本發明屬于作物施肥領域，具體涉及一種利用植株葉片相對SPAD值對作物(如冬小麥)追施氮肥量進行推薦的方法。

背景技術：

利用植株營養診斷技術進行施肥推薦，能夠精確匹配作物對養分的動態需求，提高作物產量和養分利用效率，減少資源浪費，是發展精準農業的重要方法之一。

近年來，植株營養診斷施肥技術得到了廣泛關注，在研究和實際應用中都已取得了很大進展。其中，SPAD-502是日本Konica Minolta公司生產的一種便攜式葉綠素速測儀，它通過測量植株葉片在550nm和675nm波長的透光系數(或反射系數)來確定葉片葉綠素的相對含量，即SPAD值。由于葉片葉綠素含量與作物氮營養狀況存在極顯著的相關關系，因此葉片SPAD值也可用于評估作物氮素營養豐缺狀況，進而指導作物精準施肥。SPAD-502操作簡便、測定快速、對植株無破壞性，已經在小麥、玉米、水稻、棉花等多種農作物上進行廣泛研究。

通常，利用SPAD-502進行施肥推薦有兩種方法，一種是通過比較氮肥不同用量條件下葉片SPAD值的差異，制定出不同SPAD值等級對應的氮肥適用量范圍。比如申請號為201210217173.X的關于一種小麥拔節期實時診斷追施氮肥的方法，就構建了5個SPAD值等級的氮肥推薦范圍指標。另一種是已知氮肥最佳推薦量，利用不同生育期氮肥用量對葉片SPAD值的影響及其變化規律，推算SPAD值在作物不同生長期的氮肥追施比例與用量。比如：申請號為200910096969.2的一種茶樹氮素營養無損快速測定和控制方法，就是以茶樹年施氮量450-500kg N/ha為基準，通過構建施氮量和茶樹葉片在春、夏、秋、冬四個季節葉片SPAD值之間的關系，確定氮肥在每個季節的追施量。

通過葉片SPAD值構建的氮肥推薦指標，通常都會有4-6個等級組成，每個等級的SPAD值及其對應的氮肥推薦量均為一個范圍，有些指標的范圍很大，在應用時容易產生較大偏差。同時，葉片SPAD值受干旱、溫度等氣象條件的影響顯著，在作物不同生育期、不同年份間有顯著變化；因此，采用葉片SPAD值進行氮肥推薦可能與作物的實際需求存在較大差異。為此，一些研究人員提出了相對SPAD值概念，它是指“當前”被測定植株葉片SPAD值和足量施用氮肥植株葉片SPAD值之比。P.Debaeke等(2006)發表在《Journal of Plant Nutrition》的文章“Relationship Between the Normalized SPAD Index and the Nitrogen Nutrition Index:Application to Durum Wheat”指出，葉片相對SPAD值去診斷小麥氮營養指數，在不同生育期和不同年度間沒有顯著差異。如果相對SPAD值和土壤供氮量或氮肥施用量的關系也不受生育期和年度氣候變化的影響，采用葉片相對SPAD值進行施肥推薦的可靠性可大幅提高。然而，利用葉片相對SPAD值進行施肥推薦的方案目前還未見報道。

技術實現要素：

本發明提供一種利用葉片相對SPAD值對作物進行氮肥推薦的方法，能夠克服按照葉片SPAD值等級推薦氮肥適用量范圍帶來的誤差、以及葉片SPAD值因受生育期和年度氣候變化的影響導致推薦結果不準確的問題，對作物施用氮肥量進行精準推薦，滿足作物對養分的動態需求。

本發明采用的技術方案如下：

一種利用葉片相對SPAD值對作物進行氮肥推薦的方法，其步驟包括：

1)測定不同土壤供氮量條件下的作物產量，根據作物產量和土壤供氮量的關系計算使作物產量最大的最佳土壤供氮量；所述不同土壤供氮量條件是指通過設置一系列不同施氮水平的田間試驗處理(小區)，使得土壤供氮量涵蓋從供氮不足到過量的梯度水平；

2)測定不同土壤供氮量條件下作物葉片的SPAD值，根據SPAD值計算相對SPAD值，進而得到相對SPAD值和土壤供氮量的關系模型；

3)根據步驟1)所述最佳土壤供氮量以及步驟2)所述相對SPAD值和土壤供氮量的關系模型，確定作物達到最大產量所需的氮肥推薦量與葉片相對SPAD值的關系模型；

4)測定待施氮肥的作物的SPAD值并計算相對SPAD值，根據步驟3)所述作物達到最大產量所需的氮肥推薦量與葉片相對SPAD值的關系模型，確定氮肥推薦量。

進一步地，步驟1)所述土壤供氮量包括土壤礦質氮和氮肥用量。

進一步地，步驟2)根據最佳土壤供氮量確定相對SPAD的閾值；步驟4)中待施氮肥的作物的相對SPAD值大于所述閾值時，不需追施氮肥，小于所述閾值時，需追施氮肥。

進一步地，步驟4)用最佳土壤供氮量減去待施氮肥的作物的相對SPAD值所對應的土壤供氮量，即為所述氮肥推薦量。

本發明的有益效果如下：

本發明采用葉片相對SPAD值對作物施氮量進行推薦，葉片相對SPAD值和土壤供氮量的關系在不同生育期和不同年度間沒有顯著差異，能夠克服按照葉片SPAD值等級推薦氮肥適用范圍帶來的誤差、以及葉片SPAD值受生育期和年度氣候變化的影響導致推薦結果不準確的問題，因此可提高施肥推薦可靠性；采用本發明的方法進行施肥推薦，能夠精確匹配氮肥用量以滿足作物的動態需求，提高作物產量和養分利用效率，減少資源浪費。

附圖說明

圖1是葉片SPAD值、相對SPAD值與小麥返青期土壤供氮量的關系曲線圖。

圖2是小麥產量與小麥生長期土壤供氮量的關系曲線圖。

圖3是相對SPAD值與小麥生長期土壤供氮量的關系曲線圖。

圖4是施肥推薦用量與相對SPAD值的關系曲線圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例和附圖，對本發明做進一步說明。

一、定義：

土壤供氮量＝土壤礦質氮(Nmin)+氮肥用量

最佳土壤供氮量：小麥高產所需的土壤供氮量

相對SPAD值：被測定植株葉片SPAD值和足量施氮植株葉片SPAD值之比。

二、試驗材料與方法：

試驗布置在中國農業科學院廊坊高科技試驗園區，設置8個土壤供氮量處理，每個處理設置4個重復，共由32個試驗小區組成。每個小區面積30平方米。各小區在秋季耕地時統一施入等量基肥。其中：氮肥施用量為30kg N/ha(不施氮小區除外)，品種為尿素；磷肥用量為80kg P₂O₅/ha，品種為普通過磷酸鈣；鉀肥用量為100kg K₂O/ha，品種為氯化鉀。說明：磷、鉀肥用量在不同農田是可變的，以確保施入的磷鉀肥量能滿足小麥的需求即可。

試驗于2009年10月5日布置，2011年6月結束，共種植兩季小麥，播量為300kg/ha。

在2010年、2011年春季小麥返青之前，每個小區按S型選取3個點位，采集0-90cm土樣。采用RQflex返射計和硝酸鹽試紙測定土壤礦質氮(Nmin)含量，用烘干法計算土壤含水量。注：土壤礦質氮含量也可以用其它方法測定，如比色法、流動分析儀等。

根據土壤Nmin量，分別在返青期、開花前期追施等量氮肥(尿素)，使得各處理土壤供氮量(0-90cm土壤Nmin和2次追肥用量之和)分別達到0、90、120、180、240、300、360、420kg N/ha。因2010年春季0-90cm土壤Nmin最小值為62kg N/ha，因此該年度土壤供氮量的最小值是62kg N/ha而非0kg N/ha。

葉片SPAD值在小麥起身期、拔節期、開花后期測定。每個小區選擇有代表性的20株小麥，測定最上部完全展開葉的葉片中部位置，測定時間為上午8-10點。小區葉片SPAD值為20個測定數據的平均值。相對SPAD值＝測定小區的葉片SPAD值/土壤供氮量為420kg N/ha小區的SPAD值。

三、計算步驟：

1)檢驗作物生長期和不同年度對葉片相對SPAD值和土壤供氮量關系的影響。

數據如下面表1所示：

表1.2010、2011年小麥返青期土壤供氮量和小麥起身期、拔節期SPAD測定數據

根據表1獲得的試驗數據，以小麥返青期土壤供氮量(0-90cm土壤Nmin+第1次氮肥追施量)為橫坐標，分別以葉片SPAD值、相對葉片SPAD值為縱坐標，將2010和2011年小麥起身期、拔節期的測定數據放在一起進行方程擬合。從圖1可看出，葉片SPAD值與小麥返青期土壤供氮量呈冪指數關系，葉片SPAD值沿曲線分布比較分散，決定系數R²＝0.84。而葉片相對SPAD值與小麥返青期土壤供氮量呈冪指數關系，相對SPAD值沿擬合曲線的分布比較集中，決定系數R²則明顯高于前者，達到0.93，相關關系達到顯著水平。這些關系的比較表明：葉片相對SPAD值在反映土壤供氮量方面不受作物生長期和年分間(氣候變化)的影響，具有顯著的穩定性，可進一步用于氮肥推薦。

2)通過構建小麥產量和土壤供氮量的關系模型，計算能夠使小麥產量最大的“最佳土壤供氮量”。

數據如下面表2所示：

表2.2011年小麥開花后期的SPAD數據和小麥產量

在本試驗中，以土壤供氮量為橫坐標，作物產量為縱坐標，用SAS軟件得到的最佳擬合方程為“線性加平臺”，如圖1所示，其中R²表示決定系數。

由該線性加平臺的方程可計算出，小麥達到高產所需要的最佳土壤供氮量為150kg N/ha。

3)構建相對SPAD值和土壤供氮量的關系模型。

根據表2的試驗數據，以橫坐標為土壤供氮量，縱坐標為相對SPAD值，得到兩者的關系曲線圖，如圖2所示，并擬合出指數模型：

y＝0.9948－0.452e^(-0.0139x)。

圖中的虛線代表最佳土壤供氮量(150kg N/ha)，此時相對SPAD的閾值為0.95。換句話說，當相對SPAD值大于或等于0.95時，小麥不缺氮素，不需要追施氮肥；當相對SPAD值小于0.95時，土壤供氮量不能滿足小麥的需求，需要追施氮肥。

本試驗在開花后期測定SPAD值，是因為該時期在第2次追施氮肥10天之后，氮肥肥效在植株葉片上能充分反應出來，并且葉片還處在生理旺盛期，而葉衰老則會嚴重影響測定結果。

4)根據第2)步計算的“最佳土壤供氮量”和第3)步確定的“相對SPAD值和土壤供氮量的關系模型”，確定氮肥推薦模型。由于土壤供氮量＝土壤礦質氮(Nmin)+氮肥用量，因此，用最佳土壤供氮量減去相對SPAD值所對應的土壤供氮量，即為相對SPAD值條件下需要補充的氮肥量，也就是氮肥推薦量。把這些計算重新構建成一個方程，其規律符合冪函數：

y＝151.8－205.8875x^5.4066(0.55<x<0.95)

y代表施肥推薦用量(土壤/植株缺氮量)，x代表相對SPAD值。

該函數的曲線如圖4所示。當x>0.95時，不需要追施氮肥，推薦量是0，當x<0.55時，氮肥推薦量為150kg N/ha。

通過該函數，即可根據葉片相對SPAD值，對冬小麥進行施肥推薦。比如：當相對SPAD值為0.80時，氮肥推薦量＝151.8－205.8875*0.80^5.4066＝90(kg N/ha)；當相對SPAD值為0.90時，氮肥推薦量＝151.8－205.8875*0.90^5.4066＝35(kg N/ha)。

在實際應用時，在起身期、拔節期、開花期都可以測定葉片SPAD值并計算相對SPAD值進行氮肥推薦。

四、應用實施例：

1)地塊A種植冬小麥，面積2畝，2015年10月3日播種，2016年6月12日收獲。播種前施入基肥氮、磷、鉀用量分別為50kg N/ha，90kg P₂O₅/ha，100K₂O/ha；肥料品種分別為尿素、普通過磷酸鈣、氯化鉀。在進行追肥管理時，把地塊分為CK、N2兩個區，每個區面積1畝。CK區采用農民習慣追肥方式，在小麥返青前一次性追施氮肥250kg N/ha，生育期內不再施肥；N2區在小麥返青前追施尿素氮60kg N/ha。在小麥拔節后期，在CK、N2區分別選擇有代表性的20株小麥，測定最上部完全展開葉的葉片中部位置，測定時間為上午8-10點，小區葉片SPAD值為20個測定數據的平均值。N1區小麥葉片SPAD值為53.5，N2區小麥葉片SPAD值為48.5，以已足量施氮的CK區作為對照，N2區小麥葉片相對SPAD值＝48.5/53.5＝0.907；將相對SPAD值代入本發明的施肥推薦公式，可計算出：氮肥推薦量＝151.8－205.8875*0.907^5.4066＝30(kg N/ha)。因此，在小麥開花前期，在N2區再追施氮肥30kg N/ha。其它管理措施與CK區均相同。

小麥收獲后測產，CK區小麥產量6316kg/ha；N2區小麥產量6355kg/ha。

CK區氮肥總用量為300kg N/ha，而N2區氮肥總用量僅為140kg N/ha。N2區氮肥用量減少了160kg N/ha，產量卻與CK區基本持平。

2)地塊B種植冬小麥，面積3畝，2015年10月5日播種，2016年6月14日收獲。播種前施入基肥氮、磷、鉀用量分別為40kg N/ha，70kg P₂O₅/ha，110K₂O/ha；肥料品種分別為尿素、普通過磷酸鈣、氯化鉀。在進行追肥管理時，留出4×4米小區空間(CK)，采用農民習慣追肥方式，在小麥返青前一次性追施氮肥220kg N/ha，生育期內不再施肥；其它區域(S區)在小麥返青前追施尿素氮55kg N/ha。在小麥拔節后期，在CK、S區分別選擇有代表性的20株小麥，測定最上部完全展開葉的葉片中部位置，測定時間為上午8-10點，小區葉片SPAD值為20個測定數據的平均值。CK區小麥葉片SPAD值為56.4，S區小麥葉片SPAD值為47.6，以已足量施氮的CK區作為對照，S區小麥葉片相對SPAD值＝49.6/56.4＝0.844；將相對SPAD值代入本發明的施肥推薦公式，可計算出：氮肥推薦量＝151.8－205.8875*0.907^5.4066＝69.5(kg N/ha)。因此，在小麥開花前期，在N2區再追施氮肥69.5kg N/ha。其它管理措施CK、S區均相同。

小麥收獲后測產，CK區小麥產量5925kg/ha；S區小麥產量6075kg/ha。

CK區氮肥總用量為260kg N/ha，而S區氮肥總用量僅為168.5kg N/ha。S區氮肥用量減少了91.5kg N/ha，產量比農民習慣施肥的CK區略多出150kg/ha。

本發明包括的2年田間試驗，是為了證實檢小麥生長期和不同年度對葉片相對SPAD值和土壤供氮量關系無顯著影響。實際應用中，該步驟可省略，1年田間試驗即可；也可布置多年田間試驗檢驗不同年度對葉片相對SPAD值和土壤供氮量關系無顯著影響。

本發明的名稱為“對小麥進行氮肥推薦的方法”，除小麥以外，該方法也適用于其它作物。

本發明設置的土壤供氮量、試驗處理(小區)個數，是可變化的。每個小區的面積也是可變的。

上述計算公式中，公式形式及其參數均可以變化，本發明僅以設置在中國農業科學院廊坊高科技試驗園區的田間試驗，列出了其中的一種。

以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其進行限制，本領域的普通技術人員可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和范圍，本發明的保護范圍應以權利要求書所述為準。