基于叶片SPAD值的滴灌春小麦氮肥分期施用推荐模型

史力超，翟勇，王雪艳，侯振安，冶军

（石河子大学农学院农业资源与环境系，新疆石河子832003）

基于叶片SPAD值的滴灌春小麦氮肥分期施用推荐模型

史力超，翟勇，王雪艳，侯振安，冶军

（石河子大学农学院农业资源与环境系，新疆石河子832003）

试验于2014—2015年进行，利用2014年田间试验建立基于叶片SPAD值的滴灌春小麦氮肥分期施用推荐模型，2015年进行推荐模型的验证实验。结果表明：在滴灌春小麦拔节期、孕穗期、抽穗期和灌浆期，随着氮肥施用量的增加，小麦叶片SPAD值均呈线性增加的趋势；各生育期叶片SPAD值与产量具有显著的相关性；全生育期最佳施氮量为261 kg·hm－2；滴灌春小麦拔节期、孕穗期、抽穗期和灌浆期叶片SPAD临界值分别为42.4、39.4、41.8、54.1；建立了基于叶片SPAD值的滴灌春小麦氮肥分期施用推荐模型，在保证产量的前提下，基于模型推荐施肥可以节约肥料7.86%，提高氮肥利用率9.64%。研究得出，小麦叶片SPAD值可以指导滴灌春小麦氮肥分期施用。

春小麦；滴灌；SPAD值；氮肥推荐模型

小麦是世界主要的粮食作物之一，增施氮肥是小麦增产最为重要的技术手段，但过量施氮不利于滴灌春小麦产量形成［1－2］。滴灌技术在新疆春小麦生产上的应用取得了良好的效果，滴灌小麦面积也逐年扩大［3－4］。滴灌技术的应用使春小麦施氮肥方式由漫灌下的一次性追肥发展到分期多次追肥［5］。确定总量的推荐施肥已无法满足滴灌春小麦分期施肥需要［6］，因此，快速准确诊断出滴灌小麦氮素营养状况对氮肥合理施用具有重要意义。

SPAD－502叶绿素仪能快速确定叶片叶绿素相对含量，从而反应作物氮素营养状况，其中小麦以旗叶最新完全展开叶的SPAD值与小麦的氮素营养状况相关性最好［7－8］。冬小麦从返青到成熟期叶片SPAD值与施氮量、叶片全氮含量均呈显著线性相关［9－10］。但是，应用SPAD－502叶绿素仪对新疆滴灌小麦进行氮素营养诊断方面的研究较少。本研究通过分析不同施氮水平下滴灌春小麦各生育时期叶片SPAD值与施氮量、产量的关系，确定各生育时期叶片SPAD临界值，并建立氮肥分期追肥模型，以期为滴灌春小麦精准施氮提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2014—2015年在新疆石河子市天业生态园（N44°19′44.5″，E86°03′38.0″）进行，前茬作物为油葵，土壤为灌耕灰漠土，0～30 cm土层土壤有机质16.6 g·kg－1，碱解氮68.5 mg·kg－1，速效磷16.3 mg·kg－1，速效钾189.1mg·kg－1，供试品种为新春35号。

1.2 试验设计

（1）2014年进行小麦氮肥试验，用于建立滴灌春小麦氮肥分时期推荐模型。设6个施氮水平，分别为施纯氮0（N0）、75（N1）、150（N2）、225（N3）、300（N4）、375（N5）kg·hm－2，氮肥为尿素，每个处理基肥占总施肥量的20%、拔节期40%、孕穗期20%、抽穗期10%、灌浆期10%，追肥在每次指标测定后第二天进行。总灌水量为6 000 m3·hm－2，苗期灌水量占总灌水量的15%、拔节期25%、孕穗期20%，扬花期和乳熟初期分别为15%，乳熟末期10%。滴灌带布置为一管四行的田间配置方式（即4行小麦1条滴灌带，行距为15 cm，滴灌带幅宽为60 cm）。每个处理重复三次，小区面积为3×3＝9m2，小区之间各设50 cm保护行。磷（P2O5）、钾（K2O）作为基肥一次性施入，施用量为150 kg·hm－2。

（2）2015年在新疆石河子市天业生态园进行滴灌小麦氮肥分时期推荐模型田间验证试验。试验设：不施氮肥（N0）、常规施肥（Nc，总施肥量为纯氮225 kg·hm－2，在各生育时期按2014年试验比例施用）和推荐施肥（Nd，按追肥推荐模型施氮）3个处理。栽培模式和2014年试验一致，每个处理重复三次，小区面积为3×3＝9 m2，小区之间各设50 cm保护行。磷（P2O5）、钾（K2O）作为基肥一次性施入，施用量为150 kg·hm－2。

1.3 样品采集及测定

采用SPAD－502叶绿素仪在拔节期、孕穗期、抽穗期、扬花期、灌浆期、乳熟期测定叶片SPAD值。测试时间为晴天11∶00—13∶00，每个小区随机选取30株小麦，测定最上部完全展开叶的中部。成熟时每个小区随机取1m2样方测产，计算单位面积的籽粒产量。

1.4 数据处理

试验数据使用SPSS 17.0软件进行方差分析，应用Microsoft Excel 2003制图。

2 结果与分析

2.1 不同施氮水平下滴灌春小麦叶片SPAD值的变化

叶片SPAD值变化总体呈“减小－增大－减小”的趋势，拔节期到孕穗期SPAD值略有下降，孕穗期到抽穗期相对稳定，抽穗期到灌浆期增长迅速，灌浆期以后，叶片SPAD值开始下降。整体来看N0和N1处理SPAD值明显处于较低水平，同一时期与高氮处理之间差异显著。

图1 不同施氮水平下滴灌春小麦叶片SPAD值的变化Fig.1 SPAD value of leaves at differentgrowth stages for drip-irrigated spring wheatby different N treatments

2.2 不同生育时期滴灌春小麦叶片SPAD值与施氮量的关系

在拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期，随施氮量的增大，滴灌春小麦叶片SPAD值均呈线性增加（图2）。其中以抽穗期和灌浆期的相关性更显著，并且同一处理各重复间SPAD值更稳定。

2.3 施氮对滴灌春小麦产量的影响

随着施氮量的增加，滴灌春小麦的产量先增后降，说明施氮量不足和过高都会导致减产，因此可以用一元二次方程对施氮量与产量的关系进行拟合（图3）。对图3的方程求偏导，得到最高产量为7 301 kg·hm－2，对应的施氮量为261 kg·hm－2。此施氮量为全生育期总施氮量，可以作为追施氮肥总量的参考。

图2 滴灌春小麦各生育时期叶片SPAD值与施氮量的关系Fig.2 Relationships between SPAD values of leaves at different growth stages and N rates on drip-irrigated spring wheat

图3 施氮对滴灌春小麦产量的影响Fig.3 Effects of nitrogen rate on yield of drip-irrigated spring wheat

2.4 滴灌春小麦不同生育时期叶片SPAD临界值的确定

滴灌春小麦拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期叶片SPAD值与产量之间表现为二次曲线关系（图4），说明在一定范围内，滴灌春小麦叶片SPAD值增大，产量也增加，叶片SPAD值超过一定值以后，产量增加缓慢或者有所下降。根据图4中4个时期滴灌春小麦叶片SPAD值与产量的关系函数，求得达到最高产量的拔节期、孕穗期、抽穗期和灌浆期的最适SPAD值分别为44.0、40.7、43.6、55.8。一般将最高产量的90%～95%作为临界值，根据不同生育时期SPAD值与产量的函数关系，确定拔节期、孕穗期、抽穗期和灌浆期的临界SPAD值分别为42.4、39.4、41.8、54.1。

2.5 基于叶片SPAD值的滴灌春小麦氮肥推荐模型的建立

根据滴灌春小麦各生育时期的叶片SPAD值与施肥量的线性关系以及临界SPAD值，可以建立SPAD值诊断追肥模型。设图2所示的线性关系求出的各生育时期的测定SPAD值前一次的氮肥水平为Nfer，全生育时期总施氮量为Nopt，则各生育时期阶段Nd追肥量：

将（2）式代入（1）式，得到SPAD值诊断推荐施肥模型：

式中，Nd为各生育阶段追氮量，Nopt为小麦全生育时期总施氮量，单位为kg·hm－2；b为各生育时期的SPAD值与施氮量线性方程的回归系数；ɑ为截距。

将Nopt＝261 kg·hm－2以及图2确定的ɑ，b值代入式（3），可以得到各生育期推荐追肥模型（表1）。根据氮肥推荐模型计算出各生育期所需要的施肥量，并依据此进行氮肥推荐。

2.6 推荐施肥与常规施肥的对比

由表2得出常规施肥和按模型推荐施肥与不施氮肥相比产量分别提高了44.0%、43.2%，但常规施肥与按模型推荐施肥间产量无显著差异。而按模型推荐施肥与常规施肥相比可以节约肥料7.86%、提高肥料利用率9.64%。表明在保证产量的前提下，按模型推荐施肥可以减少肥料投入。

图4 滴灌春小麦各生育时期叶片SPAD值与产量的关系Fig.4 Relationships between SPAD values of leaves at differentgrowth stages and yield of drip-irrigated spring wheat

表1 滴灌春小麦各生育期氮肥推荐模型Table 1 Recommended models for nitrogenous fertilizer rate at different stages of drip-irrigated springwheat

表2 推荐施肥处理和常规施肥处理的比较Table 2 Comparisons between nitrogen strategymodels and conventional fertilization treatments

3 讨论

滴灌春小麦从拔节期到抽穗期小麦叶片SPAD值略有减小，相对稳定，随后迅速增加，进入灌浆期后开始减小。这可能是因为小麦生育前期干物质迅速积累，叶片叶绿素含量相对较低，导致叶片SPAD值也较小［13］；抽穗期到灌浆期干物质较稳定，叶片SPAD值随叶片叶绿素含量增加而增加；进入灌浆期叶片氮素和叶绿素向籽粒中转运，叶片SPAD值减小。而朱云等［14］认为，小麦拔节期到孕穗期叶片SPAD值相对稳定，孕穗期到抽穗期略有增加，其他时期与本研究结果相似。这可能是由不同品种小麦生育特性导致的。郑飞等［11］和胡昊等［12］研究表明，冬小麦叶片SPAD值随生育期呈先增加后减小趋势。

叶片SPAD值与施氮量和产量的相关关系表明，SPAD值能够很好地反映滴灌春小麦氮素营养状况，这与潘薇薇等［15］和胡昊等［12］的研究结果一致。谢华等［10］试验表明，冬小麦从返青到成熟期随着施氮量的增加，叶片SPAD值也相应增加，但当施氮量达到一定程度以后，再增加施氮量并没有带来叶片SPAD值的相应增加，这与本研究结果不同。本研究表明，随着施氮量的增加，滴灌春小麦叶片SPAD值也一直增加，这可能是因为本研究的最高施氮量相对较小，叶片SPAD值并未随施氮量增加而增加。Blackmer［16］研究发现，不论在供氮充足和缺乏时，作物叶片SPAD值和产量都有很好的相关性；但处于奢侈吸收时，产量不再随叶片SPAD值增加而增加。这与本研究结果相似，各生育时期叶片SPAD值与产量呈二次相关。

陈俊辉等［17］和李刚华等［18］利用叶绿素仪分别对马铃薯和水稻进行氮素营养诊断，并建立氮肥推荐模型。潘薇薇等［15］、王晓静等［19］和李新伟等［20］分别基于棉花叶片SPAD值、叶柄NO3－含量和冠层NDVI值建立了棉花氮肥分期推荐模型。近年来，新疆滴灌技术在小麦上的应用使肥料可以按小麦生育时期随水滴施。本研究应用叶绿素仪得出滴灌小麦拔节期、孕穗期、抽穗期和灌浆期的临界SPAD值分别为42.4、39.4、41.8、54.1，并建立滴灌春小麦氮肥分期推荐模型，田间对比试验表明该模型在保证产量前提下，可以节约肥料，提高氮肥利用率。

本试验基于新春35号得到推荐施肥模型，由于不同品种［21－23］小麦在同一生育时期叶片SPAD值差异很大，并且叶片SPAD值随生育时期变化容易造成实际测量日期与模型日期不符，导致追肥模型误差增大。因此，今后应对本地区主栽小麦品种适用于生育期中任何一天的追肥推荐模型加以研究。

4 结论

应用叶绿素仪（SPAD－502）可以比较准确地推测和诊断小麦氮素营养水平。小麦拔节期、孕穗期、抽穗期和灌浆期叶片的临界SPAD值分别为42.4、39.4、41.8、54.1。建立基于叶片SPAD值的滴灌春小麦氮肥分期追施模型与常规施肥相比可以减少施肥量、提高肥料利用率，模型可以指导滴灌春小麦氮肥分期施用。

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Recommendation model of nitrogen fertilizer based on SPAD of leaves for drip-irrigated spring wheat

SHILi-chao，ZHAIYong，WANG Xue-yan，HOU Zhen-an，YE Jun
（Depɑrtment of Resourcesɑnd Environmentɑl Sciences，College of Agronomy，Shihezi University，Shihezi，Xinjiɑng 832003，Chinɑ）

To explore a nitrogen fertilizer recommendation using SPAD－502 for drip-irrigated springwheat，an experiment had been carried outbetween 2014 and 2015.Field testdata in 2014 was applied to establish a nitrogen fertilizer recommendationmodelbased on SPAD of leaves for drip-irrigated springwheat，which was compared with the field test in 2015.The results showed that the SPAD ofwheat leaves presented a liner increasing trend with the increase of N fertilizer rate at jointing，booting，heating and filling stages.The corresponding thresholds of SPAD were 42.4，39.4，41.8，and 54.1，respectively，when the total application rate of nitrogen fertilizer was 261 kg·hm－2during the whole growth period of springwheat.As a result，a nitrogen fertilizer recommendationmodel based on the SPAD of leaves could be established in this experiment.Field experiment indicated that the nitrogen fertilizer recommendation model could make the fertilizer application rate down by 7.86%and the utilization ratio up by 9.64%when wheat yield is secured.

springwheat；drip irrigation；SPAD value；N fertilizer recommendation

S512.1＋2；S147.2；S311

：A

1000-7601（2017）01-0103-05

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.01.16

2016-01-20

国家科技支撑计划课题（2012BAD42B02）

史力超（1990—），男，黑龙江齐齐哈尔人，硕士研究生，主要从事植物营养诊断研究。E-mail：shidaslc＠163.com。

冶军，副教授，硕士导师，主要从事新型肥料研究。E-mail：yejun.shz＠163.com。