CN103063601A - 一种基于spad-502的棉花叶片测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SPAD-502的棉花叶片测定方法，包括如下步骤：（1）测定时期；（2）仪器校准；（3）样本数选择；（4）测定位点选择；（5）数据处理。本发明的方法最终实现SPAD-502测定棉花叶片时实现经济和科学兼顾的目标，这种测定方法主要用来规范SPAD-502测定棉花叶片的操作过程，提高SPAD-502测定棉花叶片SPAD值的准确性。本方法能进一步精确判断棉花生长状况，准确指导棉花生产中的施肥管理。

Description

一种基于SPAD-502的棉花叶片测定方法

技术领域

本发明涉及一种测定方法，具体地，涉及一种基于SPAD-502的棉花叶片测定方法。

背景技术

SPAD（“土壤作物分析仪器开发” 的英文缩写 ,Soil and Plant Analyzer Development）值测定的营养诊断施肥技术在各种快速诊断技术中更受青睐。叶绿素仪SPAD无损诊断技术（Non-destructive measurement）可以间接反映作物叶片叶绿素的含量及含氮量，以明确棉花等作物含氮量和叶绿素SPAD值为类二次线性加平台关系，还可以进一步预测棉花等作物的产量，并用于指导追施氮肥，相对于反射仪法、地面数字图像技术法、高光谱遥感监测法等棉花氮素快速诊断推荐施肥方法，SPAD无损诊断技术更加快速、无损、准确、花费低廉，因而在棉花氮素营养诊断推荐施肥中基于SPAD测定的方法更受关注，成为普遍接受的快捷无损诊断方法。SPAD-502的仪器生产基础就是利用SPAD值与叶绿素的相关性达到极其显著水平，由于仪器操作快捷、无损，SPAD值就代替了用传统化学分析方法测定叶绿素。因作物的叶绿素含量与作物的含氮量相关性达到显著水平，因此可以通过测定SPAD值快捷准确的诊断植株的氮素水平，并可指导推荐施氮肥。

用日本产SPAD-502叶绿素仪进行作物氮素营养无损诊断的理论依据是叶片叶绿素含量间接指示作物的氮素含量，而叶绿素a和b在可见光波段的红光区都有最大吸收峰，可以通过仪器捕获光信号的变化。植物在可见光波段的反射率主要受叶绿素的影响^]。缺氮、干旱都会使作物叶片的光反射特性发生改变，通过检测地面植物冠层光学反射特性可以了解作物的营养状况。影响叶片对光吸收和光反射的主要物质是叶绿素、蛋白质、水和含碳化合物，其中影响最大的是叶绿素含量，而叶绿素含量和植株的氮素含量呈密切关系(尤其是当植物缺氮时)，叶片全氮的50%-70%都与叶绿体有关，因而通过测定叶片中叶绿素含量变化可以了解作物的氮营养状况。叶绿素a和 b在可见光波段的红光区都有最大吸收峰，而红外区几乎没有。SPAD叶绿素仪采用双波LED光源，一为650nm红光LED,一为940nm红光LED。仪器的光线接受系统为硅光二级管，它将光信号转换为模拟信号，经放大器放大后再由A/D转化为数字信号，微处理器自动将通过样品的两种光的密度比值进行计算得到SPAD值。SPAD值是一个无量纲的比值，与叶片叶绿素含量呈正相关。从本质上说SPAD无损诊断技术还是依据和应用了叶绿素与氮素的关系，只不过用一种能快速检测表征叶绿素含量的仪器代替了用化学方法测定叶片的叶绿素含量而已。

SPAD-502测定的现有方法: 现有方法的测定时期选择，仪器校准，以及数据处理同于本方法。而仪器测定的样本数选择，以及测定位点选择不同于本方法。现有方法如下：

（1）测定叶片位点：SPAD-502测定棉花叶片的SPAD值时，有的测取叶片的底部、中部和顶部的3个点的平均值，有的测取棉花掌状裂叶的每个裂片中部取5个点的SPAD平均值。而多数使用者测取棉花倒4叶的叶尖3个位点，如图1所示。

（2）测定样本数：应用SPAD-502测定棉花叶片时，有的测取5株，有的测取6株、有的测取7株、有的测取30株、有的测取35株。现有方法在棉花生长的蕾期、初花期、盛花期、花铃期、盛铃期、吐絮初期测取相同的样本数。

现有方法中，未充分考虑到在棉花叶片基部单位面积上叶脉数量较多，SPAD仪检测窗口压在叶脉上的机率也大大增加，会导致在叶基部测定结果偏低，变异较大。现有方法中在叶尖测定SPAD值，就会因为此原因，测定SPAD值的变异较大。本方法中，考虑到氮素在植物体内的移动特性有关。注意到作为容易移动的营养元素，氮素首先会转运到棉花叶片的生长点，具体在一片叶子上就表现在向叶缘位置的移动。因此，在棉花掌状裂叶的每个裂片边缘部取4个点测定，会准确反映棉花氮素的移动状况，加之SPAD仪检测窗口压在叶脉上的机率大大降低，测定SPAD值的变异会大大降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种基于SPAD-502的棉花叶片测定方法，本方法最终实现了SPAD-502测定棉花叶片时实现经济和科学兼顾的目标，这种测定方法主要用来规范SPAD-502测定棉花叶片的操作过程，提高SPAD-502测定棉花叶片SPAD值的准确性。本方法能进一步精确判断棉花生长状况，准确指导棉花生产中的施肥管理。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种基于SPAD-502的棉花叶片测定方法，包括如下步骤：

（1）测定时期：于棉花生长的蕾期、初花期、盛花期、花铃期、盛铃期、吐絮初期，在施肥后的第6天，选择北京时间10：00-14：00进行测定；

（2）仪器校准：测定之前用SPAD-502仪校准卡进行仪器校准，达到仪器SPAD值为67.4±3.0的校准要求；

（3）样本数选择：在对应生育期内,分别随机选取26、35、39、60、50、44株棉花；

（4）测定位点选择：棉花打顶前测倒4叶，打顶后测倒1叶，在棉花掌状裂叶的每个裂片中部选取4个点用SPAD仪测定；

（5）数据处理：用生物统计学方法中加权平均数法计算SPAD值。

关于SPAD值的应用具体如下：

1、SPAD临界值的确定

     SPAD值与棉株吸氮量的二次函数关系：吸氮量=-0.2857SPAD²+30.254SPAD+57510（R²=0.9369），通过测定SPAD值可以确定棉株吸氮量。

SPAD值与产量的二次函数关系：产量=-21.429SPAD²+2228.6SPAD+57510（R²=0.9928）,根据最高产量确定的SPAD临界值为52。

 2、各生育期SPAD值与施氮量之间的关系

蕾期：SPAD=0.2215N+44.156

初花期：SPAD=0.1322N+44.524

盛花期：SPAD=0.2215N+42.136

花铃期：SPAD=0.265N+41.374

盛铃期：SPAD=0.1262N+43.44

吐絮初期：SPAD=0.156N+42.698

3、SPAD值推荐指导棉田施肥管理

   （1）计算SPAD变动一格的施N量

在本方法测定棉花叶片SPAD值基础上，建立棉花SPAD法诊断追肥模型。具体模型如下：

N _d =N _opt N _con   (1-1)                                                    

N _con =(SPAD-a)/b (1-2)                                                

将公式（1-2）代入（1-1）式，得到SPAD值诊断推荐施肥模型：

N _d =N _opt +a/b－SPAD/b

式中，N _d 为各生育期阶段追氮量，N _opt 为棉花全生育期总施氮量，N _con 为倒4叶SPAD值与施N量之间的关系求出的前一次氮肥水平，单位为kg·hm^-2；b为各生育期SPAD值与施N量线性方程的回归系数；a为截距。根据此模型计算出各生育期SPAD变动一格的施N量，并依次进行氮肥推荐。

根据本模型，计算出棉花叶片蕾期、初花期、盛花期、花铃期、盛铃期、吐絮初期SPAD值变动一格的施氮量是1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、1.9kg·hm^-2。

（2）基于SPAD值的推荐施氮量

棉花各生育期追氮量（kg·hm^-2）=（临界SPAD值-各生育期实测SPAD值）×各生育期SPAD值变动一格施氮量。

棉花的临界SPAD值为52，蕾期、初花期、盛花期、花铃期、盛铃期、吐絮初期实测的SPAD值为47、46、45、44、44、45，蕾期、初花期、盛花期、花铃期、盛铃期、吐絮初期SPAD值变动一格的施氮量是1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、1.9kg·hm^-2，从而计算出各生育的施氮量是9、11.4、14、16.8、17.6、13.3 kg·hm^-2。

本发明的有益效果：

本发明的方法规范了SPAD-502测定棉花叶片的操作过程，通过本方法测定棉花叶片SPAD值，仪器测定的准确性可以达到SPAD±2.2的仪器要求，比现有方测定SPAD值的标准偏差SPAD±3.4，降低32.35%，也就是准确性提高32.35%。通过本方法测定的SPAD值，其准确性大幅提高，在此基础上，建立SPAD值与棉花植株吸氮量、棉花产量的相关关系，计算出SPAD值变动一个单位的对应施肥量，最终建立基于SPAD值推荐施肥技术模型。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有方法棉花测定位点；

图2是本发明方法的棉花测定位点；

其中，图中数字即代表所选取的位点。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

基于SPAD-502的棉花叶片测定方法，包括如下步骤：

（1）测定时期：于棉花生长的蕾期、初花期、盛花期、花铃期、盛铃期、吐絮初期，在施肥后的第6天，选择北京时间10：00-14：00进行测定；

（2）仪器校准：测定之前用SPAD-502仪校准卡进行仪器校准，达到仪器SPAD值为67.4±3.0的校准要求；

（3）样本数选择：在对应生育期内,分别随机选取26、35、39、60、50、44株棉花；

（4）测定位点选择：如图2所示，棉花打顶前测倒4叶，打顶后测倒1叶，在棉花掌状裂叶的每个裂片中部选取4个点用SPAD仪测定；

（5）数据处理：用生物统计学方法中加权平均数法计算SPAD值。。

与现有技术相比，本测定方法具有如下优势：

（1）现有方法中，未充分考虑到在棉花叶片基部单位面积上叶脉数量较多，SPAD仪检测窗口压在叶脉上的机率也大大增加，会导致在叶基部测定结果偏低，变异较大。现有方法中在叶尖测定SPAD值，就会因为此原因，测定SPAD值的变异较大。本方法中，考虑到氮素在植物体内的移动特性有关。注意到作为容易移动的营养元素，氮素首先会转运到棉花叶片的生长点，具体在一片叶子上就表现在向叶缘位置的移动。因此，在棉花掌状裂叶的每个裂片边缘部取4个点测定，会准确反映棉花氮素的移动状况，加之SPAD仪检测窗口压在叶脉上的机率大大降低，测定SPAD值的变异会大大降低。

就观测位点的选择而言，本方法的测定表现效果为，SPAD值的标准偏差达到SPAD±2.6，比现有方测定SPAD值的标准偏差SPAD±3.5，降低25.71%，也就是准确性提高25.71%。

（2）现有方法中，应用SPAD值测定时，有的测取5株，有的测取6株，有的测取7株、有的测取30株、有的测取35株。现有方法在棉花生长的蕾期、初花期、盛花期、花铃期、盛铃期、吐絮初期测取相同的样本数。因未充分考虑到棉花叶片在生育进程中，遗传特性决定了叶片吸收氮素养分在生育进程中表现出先低后高的生理特性，不同生育期测取相同的样本数，SPAD仪测定时SPAD值的变异较大，仪器使用的准确性大大降低。本方法，考虑到叶片吸收氮素养分在生育进程中表现出先低后高的生理特性，在达到仪器精度要求的条件下，在各个生育期选取26、35、39、60、50、44个样本数进行测定，提高了SPAD仪使用的准确性。

 就观测样本数的选择而言，本方法的测定效果表现为SPAD值的标准偏差达到SPAD±2.2，比现有方测定SPAD值的标准偏差SPAD±3.4，降低32.35%，也就是准确性提高32.35%。

本发明的方法和现有方法在指导棉花增产和产量构成指标上的区别：

根据本方法测定的SPAD值，用于指导棉花施肥，试验研究效果表明，本测定方法相对于现有方法而言，棉花地上部干物质重提高12%，根重增加9%，氮素累计吸收量提高8%，雷岭脱落率降低6%，肥料利用率提高13%，产量提高11%。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于SPAD-502的棉花叶片测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）测定时期：于棉花生长的蕾期、初花期、盛花期、花铃期、盛铃期、吐絮初期，在施肥后的第6天，选择北京时间10：00-14：00进行测定；

（2）仪器校准：测定之前用SPAD-502仪校准卡进行仪器校准，达到仪器SPAD值为67.4±3.0的校准要求；

（3）样本数选择：在对应生育期内,分别随机选取26、35、39、60、50、44株棉花；（4）测定位点选择：棉花打顶前测倒4叶，打顶后测倒1叶，在棉花掌状裂叶的每个裂片中部选取4个点用SPAD仪测定；

（5）数据处理：用生物统计学方法中加权平均数法计算SPAD值。

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