不同生育期水稻叶片SPAD值与氮素指标相关关系

陈秋玉 黄影华 张华杰

摘要：为明确不同氮肥用量下各生育期水稻（Oryza sativa L. ）叶片平均SPAD值与地上部分含氮量、氮积累量的相关关系，试验设置了不同氮肥梯度下随机区组栽培试验。结果表明，水稻叶片上、中、下3个部位的SPAD值变化趋势相近，与平均SPAD值相似，从分蘖期到黄熟期SPAD值逐渐减少。在水稻生长周期中，从分蘖期到黄熟期水稻叶片、茎的含氮量逐渐减少。在水稻全生育期，叶片平均SPAD值与茎、叶的含氮量均具有极显著的正相关关系（P<0.01），故可以将水稻叶片SPAD值作为调节水稻施氮量的相关依据。

关键词：水稻（Oryza sativa L. ）;叶片SPAD值;含氮量;氮积累量

中图分类号：S511         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）17-0019-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.17.004 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： In order to clarify the correlation between the average SPAD value of rice （Oryza sativa L. ） leaves at different growth stages and the nitrogen content， accumulation of aboveground parts under condition of different amount of nitrogen fertilizer， a randomized block cultivation experiment under different nitrogen fertilizer levels was conducted. The results showed that the change trend of SPAD values measured in the upper， middle and lower parts of rice leaves was similar to the average SPAD values， and the SPAD values gradually decreased from tillering stage to yellow maturity stage. During the rice growth cycle， the nitrogen content of rice leaves and stems decreased gradually from tillering stage to yellow maturity stage， and the difference of nitrogen content increased with the increase of nitrogen application. During the whole growth period of rice， the average SPAD value of leaves was positively correlated with nitrogen content of stems and leaves（P < 0.01）. Therefore， the SPAD value of rice leaves can be used as a basis for regulating nitrogen application.

Key words： rice（Oryza sativa L.）; SPAD value; nitrogen content; nitrogen accumulation

粮食安全与国家安全息息相关，在有限的条件下，如何可持续提高粮食产量显得尤为重要[1-4]。水稻（Oryza sativa L.）生产中，如何合理使用氮肥才能在對环境影响最小的情况下得到最大的经济效益受到人们的普遍关注[5-11]。相关试验结果表明，在不同处理条件下，水稻叶片SPAD值抽穗期>拔节期>成熟期，在抽穗期和成熟期差异明显，可在分蘖期、抽穗期和拔节期利用水稻顶三叶和顶四叶的差异作为参数对氮素营养进行诊断，且水稻叶片含氮量与SPAD值呈显著线性相关，可利用SPAD-502叶绿素计对水稻氮素营养和推荐追肥精度进行诊断，为氮肥管理提供依据[12-16]。袁召峰[17]通过微积分的方法结合水稻叶片叶绿素动态分布和叶片形状，估计叶片具有代表性的测试位置，并建立了2个基于SPAD值的间期氮素诊断模型，可以为水稻拔节期至孕穗期的氮素诊断提供新的参考。

在前人研究的基础上，本研究通过设置粤农丝苗和合美占2个水稻品种在不同氮肥梯度的随机区组栽培试验，探讨不同氮肥梯度条件下水稻叶片SPAD值的变化规律及其与氮素指标的相关关系，以期能更好地指导水稻田间氮肥管理，构建在不同环境条件下水稻叶片与氮素指标的相关关系。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验水稻品种为合美占和粤农丝苗，于4月5日移栽，7月5日收获。试验地点为广东省农业科学院白云基地，土壤有机质含量为36.3 g/kg，全氮含量为1.22 g/kg，全磷含量为0.36 g/kg，全钾含量为9.50 g/kg。试验设5个施氮水平，分别为N0（CK，  0 kg/m2）、N1（0.006 kg/m2）、N2（0.012 kg/m2）、N3（0.018 kg/m2）、N4（0.024 kg/m2）。另外该次试验配施P2O5 0.009 kg/m2、K2O 0.015 kg/m2。所用肥料氮肥为尿素（含N 46.4%），磷肥为过磷酸钙或钙镁磷肥（含P2O5 12%），钾肥为氯化钾（含K2O 60%）。3次重复，随机区组排列，共30个小区，小区面积30 m2。采用人工移栽，株行距为13.2 cm×26.4 cm，折合每公顷31.5万穴左右，3本移栽，南北行向，设置灌排水沟0.5 m宽、埂0.3 m宽、保护行1.5 m左右，小区之间以埂相隔，埂上覆膜，独立排灌。基追比为5∶5（基肥∶分蘖拔节肥∶穗肥=5∶3∶2），分蘖拔节肥一般于移栽后10 d左右施入。其他栽培管理措施同一般高产田。小区排列根据实际情况确定。

1.2 数据测量与计算

1.2.1 叶绿素SPAD值测定 试验种植后水稻植株主茎叶片开始展开后，于田间随机选择3株挂牌定株测试，使用日本产SPAD-502便携式叶绿素仪于水稻生长的分蘖期、拔节期、孕穗期和黄熟期，分上、中、下3个部分测定植株顶部4片叶的叶绿素SPAD值。

1.2.2 氮素指标测定及计算 取3穴水稻地上部所有植株器官，清洗后于105 ℃烘箱杀青30 min，然后在80 ℃下烘干至恒重， 根据小区面积和总穴数，折算单位土地面积干物重。采用半微量凯式定氮法分别测定叶片和茎的全氮含量。然后根据叶片和茎的全氮含量和干物重求取叶片和茎的氮积累量，计算公式为PNA=PNC×Pmd/100。式中，PNA指叶片和茎的植株氮积累量（g/m2），PNC指叶片和茎的植株全氮含量（%），Pmd指叶片和茎的干物重（g/m2）。

1.2.3 数据统计与分析 使用Excel 2010录入试验收集的所有数据，应用Excel 2007和SPSS 22.0对相关数据进行处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量对水稻各生育期叶片平均SPAD值的影响

2个水稻品种各氮肥梯度处理对SPAD值的影响见图1。2个水稻品种在整个生长发育周期SPAD值变化基本相似。叶片上、中、下部及平均SPAD值变化趋势相近，可用平均值代替叶片SPAD值进行相关数据分析。

在同一施氮水平下，2个水稻品种叶片平均SPAD值随着水稻生育期的推进逐渐下降;在同一生长时期，随着施氮量的增加，水稻叶片SPAD值增加;并且随着水稻的生长，处理间SPAD值差异增大。与对照组相比，各处理各生育期叶片SPAD值均有所提高，且不同氮肥水平对水稻叶片SPAD值影响程度不同。

2.2 施氮量对水稻各生育期叶片氮素指标的影响

2.2.1 施氮量对水稻各生育期叶片含氮量的影响 由图2可知，不同氮肥梯度处理下，同一生育时期2个水稻品种叶片含氮量随着施氮量的增加而增加，与施氮水平呈正相关，且各施氮处理的叶片含氮量均明显高于对照。同一氮肥条件下，分蘖期到黄熟期，随着水稻的生长发育，水稻叶片含氮量在逐渐减少，且各处理间含氮量差值在增大，2个品种在各处理间的含氮量趋势相似。相关研究表明，植株含氮量随着水稻生长发育过程先增加后减少，在分蘖盛期植株含氮量达到最高水平[17]。本试验所得水稻叶片含氮量数据与前人研究结果相符。同一氮肥处理相同生育期条件下，粤农丝苗叶片含氮量普遍高于合美占。

进一步对水稻各生育期品种、施氮量及二者互作对叶片含氮量影响的差异显著性进行F检验，结果见表1。由表1可知，区组间的F均小于 F0.05（2，18），表明各区组间水稻叶片含氮量差异均不显著，说明试验地的土壤差异不大。在分蘖期与孕穗期，品种间的F 均大于 F0.05（1，18），表明在这2个时期2个水稻品种间叶片含氮量差异均达显著水平;在拔节期与黄熟期，品种间的F 均小于 F0.05（1，18），表明在这2个时期2个水稻品种间叶片含氮量差异均不显著。在试验的各个时期，不同施氮量间的F均大于 F0.01（4，18），表明各时期不同施氮量间叶片含氮量差异均极显著。水稻各生育期品种与施氮量交互作用的F均小于 F0.05（4，18），表明水稻品种与施氮量交互作用对水稻叶片含氮量的差异均不显著。

2.2.2 施氮量对水稻各生育期叶片氮积累量的影响 由图3可知，不同氮肥梯度处理下同一生育时期，2个水稻品种叶片氮积累量随着施氮量的增加而增加，各施氮处理的叶片氮积累量均明显高于对照组。同一氮肥条件下，水稻叶片氮积累量随生育进程先增加后减少，但减少程度较小。因2019年5月7日遇到台风天气，春夏交替，雨水较多，水稻于室外种植，水稻叶片可能有所损伤导致氮积累量的降低。

进一步对水稻各生育期品种、施氮量及二者互作对叶片氮积累量影响的差异显著性进行F检验，结果见表2。由表2可知，在分蘖期，区组间的F大于 F0.01（2，18），表明各区组间水稻叶片氮积累量差异极显著，又由表1可知试验地土壤差异不大，氮積累量为含氮量与干物重的乘积求得，可能在试验操作过程中有误差;在拔节期、孕穗期和黄熟期，区组间的F均小于F0.05（2，18），表明各区组水稻叶片氮积累量差异不显著。在拔节期与黄熟期，品种间的F 均大于F0.05（1，18），表明在这2个时期2个水稻品种间叶片氮积累量差异均达显著水平;在分蘖期与孕穗期，品种间的F 均小于F0.05（1，18），表明在这2个时期2个水稻品种间叶片氮积累量差异均不显著。在试验的各个时期，不同施氮量间的F均大于 F0.01（4，18），表明在水稻各生育期不同施氮量间叶片氮积累量差异均极显著。在分蘖期和黄熟期，水稻品种与施氮量交互作用的F均大于 F0.01（4，18），表明水稻各生育期二者互作对水稻叶片氮积累量的影响均极显著。

2.3 施氮量对水稻各生育期茎氮素指标的影响

2.3.1 施氮量对水稻各生育期茎含氮量的影响 由图4可知，同一氮肥条件下分蘖期至黄熟期，随着水稻的生长发育，水稻茎含氮量在逐渐减少。除合美占的孕穗期外，其他各生育期2个水稻品种茎含氮量均随施氮量的增加而增加，且2个品种在各处理间的含氮量变化趋势相似，粤农丝苗茎含氮量高于合美占。

对水稻各生育期2个品种各处理间茎含氮量进行F检验，结果见表3。由表3可知，在分蘖期，区组间的F 大于F0.05（2，18），表明各区组水稻茎含氮量差异显著，又由表1可知试验地土壤差异不大，可能是因为在试验操作过程中有误差;在拔节期、孕穗期和黄熟期，区组间的F均小于 F0.05（2，18），表明各区组间水稻茎含氮量差异不显著。在分蘖期与孕穗期，品种间的F 均大于 F0.05（1，18），表明在这2个时期2个水稻品种间茎含氮量差异均达显著水平;在拔节期与黄熟期，品种间的F 均小于 F0.05（1，18），表明在这2个时期2个水稻品种间茎含氮量差异均不显著。在孕穗期，施氮量间的F 小于 F0.05（4，18），表明在孕穗期不同施氮量间水稻茎含氮量差异不显著;在其他3个时期，施氮量间的F均大于 F0.01（4，18），表明不同施氮量间茎含氮量差异均极显著。在孕穗期，水稻品种与施氮量交互作用的F 大于F0.01（4，18），表明在孕穗期水稻品种与施氮量的交互作用对水稻茎含氮量影响极显著;在其余3个生育期二者互作的F均小于 F0.05（4，18），表明二者互作对水稻茎含氮量的影响不显著。

2.3.2 施氮量对水稻各生育期茎氮积累量的影响 由图5可知，同一生育时期，2个水稻品种茎氮积累量均随施氮量的增加而增加，各施氮处理的茎氮积累量均明显高于对照。同一氮肥条件下，水稻茎氮积累量随生育进程先增加后减少，2个品种茎氮积累量均在孕穗期达到最大值。因5月7日遇到台风天气，水稻于室外种植，可能出现损伤、倒伏等情况，而氮积累量是根据含氮量与干物重所求得，导致相关数据可能存在偏差。

由表4可知，在水稻各生育期，区组间的F均小于 F0.05（2，18），表明各区组间水稻茎氮积累量差异均不显著。各生育期品种间的F均小于 F0.05（1，18），表明水稻不同品种间茎氮积累量差异均不显著。在水稻各生育期，施氮量间的F均大于F0.01（4，18），表明施氮量间茎氮积累量差异均极显著。在黄熟期，水稻品种与施氮量交互作用的F 大于 F0.05（4，18），表明在黄熟期二者互作对水稻茎氮积累量的影响极显著;在其余各生育期，二者互作的F均小于F0.05（4，18），表明二者互作对水稻茎氮积累量的影响均不显著。

2.4 叶片SPAD值与氮素指标的相关关系

利用试验所得结果进一步研究2个水稻品种各生育期的叶片SPAD值与叶片、茎含氮量、氮积累量的关系。由图6可知， 2个水稻品种各生育期的叶片平均SPAD值与叶片含氮量均有较好的相关性，二者线性方程的R2均在0.78以上，P<0.01，表明二者线性关系良好。由图7可知，除合美占的黄熟期，2个水稻品种各生育期叶片平均SPAD值与叶片氮积累量均有较好的相关性，二者线性方程的R2均达0.63以上，P<0.01。2个水稻品种各生育期的叶片平均SPAD值与茎含氮量均有较好的相关性，二者线性方程的R2均达0.67以上，P<0.01（图8）。除粤农丝苗的拔节期，2个水稻品种各生育期的叶片平均SPAD值与茎氮积累量均有较好的相关性，二者线性方程的R2均达0.87以上，P<0.01（图9）。

3 小结与讨论

3.1 讨论

吴良欢等[14]通过长期定位栽培试验结果表明，水稻分蘖盛期和幼穗分化期SPAD值与含氮量呈极显著正相关，可作为水稻追施氮肥的相关依据。但本次试验是在2018年所做，因在分蘖期后的一个月出现台风等恶劣天气，一些植株倒伏甚至出现枯萎，因此无法确定拔节期与孕穗期一般条件下的结论是否也符合。

李刚华等[16]的研究表明，不同叶位测定的位置不同，所测SPAD值也有所差异。叶片厚度不同也会造成偏差，叶片越厚，SPAD值读数会越偏大，所得结果出现偏差[18]。由于重复小区较多，同组数据由不同人来测量，也会造成较大误差。因此，在测量同一组数据应尽量由同1个或2个人进行测量，统一测量标准，减少人为误差。本试验中研究了水稻茎、叶含氮量及氮积累量的相关关系，其中氮积累量是根据含氮量及干物重求得，相比于其他指标测量的值较多，试验过程中，由于试验仪器、操作人员的不同，造成的误差也较大。

本试验在水稻中探究品种、肥料等的影响下叶片SPAD值与叶、茎含氮量的相关关系，为氮素诊断提供参考，为构建全面的农业信息库提供数据基础。

3.2 小结

本试验结果表明，在水稻叶片上、中、下3个部位所测SPAD值变化趋势相近，从分蘖期到黄熟期，SPAD值逐渐减少。在水稻生长发育过程中，从分蘖期到黄熟期水稻叶片含氮量逐渐减少，且同一时期随着施氮量的增加，含氮量逐渐增大。在水稻全生育期，叶片平均SPAD值与茎、叶的含氮量均具有极显著的正相关关系，故可以将水稻叶片SPAD值作为调节水稻施氮量的相关依据。

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