不同水氮条件下棉花冠层主动光谱参数变化规律研究

2015-07-07方进良

新疆农垦科技 2015年1期

关键词：水氮冠层氮量

方进良

（兵团第四师六十八团林业站，新疆伊犁 835301）

不同水氮条件下棉花冠层主动光谱参数变化规律研究

方进良

（兵团第四师六十八团林业站，新疆伊犁 835301）

本文探讨了不同水氮条件对棉花光谱参数变化规律的影响，结果表明，棉花冠层NDVI在整个生育期内呈“低-高-低”的变化规律，RVI呈现“高-低-高”的变化趋势，SPAD值呈现与NDVI大致相同的变化趋势，出苗后52 d较低，随后逐渐增大，盛花期峰值出现之后呈逐渐降低趋势。

水氮处理；棉花冠层；光谱参数

获取田间养分和作物生长信息需要进行养分诊断。养分诊断方法多样，传统的作物养分诊断方法虽然准确性高，但是费工、耗时、成本高且无法满足实时大面积养分诊断。近年来，基于光谱的作物营养诊断技术可以实现作物养分实时获取[1]，本研究分析了不同水氮条件下棉花光谱参数NDVI、RVI和SPAD在生育进程中的变化规律，以期为棉花水氮诊断提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试棉花品种为新陆早48号。

1.2 试验设计

小区试验于4月25日播种，设置4个灌溉水平，分别为：W0（2 400 m3/hm2）、W1（3 600 m3/hm2）、W2（4 800 m3/hm2）和W3（6 000 m3/hm2）；4个N水平处理：N0（0 kg/hm2）、N1（150 kg/hm2）、N2（300 kg/hm2）和N3（450 kg/hm2），施氮量均以纯氮计。试验为双因素完全随机排列，3次重复。

1.3 田间管理

种植模式为“1膜2管4行”，膜宽1.2 m，行距配置为30 cm+60 cm+30 cm，种植密度19.5万株/hm2。采用覆膜点播方式播种，膜下滴灌随水施肥。生育期化控4次；7月15日打顶，大田常规管理。播前分别施用P2O5150 kg/hm2和K2O 150 kg/hm2作为基肥。小区面积47 m2（4.7 m×10.0 m），不同的小区间用埋深为80 cm的防渗膜隔开。将氮肥的30%播种前作基肥施入，其余作追肥随水滴施（见表1）。

表1 棉花生育期间灌水量和氮肥追施分配情况 %

1.4 测定项目及方法

1.4.1 NDVI测定

采用美国N-tech公司生产的手持便携式主动光谱（Greenseeker）测量仪采集棉花冠层NDVI数据。

1.4.2 叶片SPAD测定

采用日本Minolta公司生产的SPAD-502叶绿素仪，通过红光（650 nm）与红外（940 nm）光反射率的组合计算得到SPAD值。

1.4.3 数据处理

采用Excel和SPSS 17.0进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 不同水氮条件下NDVI的生育期变化

由图1可以看出，在同一灌水量条件下，NDVI随着施氮量的增加呈现增加的趋势。在棉花的生育进程中，生长前期NDVI随施氮量的变化增加不明显，随着生育进程的推进，氮素对NDVI的影响作用逐渐凸显，在W2和W3水分处理下的数据结果表明，在出苗后 89 d（盛花期）到出苗后 110 d（花铃期），处理间在不同施氮量条件下NDVI的差异极明显，而W0和W1条件下差异相对较小。氮素是作物绿色器官叶绿素的重要组成元素，施氮能促进作物地上部分的旺盛生长，氮肥梯度处理影响了棉花冠层的生长，NDVI也随之出现差异，而水分作为植物对养分吸收和利用的重要介质影响了氮素营养的吸收利用，这主要表现在W0和W1条件下同样的施氮处理对棉花冠层NDVI的影响小于W2和W3处理。

2.2 不同水氮条件下RVI的生育期变化

由图2可以看出，棉花冠层RVI在2个试验品种间的测定值差异不明显。在棉花整个生育期内，RVI的变化恰好与NDVI呈现相反的趋势。在棉花整个生育时期中，RVI呈现出“高-低-高”的变化规律，不同水分处理下的RVI在N0和N1条件下“高-低-高”的变化趋势没有N2、N3处理明显。同一灌水量条件下的棉花冠层RVI整体上随着施氮量的增加呈降低趋势。随着棉花生育进程的推进，施氮量的增加对RVI的降低效应越来越明显，尤其在棉花出苗后89～110 d，各氮素处理之间差异最大，W1和W2下各氮素处理间RVI差异达到极显著。

图1 不同灌水量条件下施氮量对滴灌棉花生育期NDVI变化的影响

图2 同灌水量条件下施氮量对滴灌棉花生育期RVI变化的影响

2.3 不同水氮条件下棉花生育期内功能叶SPAD值的变化

由图3可以看出，各灌水处理下，棉花的SPAD值在生育期内均呈现出与NDVI类似的变化规律（低-高-低），在棉花出苗后60～74 d达到最大值，此后呈下降趋势。不同氮素处理对棉花功能叶片SPAD值均有明显的影响，在水分充足的W2、W3处理条件下，SPAD值在不同氮素处理下具有极显著差异（p＜0.01）。生长初期，氮素对SPAD的促进作用不明显，随着生育期的推进，促进效应愈明显，尤其是在W3处理下，不同氮素处理SPAD值相差可达12.37。灌水对SPAD也具有一定的促进作用，各灌水条件下，SPAD均随着施氮量的增加而增加，W2和W3处理下SPAD值整体高于N0和N1处理。W0下各氮素处理的SPAD值整个生育期内差异最小，W3下差异最大。高水高氮处理较低水低氮处理下的SPAD值整体偏高，且生育后期高水高氮处理的SPAD值下降速率明显低于低水低氮处理。