水平的水稻葉片含氮量差異導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量的差異。而對于利用SPAD值對稻米直鏈淀粉含量進行模型建立卻鮮有研究。由于水稻在不同年份、不同生育期、不同氮素狀態(tài)下都會造成葉片SPAD值不同，會使試驗研究結(jié)果穩(wěn)定性變差，因此本試驗測定了不同氮肥水平與不同生長時期的不同葉位SPAD值次級指標(biāo)，分析其與稻米直鏈淀粉含量之間的相關(guān)關(guān)系，并根據(jù)相關(guān)性程度篩選出對稻米直鏈淀粉含量敏感的葉位與衍生指標(biāo)，從而判定對稻米氮素營養(yǎng)影響最大的葉位；對歸一化SPAD 值估算稻米直鏈淀粉含量與真實值做比較進行指標(biāo)驗證，從而篩選出有效指標(biāo)無損傷地預(yù)測稻米直鏈淀粉含量，以期為提高稻米品質(zhì)早期預(yù)測和調(diào)控提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

2021、2022年在黑龍江省大慶市黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)校園內(nèi)進行盆栽試驗。該地區(qū)年日照時數(shù)2 726 h，無霜期143 d，年平均氣溫4.2 ℃，夏季平均氣溫23.3 ℃，年降水量427.5 mm，年蒸發(fā)量1 635 mm。

1.2 試驗材料

供試品種為五優(yōu)稻4號，葉齡n=14。供試肥料分別為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P₂O₅ 43%）和硫酸鉀（含K₂O 50%）。

1.3 試驗設(shè)計

2年試驗設(shè)計均采用2因素完全隨機試驗。A因素為前中期氮肥施入量（基肥、分蘗肥、調(diào)節(jié)肥），8水平，氮肥施用量分別為0（A1）、51.72 kg/hm²（A2）、103.45 kg/hm²（A3）、155.17 kg/hm²（A4）、206.90 kg/hm²（A5）、258.62 kg/hm²（A6）、310.35 kg/hm²（A7）、362.07 kg/hm²（A8），按基肥∶蘗肥∶調(diào)節(jié)肥=4∶3∶1施用；B因素為后期氮肥施入量（穗肥），3水平，氮肥施用量分別為0（B1）、51.72 kg/hm²（B2）、103.45 kg/hm²（B3）。過磷酸鈣用量為139.54 kg/hm²，硫酸鉀用量為120.00 kg/hm²。盆栽規(guī)格：盆高30 cm，上直徑30 cm，下直徑25 cm，將土混勻后，裝土12 kg/盆，土層表面積為0.07 m²。4月19日播種，5月19日移栽，9月19日收獲，病、蟲、草害防治與大田常規(guī)管理方式一致。為排除氮肥水平與不同年份差異對試驗結(jié)果的影響，利用2021年試驗數(shù)據(jù)建立SPAD值與稻米直鏈淀粉含量的相關(guān)模型，再利用2022年對基于SPAD值模型計算出稻米直鏈淀粉含量的預(yù)測值和真實值進行比較，驗證模型在不同年份下的敏感性和穩(wěn)定性，從而排除不同差異對試驗的干擾。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 SPAD值測定

分別在孕穗y3z2/IQ9K4PYiQEB3gbeumn1o0yZ5cMuoF2JyZ64sbU=期（T1）、齊穗期（T2）、結(jié)實期（T3）采用葉綠素儀SPAD-502（Konica Minolta，日本）測定水稻主莖頂部3張全展葉片SPAD值，由于頂4葉被水侵蝕而造成數(shù)據(jù)穩(wěn)定性差，所以利用頂1～頂3葉獲得數(shù)據(jù)。每個處理共測量24穴，每穴測定3個主莖，共計72個主莖。測量部位為主莖葉片上部（近葉尖1/3處）、中部（葉片中間位置）、基部（近葉基1/3處）、葉寬1/4或 3/4 的位置3個部分，3個部分的平均值為所測葉片的SPAD值。測量時葉片置于葉片夾的葉室中，避開主葉脈，然后夾緊葉片，保證葉片水平且被測面積相同，避免背景反射、葉片表面彎曲等造成的光譜波動及葉片內(nèi)部變異造成的影響。

1.4.2 食味品質(zhì)測定

每處理標(biāo)定24穴水稻收獲后各自脫粒（與SPAD值相對應(yīng)），于通風(fēng)陰干處晾曬3個月，待理化性質(zhì)穩(wěn)定后，采用FC-2K型試驗礱谷機（山本公司）將稻谷加工成糙米；VP-32型試驗?zāi)朊讬C（山本公司）將糙米加工成精米。采用日本佐竹公司生產(chǎn)的米飯食味計STA1A米飯食味計（佐竹公司，日本）測定米飯綜合食味值。

1.4.3 直鏈淀粉含量測定

按國家標(biāo)準(zhǔn)食品直鏈淀粉含量測定方法（GB 7648—1987《水稻、玉米、谷子籽粒直鏈淀粉測定法》）測定稻米直鏈淀粉含量；樣品分散、脫脂、測定，在 620 nm處讀取吸光度，帶入標(biāo)線y=0.011 5x+0.109 1獲得直鏈淀粉含量。

1.4.4 SPAD值衍生指標(biāo)

除水稻頂部3張葉片（L₁、L₂、L₃）SPAD 值外，本試驗采用5個SPAD 值衍生指標(biāo)，衍生指標(biāo)通過如下公式計算得到：

SPAD_n=頂部n張葉片SPAD值的均值；

SPAD_Li-Lj=頂i葉SPAD值-頂j葉SPAD值；

SPAD_{（Li-Lj）/Li}=（頂i葉SPAD值-頂j葉SPAD值）/頂i葉SPAD值；

SPAD_Li×Lj/mean=頂i葉SPAD值×頂j葉SPAD值/i、j張2張葉片平均SPAD值；

INDSPAD_ij∶SPAD_ij＝（SPAD_Li-SPAD_Lj）/（SPAD_Li＋SPAD_Lj）。

其中：SPAD_Li、SPAD_Lj分別代表水稻冠層主莖頂部第i、j葉位的SPAD值；i、n、j≤3；₁、L₂、L₃分別為頂部第1、2、3張全展葉。

1.5 SPAD 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行整理及統(tǒng)計分析，利用Origin 2021 64bit進行繪圖，利用2021年的數(shù)據(jù)資料分析SPAD值以及衍生指標(biāo)與精米直鏈淀粉含量的相關(guān)關(guān)系，并建立模型。模型的準(zhǔn)確性和適用性采用2022年的數(shù)據(jù)資料，利用根均方差（RMSE）、對稱平均絕對百分比誤差（SMAPE）、平均絕對誤差（MAE）等指標(biāo)進行評定。

根均方差：

RMSE=1n∑ni=1（y_i^-y_i）²，RMSE越小，預(yù)測精度越高。

對稱平均絕對百分比誤差：

SMAPE=1n∑ni=12|y_i^-y_i||y_i^|+|y_i|×100%，SMAPE越小，預(yù)測精度越高。

平均絕對誤差：

MAE=1n∑ni=1|y_i^-y_i|，MAE越小，預(yù)測精度越高。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮水平對直鏈淀粉含量及食味值的影響

如表1所示，A因素對直鏈淀粉含量和食味值的影響在2年間均達到極顯著水平，均以A1水平直鏈淀粉含量最低，食味值最高；A8水平下食味值最低。2年直鏈淀粉含量均隨施氮量增加呈先增后降的趨勢，2021年以A6水平下直鏈淀粉含量最高，2022年以A5水平下直鏈淀粉含量最高，2021年A2～A8水平直鏈淀粉含量較A1水平分別極顯著增加2.04%、4.21%、5.72%、7.17%、8.03%、5.92%、5.66%，呈A6>A5>A7>A4>A8>A3>A2>A1趨勢，A2～A8水平食味值均較A1水平極顯著下降；2022年A2～A8水平直鏈淀粉含量較A1水平基本上極顯著增加1.63%、2.50%、3.88%、6.76%、5.76%、5.07%、4.51%，呈A5>A6>A7>A8>A4>A3>A2>A1趨勢，A2～A8水平食味值較A1水平下降。2年間B因素對稻米直鏈淀粉含量和食味值均呈極顯著影響，均以B1水平直鏈淀粉含量最低，食味值最高；以B3直鏈淀粉含量最高，食味值最低。前中期施氮量與穗肥施氮量互作對2021年直鏈淀粉含量影響極顯著，對2022年直鏈淀粉含量影響不顯著（F_A×B=0.27），對2021、2022年食味值影響不顯著（F_A×B=0.77、F_A×B=1.22）。

如圖1所示，在B1、B2、B3下，均以A1水平直鏈淀粉含量最低；B1下以A6水平直鏈淀粉含量最高，B2、B3水平下均以A5水平直鏈淀粉含量最高。在B1下，與A1直鏈淀粉含量相比，A2～A8分別提高1.37%、1.89%、4.50%、6.14%、6.59%、5.42%、5.22%；在B2下，與A1直鏈淀粉含量相比，A2～A8分別提高1.54%、3.78%、4.68%、6.67%、6.54%、6.22%、5.39%，在B3下，與A1直鏈淀粉含量相比，A2～A8分別提高2.59%、4.22%、5.11%、8.01%、7.42%、4.79%、4.60%。因此在不同穗肥條件下，稻米直鏈淀粉含量與施氮量呈多項式關(guān)系，直鏈淀粉含量隨著施氮量增加呈先增后減的趨勢，B1、B2、B3水平下直鏈淀粉含量與施氮量回歸方程的擬合優(yōu)度（r²）分別為0.71^**、0.88^**、0.80^**。

2.2 直鏈淀粉含量與食味值的關(guān)系

如圖2所示，2年間食味值與直鏈淀粉含量呈現(xiàn)線性遞減關(guān)系，即稻米直鏈淀粉含量越高，水稻食味值越低。2021年線性回歸方程的擬合優(yōu)度r²=0.54^**，2022年線性回歸方程的擬合優(yōu)度r²=0.44^**，均達到極顯著水平。

2.3 2021年氮肥試驗葉片SPAD值的比較

如圖3所示，不同穗肥水平下，T1時期頂部3張葉片SPAD值與施氮量呈現(xiàn)線性增加，即葉片SPAD值隨著施氮量的增加而增加，其回歸方程r²均達到極顯著水平。在不同穗肥水平下頂部3張葉片SPAD值均表現(xiàn)出L₂>L₁>L₃，B水平下頂部3張葉片SPAD值呈B3>B2>B1。如圖4所示，不同穗肥水平下，T2時期頂部3張葉片SPAD值與施氮量呈現(xiàn)線性增加，其回歸方程r²均達到極顯著水平。在不同穗肥水平下頂部3張葉片SPAD值大小關(guān)系均為L₁>L₂>L₃，B水平下頂部3張葉片SPAD值呈B3>B2>B1。如圖5所示，不同穗肥水平下，T3時期頂部3張葉片SPAD值與施氮量呈現(xiàn)線性增加，其回歸方程R²均達到極顯著水平。在不同穗肥水平下頂部3張葉片SPAD值大小關(guān)系均為L₁>L₂>L₃，B水平下頂部3張葉片SPAD值呈B3>B2>B1。在同等施氮量下，T3時期的葉片SPAD值表現(xiàn)出高于T2時期的趨勢，在相同施氮量水平下不同時期葉片SPAD值表現(xiàn)T2>T1>T3趨勢。

綜上，在T1～T2時期水稻頂部葉片SPAD值呈現(xiàn)動態(tài)升高，T2～T3時期水稻頂部葉片SPAD值呈下降。由此可知，水稻頂部葉片在T2至T3時期出現(xiàn)經(jīng)歷了“黑-黃”葉片交替現(xiàn)象，且不同時期水稻頂部葉片SPAD值分布規(guī)律差異較大，但與施氮量均表現(xiàn)出線性關(guān)系；并且提高氮肥投入量，發(fā)現(xiàn)葉位之間的SPAD差值會減小，在T2和T3時期表現(xiàn)更為明顯，且隨著生育時期的變化葉位間SPAD值的差值有明顯增加趨勢。

2.4 葉片SPAD值及其衍生指標(biāo)與直鏈淀粉含量的關(guān)系

利用2021年試驗數(shù)據(jù)對頂部3張葉片SPAD值與稻米直鏈淀粉含量相關(guān)性分析進行指標(biāo)篩選，表2顯示，在氮肥試驗中，2021年單張葉片SPAD值與直鏈淀粉含量相關(guān)性均達到極顯著正相關(guān)。由此可知，借助單張葉片SPAD值進行直鏈淀粉含量預(yù)測受氮肥水平的影響較小。由于不同時期下的SPAD值與直鏈淀粉含量相關(guān)系數(shù)并無規(guī)律性，所以不同時期下單張葉片SPAD值預(yù)測直鏈淀粉具有不穩(wěn)定性。借助衍生指標(biāo)篩選的結(jié)果顯示，在3個生育時期共選出2個指標(biāo)SPAD_{（L1+L2）/L2}、SPAD_L1×L2/mean，它們在氮肥試驗的3個時期的相關(guān)系數(shù)均為0.73^**、0.73^**、0.72^**，即這2個指標(biāo)與直鏈淀粉含量均呈正相關(guān)關(guān)系。

2.5 SPAD衍生指標(biāo)與直鏈淀粉含量的回歸分析

如圖6、圖7所示，不同時期的衍生指標(biāo)SPAD_{（L1+L2）/2}、SPAD_L1×L2/mean與直鏈淀粉含量的擬合方程均為線性關(guān)系，SPAD_{（L1+L2）/2}、SPAD_L1×L2/mean在3個時期r²均為0.52^**、0.53^**、0.51^**，均達到極顯著水平。

2.6 測試與檢驗

利用2022年的試驗數(shù)據(jù)對2021年SPAD值的衍生指標(biāo)與直鏈淀粉含量的回歸方程進行檢驗，采用根均方差（RMSE）、對稱平均絕對百分比誤差（SMAPE）、平均絕對誤差（MAE）進行定量評估。圖8表明，SPAD_{（L1+L2）/2}、SPAD_L1×L2/mean3個時期的預(yù)測值與真實值呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系，r²達到極顯著水平。由表3可知，T1、T2、T3時期SPAD_{（L1+L2）/2}的RMSE分別為0.71、0.86、0.49，SMAPE分別為3.83%、4.81%、2.36%，MAE分別為0.63、0.78、0.39；SPAD_L1×L2/mean的RMSE分別為0.71、0.86、0.47，SMAPE分別為3.82%、4.80%、2.27%，MAE分別為0.62、0.78、0.38。T3時期的衍生指標(biāo)SPAD_{（L1+L2）/2}、SPAD_L1×L2/mean與直鏈淀粉含量基準(zhǔn)線（y=x，預(yù)測值與真實值相同）偏差較近，利用T3時期衍生指標(biāo)SPAD_{（L1+L2）/2}、SPAD_L1×L2/mean對預(yù)測直鏈淀粉含量有著一定的優(yōu)勢，但SPAD_L1×L2/mean較SPAD_{（L1+L2）/2}誤差較小，因此利用指標(biāo)T3時期SPAD_L1×L2/mean對直鏈淀粉含量預(yù)測效果最佳。

3 討論

3.1 施氮量與直鏈淀粉含量的關(guān)系

在一定直鏈淀粉含量范圍內(nèi)，直鏈淀粉含量越高，蒸煮的米飯硬度越大、黏性越小、口感越差^［24］。這是因為直鏈淀粉分子呈直鏈狀，空間障礙小，所以在糊化后重新結(jié)晶，回生速度快^［25］。曲紅巖等的研究表明，直鏈淀粉含量與稻米食味值呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系^［26-27］，這與本試驗研究結(jié)果一致。有研究表明，采取適宜的氮肥運籌方式可以調(diào)節(jié)淀粉合成相關(guān)酶活性，如分蘗期或孕穗期增施氮肥可以增加灌漿中期及后期的腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（ADPG）、淀粉分支酶（SBE）活性，降低顆粒結(jié)合淀粉合成酶（GBSS）活性^［28］。楊陽認(rèn)為，施氮可促進胚乳細(xì)胞中淀粉的積累^［29］。林桂海等認(rèn)為，不同的氮肥施用量對直鏈淀粉含量有著顯著影響^［30］，吳子帥等認(rèn)為直鏈淀粉含量會隨施氮量增加而增加^［31-32］，高輝等認(rèn)為在一定氮肥施用量內(nèi)，直鏈淀粉含量會隨著施氮量增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢^［33-35］，本研究結(jié)果與高輝等的研究結(jié)果^［33-35］相同。因此，在生產(chǎn)實踐中可以提高蒸煮食味品質(zhì)為目的的優(yōu)質(zhì)米生產(chǎn)應(yīng)該適當(dāng)減少氮肥的施用量。以上試驗結(jié)果不同是否是因不同品種、氮肥梯度、環(huán)境影響造成還有待進一步研究。

3.2 SPAD值動態(tài)變化特征

葉綠素含量與葉片光合作用和氮素營養(yǎng)密切相關(guān)^［36］。本研究結(jié)果表明，施氮量與不同時期、不同葉位的SPAD值均呈線性關(guān)系，這與李永梅等的研究結(jié)果^［37-39］一致。而這種線性關(guān)系之間是有差別的，這種差別取決于作物品種、發(fā)育階段、測定的葉位及葉片上測定點的位置^［40］。趙全志等研究發(fā)現(xiàn)，水稻生長過程中群體葉色存在“黑黃”變化規(guī)律^［41］，當(dāng)水稻葉色“黑”時，葉片內(nèi)含氮化合物較多，光合作用強，對新生器官有促進作用；葉色“黃”時，葉片內(nèi)含氮化合物較少，對新生器官有一定的抑制作用。“黑黃”交替有利于調(diào)節(jié)植株碳氮營養(yǎng)供給，實現(xiàn)不同發(fā)育階段的物質(zhì)分配中心轉(zhuǎn)化^［37］。閆平等研究發(fā)現(xiàn)，SPAD 值隨著生育時期的推移而下降^［42］，而其他學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，水稻頂部葉片SPAD值呈現(xiàn)的是一種動態(tài)特征，不是簡單的線性降低，表現(xiàn)為葉片顏色“黑—黃—黑”交替。本試驗結(jié)果與姜繼萍等的研究結(jié)果^［21］一致，即 SPAD 值從幼穗分化期至孕穗期下降，進入齊穗期后開始回升，隨著生育期的推進，成熟期SPAD 值開始降低^［21］。水稻下部葉片的SPAD值較上部葉片更適合作為診斷稻株氮素營養(yǎng)的指示葉片，是因為當(dāng)植株缺氮時氮素作為可移動元素會從老葉轉(zhuǎn)移到新葉，優(yōu)先滿足新葉的生長需求^［43］。蔣阿寧等認(rèn)為，SPAD值次級指標(biāo)與氮素營養(yǎng)、產(chǎn)量擬合關(guān)系優(yōu)于單張葉片^［44］。由本試驗結(jié)果可知，成熟期水稻下部葉片頂1葉、頂2葉的次級指標(biāo)與稻米直鏈淀粉含量的擬合關(guān)系最優(yōu)且預(yù)測效果較好與以上結(jié)果較為符合。

3.3 SPAD值動態(tài)變化特征與直鏈淀粉含量的關(guān)系

水稻葉片含氮量的增加可促使光合場所面積和光合色素含量增加，提高葉綠體光合能力^［45］，而水稻籽粒灌漿過程中60%～80%的營養(yǎng)物質(zhì)來自葉片的光合產(chǎn)物^［46］，葉片功能的持續(xù)時間和光合速率對籽粒干物質(zhì)積累量具有主導(dǎo)作用^［47］。王志東等認(rèn)為成熟期劍葉 SPAD 值越低，葉片越黃，稻米淀粉峰值黏度、崩解值越低，稻米食味值越低^［48］。而稻米直鏈淀粉含量與崩解值、峰值粘度呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系^［49］，與食味值呈負(fù)相關(guān)^［50］。因此，葉片SPAD值與稻米直鏈淀粉含量具有相關(guān)性，葉綠素計讀數(shù)可以在一定程度上反映稻米直鏈淀粉含量。在本研究中，利用單張葉片SPAD值預(yù)測直鏈淀粉含量受不同生長時期影響較大，而受氮肥水平影響較小。衍生指標(biāo)SPAD_{（L1+L2）/L2}、SPAD_L1×L2/mean均與籽粒直鏈淀粉含量呈正相關(guān)關(guān)系，2個指標(biāo)與直鏈淀粉含量回歸方程的R²均達到極顯著水平。通過對指標(biāo)的進一步檢驗發(fā)現(xiàn)，SPAD_{（L1+L2）/L2}、SPAD_L1×L2/mean在T3時期的敏感性比在T1、T2時期更高。原因可能是因為SPAD測定值的精確度確實會受不同生長時期的影響^［51］，但2個衍生指標(biāo)與直鏈淀粉含量的擬合優(yōu)度略低，可能是因為本試驗結(jié)果增施氮肥會導(dǎo)致直鏈淀粉含量下降。以上指標(biāo)可以實現(xiàn)在特定時期選種或收獲前通過頂部葉片的SPAD值預(yù)測稻米直鏈淀粉含量的目的，達到按品質(zhì)等級收獲的要求。

4 結(jié)論

本研究通過分析2021、2022年試驗處理間直鏈淀粉含量、食味值及SPAD值的差異，得出以下結(jié)論：

（1）增施氮肥使稻米的直鏈淀粉含量先上升再下降并且降低其食味值；稻米食味值與直鏈淀粉含量之間存在線性關(guān)系。

（2）不同時期、不同葉位的SPAD值與施氮量均呈現(xiàn)線性關(guān)系，并且提高氮肥的投入量能夠減少葉位間SPAD的差值。冠層“黑黃”交替現(xiàn)象不受施氮量水平影響。

（3）借助T3時期SPAD_L1×L2/mean衍生指標(biāo)能夠快速、無損、實時預(yù)測稻米直鏈淀粉含量，從而判定其蒸煮食味品質(zhì)。

參考文獻：

［1］Benmoussa M，Moldenhauer K A K，Hamaker B R. Rice amylopectin fine structure variability affects starch digestion properties［J］. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2007，55（4）：1475-1479.

［2］Xu Y J，Ying Y N，Ouyang S H，et al. Factors affecting sensory quality of cooked japonica rice［J］. Rice Science，2018，25（6）：330-339.

［3］李俊輝，朱智偉，謝黎虹. 我國稻米食味品質(zhì)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］. 中國稻米，2008，14（2）：8-12.

［4］Martinez C，Prodolliet J. Determination of amylose in cereal and non-cereal starches by a colorimetric assay：collaborative study［J］. Starch，1996，48（3）：81-85.

［5］王君嬋，譚昌偉，朱新開，等. 農(nóng)作物品質(zhì)遙感反演研究進展［J］. 遙感技術(shù)與應(yīng)用，2012，27（1）：15-22.

［6］周 琦，王建軍，霍中洋，等. 不同生育期小麥冠層SPAD值無人機多光譜遙感估算［J］. 光譜學(xué)與光譜分析，2023，43（6）：1912-1920.

［7］武旭梅，常慶瑞，落莉莉，等. 水稻冠層葉綠素含量高光譜估算模型［J］. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2019，37（3）：238-243.

［8］李志宏，劉宏斌，張福鎖. 應(yīng)用葉綠素儀診斷冬小麥氮營養(yǎng)狀況的研究［J］. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2003，9（4）：401-405.

［9］王 磊，盧艷麗，白由路. 主要糧食作物基于SPAD的氮素營養(yǎng)診斷方法研究進展［J］. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2022，28（3）：546-554.

［10］李剛?cè)A，薛利紅，尤 娟，等. 水稻氮素和葉綠素SPAD葉位分布特點及氮素診斷的葉位選擇［J］. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，40（6）：1127-1134.

［11］趙士誠，何 萍，仇少君，等. 相對SPAD值用于不同品種夏玉米氮肥管理的研究［J］. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2011，17（5）：1091-1098.

［12］李占成，李 瑋，梁秀枝，等. 葉綠素儀在玉米氮營養(yǎng)診斷及推薦施肥中的研究與應(yīng)用［J］. 作物雜志，2011（4）：58-62.

［13］金 軍，徐大勇，蔡一霞，等. 施氮量對水稻主要米質(zhì)性狀及RVA譜特征參數(shù)的影響［J］. 作物學(xué)報，2004，30（2）：154-158.

［14］張自常，李鴻偉，曹轉(zhuǎn)勤，等. 施氮量和灌溉方式的交互作用對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)影響［J］. 作物學(xué)報，2013，39（1）：84-92.

［15］俞敏祎，余凱凱，費 聰，等. 水稻冠層葉片SPAD數(shù)值變化特征及氮素營養(yǎng)診斷［J］. 浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報，2019，36（5）：950-956.

［16］趙 爽，宋京燕，陳國興，等. 基于水稻種粒高光譜的品質(zhì)性狀預(yù)測方法［J］. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2023，42（3）：211-219.

［17］陳春燕，凌英華，楊正林，等. 水稻籽粒直鏈淀粉含量非破壞性活體測定方法研究［J］. 西南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，29（12）：73-76.

［18］張北舉，陳松樹，李魁印，等. 基于近紅外光譜的高粱籽粒直鏈淀粉、支鏈淀粉含量檢測模型的構(gòu)建與應(yīng)用［J］. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，55（1）：26-35.

［19］李剛?cè)A，丁艷鋒，薛利紅，等. 利用葉綠素計（SPAD-502）診斷水稻氮素營養(yǎng)和推薦追肥的研究進展［J］. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2005，11（3）：412-416.

［20］Hussain F，Bronson K F，Yadvinder S，et al. Use of chlorophyll meter sufficiency indices for nitrogen management of irrigated rice in Asia［J］. Agronomy Journal，2000，92（5）：875-879.

［21］姜繼萍，楊京平，楊正超，等. 不同氮素水平下水稻葉片及相鄰葉位SPAD值變化特征［J］. 浙江大學(xué)學(xué)報（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2012，38（2）：166-174.

［22］李 杰，馮躍華，牟桂婷，等. 基于SPAD值的水稻施氮葉值模型構(gòu)建及應(yīng)用效果［J］. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，50（24）：4714-4724.

［23］Lin F F，Qiu L F，Deng J S，et al. Investigation of SPAD meter-based indices for estimating rice nitrogen status［J］. Computers and Electronics in Agriculture，2010，71：S60-S65.

［24］劉秋員，陶 鈺，程 爽，等. 不同直鏈淀粉與蛋白質(zhì)含量類型粳稻稻米品質(zhì)特征［J］. 食品科技，2022，47（11）：150-158.

［25］Mariotti M，Sinelli N，Catenacci F，et al. Retrogradation behaviour of milled and brown rice pastes during ageing［J］. Journal of Cereal Science，2009，49（2）：171-177.

［26］曲紅巖，張 欣，施利利，等. 水稻食味品質(zhì)主要影響因子分析［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（6）：172-175.

［27］劉 奕，程方民. 稻米中蛋白質(zhì)和脂類與稻米品質(zhì)的關(guān)系綜述［J］. 中國糧油學(xué)報，2006，21（4）：6-10，24.

［28］張 軍，李運祥，劉 娟，等. 施氮處理對水稻穎果淀粉積累和相關(guān)酶活性的影響［J］. 作物學(xué)報，2008，34（12）：2168-2175.

［29］楊 陽. 施氮對稻麥胚乳發(fā)育及淀粉理化性質(zhì)的影響［D］. 揚州：揚州大學(xué)，2021.

［30］林桂海，隗平華，潘永忠，等. 施氮量對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響［J］. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，54（3）：590-592.

［31］吳子帥，劉廣林，李 虎，等. 施氮量對優(yōu)質(zhì)常規(guī)秈稻稻米品質(zhì)的影響［J］. 作物雜志，2023（1）：84-88.

［32］張洪程，王秀芹，戴其根，等. 施氮量對雜交稻兩優(yōu)培九產(chǎn)量、品質(zhì)及吸氮特性的影響［J］. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，36（7）：800-806.

［33］高 輝，馬 群，李國業(yè)，等. 氮肥水平對不同生育類型粳稻稻米蒸煮食味品質(zhì)的影響［J］. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，43（21）：4543-4552.

［34］嚴(yán) 凱，蔣玉蘭，肖天晶，等. 不同施氮量對鹽堿地水稻產(chǎn)量及品質(zhì)的影響［J］. 中國稻米，2017，23（3）：35-39，43.

［35］董士琦，葛佳琳，韋還和，等. 施氮量和密度對鹽堿灘涂水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響［J］. 核農(nóng)學(xué)報，2022，36（4）：820-828.

［36］Ustin S L，Gitelson A A，Jacquemoud S，et al. Retrieval of foliar information about plant pigment systems from high resolution spectroscopy［J］. Remote Sensing of Environment，2009，113：S67-S77.

［37］李永梅，張立根，張學(xué)儉. 水稻葉片高光譜響應(yīng)特征及氮素估算［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（23）：210-213.

［38］王紹華，曹衛(wèi)星，王強盛，等. 水稻葉色分布特點與氮素營養(yǎng)診斷［J］. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002，35（12）：1461-1466.

［39］宋凌麒，劉 歡，田麗云，等. 減氮對小麥孕穗期植株氮素分配及葉片葉綠素含量的影響［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，50（19）：79-86.

［40］Peng S B，García F V，Laza R C，et al. Adjustment for specific leaf weight improves chlorophyll meter’s estimate of rice leaf nitrogen concentration［J］. Agronomy Journal，1993，85（5）：987-990.

［41］趙全志，丁艷鋒，王強盛，等. 水稻葉色變化與氮素吸收的關(guān)系［J］. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，39（5）：916-921.

［42］閆 平，張書利，于艷敏，等. 施肥量對2個超級稻品種葉片SPAD值的影響［J］. 中國農(nóng)學(xué)通報，2019，35（7）：7-14.

［43］李 杰，馮躍華，王 旭，等. 水稻葉片SPAD值分布特征及其與施氮量的關(guān)系［J］. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報，2017，48（1）：38-45.

［44］蔣阿寧，黃文江，劉克禮，等. 利用葉綠素計進行冬小麥變量施肥及其效應(yīng)研究［J］. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2007，13（6）：1092-1097.

［45］吳良?xì)g，陳 峰，方 萍，等. 水稻葉片氮素營養(yǎng)對光合作用的影響［J］. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，1995，28（增刊1）：104-107.

［46］何俊俊，楊京平，楊 虎，等. 光照及氮素水平對水稻冠層葉片SPAD值動態(tài)變化的影響［J］. 浙江大學(xué)學(xué)報（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2014，40（5）：495-504.

［47］錢雪婭，景蕊蓮，王 輝，等. 不同水分條件下小麥灌漿期功能葉片的遺傳特性［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2009，20（12）：2957-2963.

［48］王志東，陳宜波，龔 蓉，等. 優(yōu)質(zhì)秈稻劍葉SPAD值與稻米品質(zhì)相關(guān)性研究［J］. 中國水稻科學(xué)，2021，35（1）：89-97.

［49］丁得亮，張 欣，趙 梅，等. 粳稻品質(zhì)性狀間的相關(guān)關(guān)系研究［J］. 作物雜志，2010（5）：60-63.

［50］殷春淵，王書玉，劉賀梅，等. 水稻食味品質(zhì)性狀間相關(guān)性分析及其與葉片光合作用的關(guān)系［J］. 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2021，23（4）：119-127.

［51］張金恒，王 珂，王人潮. 葉綠素計SPAD-502在水稻氮素營養(yǎng)診斷中的應(yīng)用［J］. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2003，31（2）：177-180.