苎麻叶片SPAD值与氮素含量关系的初步研究

李朝东，崔国贤，谢 宁，丁莎莎，陈兵兵，白玉超

（湖南农业大学苎麻研究所，长沙 410128）

氮是苎麻生长发育及形成器官所必需的营养物质，氮肥可以促进苎麻茎和叶生长，使茎粗叶茂，并增加分株数及有效分株，同时提高鲜茎出麻率。氮肥施用量过小，苎麻达不到期望的产量和品质；施用量过大，苎麻易遭风害、病害，成熟期延迟，而且带来增加投入成本、污染环境、浪费能源等不利影响。在苎麻需肥的关键时期进行实时、无损、准确的氮素营养诊断，对实现指导精准施肥具有重要的意义。

叶绿素仪SPAD-502的测定原理是，根据植物叶片叶绿素对有色光的吸收特性，通过测量一定波长长度的发射光强和透过植物叶片后的光强，可测得植物叶片叶绿素含量的相对值（称SPAD值）。由于植物的叶绿素含量和氮营养元素含量之间关系密切，因此，可以通过测定植物叶片的叶绿素相对值来了解叶片氮素营养状况。叶绿素仪SPAD-502作为一种快速而又方便的诊断工具，被广泛应用于水稻、小麦、棉花等作物的氮素营养诊断上[1，2，3，4，5]，而在苎麻的营养诊断上的应用鲜有报道。本研究分析两个苎麻品种功能叶片在不同时期的SPAD值与全氮营养含量之间的关系，建立基于SPAD值的苎麻叶片全氮含量的回归模型，为苎麻氮营养无损、快速、精确诊断提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2009年4月到2009年7月在湖南农业大学国家麻类长期定位试验基地的盆栽试验场进行（113°04'18"E，28°10'57"N）。供试苎麻材料为“中苎1号”和“多倍体1号”两个品种。4月18日，剪取长势较为一致的嫩枝进行扦插，培育试验材料。5月25日取根系生长良好、大小一致的幼苗，用清水洗净根部后移栽至膨胀珍珠岩作为培养基质的小塑料桶中培养。

为了使苎麻生长反映出缺氮、适量氮、过量氮三个水平，对每个品种设3个处理：N0、N1、N2，参照Hoagland（1950）及Snyder（1933）营养液配方[6]去掉氮元素，再往营养液中加入脲素（CH4N2O）分析纯作为氮源，N0、N1、N2加入纯氮的浓度分别为0mmol/l、10mmol/l、20mmol/l。每桶每周分两次浇营养液 1000ml，每次 500ml。

1.2 方法

1.2.1 叶片SPAD值测定

采用日本KONICAMINOLTA公司生产的SPAD-502型叶绿素仪测定苎麻叶片SPAD值。分别于6月16日（幼苗期），7月1日（旺长期）和7月16日（成熟期），对各处理取有代表性的植株9株进行测定，选取植株顶部下新展开的叶片（倒4叶或倒5叶），在叶基部开始20%-80%区域的主叶脉两端，避开叶脉测量10个点，取平均值，共162个样本。

1.2.2 叶片的全氮含量测定

将测完SPAD值的样品洗净、擦干，置于烘箱中105℃杀青1小时后，80℃烘48小时至恒重。将烘干的样品密封后置于干燥处保存。在三次样品都处理完以后，用微型植物粉样机将叶片干样粉碎，然后过筛混匀，以H2SO4-H2O2消煮后，用凯氏定氮法测定全氮含量。

1.2.3 统计软件

采用DPS数据处理系统v7.05专业版和Microsoft Excel 2003进行数据统计、分析和作图。

2 结果与分析

2.1 施氮水平对苎麻叶片含氮量的影响

不同施氮水平对苎麻功能叶片含氮量有明显影响，表1列出了不同施氮水平条件下，两个苎麻品种功能叶全氮含量的差异性。从表中可以看出，不同施氮处理间，随着施氮水平的提高，两个品种叶片氮含量增加趋势明显。在相同施氮水平处理下，中苎1号品种叶片平均氮含量略高于多倍体1号品种。该结果说明，不同的施氮水平较好的起到了调节苎麻功能叶片氮素营养含量的作用，由于品种差异，相同施氮水平下不同品种叶片的含氮量存在差异。

2.2 SPAD值与全氮含量的相关性

表2列出了中苎1号和多倍体1号品种在三个不同生育时期功能叶的SPAD值和全氮营养含量的相关系数，从表中可以看出，各个生育时期两个苎麻品种的SPAD值与全氮含量都达到了0.01水平下极显著正相关，其中幼苗期和成熟期的相关系数大于旺长期，达到0.90以上。这说明，通过苎麻功能叶片的SPAD值来预测氮含量是可行的。

表1 不同施氮水平对苎麻叶片氮含量的影响Table 1 Effect ofdifferent nitrogen levels on the Ncontent oframie leaves

表2 不同生育时期苎麻功能叶片SPAD值和氮含量的相关系数Table 2 Correlation coefficients ofSPADvalue and nitrogen content oframie functional leaves at different growth stages

2.3 不同生育时期苎麻叶片全氮含量与SPAD值的回归模型

表3列出了不同生育时期两个苎麻品种功能叶片全氮含量和SPAD值的回归模型，从表中可以看出，苎麻主要功能叶片的SPAD值与全氮营养含量在不同的生育时期都呈高度线性正相关。回归模型的相关性检验均达到了0.001极显著水平，且标准误都小于或约等于0.01。除了中苎1号品种旺长期的线性回归模型决定系数R2稍低，仅有0.5811，其它五个回归模型的决定系数R2都高于或约等于0.8，其中两个品种成熟期的回归模型最为理想，决定系数R2分别为0.8954和 0.8925。

表3 不同生育时期两个苎麻品种功能叶片全氮含量和SPAD值的回归模型Table 3 Regression models between nitrogen content and SPADvalues oframie functional leaves at different growth stages

对两个品种功能叶不同时期的SPAD值与氮营养元素含量之间的回归模型作线性拟合图，如图1所示，从图中可以看出不同品种或同一品种在不同测定时期的SPAD值和叶片氮素营养含量的回归趋势线重合度不高，虽然不同品种在幼苗期和成熟期的回归趋势线斜率比较接近，但是旺长期两个品种的回归趋势线与其它时期的趋势线差异明显。因此，在预测精确度要求较高时，应针对不同的品种和生育时期使用不同的预测模型。

2.4 模型检验

对两个苎麻品种在不同生育时期通过SPAD值预测全氮含量的6个预测模型进行精度检验，分析全氮含量预测值和实测值的平均相对误差，检验样本数量为27个。结果（见表4）表明，六个预测模型对苎麻叶片全氮含量的预测精度在85.23%—92.08%之间，这说明三个生育时期SPAD值都能较好的反映苎麻叶片全氮含量变化。不同品种和生育时期模型预测精度略有差异，多倍体1号成熟期模型的预测平均相对误差最小，仅有7.92%，中苎1号旺长期模型的预测平均相对误差较大，为14.77%。

表4 不同生育时期两个苎麻品种功能叶片全氮含量和SPAD值的回归模型检验Table 4 The accuracy test of regression models between nitrogen content and SPAD value of ramie functional leaves at different growth stages

3 讨 论

通过分析不同施氮水平下苎麻叶片全氮营养元素的含量，发现随着施氮水平的提高，两个品种的叶片含全氮量增加趋势明显。因此认为，不同的施氮水平起到了调节苎麻功能叶片全氮营养含量的作用。通过分析苎麻叶片SPAD值与全氮含量的相关性，发现苎麻两个品种主要功能叶片的SPAD值在不同的生育时期都与氮素营养含量都达到了0.01水平下极显著正相关，其中幼苗期和成熟期的相关系数大于旺长期，达到0.90以上。这说明，SPAD值可以很好的反映苎麻的全氮营养状况，通过SPAD值预测叶片全氮含量具有可行性。建立的SPAD值预测叶片全氮含量的6个回归模型的预测精度在85.23%-92.08%之间。通过对6个回归方程做线性拟合图发现，不同品种或同一品种在不同测定时期的SPAD值和叶片氮素营养含量的回归趋势线重合度不高，虽然不同品种在幼苗期和成熟期的回归趋势线斜率比较接近，但是旺长期两个品种的回归趋势线与其它时期的趋势线差异明显。这与屈卫群[5]和王亚飞[7]研究棉花和小麦叶片SPAD值与氮含量关系的结论一致。

本研究是利用苎麻叶片SPAD值来预测全氮含量的初步探索，由于研究对象仅为两个苎麻品种，所建立的预测模型仅能用于相应品种的不同生育时期。是否能建立不同品种和生育时期通用的普适性高精度预测模型，还有待进一步研究。在今后的研究中应引入更多苎麻品种并增加施氮水平处理梯度，力求得到最佳的施氮水平和SPAD值的最佳相关回归模型。

[1] 张金恒，王珂，王人潮.叶绿素计SPAD-502在水稻氮素营养诊断中的应用[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2003，31（2）：177-180.

[2] 吴良欢，陶勤南.水稻叶绿素计诊断追氮法研究[J].浙江大学学报（农业与生命科学版），1999，25（2）：135-138.

[3] 李志宏，刘宏斌，张福锁.应用叶绿素仪诊断冬小麦氮营养状况的研究[J].植物营养与肥料学报，2003，9（4）：401-405.

[4] 朱新开，盛海君，顾晶等.应用SPAD值预测小麦叶片叶绿素和氮含量的初步研究[J].麦类作物学报，2005，25（2）：46-50.

[5] 屈卫群.王绍华.陈兵林等.棉花主茎叶SPAD值与氮素营养诊断研究[J].作物学报，2007，33（6）：1010-1017.

[6] 薛应龙.植物生理学实验手册[M].上海：上海科技出版社，1985，60-63.

[7] 王亚飞.SPAD值用于小麦氮肥追施诊断的研究[D].江苏：扬州大学，2008.