CN106171222A - 一种依据水稻叶色相对值追施氮肥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种依据水稻叶色相对值追施氮肥的方法。该方法依据水稻各生育期茎上顶部第1完全展开叶(n叶)与顶部第3完全展开叶(n‑2叶)的叶色差异可反映水稻氮素丰缺情况的原理，通过在关键生育期(分蘖期、穗分化始期、雌雄蕊形成期、抽穗始期)用叶绿素测定仪(SPAD)测定这两叶的叶色，计算SPAD测定值的相对值[n叶的SPAD测定值/(n‑2)叶的SPAD测定值]，确定需要追施氮肥的SPAD测定值的相对值指标和氮素施用量，使氮素供应与水稻对氮素要求相一致。这一方法不受品种、生长季节、种植地域的限制，具有普遍的适用性，可有效降低水稻氮肥施用量，提高产量和氮肥农学利用效率。
Description
技术领域
本发明属于农业技术领域，具体涉及一种依据水稻叶色相对值追施氮肥的方法，用于水稻高产与氮肥高效利用栽培中的氮肥追施。
背景技术
叶色是氮素营养诊断中最为常用的指标。20世纪50年代，陈永康(1960)提出了根据水稻“黑黄”变化进行施氮的方法。这一方法虽然简单，但这是一种经验性的方法，难以做到精确定量(凌启鸿等2000)。一些研究者(Peng et al.,2002；刘立军等,2003)提出通过测定水稻叶片或植株全氮含量来诊断水稻氮素营养状况。这一方法虽然比较准确，但需要破坏性取样，并要进行实验室分析，因而具有明显的滞后性，难以用以指导生产(王绍华等，2002；张静等,2012)。应用叶色卡诊断叶色，虽较凭人的肉眼观察叶色提高了诊断技术的准确性，但用叶色卡诊断叶色的误差仍较大(陶勤南等，1990；钟旭华等，2006)。进入20世纪90年代以来，随着便携式叶绿素仪(SPAD-502chlorophyll meter，简称SPAD)的问世，氮素诊断技术实现了数字化，提高了氮素诊断的准确性和稳定性。但是，SPAD测定值与植株含氮量的关系因品种、种植地点、季节、栽插方式等的不同而有较大差异(王绍华等，2002a，b；沈阿林等，2000；Peng et al.,2006,2010,2012；钟旭华等，2006；李刚华等，2007；张耀鸿等，2008；张静等，2012；Xiong et al.,2016)。例如，王绍华等(2006a)观察到。两个粳稻品种9916和越光，当SPAD测定值相同时，植株的含氮量在两个品种之间可相差20～60％；Balasubramanian et al.(2000)观察到，同一水稻品种在相同施氮量、相同生育时期(穗分化始期)测定，在雨季和旱季的SPAD测定值可相差3～6个读数单位。因此，需根据具体品种、发育阶段、种植地点分别确定需要施肥SPAD指标值，因而限制了该技术的适用性。对此，王绍华等(2002a，b)曾提出用顶3叶和顶4叶的相对叶色差[RSPAD＝(顶3叶SPAD值-顶4叶SPAD值)/顶3叶SPAD值×100％]作为诊断水稻氮素营养状况。这一方法虽然可以部分消除品种之间叶色的差异，但有3点不足之处：(1)在水稻移栽后的分蘖早期，特别是小苗移栽的机插水稻分蘖早期。顶4叶很小，难以用SPAD测定该叶叶色；在拔节以后，水稻群体较大，顶4叶处在冠层的基部，光照条件不好，由于用SPAD测定叶色受光照条件影响很大，因此，用SPAD仪测定顶4叶叶色难以测得准；(2)水稻顶4叶在冠层中是较老的叶片，对氮素响应较钝感，当该叶出现氮素亏缺时再进行施肥，往往施肥偏迟，影响施肥效果；(3)没有明确需要施肥的相对叶色差数量指标(即叶色差达到什么指标需要施肥)和相应的施肥方法(需要施多少氮肥)。杨建昌等(2013)提出了一种小麦因色追施氮肥方法，但这一方法仅适用于小麦，不能用于水稻。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种依据水稻叶色相对值追施氮肥的方法。该方法的原理是，水稻各生育期顶部第1完全展开叶从开始完全展开到完全展开的第7天，是稻株最幼嫩的展开叶和最新的功能叶，该叶氮素营养优先得到供应。对于同一品种，不同生育期该叶的叶色变化较小。顶部第3完全展开叶，对氮素供应情况较为敏感，其叶色的深浅反映了一个品种的氮素丰缺情况，用第1完全展开叶与第3完全展开叶叶色比值(顶部第1完全展开叶叶色/顶部第3完全展开叶叶色)的大小作为追施氮肥的诊断指标，其既可以消除品种间叶色的遗传差异，或消除SPAD测定值与植株含氮量的关系因品种、种植地点、季节、栽插方式等的不同的差异，又可以反映稻株氮素的丰缺状况。因此，可以通过在关键生育期(分蘖期、穗分化始期、雌雄蕊形成期、抽穗始期)用叶绿素测定仪(SPAD)测定这两叶的叶色，计算SPAD测定值的相对值[n叶的SPAD测定值/(n-2)叶的SPAD测定值]，确定需要追施氮肥的SPAD测定值的相对值指标和氮素施用量，使氮素供应与水稻对氮素要求相一致。这一方法不受品种、生长季节、种植地域的限制，具有普遍的适用性，可有效降低水稻氮肥施用量，提高产量和氮肥农学利用效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种依据水稻叶色相对值追施氮肥的方法，是在关键生育期(分蘖期、穗分化始期、雌雄蕊形成期、抽穗始期)用叶绿素测定仪(SPAD)测定第1完全展开叶与第3完全展开叶，计算SPAD测定值的相对值[第1完全展开叶的SPAD测定值/第3完全展开叶的SPAD测定值]，根据SPAD测定值的相对值确定氮素施用量。
本发明所述的上述方法中，所述的根据SPAD测定值的相对值确定氮素施用量，是根据移栽时的叶龄选择对应步骤，具体如下：
1.移栽时秧苗叶龄≧5的中、大苗移栽水稻
1.1.分蘖期叶色相对值指标和氮肥施用量比例
于移栽后的6～8天，用叶绿素测定仪(SPAD)测定茎上顶部第1完全展开叶(n叶)和茎上顶部第3完全展开叶(n-2叶)的叶色，获得SPAD相对值，即：n叶的SPAD测定值/(n-2)叶的SPAD测定值，如果：
(1)SPAD相对值≦1，氮肥施用量占总施氮量的5％；
(2)1.1>SPAD相对值>1，氮肥施用量占总施氮量的10％；
(3)SPAD相对值≧1.1，氮肥施用量占总施氮量的15％。
1.2.穗分化始期叶色相对值指标和氮肥施用量比例
于水稻叶龄余数为3.5时，用叶绿素测定仪(SPAD)测定茎上顶部第1完全展开叶(n叶)和茎上顶部第3完全展开叶(n-2叶)的叶色，获得SPAD相对值，即：n叶的SPAD测定值/(n-2)叶的SPAD测定值，如果：
(1)SPAD相对值≦1，氮肥施用量占总施氮量的15％；
(2)1.1>SPAD相对值>1，氮肥施用量占总施氮量的20％；
(3)SPAD相对值≧1.1，氮肥施用量占总施氮量的25％。
1.3.雌雄蕊形成期叶色相对值指标和氮肥施用量比例
于水稻叶龄余数为1.5时，用叶绿素测定仪(SPAD)测定茎上顶部第1完全展开叶(n叶)和茎上顶部第3完全展开叶(n-2叶)的叶色，获得SPAD相对值，即：n叶的SPAD测定值/(n-2)叶的SPAD测定值，如果：
(1)SPAD相对值≦1，氮肥施用量占总施氮量的15％；
(2)1.1>SPAD相对值>1，氮肥施用量占总施氮量的20％；
(3)SPAD相对值≧1.1，氮肥施用量占总施氮量的25％。
1.4.抽穗始期叶色相对值指标和氮肥施用量比例
于全田有5％的稻穗露出顶叶叶鞘时，用叶绿素测定仪(SPAD)测定茎上顶部第1完全展开叶(n叶)和茎上顶部第3完全展开叶(n-2叶)的叶色，获得SPAD相对值，即：n叶的SPAD测定值/(n-2)叶的SPAD测定值，如果：
(1)SPAD相对值≦1.05，不追施氮肥；
(2)SPAD相对值>1.05，氮肥施用量占总施氮量的5％。
上述方案见表1。
2.移栽时秧苗叶龄<5的小苗移栽水稻
2.1.分蘖期叶色相对值指标和氮肥施用量比例
2.1.1.第一次施用分蘖肥
于移栽后的6～8天，用叶绿素测定仪(SPAD)测定茎上顶部第1完全展开叶(n叶)和茎上顶部第3完全展开叶(n-2叶)的叶色，获得SPAD相对值，即：n叶的SPAD测定值/(n-2)叶的SPAD测定值，如果：
(1)SPAD相对值≦1，氮肥施用量占总施氮量的10％；
(2)1.1>SPAD相对值>1，氮肥施用量占总施氮量的15％；
2.1.2.第二次施用分蘖肥
于移栽后的12～14天，用叶绿素测定仪(SPAD)测定茎上顶部第1完全展开叶(n叶)和茎上顶部第3完全展开叶(n-2叶)的叶色，获得SPAD相对值，即：n叶的SPAD测定值/(n-2)叶的SPAD测定值，如果：
(1)SPAD相对值≦1，氮肥施用量占总施氮量的5％；
(2)1.1>SPAD相对值>1，氮肥施用量占总施氮量的10％；
2.2.穗分化始期叶色相对值指标和氮肥施用量比例
于水稻叶龄余数为3.5时，用叶绿素测定仪(SPAD)测定茎上顶部第1完全展开叶(n叶)和茎上顶部第3完全展开叶(n-2叶)的叶色，获得SPAD相对值，即：n叶的SPAD测定值/(n-2)叶的SPAD测定值，如果：
(1)SPAD相对值≦1，氮肥施用量占总施氮量的15％；
(2)1.1>SPAD相对值>1，氮肥施用量占总施氮量的20％；
(3)SPAD相对值≧1.1，氮肥施用量占总施氮量的25％。
2.3.雌雄蕊形成期叶色相对值指标和氮肥施用量比例
于水稻叶龄余数为1.5时，用叶绿素测定仪(SPAD)测定茎上顶部第1完全展开叶(n叶)和茎上顶部第3完全展开叶(n-2叶)的叶色，获得SPAD相对值，即：n叶的SPAD测定值/(n-2)叶的SPAD测定值，如果：
(1)SPAD相对值≦1，氮肥施用量占总施氮量的15％；
(2)1.1>SPAD相对值>1，氮肥施用量占总施氮量的20％；
(3)SPAD相对值≧1.1，氮肥施用量占总施氮量的25％。
2.4.抽穗始期叶色相对值指标和氮肥施用量比例
于全田有5％的稻穗露出顶叶叶鞘时，用叶绿素测定仪(SPAD)测定茎上顶部第1完全展开叶(n叶)和茎上顶部第3完全展开叶(n-2叶)的叶色，获得SPAD相对值，即：n叶的SPAD测定值/(n-2)叶的SPAD测定值，如果：
(1)SPAD相对值≦1.05，不追施氮肥；
(2)SPAD相对值>1.05，氮肥施用量占总施氮量的5％。
上述方案见表2。
本发明中所说的叶色或SPAD测定值，可用叶绿素快速测定仪(SPAD)测定。叶绿素快速测定仪以型号SPAD-502(日本Minolta公司生产)应用最广泛，各仪器公司均可代为销售。
本发明所说的分蘖期、穗分化始期、雌雄蕊形成期、抽穗始期以及叶龄余数的诊断或测定方法，在《作物栽培学》教科书中的“水稻”一章均有详细介绍。
本发明所说的总施氮量可根据下面公式(凌启鸿，2000；Peng et al.,2006；官春云，2011)计算：
总施氮量(kg/ha)＝(目标产量-氮空白区产量)/氮肥农学利用率。
公式中的目标产量，可根据某一品种的最高产量潜力(生长条件不受限制、栽培管理措施最佳时获得的产量)乘以0.85、或某一品种的区试产量乘以1.05确定；氮空白区产量主要通过收获不施氮小区产量或通过查阅资料获得；氮肥农学利用率，粳稻14～16kg/kgN，籼稻为17～18kg/kg N，籼/粳杂交稻为15～17kg/kg N。
具体实施方式
实施例
1.试验地概况和供试品种
于2014和2015年，分别在扬州大学实验农场(江苏扬州)和江苏省东海农场(江苏省东海县)设置试验(以下分别简称为扬州试验和东海试验)。两试验地前茬作物均为小麦。扬州试验地土壤质地为砂壤土，耕作层有机质含量为2.42％，有效氮103mg kg-1，速效磷34.5mg kg-1，速效钾68.6mg kg-1。东海试验地土壤质地为粘质壤土，有机质含量2.02％，速效氮98mg kg-1，速效磷28.5mg kg-1，速效钾145mg kg-1。扬州试验的供试品种为武运粳24号(粳稻)和扬稻6号(籼稻)，种子购自扬州市种子公司，于5月15-16日播种，6月9-10日移栽，移栽时秧苗叶龄为5.6(中、大苗移栽)，株行距16cm×25cm，双本栽，于移栽前1天施用过磷酸钙(P2O5含量13.5％)750kg/ha和氯化钾(K2O含量60％)300kg/ha。东海试验的供试品种为连粳7号(粳稻)和甬优2640(籼/粳杂交稻)，种子分别购自连云港市种子公司和浙江省宁波市农业科学研究所，于5月30-31日播种，6月19-20日移栽，移栽时秧苗叶龄为4.3(小苗移栽)，株行距16cm×25cm，双本栽，于移栽前1天施用过磷酸钙(P2O5含量13.5％)795kg/ha和氯化钾(K2O含量60％)245kg/ha。
2.施氮处理
扬州试验和东海试验均设置3个氮肥运筹和施氮量处理：
(1)氮空白区，全生育期不施氮
(2)当地高产栽培施氮方法(简称当地施氮法)，当地水稻生产上的施氮方法，总施氮量粳稻为300kg/ha、籼稻为270kg/ha,籼/粳杂交稻为330kg/ha，中、大苗移栽水稻的基肥、分蘖肥、促花肥和保花肥分别占总施氮量的50％、10％、20％和20％；小苗移栽水稻的基肥、第一次分蘖肥、第二次分蘖肥、促花肥和保花肥分别占总施氮量的40％、15％、15％、15％和15％。
(3)依据本发明水稻叶色相对值追施氮肥方法(简称因色施氮法)，依据目标产量、氮空白区产量、氮肥农学利用率确定总施氮量；中、大苗移栽水稻的基肥占总施氮量的30％，小苗移栽水稻的基肥占总施氮量的20％；两种苗分蘖肥、促花肥、保花肥和粒肥的施用量根据叶绿素测定仪(SPAD)测定的相对值(顶部第1完全展开叶SPAD测定值/顶部第3完全展开叶的SPAD测定值确定。扬州试验和东海试验因色施氮法的总施氮量确定、各施肥期的顶部第1完全展开叶SPAD测定值、顶部第3完全展开叶的SPAD测定值、SPAD相对值(顶部第1完全展开叶SPAD测定值/顶部第3完全展开叶的SPAD测定值)、施氮比例及施氮量列于表3和表4。各处理小区面积40m2，重复4次，随机区组排列。
分别于拔节初(扬稻6号、连粳7号和甬优2640的叶龄余数为3.0,武运粳24号的叶龄余数为3.8)考察最高分蘖数，成熟期各小区取10穴测定产量构成、地上部植株干物质重和含氮量，各小区实收计产。
3.效果
与当地施氮法相比，扬州试验‘因色施氮法’的水稻氮肥施用量降低了15.6～20％，产量增加了6.7～8.1％，氮肥吸收利用率提高了6.03～9.38个百分点，氮肥农学利用率提高了37.1～47.9％(表5)；东海试验‘因色施氮法’的水稻氮肥施用量降低了11.3～21.0％，产量增加了6.9～8.1％，氮肥吸收利用率提高了4.71～11.13个百分点，氮肥农学利用率了提高30.5～50.0％(表6)；
‘因色施氮法’较当地施氮法显著增加了分蘖成穗率和收获指数，这是‘因色施氮法’获得高产与氮肥高效利用的重要原因(表5和表6)。
表1一种依据水稻叶色相对值追施氮肥的方法(中、大苗移栽，移栽时叶龄≧5)
顶部第1完全展开叶SPAD测定值/顶部第3完全展开叶的SPAD测定值。
表2一种依据水稻叶色相对值追施氮肥的方法(小苗移栽，移栽时叶龄<5)
顶部第1完全展开叶SPAD测定值/顶部第3完全展开叶的SPAD测定值。
表3扬州试点中、大苗移栽水稻依据叶色相对值追施氮肥(因色施氮)的实例
n叶为顶部第1完全展开叶，n-2叶为顶部第3完全展开叶；
顶部第1完全展开叶SPAD测定值/顶部第3完全展开叶的SPAD测定值。
表4东海试点小苗移栽水稻依据叶色相对值追施氮肥(因色施氮)的实例
n叶为顶部第1完全展开叶，n-2叶为顶部第3完全展开叶；
顶部第1完全展开叶SPAD测定值/顶部第3完全展开叶的SPAD测定值。
表5扬州试点依据水稻叶色相对值追施氮肥(因色施氮)的产量和氮肥利用效率
在当地施氮法与因色施氮法二者间，除施氮方法不同外，其余栽培措施相同，中、大苗移栽。
当地施氮法：当地水稻生产上的施氮方法，总施氮量粳稻为300kg/ha、籼稻为270kg/ha,基肥、分蘖肥、促花肥和保花肥分别占总施氮量的50％、10％、20％和20％。
§因色施氮法：依据目标产量、氮空白区产量、氮肥农学利用率确定总施氮量，基肥占总施氮量的30％，分蘖肥、促花肥、保花肥和粒肥的施用量根据叶绿素测定仪(SPAD)测定的相对值(顶部第1完全展开叶SPAD测定值/顶部第3完全展开叶的SPAD测定值确定，详见表3。
氮肥吸收利用率(％)＝(施氮区氮素吸收量-氮空白区氮素吸收量)/施氮量×100
#氮肥农学利用率(kg/kg N)＝(施氮区产量-氮空白区产量)/施氮量
分蘖成穗率(％)＝成熟期成穗数/拔节初最高茎蘖数×100
收获指数＝产量/地上部总干重
§§不同字母者表示在P＝0.05水平上差异显著；同栏、同年、同品种内比较。
表6东海试点依据水稻叶色相对值追施氮肥(因色施氮)的产量和氮肥利用效率
在当地施氮法与因色施氮法二者间，除施氮方法不同外，其余栽培措施相同，小苗移栽。
当地施氮法：当地水稻生产上的施氮方法，连粳7号的总施氮量为300kg/ha、甬优2640的总施氮量为330kg/ha,基肥、第一次分蘖肥、第二次分蘖肥、促花肥和保花肥分别占总施氮量的40％、15％、15％、15％和15％。
§因色施氮法：依据目标产量、氮空白区产量、氮肥农学利用率确定总施氮量，基肥占总施氮量的20％，第一次分蘖肥、第二次分蘖肥、促花肥、保花肥和粒肥的施用量根据叶绿素测定仪(SPAD)测定的相对值(顶部第1完全展开叶SPAD测定值/顶部第3完全展开叶的SPAD测定值确定，详见表4。
氮肥吸收利用率(％)＝(施氮区氮素吸收量-氮空白区氮素吸收量)/施氮量×100
#氮肥农学利用率(kg/kg N)＝(施氮区产量-氮空白区产量)/施氮量
分蘖成穗率(％)＝成熟期成穗数/拔节初最高茎蘖数×100
收获指数＝产量/地上部总干重
§§不同字母者表示在P＝0.05水平上差异显著；同栏、同年、同品种内比较。
Claims (2)
1.一种依据水稻叶色相对值追施氮肥的方法，其特征在于：在水稻分蘖期、穗分化始期、雌雄蕊形成期和抽穗始期分别用叶绿素测定仪测定茎上顶部第1完全展开叶与茎上顶部第3完全展开叶的叶色，计算SPAD相对值，根据SPAD相对值确定氮素施用量；所述SPAD相对值＝茎上顶部第1完全展开叶的SPAD测定值/茎上顶部第3完全展开叶的SPAD测定值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述根据SPAD相对值确定氮素施用量是：
(一)对于移栽时秧苗叶龄≧5的中、大苗移栽水稻，各时期的追施氮肥量为：
1)分蘖期：于移栽后6～8天，获得SPAD相对值，如果：
(1)SPAD相对值≦1，氮肥施用量占总施氮量的5％；
(2)1.1>SPAD相对值>1，氮肥施用量占总施氮量的10％；
(3)SPAD相对值≧1.1，氮肥施用量占总施氮量的15％；
2)穗分化始期：于水稻叶龄余数为3.5时，获得SPAD相对值，如果：
(1)SPAD相对值≦1，氮肥施用量占总施氮量的15％；
(2)1.1>SPAD相对值>1，氮肥施用量占总施氮量的20％；
(3)SPAD相对值≧1.1，氮肥施用量占总施氮量的25％；
3)雌雄蕊形成期：于水稻叶龄余数为1.5时，获得SPAD相对值，如果：
(1)SPAD相对值≦1，氮肥施用量占总施氮量的15％；
(2)1.1>SPAD相对值>1，氮肥施用量占总施氮量的20％；
(3)SPAD相对值≧1.1，氮肥施用量占总施氮量的25％；
4)抽穗始期：于全田有5％的稻穗露出顶叶叶鞘时，获得SPAD相对值，如果：
(1)SPAD相对值≦1.05，不追施氮肥；
(2)SPAD相对值>1.05，氮肥施用量占总施氮量的5％；
(二)对于移栽时秧苗叶龄<5的小苗移栽水稻，各时期的追施氮肥量为：
1)分蘖期：
①第一次施用分蘖肥
于移栽后的6～8天，获得SPAD相对值，如果：
(1)SPAD相对值≦1，氮肥施用量占总施氮量的10％；
(2)1.1>SPAD相对值>1，氮肥施用量占总施氮量的15％；
②第二次施用分蘖肥
于移栽后的12～14天，获得SPAD相对值，如果：
(1)SPAD相对值≦1，氮肥施用量占总施氮量的5％；
(2)1.1>SPAD相对值>1，氮肥施用量占总施氮量的10％；
2)穗分化始期：于水稻叶龄余数为3.5时，获得SPAD相对值，如果：
(1)SPAD相对值≦1，氮肥施用量占总施氮量的15％；
(2)1.1>SPAD相对值>1，氮肥施用量占总施氮量的20％；
(3)SPAD相对值≧1.1，氮肥施用量占总施氮量的25％；
3)雌雄蕊形成期：于水稻叶龄余数为1.5时，获得SPAD相对值，如果：
(1)SPAD相对值≦1，氮肥施用量占总施氮量的15％；
(2)1.1>SPAD相对值>1，氮肥施用量占总施氮量的20％；
(3)SPAD相对值≧1.1，氮肥施用量占总施氮量的25％；
4)抽穗始期：于全田有5％的稻穗露出顶叶叶鞘时，获得SPAD相对值，如果：
(1)SPAD相对值≦1.05，不追施氮肥；
(2)SPAD相对值>1.05，氮肥施用量占总施氮量的5％。
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