CN101514959B - 一种茶树氮素营养无损快速测定和控制方法 - Google Patents

Abstract

一种茶树氮素营养无损快速测定和控制方法，属于茶树种植技术领域。其特征在于包括：(1)SPAD临界值的确定；(2)目标茶园SPAD值的测定；(3)将步骤(2)测得的目标茶园SPAD值与步骤(1)的临界值进行比较，从而确定最佳氮素施用量。本发明通过测定茶叶中SPAD的值来确定氮素施用量，此方法设计合理，操作简单快速，可以在茶树叶片上测定，不损伤树体，不受天气状况的影响，且对指导生产具有实用性，尤其对基层茶农或技术员具有较强的施肥指导性，克服了现有技术中诸多的不足。

Description

一种茶树氮素营养无损快速测定和控制方法

技术领域

本发明属于茶树种植技术领域，具体涉及一种茶树氮素营养无损快速测定和控制方法。

背景技术

SPAD值通过SPAD-502叶绿素仪测定，其工作原理为：叶绿素a和叶绿素b在红光区都有最大吸收峰，而在近红外区几乎没有吸收。SPAD-502采用双波长发光二极管(LED)光源发射出波长为650nm的红光和波长为940nm近红外光两种波长的光。仪器的光线接收系统为硅光二极管，当光线穿过样品到达接受器上时，光信号转换为模拟电信号，电信号经放大器放大后再由A/D转化器转化为数字信号，经过微处理器的处理，即可得出相对叶绿素读数值，通过液晶显示器显示出来同时储存于内存中。通过仪器面板上的控制键可进行调出、删除和求平均值等操作。这是一种手持式光谱仪，可在田间无损检测植物叶片叶绿素含量。

目前叶绿素仪成功地应用于水稻、小麦、玉米、莴苣、棉花、马铃薯等作物上，而在茶树上还未有运用。而且现有技术中对农作物施肥量的控制一般通过技术人员的经验来进行施肥，只是一个大概的值，没有通过科学的分析，这样往往会造成能源的浪费。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明依据成熟叶SPAD读数与全氮含量之间存在极显著的正相线性关系，和成熟叶全氮含量与氮素施用量之间存在的线性关系这一原理，设计提供一种茶树氮素营养无损快速诊断的技术方案。

所述的一种茶树氮素营养无损快速测定和控制方法，其特征在于包括：

(1)SPAD临界值的确定：以450-500kg.N/(公顷.年)为标准氮素施用量，按春茶萌芽前期、春茶结束期、夏茶结束期和秋茶结束期四个时间段，在不同标准氮素施用量条件下各时间段茶树成熟叶选取50片进行SPAD值测定，将测得的各时间段茶树成熟叶的SPAD平均值作为临界值；

(2)目标茶园SPAD值的测定：按上述相应的春茶萌芽前期、春茶结束期、夏茶结束期或秋茶结束期四个时间段，各时间段茶树成熟叶选取50片进行SPAD值测定，测得各时间段茶树成熟叶的SPAD平均值作为目标茶园SPAD值；

(3)将步骤(2)测得的目标茶园SPAD值与步骤(1)的临界值进行比较，从而确定最佳氮素施用量。

所述的一种茶树氮素营养无损快速测定和控制方法，其特征在于所述的春茶萌芽前期成熟叶即为上年秋茶成熟叶，春茶结束期成熟叶即为当年春茶成熟叶，夏茶结束期成熟叶即为当年春茶成熟叶，秋茶结束期成熟叶即为当年夏茶成熟叶。

所述的一种茶树氮素营养无损快速测定和控制方法，其特征在于步骤(1)中，结合氮素标准施用量、茶树品种和不同地域的差异因素，确定其不同时间段的SPAD临界值范围分别为：春茶萌芽前期73-78；春茶结束期63-68；夏茶结束期70-75；秋茶结束期71-76。

所述的一种茶树氮素营养无损快速测定和控制方法，其特征在于步骤(3)中目标茶园SPAD值低于SPAD临界值5％以内，氮素施用量控制在430-460kg.N/(公顷.年)范围，目标茶园SPAD值低于SPAD临界值5％以上，氮素施用量控制在480-500kg.N/(公顷.年)范围。

所述的一种茶树氮素营养无损快速测定和控制方法，其特征在于步骤(3)中目标茶园SPAD值低于临界值5％以内，氮素施用量控制在450kg.N/(公顷.年)；目标茶园SPAD值低于临界值5％以上，氮素施用量控制在500kg.N/(公顷.年)。

所述的一种茶树氮素营养无损快速测定和控制方法，其特征在于所述控制范围内的氮素施用量，按春茶萌芽前期、春茶结束期、夏茶结束期和秋茶结束期四个时间段的分配比例分别为30％、20％、20％和30％。

本发明通过测定茶叶中SPAD的值来确定氮素施用量，此方法设计合理，操作简单快速，可以在茶树叶片上测定，不损伤树体，不受天气状况的影响，且对指导生产具有实用性，尤其对基层茶农或技术员具有较强的施肥指导性，克服了现有技术中诸多的不足。

附图说明

图1叶绿素含量与SPAD读数的相关性；

图2施氮水平对茶树片叶绿素含量和SPAD的影响；

图3施氮水平对茶树成熟叶全氮含量的影响及SPAD值与全氮含量的关系；

图4施氮水平对产量的影响及叶片氮素含量与产量的关系；

图5茶树成熟叶SPAD值与新梢产量(相对产量，以最高处理平均值为100％)的关系；

图6不同天气条件下一天之中SPAD值的变化；

图7清洗对茶树叶片SPAD测定值的影响；

图8茶树成熟叶全N与SPAD读数的相关性；

图9翠峰茶树品种成熟叶年周期性比变化；

图10龙井43茶树品种成熟叶周期性变化；

图11氮素施用量与产量关系；

图12龙井43成熟叶全氮与氮肥施用量的关系；

图13龙井43成熟叶SPAD与氮肥施用量的关系；

图14翠峰成熟叶全氮与氮肥施用量的关系；

图15翠峰成熟叶SPAD与氮肥施用量的关系。

具体实施方式

以下结合具体实施方式和试验例对本发明作进一步详细说明。

1.SPAD读数与茶树氮素水平的相互关系

1.1SPAD值与施氮水平、叶绿素含量的关系

SPAD值与叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量相关性均极显著相关(图1)，氮素水平明显影响叶绿素含量和SPAD读数(图2)，施氮水平从N0提高到N3(80mg/kg)时，叶绿素a(chl-a)、叶绿素b(chl-b)、总含量和SPAD呈线性增加；氮素水平超过N3后，这些参数随氮素用量提高而增加的幅度明显趋缓，趋于达到一个平台水平。

1.2SPAD值与全氮含量的关系

茶树成熟叶片全氮含量随着施氮量提高而增加，施氮水平在N3以下时，全氮含量增加较多，施氮水平超过N3时，增加幅度减小。茶树成熟叶片的SPAD值和全氮含量成极显著正相关，全氮含量高，SPAD值大(图3)。

1.3SPAD值与产量之间的相关性

图5表明，施氮显著增加一芽二叶新梢的产量，施氮水平在N3以下时，产量随氮素用量呈线性增加趋势，超过此用量，产量不再呈线性增加趋势，二年试验期间的总产量和2007年的春茶、夏茶上都能观测到这种现象(图4)；茶叶产量与成熟叶片的全氮含量、相对产量(以最高产量为100％)与SPAD值之间也有类似的关系(图4、5)，出现拐点时叶片的含氮量在二次取样时间(2006年8月30日和2007年的4月13日)分别为37mg/g和23mg/kg，对应的SPAD值分别为74和59。

2.试验方法

2.1测定部位对叶片SPAD值的影响

在同一叶片的基部、中部和叶尖等不同部位测定的SPAD读数间有所差异(表1)，但变异幅度不大，在3个SPAD单位以内，统计分析显示无显著差别，其中中部测定的SPAD读数值位于基部和叶尖测定读数之间，平均变异系数也处于二者之间，因此选取叶片中部进行测定。

表1茶树叶片不同位点测定SPAD读数的变异情况

注：^*处理间差异不显著(p＞0.05)。

2.2不同叶位对叶片SPAD测定的变异情况

对茶树新梢第一叶、第二叶、第三叶和成熟叶进行SPAD读数测定比较后发现(表2)，随着叶片成熟度增加，SPAD读数也逐渐增加，而测定的变异系数则逐步降低，以成熟叶变异系数最小，因此选取成熟叶作为测定叶片。

表2不同叶位茶树叶片SPAD读数测定的变异情况

2.3天气状况对SPAD测定的影响

图6分别为晴天和多云天气下茶树成熟叶片SPAD读数的变化状况，可以看出一天之中SPAD读数相差不大，变化较为平缓。晴天测定的SPAD读数与多云天的测定值也相差不大，说明天气状况对茶树叶片SPAD值的测定没有明显影响。

2.4离体时间对叶片SPAD值的影响

比较原位测定和叶片离体后的SPAD测定值，两者之间并无明显差别，而且离体1小时、4h和6h后测定，叶片SPAD值变化不明显(表3)

表3田间和离体测定茶树叶片SPAD值的影响

注：*处理间差异不显著(p＞0.05)

2.5表面清洗对测定叶片SPAD值的影响

从图7可以得出，成熟叶片表面经过清洗后，叶绿素仪读数略有降低(一个单位之内)或基本不变，统计检验显示测定值无显著差异。清洗后SPAD读数降低可能与叶片上覆着了灰尘而导致SPAD读数变化有关。

2.6样本数对测定叶片SPAD值的影响

当利用SPAD进行营养诊断时，通常需要一定数量的叶片组成一个样本，而组成样本的叶片数量对测定精度可能有重要影响，样本过少有时会导致结果误差较大，而样本数过多又会造成人力物力的浪费。表4表明，每次测定的样本数从10片增加到50片叶片组成的样本，SPAD读数无明显变化，但样本数为10时，测得值变异较大，增加样本数，测得值变异系数变小。

表4不同叶片数量组成一个样本对SPAD值测定的影响

注：*处理间差异不显著(p＞0.05)。

3叶绿素仪(SPAD)在茶树氮素营养诊断指标

3.1大田试验下成熟叶片SPAD读数年周期性变化

从2006年到2008年，发明人所在团队进行了为期3年的茶园氮素营养研究，对氮素营养与SPAD读数进行了深入研究，发现成熟叶氮含量与SPAD读数之间存在极显著相关性(图8)，这为研究SPAD作为氮素养分指标提供了基础。全年不同时期对不同茶树品种成熟叶片进行了SPAD读数的测定(图9，10)，茶树成熟叶SPAD读数因采摘、施肥状况不同而全年有一个周期变化，虽然茶树品种不同，但具有一个相似的趋势，一般地在每年的5月底、6月初，成熟叶SPAD读数有一个低谷，这可能与这时间段换叶有关。春芽萌动前的成熟叶SPAD读数有一个高峰期，然后随着新梢的生长，SPAD读数随之下降，这与物质的积累有关，冬季是功能叶营养物质积累的时期，随着新梢的生长，成熟叶中的营养物质转移到新梢。每年的2月上中旬，5月中下旬，7月中下旬，10月中下旬施肥后，成熟叶SPAD读数会有上升过程。

3.2不同茶树品种成熟叶SPAD读数临界值

氮素水平明显影响成熟叶SPAD读数(图13，15)，在不同时期SPAD对氮素反应有所差异，总体上讲施氮水平从0提高到500kg/ha在右时，SPAD呈线性增加；氮素水平超过此用量后，这些参数随氮素用量提高而增加的幅度明显趋缓，趋于达到一个平台水平。

茶叶中全氮的含量与氮肥施用量之间关系类似于SPAD读数与氮肥施用量之间关系。在低于500kg/ha左右的施氮量下，两者之间呈极显著线性正相关，高于500kg/ha左右的施氮量下叶片氮含量不再呈直线增加(图12，14)。

同样地随着施氮量的增加，产量呈线性增加，当施氮量超过500kg/ha左右后，产量不再呈线性增加，趋于一个平台(图11)。

从分析结果来看，茶园施用氮肥在500-550kg/ha左右时，茶树新梢产量、全氮达到最大化，但考虑到社会效益，450-500kg/ha作为最适施氮量。

最适施氮量用量下，成熟叶全氮含量和SPAD读数拟合比较好的时期，把这些时期作为评判养分指标的时期。研究结果表明，以采名优茶为主的龙井43，在春芽萌动前的3月初，5月底，8月初，9月中旬这些时期能够很好的反映氮素水平。以采大宗茶为主的翠峰品种，由于发芽较迟，在4月初、6月初、8月初、9月下旬这些时期能够很好的反映氮素水平。

根据最适施氮用量下，SPAD与全氮拟合较好时期的成熟叶SPAD值，提出不同茶树品种成熟叶SPAD读数在各个阶段的临界值(表5，6)。

表5龙井43不同时期茶树成熟叶SPAD读数临界值

表6翠峰不同时期茶树成熟叶SPAD读数临界值

根据试验结果，综合考虑不同茶树品种成熟叶SPAD的差异性，提出适合不同茶树品种成熟叶SPAD读数在各个阶段的临界值(表7)。

表7不同时期茶树成熟叶SPAD读数临界值

4结论

4.1 经过3年的研究成熟叶氮含量与SPAD读数之间存在极显著相关性，这为研究SPAD作为氮素养分指标提供了基础。就茶树而言，成熟叶片SPAD与全氮之间是线性加平台的关系。在施氮低于500kg/ha左右时，SPAD读数与氮素之间呈线性关系，当氮素水平超过此水平后，SPAD读数随氮素用量提高而增加的幅度明显趋缓，趋于达到一个平台水平。

4.2 取50片左右春季或秋季成熟叶，经清水清洗过后，于叶片中部(从叶基部算起叶长大约50％-55％处)，避开中间叶脉测定SPAD读数。检测叶片可以离体测定，或在田间不离体的情况下测定。

4.3 450-500kg/ha作为最适施氮量。最适施氮量用量下，成熟叶全氮含量和SPAD读数拟合比较好的时期，把这些时期作为评判养分指标的时期，提出成熟叶SPAD读数在各个阶段的临界值。

4.4 各采摘时期成熟叶SPAD读数低于临界值5％以内，茶树属于缺氮状态，推荐施用450kg.N/(公顷.年)。若各采摘时期成熟叶SPAD读数低于临界值5％以上，属于重缺氮状态，施用500kg.N/(公顷.年)。

4.5 在控制范围内的氮素施用量，按春茶萌芽前期、春茶结束期、夏茶结束期和秋茶结束期四个时间段的分配比例分别为30％、20％、20％和30％。

Claims (4)

1.一种茶树氮素营养无损快速测定和控制方法，其特征在于包括：

(1)SPAD临界值的确定：以450-500kg·N/(公顷·年)为标准氮素施用量，按春茶萌芽前期、春茶结束期、夏茶结束期和秋茶结束期四个时间段，在不同标准氮素施用量条件下各时间段茶树成熟叶选取50片，经清水清洗后，于叶片中部，避开中间叶脉进行SPAD值测定，将测得的各时间段茶树成熟叶的SPAD平均值作为临界值；

(2)目标茶园SPAD值的测定：按上述相应的春茶萌芽前期、春茶结束期、夏茶结束期或秋茶结束期四个时间段，各时间段茶树成熟叶选取50片，经清水清洗后，于叶片中部，避开中间叶脉进行SPAD值测定，测得各时间段茶树成熟叶的SPAD平均值作为目标茶园SPAD值；

(3)将步骤(2)测得的目标茶园SPAD值与步骤(1)的临界值进行比较，从而确定最佳氮素施用量，即目标茶园SPAD值低于SPAD临界值5％以内，氮素施用量控制在430-460kg·N/(公顷·年)范围，目标茶园SPAD值低于SPAD临界值5％以上，氮素施用量控制在480-500kg·N/(公顷·年)范围。

2.如权利要求1所述的一种茶树氮素营养无损快速测定和控制方法，其特征在于步骤(1)中，结合氮素标准施用量、茶树品种和不同地域的差异因素，确定其不同时间段的SPAD临界值范围分别为：春茶萌芽前期73-78；春茶结束期63-68；夏茶结束期70-75；秋茶结束期71-76。

3.如权利要求1所述的一种茶树氮素营养无损快速测定和控制方法，其特征在于步骤(3)中目标茶园SPAD值低于临界值5％以内，氮素施用量控制在450kg·N/(公顷·年)；目标茶园SPAD值低于临界值5％以上，氮素施用量控制在500kg·N/(公顷·年)。

4.如权利要求1所述的一种茶树氮素营养无损快速测定和控制方法，其特征在于所述控制范围内的氮素施用量，按春茶萌芽前期、春茶结束期、夏茶结束期和秋茶结束期四个时间段的分配比例分别为30％、20％、20％和30％。

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