硝酸盐反射仪和SPAD法对玉米氮素营养诊断的比较*

夏文豪刘 涛关 钰王 进褚贵新**

(1.石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点试验室 石河子 832003; 2.乌兰乌苏农业气象试验站 石河子 832003)

硝酸盐反射仪和SPAD法对玉米氮素营养诊断的比较*

夏文豪1刘 涛1关 钰1王 进2褚贵新1**

(1.石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点试验室 石河子 832003; 2.乌兰乌苏农业气象试验站 石河子 832003)

精准的营养诊断是了解作物氮素营养及推荐施肥的基础。本文在田间滴灌条件下利用SPAD叶绿素仪(SPAD-502 Plus)和硝酸盐反射仪(RQ flex10)两种诊断方法对玉米关键生育时期的氮素营养诊断进行研究,旨在筛选出适宜的诊断方法,并依据诊断值建立滴灌玉米不同生育时期的施肥模型。试验设置0 kg(N)·hm-2(N0)、225 kg(N)·hm-2(N225)、330 kg(N)·hm-2(N330)、435 kg(N)·hm-2(N435)和540 kg(N)·hm-2(N540)5个施氮水平,在不同生育时期测定了玉米叶片SPAD值和叶鞘NO含量,并分别与施氮量、植株全氮含量、产量进行方程拟合,比较两种诊断方法对玉米氮素营养的响应。研究结果表明：1)玉米叶片SPAD值和叶鞘NO含量均随施氮量的增加而显著升高,且在拔节期对施氮量的响应最敏感。叶鞘NO含量对施氮量变化的响应较SPAD值大,其与施氮量及玉米产量的拟合度均高于SPAD值,说明硝酸盐反射仪法对滴灌玉米氮素丰缺的反应更灵敏。2)玉米全氮含量与叶片SPAD值呈显著线性关系,而与叶鞘NO含量则以线性加平台表示。当叶鞘NO含量小于186 mg·L-1时,植株全氮与NO间呈显著线性相关;当叶鞘NO含量大于186 mg·L-1时,植株全氮随NO含量增加趋于不变。3)本农作区滴灌玉米最佳经济施氮量为402.5 kg·hm-2,对应的玉米产量为17 049 kg·hm-2。玉米拔节期、抽雄吐丝期和灌浆期的临界叶鞘NO含量分别为729.3 mg·L-1、536 mg·L-1和81.2 mg·L-1。SPAD叶绿素仪和硝酸盐反射仪均可对滴灌玉米进行氮素营养诊断,但硝酸盐速测值能更敏感地反映氮素丰缺状况,基于硝酸盐反射法进行作物氮素营养诊断及推荐施肥具有较好的准确性与适用性。

施氮量 玉米 氮素营养 硝酸盐反射仪 叶绿素仪 SPAD值 叶鞘NO含量 营养诊断

作物营养诊断是通过简便、快捷的手段准确获取作物某一生育时期的营养状况,并以此为依据进行诊断与施肥推荐的一项综合技术。虽然植株全氮可很好地反映作物氮素营养,且与作物产量紧密相关[1],但测定中存在着化学分析环节多、时间长、操作技术要求高等缺点。现代农业生产更需要精准、迅速、便捷的作物氮素营养轻简诊断技术,近年来SPAD叶绿素仪、硝酸盐反射仪及遥感光谱仪Greenseeker被逐渐应用到作物氮素营养诊断中来[2]。党蕊娟等[3]证实夏玉米(Zea mays)不同叶层的SPAD值与含氮量显著相关,通过测定叶片中叶绿素含量可了解作物氮营养状况,并且可进一步预测作物产量[4];陈晓群等[5]利用叶绿素仪法进行水稻(Oryza sativa)田间氮肥管理;胡昊等[6]尝试通过SPAD值和NDVI值对冬小麦(Triticum aestivum)产量进行估算;Piekkielek等[7]与Francis等[8]均报道了利用叶绿素仪读取作物SPAD值预测作物氮肥追施量,并进行施肥指导。硝态氮是反映旱作物氮素状况的敏感指标,Papastylianou等[9]研究了以硝酸盐反射仪测定NO代替全氮作为氮营养诊断指标,认为可用该方法估计植株氮素营养状况及推荐追肥。我国在20世纪末初步建立了小麦、玉米的硝酸盐诊断追肥技术体系[10]。王晓静等[11]采用反射仪测量棉花(Gossypium sp.)叶柄硝酸盐浓度进行植株氮素营养诊断并且指导施肥。虽然叶绿素仪具有操作简单、数据获取迅速等优点,但SPAD读数受光照辐射度的影响较大[12],且该方法需要测定多株作物以其平均值作为测定结果,工作量较大[13]。郭建华等[14]研究认为虽然作物组织中NO含量能灵敏反映作物氮素营养状况,但当植株体内NO含量高时,测定结果不稳定。说明不同的氮素诊断方式具有一定的适用性和局限性,而筛选出作物较适宜的诊断方式在农业生产中显得尤为重要。前人基于氮素诊断技术研究较多,大部分阐述单一诊断技术在作物营养诊断及施肥的应用,鲜有针对作物利用不同技术进行氮素诊断,进而系统比较不同诊断技术的准确性与适用性。本方法旨在筛选确立玉米较优的氮素诊断方法,并依此推荐施肥。

天山北坡绿洲是新疆重要的节水滴灌农业区。在滴灌水肥一体化农作模式下,化肥氮追施量通常占施氮总量80%以上,在不同生育阶段通过5～7次随水滴施,以满足作物氮素营养需求[15-16]。在这种施肥模式下,及时对作物不同生育时期氮素营养进行准确诊断是确定每次随水滴施追肥推荐用量的前提。为此比较研究了叶绿素仪和硝酸盐反射仪法在滴灌玉米氮素营养诊断上的应用效果,以期得出适合滴灌玉米的氮素营养诊断方法,并为玉米不同生育阶段的氮肥精准追施提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2013年在新疆沙湾县乌兰乌苏气象站进行(44°17′N,85°51′E)。该站平均海拔450 m,年均降雨量约187.7 mm。试验区土壤类型为灌溉灰漠土(Calcaric Fluvisal),质地为壤土,耕层(0～20 cm)土壤pH 8.52,有机质18.73 g·kg-1,全氮0.96 g·kg-1,速效磷23.87 mg·kg-1,速效钾340.95 mg·kg-1。供试作物为玉米,品种为春玉米‘良玉66号’(Zea mays cv Liangyu 66)。

1.2 田间试验设计

研究采用滴灌小区试验,试验设计5个施氮水平,分别为0 kg(N)·hm-2(N0)、225 kg(N)·hm-2(N225)、330 kg(N)·hm-2(N330)、435 kg(N)·hm-2(N435)和540 kg(N)·hm-2(N540),3次重复,共计15个小区,采用随机区组排列。供试氮肥为尿素(N≥46.6%),磷肥为磷酸一铵(N≥12%,P2O5≥61%),钾肥为硫酸钾(K2O≥51%)。

4月27—28日播种,5月5—6日出苗。40 cm+80 cm宽窄行覆膜种植,膜宽70 cm,膜间距60 cm,株距14.5 cm,一膜2行,铺设1条滴灌带,种植密度为114 945株·hm-2。每小区4膜,小区面积38.4 m2(4.8 m× 8.0 m)。生育期内总灌水量为6 750 m3·hm-2,磷肥用量为90 kg(P2O5)·hm-2,钾肥用量为90 kg(K2O)·hm-2,氮肥、磷肥和钾肥全部作追肥随水滴施,生育期内共滴水10次,随水施肥8次,各生育时期田间管理措施等同当地大田。各生育时期滴水施肥分配比例见表1。

表1 滴灌玉米不同生育时期水肥分配比例Table 1 Proportion of water and fertilizer distribution during drip irrigation at different maize growth stages

1.3 测试指标及方法

叶片SPAD测定：分别在玉米拔节期(大喇叭口期)、抽雄吐丝期、灌浆期选择晴朗无云天气进行测定,测定时段为上午10：00—12：00。拔节期测定最上部完全展开叶,抽雄吐丝期和灌浆期测定穗位叶。用叶绿素仪(SPAD-502Plus,日本产)在叶缘和叶脉的1/4、2/4、3/4处测定并取平均值。每小区随机抽取无损伤且长势均匀的10株进行测定。

植株全氮的测定：样品粉碎后,采用凯氏定氮法测定其全氮含量。

产量测定：在成熟期取样进行考种,并实收测定小区产量。

1.4 数据分析

数据处理采用Microsoft Excel 2013、SPSS 20.0和多元统计分析软件GraphPad Prism 5.0(GraphPad Software,San Diego,USA)进行作图,采用单因素方差分析法(One-way ANOVA)及 LSD多重比较法(α=0.05)分析处理间差异显著性,变量相关性分析均用全部观测值进行。

2 结果与分析

2.1 玉米叶片SPAD值与叶鞘NO3-含量的动态变化

由图1A可知,玉米叶片SPAD值(以下简称SPAD值)变化范围为45.3～56.5,SPAD值随玉米生育进程而升高,且在各时期均随施氮量增加而增加,其中以N540处理表现最高。各施氮处理的SPAD值显著高于CK(N0)处理(P＜0.05),但N225、N330和N435施氮处理间无显著差异。由图1B可知,玉米叶鞘NO含量(以下简称 NO含量)的变化范围为17.0～886.7 mg·L-1,NO含量随着生育进程而降低,灌浆期各处理的NO含量急剧下降(低于100 mg·L-1)。各生育时期均表现为玉米叶鞘NO含量随着施氮量的增加而升高,且各施氮处理NO含量显著高于CK处理(P＜0.05),但N435和N540处理间差异不显著。在玉米拔节—灌浆期叶鞘NO含量对施氮量的响应明显大于SPAD值。

图1 玉米不同生育时期施氮对叶片SPAD值(A)与叶鞘NO含量(B)的影响Fig.1 Influence of N fertilizer application rate on leaf SPAD reading(A)and sheath NO3-concentration(B)at different maize growth stages

2.2 玉米叶片SPAD值与叶鞘NO3-含量对施氮量的响应

2.3 玉米叶片SPAD值、叶鞘NO3-含量及植株全氮含量间关系

如图3所示,在玉米拔节—灌浆期植株全氮含量、SPAD值及NO含量呈不同的函数关系。玉米全氮含量随叶片SPAD值的增加而升高,两者呈极显著线性关系(图3A)。植株全氮与叶鞘NO含量的关系则呈线性加平台关系(图3B)。当叶鞘NO含量小于186 mg·L-1时,植株全氮含量随NO含量增加呈线性升高;当叶鞘NO含量大于186 mg·L-1时,植株全氮随着NO含量增加则趋于不变。由于NO含量变化的值域较大(17.0～886.7 mg·L-1),玉米全氮含量在叶鞘NO含量大于186 mg·L-1时无明显变化, 而NO含量却发生显著变化,说明此时全氮已经不能敏感响应玉米的氮素营养状况。此外,玉米SPAD值与叶鞘NO含量关系可分别拟合出线性加平台和指数函数模型。当叶鞘NO含量小于213.2 mg·L-1时,SPAD值随着NO含量增加而线性升高;当叶鞘 NO含量大于 213.2 mg·L-1时,SPAD值随着NO含量增加有不变趋势(图3C)。玉米NO含量随SPAD值增加呈指数升高,单位SPAD值变化可引起NO含量的明显变化(图3D)。以上进一步说明,叶鞘NO含量较SPAD值可更灵敏地反映玉米氮素营养状况。

图2 玉米不同生育时期施氮量与叶片SPAD值(A)、叶鞘NO含量(B)的关系Fig.2 Relationship between N fertilizer application rate at different maize growth stages and leaf SPAD reading(A),sheath NO3-concentration(B)

图3 玉米SPAD值、叶鞘NO含量及植株全氮之间的相关关系Fig.3 Relationship between SPAD reading,sheath NO3-concentration and maize total N content

2.4 SPAD值、NO3-含量与玉米产量间关系及基于叶鞘NO3-的诊断施肥模型建立

通过玉米产量和总施氮量进行拟合可得：y= -0.046 2x2+39.422x+8 665.9(R2=0.883 5**,n=15)。其中方程中y为玉米产量,x为施氮量。对方程求一阶导可得玉米最高产量为17 076 kg·hm-2,对应的施氮量为426.7 kg·hm-2。此施氮量可作为玉米获取最高产量的全生育期参考施氮量。计算最佳施氮量经济效应是指单位面积上获得最大经济效应的氮肥施用量,即边际产值等于边际成本时,此时单位面积的经济效应最大。参考2014年玉米价格为1.75元·kg-1,尿素价格为1.8元·kg-1,即纯氮的价格为3.9元·kg-1(尿素纯N含量46.6%)。当方程一阶导等于商品玉米与纯氮的价格比值时,可求得最佳经济施氮量为402.5 kg·hm-2,其对应的玉米产量为17 049 kg·hm-2。

表2 玉米不同生育时期叶片SPAD值、叶鞘NO含量与产量的函数关系Table 2 Correlations between leaf SPAD reading,sheath NOconcentration at different maize growth stages and maize yield

表2 玉米不同生育时期叶片SPAD值、叶鞘NO含量与产量的函数关系Table 2 Correlations between leaf SPAD reading,sheath NOconcentration at different maize growth stages and maize yield

生育期Growing stage SPAD值(x)与产量(y)的关系Relationship between SPAD(x)and maize yield(y)叶鞘NO含量(x)与产量(y)的关系Relationship between sheath NO3-concentration(x)and maize yield(y)拟合方程Fitting equation R2拟合方程Fitting equation R2拔节期Jointing stage y=-605.08x2+59 086x-1E+06 0.574 5**y=-0.045 9x2+66.946x-7361.5 0.726 5**抽雄吐丝期Tassel emerge stage y=-38.001x2+5 172.4x-152 620 0.559 5**y=-0.039 2x2+45.708x+3811.5 0.839 9**灌浆期Filling stage y=-107.55x2+12 470x-344 022 0.653 8**y=-1.524 2x2+282.61x+4 105 0.891 3**

表3 玉米各生育时期氮肥推荐模型Table 3 Recommendation models of N fertilizer application at different maize growth stages

3 讨论

研究表明作物氮含量与SPAD值间具有极显著相关性,能较好地反映作物氮素营养状况[17]。本研究中玉米叶鞘NO浓度与土壤供氮量以及玉米氮素营养密切相关,这与米艳华等[18]研究结果一致。玉米叶鞘NO含量在拔节期最高,且对土壤供氮量的反应最灵敏,随着生育时期的推进而呈下降趋势,至灌浆期最低。原因可能是氮素在植物体内移动性强,此时期玉米植株营养物质开始大量由叶片、叶鞘等营养器官向生殖器官(穗部)转运,氮素同化速率快,故体内游离的硝酸盐含量低。危常州等[19]在利用反射仪法诊断棉花的氮素营养时也发现了相似的硝酸盐浓度随棉花生育进程而递减变化的规律。Geyer等[20]认为玉米NO含量值域范围较大,由于有明显的营养级划分,可以比较数值的变化范围直观地判断出玉米在不同时期的氮素丰缺状况。SPAD值能直接反映作物的叶绿素相对含量,叶绿素为镁卟啉化合物,相比于离子态NO对氮素微量变化的反馈效果较差,这在本研究中也得到证实。如叶片SPAD值在玉米生育期变化范围较小(45.3～56.5),而NO含量变化范围较大(17.0～886.7 mg·L-1),由NO含量与植株全氮的线性加平台关系可看出,超过平台拐点186 mg·L-1后,继续增加施氮量能引起NO含量的变化,但植株全氮含量并未发生明显依变。本文通过比较可发现,叶鞘硝酸盐测定较叶绿素仪和全氮测定更能反映过量施氮问题。李银水等[21]比较了SPAD叶绿素仪法、硝酸盐反射仪法和光谱仪法在油菜(Brassica napus)氮素营养快速诊断上的适宜性,通过筛选认为SPAD值法是最适宜氮素诊断指标。而在本研究中,结果与上述试验结果并不一致,SPAD值取决于叶片叶绿素对特定波段光线的吸收,但玉米不同生育时期叶片的厚度不同,单位面积上的叶绿素分子数量不同,从而影响叶片的SPAD值[22]。同时在叶片基部单位面积上叶脉数量较多,叶绿素仪检测窗口压在叶脉上的机率也大大增加,导致在叶基部测定结果偏低、变异较大[13],这可作为解释本试验玉米叶片SPAD值不稳定的可能原因。

本文重在阐述比较SPAD叶绿素仪法、硝酸盐反射仪法对滴灌玉米氮素诊断的优劣性,对基于NO含量构建的氮肥推荐模型需进一步验证。试验结果是由1年数据产生,应利用后续的大量试验探究此诊断模型在本区域不同品种玉米的普适性,并对其进行完善与优化。

4 结论

通过SPAD叶绿素仪与硝酸盐反射仪对滴灌玉米进行快速氮素诊断,得出植株在各生育阶段NO含量与施氮量、产量的方程拟合度均高于SPAD值。硝酸盐速测较SPAD值测定对氮素丰缺反应更灵敏,数据更稳定。

由肥料效应方程可得玉米最佳经济施氮量为402.5 kg·hm-2,其对应的玉米产量为17 049 kg·hm-2。基于硝酸盐反射仪可诊断出玉米拔节期、抽雄吐丝期和灌浆期的NO临界诊断值,分别为729.3 mg·L-1、536 mg·L-1和81.2 mg·L-1,其对应的单位NO含量变动施肥量为0.178 kg·hm-2、0.452 kg·hm-2和3.82 kg·hm-2。当NO实测含量低于该生育阶段的临界值时,可依据单位NO含量变动施肥量精准计算出需要追加的施氮量。

References

[1]Leight R A,Johnston A B.Nitrogen concentrations in fieldgrown spring barley：An examination of the usefulness of expressing concentrations on the basis of tissue water[J].The Journal of Agricultural Science,1985,105(2)：397-406

[2]贾良良,陈新平,张福锁.作物氮营养诊断的无损测试技术[J].世界农业,2001(6)：36-37 Jia L L,Chen X P,Zhang F S.Nondestructive testing techniques for the diagnosis of crop nitrogen nutrition[J]. World Agriculture,2001(6)：36-37

[3]党蕊娟,李世清,穆晓慧,等.施氮对半湿润农田夏玉米冠层氮素及叶绿素相对值(SPAD值)垂直分布的影响[J].中国生态农业学报,2009,17(1)：54-59 Dang R J,Li S Q,Mu X H,et al.Effect of nitrogen on vertical distribution of canopy nitrogen and chlorophyll relative value (SPAD value)of summer maize in sub-humid areas[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture,2009,17(1)：54-59

[4]吴良欢,陶勤南.水稻叶绿素计诊断追氮法研究[J].浙江农业大学学报,1999,25(2)：135-138 Wu L H,Tao Q N.Nitrogen fertilizer application based on the diagnosis of nitrogen nutrition of rice plants(Oryza sativa L.) using chlorophyll meter[J].Journal of Zhejiang Agricultural University,1999,25(2)：135-138

[5]陈晓群,张学军,白建忠,等.基于水稻不同生育期叶绿素值推荐追施氮量的研究初报[J].中国农学通报,2010,26(7)：147-151 Chen X Q,Zhang X J,Bai J Z,et al.Preliminary study on amount of recommended topdressing nitrogen using chlorophyll SPAD of rice during different growth stage[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin,2010,26(7)：147-151

[6]胡昊,白由路,杨俐苹,等.基于SPAD-502与GreenSeeker的冬小麦氮营养诊断研究[J].中国生态农业学报,2010, 18(4)：748-752 Hu H,Bai Y L,Yang L P,et al.Diagnosis of nitrogen nutritionin winter wheat(Triticum aestivum)via SPAD-502 and GreenSeeker[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture,2010, 18(4)：748-752

[7]Piekkielek W P,Fox R H.Use of a chlorophyll meter to predict sidedress nitrogen[J].Agronomy Journal,1991,84(1)：59-65

[8]Francis D D,Piekielek W P.Assessing crop nitrogen needs with chlorophyll meters[R].SSMG-12.Site-Secific Management Guidelines,1998

[9]Papastylianou I,Puckridge D W.Stem nitrate nitrogen and yield ofwheatin a permanentrotation experiment[J]. Australian Journal of Agricultural Research,1983,34(6)：599-606

[10]李志宏,张福锁,王兴仁.我国北方地区几种主要作物氮营养诊断及追肥推荐研究Ⅲ.春小麦氮营养诊断及追肥推荐体系的研究[J].植物营养与肥料学报,1997,3(4)：349-356 Li Z H,Zhang F S,Wang X R.Nitrogen nutritional diagnosis and recommendation as topdressing fertilizer N for several crops in north ChinaⅢ.Nitrogen nutritional diagnosis and recommendation as topdressing fertilizer N forspring wheat[J].Plant Nutrition and Fertilizer Science,1997,3(4)：349-356

[11]王晓静,张炎,李磐,等.棉花氮素营养状况的诊断研究[J].植物营养与肥料学报,2006,12(5)：656-661 Wang X J,Zhang Y,Li P,et al.Study on cotton nitrogen diagnosis with reflectance meter[J].Plant Nutrition and Fertilizer Science,2006,12(5)：656-661

[12]Hoel B O,Solhaug K A.Effect of irradiance on chlorophyll estimation with theMinoltaSPAD-502 leaf chlorophyll meter[J].Annals of Botany,1998,82(3)：389-392

[13]李志宏,张云贵,刘宏斌,等.叶绿素仪在夏玉米氮营养诊断中的应用[J].植物营养与肥料学报,2005,11(6)：764-768 Li Z H,Zhang Y G,Liu H B,et al.Application of chlorophyll meter on N nutritional diagnosis for summer corn[J].Plant Nutrition and Fertilizer Science,2005,11(6)：764-768

[14]郭建华,赵春江,王秀,等.作物氮素营养诊断方法的研究现状及进展[J].中国土壤与肥料,2008(4)：10-14 Guo J H,Zhao C J,Wang X,et al.Research advancement and status on crop nitrogen nutrition diagnosis[J].Soiland Fertilizer Sciences in China,2008(4)：10-14

[15]宁松瑞,左强,石建初,等.新疆典型膜下滴灌棉花种植模式的用水效率与效益[J].农业工程学报,2013,29(22)：90-99 Ning S R,Zuo Q,Shi J C,et al.Water use efficiency and benefit for typical planting modes of drip-irrigated cotton under film in Xinjiang[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2013,29(22)：90-99

[16]谭华,郑德波,邹成林,等.水肥一体膜下滴灌对玉米产量与氮素利用的影响[J].干旱地区农业研究,2015,33(3)：18-23 Tan H,Zheng D B,Zou C L,et al.Effect of drip irrigation and fertilization on grain yield and nitrogen utilization of maize[J]. Agricultural Research in the Arid Areas,2015,33(3)：18-23

[17]Samborski S M,Tremblay N,Fallon E.Strategies to make use of plant sensors-based diagnostic information for nitrogen recommendations[J].Agronomy Journal,2009,101(4)：800-816

[18]米艳华,李茂萱,潘艳华,等.玉米N素营养快速诊断精准施肥技术研究[J].西南农业学报,2008,21(2)：402-407 Mi Y H,Li M X,Pan Y H,et al.Studies on precision fertilization technology for maize nitrogen nutrition rapid diagnose[J].Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2008,21(2)：402-407

[19]危常州,张福锁,朱和明,等.新疆棉花氮营养诊断及追肥推荐研究[J].中国农业科学,2002,35(12)：1500-1505 Wei C Z,Zhang F S,Zhu H M,et al.Study on cotton nitrogen diagnosis and topdressing recommendation in north Xinjiang[J]. Scientia Agricultura Sinica,2002,35(12)：1500-1505

[20]Geyer B, Marschner H. Charakterisierung des Stick stoffversorgungsgrades bei Mais mit Hilfe des Nitrat-Schnelltests[J].Zeitschrift für Pflanzenernährung und Bodenkunde, 1990,153(5)：341-348

[21]李银水,余常兵,廖星,等.三种氮素营养快速诊断方法在油菜上的适宜性分析[J].中国油料作物学报,2012,34(5)：508-513 Li Y S,Yu C B,Liao X,et al.Applicability of three rapid methodsofnitrogen nutrition diagnosison rapeseed[J]. Chinese Journal of Oil Crop Sciences,2012,34(5)：508-513

[22]童淑媛,宋凤斌.SPAD值在玉米氮素营养诊断及推荐施肥中的应用[J].农业系统科学与综合研究,2009,25(2)：233-238 Tong S Y,Song F B.Application of SPAD value on N nutritionaldiagnosisand fertilization recommendation[J]. System Sciences and Comprehensive Studies in Agriculture, 2009,25(2)：233-238

[23]贾良良,陈新平,张福锁.叶绿素仪与植株硝酸盐浓度测试对冬小麦氮营养诊断准确性的比较研究[J].华北农学报, 2007,22(6)：157-160 Jia L L,Chen X P,Zhang F S.The comparision of SPAD chlorophyll meter and sap nitrate test as N diagnosis methods for winter wheat[J].Acta Agriculturae Boreali-Sinica,2007, 22(6)：157-160

[24]李世清,王瑞军,李紫燕,等.半干旱半湿润农田生态系统不可忽视的土壤氮库——土壤剖面中累积的硝态氮[J].干旱地区农业研究,2004,22(4)：1-13 Li S Q,Wang R J,Li Z Y,et al.Soil nitrogen pool not to be ignored residual NO-N accumulated in soil profile in semiarid and semihumid agro-ecological system[J].Agricultural Research in the Arid Areas,2004,22(4)：1-13

[25]Ferguson R B,Hergert G W,Schepers J S,et al.Site-specific nitrogen management of irrigated maize[J].Soil Science Society of America Journal,2002,66(2)：544-553

[26]Blackmer T M,Schepers J S,Vigil M F.Chlorophyll meter readings in corn as affected by plant spacing[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis,1993, 24(17/18)：2507-2516

Comparison of RQ flex and SPAD methods of diagnosing maize (Zea mays)nitrogen nutrient*

XIA Wenhao1,LIU Tao1,GUAN Yu1,WANG Jin2,CHU Guixin1**
(1.College of Agronomy,Shihezi University/Key Laboratory of Oasis Eco-agriculture,Xinjiang Production and Construction Group,Shihezi 832003,China;2.Wulanwusu Agro-meteorological Experiment Station,Shihezi 832003,China)

Precise and prompt approach of crop nutrient diagnosis is the prerequisite in determining crop N content and the recommendation of reasonable amount of N fertilizer.In this study,a field experiment was carried out under drip irrigation condition,the chlorophyll equipment(SPAD-502 Plus)and nitrate reflectrometer(RQ flex10)was employed in terms of diagnosis of maize N nutrition during key growth stages.The aim of the study was to build maize fertilization mode by using the most suitable diagnosis approach.Five N fertilizer application rates were arrayed,including N0[0 kg(N)·hm-2],N225[225 kg(N)·hm-2],N330[330 kg(N)·hm-2],N435[435 kg(N)·hm-2]and N540[540 kg(N)·hm-2].The difference of diagnostic effect between SPAD-502 Plus and RQ flex10 methods on maize plant N nutrient were compared based on correlation analysis.The analysis compared the relationships between corn leaf SPAD and leaf sheath NOconcentration for various N fertilizerapplication rates,plant total N content and yield during different maize growth stages.Also the sensitivities of the RQ flex 10 and SPAD methods of diagnosis of maize plant N nutrient were compared.The results were as follows：1)Maize leaf SPAD and leaf sheath NOconcentration significantly increased with increasing N fertilizer application rate and the most sensitive period was from jointing stage to either tassel-emergence stage or grain-filling stage.The response of sheath NOconcentration to N application rate was more sensitive than that of SPAD.This resulted into a higher degree of fit between NOconcentration determined by RQ flex 10 method and N application rate or maize yield.RQ flex 10 method was more sensitive in diagnosis of maize N nutrition.2)The total N content in maize had a significant linear correlation with leaf SPAD,while there was linear and then a constant correlation between the total N and sheath NOconcentration.That was,total N content was linearly correlated with NOconcentration as corn sheath NOconcentration less than 186 mg·L-1,however,total N content varied slight when sheath NOconcentration exceeding 186 mg·L-1.3)The recommended economic fertilizer application rate in maize under drip irrigation was 402.5 kg·hm-2,which produced a yield of 17 049 kg·hm-2.The critical NOconcentration was 729.3 mg·L-1at jointing stage,536 mg·L-1at tassel emergence stage and 81.2 mg·L-1at grouting stage, respectively.In conclusion,our study showed that both the chlorophyll meter and RQ flex 10 were suitable for maize N nutrient diagnosis.Moreover,the RQ flex 10 approach was a more sensitive method than the chlorophyll meter in diagnosing maize N nutrient status.The study suggested that the RQ flex method was highly suitable for the recommendation of N fertilizer as well as better N resource management in maize fields.

N application rate;Maize;Nitrogen nutrient;Nitrate reflectrometer;Chlorophyll meter;SPAD reading;Sheath NOconcentration;Nutrient diagnosis

S513;S<143.1 文献标识码:A class="emphasis_bold">143.1 文献标识码:A 文章编号:1671-3990(2016)10-1339-08143.1 文献标识码:A

1671-3990(2016)10-1339-08

A 文章编号:1671-3990(2016)10-1339-08

10.13930/j.cnki.cjea.160182

* 国家“十二五”科技支撑项目(2012BAD42B02)资助

**通讯作者：褚贵新,主要从事植物营养生理生态、土壤微生物分子生态研究。E-mail：chuguixinshzu@163.com

夏文豪,主要从事作物养分资源高效利用研究。E-mail：xiawenhaohh@163.com

2016-02-27 接受日期：2016-06-12

* The study was funded by the National Key Technologies R&D Program of China(2012BAD42B02).

**Corresponding author,E-mail：chuguixinshzu@163.com

Received Feb.27,2016;accepted Jun.12,2016