李加芬

傳統(tǒng)的測量田間氮素營養(yǎng)指標是通過破壞作物取樣，需要消耗大量的人力物力，準確性偏低，時效性差，并存在一定的主觀影響，不適合推廣和使用?，F(xiàn)代監(jiān)測技術(shù)包括葉綠素儀、葉綠素突光技術(shù)、作物數(shù)碼圖像識別技術(shù)和光譜遙感監(jiān)測技術(shù)，在不破壞作物的基礎(chǔ)上，利用多種現(xiàn)代技術(shù)手段來對作物含氮量進行大面積快速準確高效的獲取氮素含量是科學氮肥運籌的關(guān)鍵。

一、供試材料和方法

1、試驗設(shè)計

實驗地點是大學當中的農(nóng)作站，土壤是褐土，為堿性，氮、磷、鉀含量分別是53.82mg、18.44mg、236.91mg，使用的肥料主要是尿素，含氮量大約46%，還有12%的是過磷酸鈣。

試驗時間：2018年9月～2019年6月，該實驗為氮肥運籌試驗，釆用隨機區(qū)組設(shè)計。氮肥施入量分別為NO：0 kg/hm2;Nl：75kg/hm2;N2：150kg/hm2;N3：225kg/hm2;N4：300kg/hm2。供試品種為：京9549。小區(qū)面積4*7=28m2，行距20cm，重復(fù)3次，田間在管理上相同。

2、測量指標和方法

（1）冠層光譜測定

高光譜分辨率遙感是利用應(yīng)用探測器，遙遠地感知一個客觀物體的存在，將電磁波信號記錄下來，通過后期分析揭示物體的特性和變化的一門綜合性探測技術(shù)。其原理是對光譜學的應(yīng)用。

對小麥的冠層光譜測定使用的儀器是美國生產(chǎn)的，型號是FieldSpec3，波段是2500m～350nm，視場角度約25度。其中波段不一樣，光譜間隔也不一樣，當光譜采樣的波段帶在350～1000nm時，光波采樣間隔度是1.4納米。當光譜采樣的波段帶超過1000nm，不足2500m時，光譜采樣間隔大約在2nm。儀器每三個月進行一次光度校準。測量時選擇天氣比較晴朗少云，沒有風時。分別在冬小麥不同的季節(jié)檢測。并對光譜測定率進行記錄，不管是哪一個時期，時間都在上午十點到下午兩點之間檢測。測量時探頭和冠層間的垂直距離約1.2m左右。在不同的區(qū)域點選取三個點進行測量，每次測量的次數(shù)不低于五次，平均值為該區(qū)域內(nèi)光譜的測量值。

（2）葉綠素（Chi）含量測定

測定葉綠素含量時和特定光譜亮度一樣，在冬小麥不同的生長期采集。讓葉子進行密封每個不同的區(qū)域最少重復(fù)三次，將選取的樣本進行測定。先將葉脈部分去掉，裁剪成不同的小塊，寬度不超過2mm，放到容量瓶中，比例為4：1。用1ml的丙酮和15ml的80%的丙酮選取的樣品浸泡，密封保存中不能見光，約24小時后進行測定。

（3）葉面積指數(shù)測定

葉面積指數(shù)測定和光譜測定同時進行，葉面積指數(shù)測定使用的是干重法。在不同的地方選取小麥進行測定，每個地區(qū)隨機選5個葉片，用尺子量取寬度，再精確地剪下葉片中段4cm，求得這部分葉片的總面積（Si），烘干稱重（Wi），并將S的冬小麥葉片的其余部分烘干稱重（W2），求得葉片總面積。

（4）植株生物量的測定

本次使用的方法是烘干稱重法，在不同的小區(qū)選一些比較有代表性的植物來測量，每個小區(qū)大約選10株，先對生物量進行測定和計算，再對重量測量，最后將生物放入烤箱內(nèi)烘烤30分鐘后，繼續(xù)烘干，溫度和之前相比有所降低，直到烘干為止。每兩小時測一次重量之間的差值，根據(jù)記錄的數(shù)值，計算植株的含水量。

（5）植株氮素測定

確定植株氮素含量時，使用的是微量凱氏定氮法。先將選取的植株樣品粉碎，再加入一些化學制劑一起加熱的過程中蛋白質(zhì)進行充分分解，分解之后的物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)生成的硫酸氨，最后用鹽酸的標準溶液進行滴定后，根據(jù)氮素含量的計算公式得到植株氮素的含量。公式如下：

式中V為鹽酸體積變量，M為樣品質(zhì)量。氮素積累量（kg/hm2）=全氮含量*干物重

二、冬小麥光譜變化特征分析

1、冬小麥冠層光譜變化規(guī)律

（1）不同生育時期冬小麥冠層光譜變化規(guī)律

本次將氮素進行處理，最后發(fā)現(xiàn)冬小麥觀光層光譜的變化曲線基本上沒有發(fā)生變化，以氧化氮為例，紅光波段和藍光波短分別出現(xiàn)了兩個反射率比較低的吸收谷。但中間有一個比較強的反射峰是綠光波段約為550nm。光譜曲線在波段680nm時開始上升，1000nm時到達頂峰，這時近紅外高臺區(qū)反射的波形變化比較明顯。

（2）不同氮梯度下冬小麥冠層光譜的變化規(guī)律

冬小麥在生產(chǎn)過程中，雖然氮素不一致，但觀測光譜變化基本一樣。氮元素對冬小麥的生長幫助非常大，生長情況和氮素含量成正比。同時，植被的覆蓋率也比較高，葉綠素比較強，導(dǎo)致可見光區(qū)的反射率比較低。

2、冬小麥冠層光譜一階導(dǎo)數(shù)變化規(guī)律

（1）不同生育時期冬小麥冠層光譜一階導(dǎo)數(shù)變化規(guī)律

原始光譜反射力度雖然會受到背景因素的干擾，但經(jīng)過一階微處理影響可忽略不計。除成熟期外，冬小麥在其他生長期，光譜線路基本保持不變。其中反射率變化有一部分比較大，就是紅邊的位置。這個特征比較明顯，也是和其他綠色植被區(qū)別最明顯的地方。一些小的波峰在930～1130nm處會有一個小的波谷。拔節(jié)期光譜反射率最高，可能是因為小麥生長時，植株含水量比較低。冬小麥的冠層光譜的紅邊特征比較明顯，其實這種現(xiàn)象在生長前期就出現(xiàn)了，但因受到土壤信息和冬小麥葉面積的影響并沒有表現(xiàn)出來，隨著冬小麥不斷的生長，覆蓋度和之前相比都有明顯的增加。在生產(chǎn)的過程中，土壤對小麥的影響也比之前有所降低，所以生長后期這種雙峰現(xiàn)象會慢慢表現(xiàn)出來。但隨著葉片繼續(xù)生長和脫落，最后會逐漸消失。

（2）不同氮梯度下冬小麥冠層光譜一階導(dǎo)數(shù)變化規(guī)律

冬小麥在生長的過程中，雖然氮元素的含量不一樣，但光譜曲線一致。在近紅外區(qū)反射率和施氮量成正比，可見光區(qū)域反射率和施氮水平成反比。冬小麥在紅邊區(qū)生產(chǎn)時，如果施氮的含量過多，可能會出現(xiàn)紅移現(xiàn)象。另外，冬小麥成熟期時反射率最小，隨著冬小麥不斷生長，反射率變化也越來越小，可能是因為小麥在生長時營養(yǎng)成分有所轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致小麥籽兒的營養(yǎng)比較高，葉片的營養(yǎng)素比較低。

（作者單位：651215 云南省祿豐縣一平浪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村服務(wù)中心）