摘要 主要闡述了土壤診斷、癥狀診斷、化學(xué)診斷與無(wú)損測(cè)試診斷在玉米氮素營(yíng)養(yǎng)診斷中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞 氮素；營(yíng)養(yǎng)診斷；玉米

中圖分類號(hào) S153.6+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）17-05447-01

在所有的農(nóng)作物中，玉米是最能耐受土壤和肥料中高氮素量而不影響產(chǎn)量的作物。因此，玉米的氮肥用量常常過(guò)高。這在造成氮肥巨大浪費(fèi)的同時(shí)，付出的環(huán)境代價(jià)也是無(wú)法估量的。準(zhǔn)確、及時(shí)地對(duì)玉米進(jìn)行氮素營(yíng)養(yǎng)診斷，確定氮肥施用量，提高氮肥利用率具有十分重要意義。為此，關(guān)于玉米氮素營(yíng)養(yǎng)診斷的研究一直備受關(guān)注。筆者對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)診斷在我國(guó)玉米生產(chǎn)上應(yīng)用的研究現(xiàn)狀做一介紹。

1 土壤診斷

土壤診斷通過(guò)測(cè)定土壤氮素含量，分析其豐缺程度，間接反映玉米的氮素營(yíng)養(yǎng)狀況。在20世紀(jì)80年代，我國(guó)研究人員在借鑒國(guó)外土壤剖面無(wú)機(jī)氮測(cè)試方法的基礎(chǔ)上，對(duì)玉米氮肥施用進(jìn)行研究，認(rèn)為0～100 cm NO3N 含量可以作為玉米推薦施肥參考指標(biāo)。陳新平等[1]應(yīng)用土壤植株快速測(cè)試方法建立了氮肥實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，在春玉米和夏玉米上取得較好的效果。目前，基于土壤硝態(tài)氮測(cè)試的氮肥施用在玉米上的研究較多。研究表明，基于土壤硝態(tài)氮測(cè)試的氮肥施用實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量的提高與氮肥的節(jié)約。土壤診斷常用參考指標(biāo)優(yōu)勢(shì)與不足見(jiàn)表1。

2 癥狀診斷

癥狀診斷是根據(jù)作物表現(xiàn)出的某種特定癥狀，確定它可能缺乏某種營(yíng)養(yǎng)元素的方法。關(guān)于玉米缺氮的癥狀研究較成熟，但是癥狀診斷方法僅適用于只有氮素虧缺的情況，因?yàn)樵谟衩淄瑫r(shí)缺乏2種或2種以上營(yíng)養(yǎng)元素或出現(xiàn)因非營(yíng)養(yǎng)性因素而引起的癥狀時(shí)，則易混淆。而且，玉米出現(xiàn)缺氮癥狀時(shí)，玉米缺氮狀況已較嚴(yán)重，此時(shí)再采取補(bǔ)救措施，已影響玉米生長(zhǎng)。

3 化學(xué)診斷

化學(xué)診斷是指通過(guò)化學(xué)分析找到氮素營(yíng)養(yǎng)臨界濃度的方式進(jìn)行診斷的方法。不同植株器官的營(yíng)養(yǎng)臨界濃度不同，應(yīng)用植株全氮診斷玉米氮素狀況的研究最早，但是其分析操作繁瑣，工作量較大，在推廣應(yīng)用中有一定的困難。目前，國(guó)外已成功應(yīng)用硝酸鹽速測(cè)法指導(dǎo)玉米生產(chǎn)。李志宏等[2]通過(guò)對(duì)冬小麥-夏玉米輪作制度下氮素診斷及追肥推薦的研究，確定了夏玉米二苯胺法與反射儀法的氮素營(yíng)養(yǎng)診斷的臨界值；肖焱波等[3]通過(guò)對(duì)云南當(dāng)?shù)刂髟杂衩灼贩N進(jìn)行研究，確定了硝酸鹽診斷臨界值、追肥推薦模型。我國(guó)硝酸鹽速測(cè)法在玉米生產(chǎn)中仍未大范圍的推廣應(yīng)用。

4 無(wú)損測(cè)試診斷

無(wú)損測(cè)試技術(shù)不破壞植物組織結(jié)構(gòu)，利用各種手段對(duì)作物的營(yíng)養(yǎng)狀況與生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)行監(jiān)測(cè)。它可以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)玉米氮營(yíng)養(yǎng)狀況，并且及時(shí)提供玉米追肥所需要的信息。玉米氮素營(yíng)養(yǎng)診斷無(wú)損測(cè)試方法主要有肥料窗口法、葉色卡片法、葉綠素儀法和光譜遙感分析技術(shù)。

4.1 葉綠素儀法

大量研究已表明，植物葉片的含氮量與葉綠素含量密切相關(guān)，所以可以通過(guò)測(cè)定葉綠素含量來(lái)診斷玉米氮素狀況。我國(guó)已開展用葉綠素儀進(jìn)行玉米氮素診斷和氮肥推薦的研究。李志宏等[4]研究葉綠素儀（SPAD502）

在夏玉米氮營(yíng)養(yǎng)診斷中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用葉綠素儀監(jiān)測(cè)夏玉米氮營(yíng)養(yǎng)狀況的最佳測(cè)定部位為葉基部開始的40%～70%區(qū)域，該部位葉綠素儀測(cè)定值與玉米全氮、施氮量及產(chǎn)量之間均有較好的相關(guān)性。為了消除品種和生長(zhǎng)環(huán)境的不同對(duì)SPAD值所帶來(lái)的影響，李占成等[5]均采 用相對(duì)葉綠素儀測(cè)定值校正法，提高葉綠素儀對(duì)玉米追肥推薦中氮營(yíng)養(yǎng)狀況的預(yù)測(cè)精度，但是無(wú)法完全消除外部因素對(duì)SPAD值的影響，甚至?xí)绊懭~綠素儀發(fā)揮其快速、簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。不同的玉米品種在不同生長(zhǎng)階段的SPAD值差異較大，所以需要針對(duì)不同玉米品種建立不同的SPAD值的診斷標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 光譜遙感分析技術(shù)

4.2.1 敏感波段研究。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，為了探討利 用光譜診斷氮素的可能性，科學(xué)家們進(jìn)行了大量的研究，尋找氮素的敏感波段及其反射率在不同氮素水平下的表現(xiàn)。研究表明，許多植物一樣在缺氮時(shí)無(wú)論是葉片

還是植物冠層水平的可見(jiàn)光波段反射率都有所增加。周麗麗等[6]對(duì)試驗(yàn)玉米品種進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)3個(gè)品種（組合）都在500～649和691～730 nm表現(xiàn)出0.01水平顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，并且在同一波長(zhǎng)獲得最高的相關(guān)系數(shù)，說(shuō)明可以利用統(tǒng)一的波段來(lái)預(yù)測(cè)不同品種的葉片氮含量。

4.2.2 葉片光譜指數(shù)與模型研究。

在明確玉米的氮素敏感波段后，許多學(xué)者開始利用各種統(tǒng)計(jì)方法來(lái)研究氮素含量與光譜反射率或其演生量的關(guān)系，并且探索建立合適的模型來(lái)估算玉米的氮素含量[7]。陳志強(qiáng)等[8]

在構(gòu)建玉米葉片氮素含量的預(yù)測(cè)模型時(shí)發(fā)現(xiàn)，以光譜指數(shù)DSI（564，681）和DSI（681，707）構(gòu)建的指數(shù)預(yù)測(cè)模型效果最好，預(yù)測(cè)精度達(dá)93.43%和93.39%，能有效地估測(cè)葉片氮素含量。也有學(xué)者確立玉米生育前期以對(duì)數(shù)模型、生育后期以指數(shù)模型為氮素營(yíng)養(yǎng)的光譜診斷模型。

此外，許多研究表明，在玉米的不同生育時(shí)期，其光譜響應(yīng)的敏感程度和敏感波段存在差異。由此可知，在玉米的不同生育期，應(yīng)選擇相對(duì)應(yīng)的氮素敏感波段，構(gòu)建相關(guān)度高的參數(shù)來(lái)診斷玉米的營(yíng)養(yǎng)狀況。

4.2.3 玉米冠層光譜研究。

在玉米冠層光譜分析方面，孫紅等[9]研究了不同施氮水平下玉米冠層光譜反射特征，發(fā)現(xiàn)施氮水平偏低區(qū)域的葉片冠層反射率在整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)均明顯高于其他施氮水平，偏高和正常施氮區(qū)域內(nèi)葉片光譜反射強(qiáng)度基本相同。也有學(xué)者運(yùn)用圖像處理技術(shù)對(duì)玉米冠層葉片的近地多光譜圖像進(jìn)行分析，建立玉米葉片氮素營(yíng)養(yǎng)含量的估測(cè)模型。研究表明，多光譜圖像分析也可實(shí)現(xiàn)對(duì)玉米冠層氮營(yíng)養(yǎng)含量的快速估測(cè)。但是，植株葉片含水量、土壤覆蓋程度、冠層幾何結(jié)構(gòu)、大氣對(duì)光譜的吸收等因素均影響冠層光譜反射特征，極大地限制了利用遙感進(jìn)行玉米氮素診斷的可靠性。

5 結(jié)語(yǔ)

氮素營(yíng)養(yǎng)診斷是玉米營(yíng)養(yǎng)診斷的主要內(nèi)容，是高效利用氮肥的重要依據(jù)。

土壤診斷間接診斷玉米氮素營(yíng)養(yǎng)狀況，操作較繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，時(shí)效性較差。今后，應(yīng)在不同土壤、不同玉米品種對(duì)應(yīng)土壤開展氮素營(yíng)養(yǎng)診斷值的系統(tǒng)研究。癥狀診斷研究較成熟，需要診斷人員具有豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，僅適用于只有氮素虧缺的情況，時(shí)效差，在實(shí)際應(yīng)用上存在著明顯的局限性。

化學(xué)診斷較準(zhǔn)確，能消除其他影響因子的干擾；需破壞植物組織結(jié)構(gòu)，分析操作較繁瑣，工作量大。今后，應(yīng)開展診斷時(shí)期、診斷部位與氮素營(yíng)養(yǎng)臨界濃度的系統(tǒng)研究。無(wú)損測(cè)試技術(shù)時(shí)效性好，準(zhǔn)確度較高，易受天氣條件、品種類型以及其他脅迫因子的干擾。對(duì)于影響無(wú)損測(cè)試技術(shù)的主要干擾因素的研究，應(yīng)提高診斷的可靠性和普適性。

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