徐靜

摘? ? 要：通過試驗分析得出玉米葉片含氮量與NDVI值（植被覆蓋指數(shù)）的相關關系，結(jié)果表明，在不同監(jiān)測時期，玉米葉片含氮量與NDVI值的關系呈正相關性。在低氮到高氮范圍內(nèi)（0～200 kg/hm2），玉米葉片的含氮量最大變幅為2.66％～4.60％，相同時期下，當施氮量達到200 kg/hm2時，葉片含氮量幾乎沒有增長，說明施用氮肥對提高玉米葉片含氮量有顯著作用，但過量施用氮肥時葉片含氮量不再繼續(xù)提高。本試驗結(jié)論為玉米氮素營養(yǎng)狀況的無損監(jiān)測診斷和精確施肥等提供理論依據(jù)和技術支持。

關鍵詞：玉米；NDVI值；含氮量

文章編號：1005-2690（2023）10-0001-03? ? ? ?中國圖書分類號：S153? ? ? ?文獻標志碼：B

玉米葉片含氮量直接影響其光合同化和物質(zhì)積累能力。應利用GreenSeeker光譜傳感器對玉米葉片的NDVI值進行無損實時監(jiān)測光譜信息，基于科學的施肥方法，確定氮肥對作物的變量投入，即按需投入[1]，防止化肥過量污染環(huán)境，從整體上減輕面源污染。

文章利用不同玉米品種、不同施氮水平的田間試驗資料，研究玉米葉片含氮量與NDVI值的定量關系，確立描述葉片氮含量與NDVI值關系的方程式，評價玉米植株冠層變化及氮肥營養(yǎng)狀況，進一步引導農(nóng)民科學、綠色、高效施肥，提升糧食供給保障能力，促進農(nóng)民增收和農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展，提高氮肥的利用率，實現(xiàn)肥料減量增效。

1 現(xiàn)有技術

利用遙感技術可以快速、無損實時監(jiān)測作物長勢、營養(yǎng)狀況及產(chǎn)量形成等，是精確農(nóng)作管理的主要內(nèi)容之一。

目前，由美國Oklahoma州立大學研制的主動遙感光譜儀GreenSeeker法可通過測量反射光的反射值顯示NDVI值，表示植物的氮營養(yǎng)狀況及植被空間分布密度[2]。其采用主動遙感方式，自動采集數(shù)據(jù)，具有較高的可靠性，不受太陽高度角及云層等外界條件影響，有效證明NDVI與植物葉片含氮量高度相關。

GreenSeeker光譜傳感器自1997年由美國NTech公司成功研制以來，已在玉米[3]、水稻[4]等作物的氮素實時監(jiān)測和營養(yǎng)診斷方面得到了廣泛應用，并取得顯著成效，是一種很好的大田尺度推薦施肥工具。施肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一項重要的管理措施。我國已進入土壤養(yǎng)分大量盈余階段，全國土壤有機質(zhì)含量整體提高[5]，為減少化肥投入和提高化肥利用率奠定了基礎。

隨著社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，人們對生態(tài)環(huán)境的關注程度顯著提高[6]，但部分種植人員仍存在過量施用化肥等問題，對環(huán)境造成了危害?？茖W合理施用化肥能夠在實現(xiàn)作物增產(chǎn)、農(nóng)民增收的同時，培肥改良土壤，提高土壤肥力，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)本增效與生態(tài)環(huán)境發(fā)展協(xié)同并進。

2 材料與方法

2.1 供試材料

1）供試品種。吉農(nóng)302、農(nóng)大588和鄭單958，分別用P1、P2、P3表示。

2）供試土壤。pH值6.4，有機質(zhì)28 g/kg，全氮1.25 g/kg，全磷0.4 g/kg，堿解氮124 mg/kg。

3）供試肥料。氮肥為尿素（含N 46.4％）；磷肥為過石（含P2O512％）和磷酸二銨（含P2O5 46％），其中P2O5為75 kg/hm2；鉀肥為硫酸鉀（含K2O 50％），其中K2O為50 kg/hm2。磷肥、鉀肥作基肥一次施入。

2.2 試驗設計

本試驗設氮肥用量、玉米品種2個試驗因素。每個品種設置5個不同施氮水平，氮肥（純氮）用量分別為0、50、100、150、200 kg/hm2，分別用N0、N1、N2、N3、N4表示。出苗后留苗48 000株/hm2。

2.3 測定項目及方法

2.3.1 土壤基本性狀及葉片全氮含量測定

土壤基本理化性狀均采用常規(guī)法測定；葉片選擇3個不同時期所有處理的葉片，采用H2O2-H2SO4消煮法測定。

2.3.2 歸一化植被指數(shù)測定

在玉米生育期，選擇6月22日、7月8日、7月25日作為第1監(jiān)測時期、第2監(jiān)測時期、第3監(jiān)測時期，用GreenSeeker進行冠層掃描，獲取NDVI值。測量時保持勻速，確保探頭平行于玉米植被冠層且距植被50 cm；如果遇到陰雨天氣，則需順延測量時間。

3 結(jié)果與分析

3.1 各玉米品種不同施氮水平下葉片含氮量的動態(tài)變化

葉片含氮量是表征玉米葉片氮素狀況的主要指標。測試3個玉米品種在5個施氮水平下不同生育時期的葉片含氮量。

從表1可以看出，在低氮到高氮水平范圍內(nèi)，葉片的含氮量最大變幅為2.66％～4.60％；在相同生育期，玉米葉片含氮量隨施氮量增加而上升；當施氮量達到200 kg/hm2時，葉片含氮量幾乎沒有增長，甚至有的品種葉片含氮量呈現(xiàn)下降趨勢。說明施入氮肥對提高玉米葉片含氮量有顯著作用，但施氮量過高，葉片含氮量將不會繼續(xù)增高，甚至會起到一定的反作用，例如浪費肥力、增加投入成本、降低土壤質(zhì)量、污染生態(tài)環(huán)境等。因此，為保證糧食目標產(chǎn)量與生態(tài)環(huán)境協(xié)同發(fā)展，要因地制宜、科學合理施用氮肥。

第1生育時期到第2生育時期，葉片含氮量升高；第2生育時期到第3生育時期，葉片含氮量下降。玉米葉片含氮量最大值出現(xiàn)在第2生育時期，

3個品種的最大值分別為4.48、4.55、4.60，均出現(xiàn)在N3處理下，3個品種最大值由高到低依次為P3、P2、P1。

結(jié)果表明，在玉米生育前期，隨著玉米植株快速生長，葉片需從土壤中吸收養(yǎng)分，使葉片含氮量逐漸升高。在玉米生育后期，葉片中積累的氮素向其他部位轉(zhuǎn)移，葉片含氮量開始下降。葉片含氮量下降的越多，表明轉(zhuǎn)移的氮素越多，玉米成熟時籽粒的品質(zhì)越高。

3.2 各玉米品種不同施氮水平下NDVI值的動態(tài)變化

不同玉米品種在不同生育期下，監(jiān)測的NDVI值不同，具體如圖1所示。3個玉米品種在第1監(jiān)測時期NDVI值升高的幅度最大，分別達到3.72％、4.29％、2.79％。隨著氮肥施用量增加，NDVI值隨之提高；但由于玉米在生育早期植株長勢及覆蓋度不均，導致第1監(jiān)測時期下的NDVI值在N4水平下略有下降。

結(jié)果表明，玉米在第1監(jiān)測時期，由于葉片小，植被覆蓋度低，導致NDVI值偏低；在第2監(jiān)測時期，植株生長快，植被覆蓋度高，NDVI值升高幅度也較大；在第3監(jiān)測時期，NDVI值達到峰值，不再繼續(xù)增長；NDVI值在不同玉米品種間存在差異不顯著，整體監(jiān)測的NDVI值與施氮量呈正相關。

3.3 各玉米品種在不同施氮水平下NDVI值和葉片含氮量的相關關系

不同玉米品種在不同施氮水平下，將拔節(jié)期測得到的NDVI值（x）與其葉片的含氮量（y）建立線性相關關系（n＝5），如表2所示。

葉片氮含量與NDVI值呈正相關，3個品種對應的NDVI值分別為0.736 8、0.702 4、0.726 9時，玉米葉片含氮量達到最高。從不同玉米品種中的葉片氮含量與NDVI值關系可知，不同玉米品種的氮含量與NDVI值的相關程度不同。3個玉米品種的NDVI值與葉片含氮量的關系方程分別為y＝16.03x－7.651 9、y＝23.217x－12.017，y＝15.417x－6.845 2，相關系數(shù)r分別為0.955 4、0.940 2、0.966 6，相關性均達到了極顯著水平。NDVI值與玉米葉片含氮量的相關關系中，品種P3的相關系數(shù)最高，為0.966 6。

總體來看，玉米展開葉氮含量隨施氮量的增加而增加，在低氮到高氮范圍內(nèi)，不同玉米品種在拔節(jié)期的葉片氮含量變化范圍為2.66％～4.60％，NDVI值變化范圍為0.612 4～0.794 4。

4 結(jié)論與討論

基于不同品種、不同施氮水平、不同生育期條件下的玉米葉片氮含量與NDVI的相關分析得出，玉米葉片氮含量（y）和歸一化植被指數(shù)NDVI值（x）的相關方程，為玉米氮素狀況的無損監(jiān)測和精確診斷奠定了基礎，有利于農(nóng)戶降低投入成本，減輕氮素流失對生態(tài)環(huán)境造成的危害[7-8]。

相同玉米品種在同一監(jiān)測時期下，隨著施氮量的增加，玉米葉片含氮量有所增加，歸一化植被指數(shù)NDVI值隨之增大，但在第1監(jiān)測時期、最高施氮處理下，NDVI值在P1和P2品種間出現(xiàn)回落現(xiàn)象，說明氮肥施用量不是越多越好。在保證目標產(chǎn)量的前提下，科學合理施用氮肥是衡量植株氮素高低的重要指標。

本試驗通過測定分析玉米不同生育時期葉片的含氮量，找出適宜的施肥時期，以達到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、節(jié)本增效的目的。

在本研究結(jié)論基礎上，利用高光譜遙感技術可更為準確地確定玉米葉片氮含量的光譜參數(shù)，快速、實時、準確監(jiān)測玉米生長狀況，為科學合理施用氮肥、提高玉米的科學管理水平提供了重要的技術支撐。

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作者簡介：徐 靜（1983—），女，蒙古族，內(nèi)蒙古準格爾人，碩士，高級農(nóng)藝師，研究方向為農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境及農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全。