水分、氮素处理对夏玉米spad值的影响

水分、氮素处理对夏玉米spad值的影响

土壤氮素是重要的农业生产因素之一，也是污染环境的重要因素之一。根据作物氮素的跟踪和预测，科学的肥水管理措施，对于提高氮素的利用率、资源合理的使用和环境保护具有重要意义。然而,由于土壤氮素的测定比较复杂,通过现场实测资料进行土壤氮素状况的预测和评价在实际生产过程中有很大的难度。SPAD-502型叶绿素仪通过光学原理测定叶片的叶绿素含量,而叶片的叶绿素含量又与叶片含氮量有很强的关系,因此,可以通过叶片叶绿素测定值间接地掌握作物叶片氮素状况。叶片氮含量既是一定土壤水分、氮素条件下作物生长的一种结果,又对作物的光合作用速率产生影响,是作物体内最为活跃的因素之一。应用叶绿素仪对玉米、水稻等作物进行氮素亏缺及需氮量预测、作物生长评价和水肥管理措施等方面已有不少研究成果,根据大量田间实测资料,对叶绿素仪测量值SPAD与作物氮素状态的关系进行分析和研究。1土壤条件及典型试验地2000年在北京水利科学研究所永乐店节水中心开展了夏玉米水肥耦合田间试验。试验站位于北纬39.7°,东经116.8°,站内有30个50m2的试验小区,各小区内设有中子仪观测剖面和地温观测剖面,进行土壤水分和温度观测;站内设有气象站进行常规气象观测。2000年夏玉米生长期间降雨量151.4mm,最大降雨33.9mm,平均气温26.2℃。试验地土壤为非均质层状土壤,大致可分为二层,上层为砂壤土(70cm以上),下层为粉砂土。水肥耦合试验由4个水分处理(I-0:不灌水;I-1:拔节期灌水,60mm;I-2:拔节期和抽雄期灌水,120mm;I-3:拔节期、抽雄期和灌浆期灌水,180mm)和4个氮肥处理(N-0:不施肥;N-1:施用尿素150kg/hm2;N-2:施用尿素450kg/hm2;N-3:施用尿素750kg/hm2,其中,尿素含氮量0.4568)组合而成,施肥与拔节期灌水同步进行。夏玉米生育期内(6月23日～9月28日),采用SPAD-502型叶绿素仪定期进行叶片叶绿素含量观测,叶绿素仪的观测方法参照文献。同时采用CI-301型光合作用仪测定夏玉米的光合作用速率,叶片蒸腾速率等物理量。部分试验小区定期测定夏玉米吸氮量,生物量及土壤铵氮和硝氮含量。2试验结果的分析2.1叶绿素含量测定叶绿素仪根据叶片叶绿素对有色光的吸收特性,通过测量一定波长的发射光强和透过叶片后的光强进行叶片叶绿素含量的测定。作物叶片各种感光色素对可见光的吸收关系见文献,SPAD-502型叶绿素仪有2个发射光源,分别发射最大波长为650nm的红色光和最大波长为940nm的红外光,叶绿素吸收波长为650nm的红光,但并不吸收波长为940nm的红外光,940nm波长的红外光的发射和接收主要是为了消除叶片厚度等方面对测量结果的影响。红光到达叶片后,一部分被叶片的叶绿素所吸收,剩下透过叶片被接收器转换成为电信号。通过接收器接收到的光强和发射光强比较,确定叶片叶绿素的含量。表示为SPAD(SpecialtyProductsAgriculturalDivision)单位:SPAD=Klog10[IRt/IR0Rt/R0](1)SΡAD=Κlog10[ΙRt/ΙR0Rt/R0](1)其中,K为常数;IRt为接收到的940nm红外光强度;IR0为发射红外光强度;Rt为接收到的650nm红光强度;R0为发射红光强度。将每一个实测的SPAD值除以该叶片的单位叶面积重SLW(g/cm2),同时测定叶片的单位含氮量(gN/g叶片干物质重)。图1为SPAD/SLW与单位叶重含N量之间的关系,结果表明,SPAD测量值和单位叶面积含氮量之间有比较明显的线性关系。2.2不同n-2施肥对灌溉总体过程中叶绿素含量的影响图2为N-2氮肥处理水平下,不同灌水处理以及I-1灌水水平下不同施肥水平叶绿素仪观测SPAD值和叶面积指数LAI的乘积(代表整株作物的总叶绿素含量)变化过程的比较,图2(a)看出,在N-2的施肥水平下,农田供水越充分(灌水量越大),作物的总叶绿素含量越高,且随作物生育阶段的变化越明显。在I-1的灌水水平下(图2(b)),以N-2的施肥处理获得最大的总叶绿素含量(含氮量)过程,但不同N处理试验之间的差别并不明显,可以理解这是由于土壤水分的亏缺限制了氮肥利用效率的发挥所造成的。通过N-2施肥水平下各灌水处理的SPAD测量值变化过程的比较可以看出,在该施肥水平下,叶绿素含量(含氮量)随灌水量的增加而增大,表明农田水分供应充足有利于氮肥效率的发挥。由不同水分、氮素处理叶片叶绿素测量值变化过程的比较可以看出,土壤的水分和氮素状况都影响叶片叶绿素含量(叶片含氮量)的变化,土壤氮素的亏缺或水分供应不充足限制了土壤氮素效率的发挥,进而可能造成叶片氮素的亏缺。2.3氧化氮与叶绿素生长量的关系研究表明,作物叶片含氮量对光合作用的影响主要体现在二个方面,其一:作物的辐射利用率RUE(单位辐射形成的干物质产量)随着叶片含氮量的增加而增加,其二:CO2的同化速率随着叶片含氮量的增加而增加,叶片含氮量与二氧化氮的同化速率有着很强的相关关系。研究同时表明,在生理生长阶段,作物主要从外界吸收氮素,果实发育后,作物一方面从外界吸收氮素,另一方面,根、茎、叶中的氮素流向果实器官,以弥补吸氮量的不足所产生的影响。因而可以根据生理发育时期的叶片含氮量对产量进行预测。夏玉米生育期内平均SPAD值和作物产量之间存在着线性相关关系,通过回归分析,得:Y=191.57SAPD−3428.4R2=0.7929(2)Y=191.57SAΡD-3428.4R2=0.7929(2)其中,Y为夏玉米产量(kg/hm2)。2.4水分生理效率与叶绿素含量的关系水分的生理利用效率,定义为单位水量通过叶片蒸腾散失时光合作用形成的干物质量,取决于光合速率和蒸腾速率的比值。图3为夏玉米生长过程中拔节—抽雄期间(7月30日),抽雄—灌浆期间(8月10日)和灌浆—成熟期间(9月1日)采用CI-301型光合作用仪测定的作物生理利用效率(光合作用速率/蒸腾速率)和叶片叶绿素含量SPAD值之间的关系。图中可以看出,作物水分生理效率有随着叶绿素含量增加的趋势,且二者基本上呈线性关系。同时也可以看出,3个不同的发育时间的作物叶片叶绿素含量(含氮量)之间的差异并不是十分明显,作物的水分利用效率的差异较大,这是作物生理需要所决定,叶片含氮量通过影响作物的二氧化碳同化速率和辐射能有效利用速率来影响水分生理利用效率。叶片叶绿素(含氮量)的增加,对于水分利用效率的提高有着显著的影响。3与作物产量的相关性叶绿素仪是一种通过测量有色光通过叶面的吸收量和叶绿素含量之间的关系来测量叶片叶绿素含量的一种仪器,叶绿素含量与叶片含氮量则有着直接的关系。在永乐店试验站进行的观测也证明了这一结论。作物的生长是土壤水分、氮素状况综合作用的结果,而叶片含氮量与光合作用又有着密切的关系,反映叶片叶绿素含量(含氮量)的SPAD值在某种程度上是土壤水分、氮素利用效率的一种综合反映,不同水分、氮素条件下的SPAD观测过程的比较表明,一定的土壤水分状况下,存在一个最合理的氮肥供应需求,施肥量的增加并不能提高作物的生理效率。生育期平均叶绿素SPAD值与作物产量有着明显的相关关系,初步的分析表明,在不同的农田氮素供应水平下,可以根据前期一定生育阶段的叶绿素和叶面积指数测量值指导后期的农田水管理和进行产