小麥臨界氮濃度稀釋模型構建及氮素診斷研究.pdf

1、氮素對作物生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)形成能產(chǎn)生顯著影響。作物氮素營養(yǎng)的精確診斷與動態(tài)調(diào)控是精確農(nóng)業(yè)技術的重要內(nèi)容和科學依據(jù)。本研究以小麥為研究對象，基于不同年份、氮素水平和品種類型的田間試驗，系統(tǒng)分析小麥各器官（葉片、穗和地上部植株）干物質(zhì)、葉面積指數(shù)和氮含量的動態(tài)變化特征，構建了基于干物質(zhì)(LAI)的小麥不同器官臨界氮濃度稀釋模型（Criticalnitrogenconcentration，Ncnc），氮素需求模型（Accumulativen

2、itrogendemand,Nand）和氮營養(yǎng)指數(shù)模型（Nitrogennutritionindex，NNI），最后利用SPAD預估小麥NNI，從而為小麥氮素營養(yǎng)診斷和調(diào)控提供有效的理論基礎和技術支撐。
　　首先，在明確小麥葉片干物質(zhì)和氮濃度隨施氮水平和生育進程的變化規(guī)律的基礎上，依據(jù)Justes構建臨界氮濃度稀釋模型的方法，分別構建了小麥葉片的臨界氮濃度稀釋模型(N1cnc）、氮營養(yǎng)指數(shù)模型(NNI1)和氮素需求模型(N1and

3、）。結果表明:小麥葉片臨界氮濃度與干物質(zhì)之間符合冪函數(shù)關系(N1cnc=a1cncDM1-b);模型參數(shù)a1cnc在品種之間存在差異，使用充足氮肥處理條件下小麥返青期比葉面積(SLAs)對品種參數(shù)a1cnc進行修正，新構建了小麥葉片臨界氮濃度稀釋模型:N1cnc=0.095SLAs×DM1-0.18(DM1≥0.5t.ha-1)和N1cnc=0.105SLAs(DM1＜0.5t.ha-1);葉片氮營養(yǎng)指數(shù)模型:NNI1=N1a/N1cn

4、c;葉片氮素需求模型:N1and=N1cna-N1na。利用獨立試驗資料對模型進行驗證，結果表明臨界氮濃度稀釋模型能較好的診斷小麥葉片氮營養(yǎng)狀況;氮營養(yǎng)指數(shù)模型和氮素需求模型可以定量計算小麥葉片的需氮量。
　　其次，系統(tǒng)分析小麥穗部的干物質(zhì)和氮濃度的動態(tài)變化趨勢，并構建了小麥穗部臨界氮濃度稀釋模型(Nscnc）、小麥穗部氮營養(yǎng)指數(shù)模型(NNIs)、小麥穗部氮素需求模型(Nsand)。結果顯示:穗部干物質(zhì)積累量與氮濃度間符合冪函數(shù)關

5、系（Nscnc=ascncDMs-b）;模型參數(shù)ascnc在品種之間存在差異，利用充足氮肥處理條件下小麥抽穗期比葉面積(SLAb)為品種參數(shù)，新構建了小麥穗部臨界氮濃度稀釋模型Nscnc=0.1SLAb×DMs-0.17(DMs＞1.7t.ha-1)和Nscnc=0.095SLAb(DMs＜1.7t.ha-1);穗部氮營養(yǎng)指數(shù)模型:NNI1=N1a/1cnc;穗部氮素需求模型:N1and=N1cna-N1na。利用獨立試驗資料對上述模型

6、進行檢驗，結果表明模型能夠較好診斷小麥穗部氮素營養(yǎng)，并且在適宜氮素水平下小麥產(chǎn)量最高。
　　然后，在闡明小麥植株干物質(zhì)和氮濃度之間關系的基礎上，構建了基于干物質(zhì)的小麥地上部植株臨界氮濃度稀釋模型（Ncnc），氮營養(yǎng)指數(shù)模型(NNI)和氮素需求模型（Nand）。結果表明:小麥地上部植株臨界氮濃度稀釋模型(Ncnc=acncDM-b)具有明確的生物學意義，參數(shù)acnc在品種之間有顯著差異。利用在氮肥充足小區(qū)的小麥返青期比葉面積(SLA

7、s)對模型系數(shù)acnc進行修正，從而構建小麥植株臨界氮濃度稀釋模型:Ncnc=0.11SLAs×DM-0.44(DM＞1.7t.ha-1)和Ncnc=0.135SLAs(DM＜1.7t.ha-1)，地上部植株氮營養(yǎng)指數(shù)模型:NM=Na/Ncnc;小麥地上部植株氮素需求模型:Nand=Ncna-Nna。利用獨立試驗資料對模型進行檢驗和測試，結果表明模型能夠較好診斷小麥植株氮素營養(yǎng)，并且在適宜氮素水平下小麥產(chǎn)量最高。
　　進一步分析了

8、小麥植株葉面積指數(shù)與氮濃度的動態(tài)關系，分別構建了基于葉面積指數(shù)的小麥植株臨界氮濃度稀釋模型(Npcnc)、氮營養(yǎng)指數(shù)模型(NNIp)。結果顯示，基于葉面積指數(shù)構建的小麥植株臨界氮濃度稀釋模型（Npcnc=apcncLAI-b）結構相同，參數(shù)apcnc在品種之間也有顯著差異。利用在氮肥充足小區(qū)的小麥返青期比葉面積(SLAs)對模型系數(shù)apcnc進行修正，重新構建的小麥植株臨界氮濃度稀釋模型為Npcnc=0.125SLAs×LAI-0.4(

9、LAI＞1.5)和Npcnc=0.11SLAs(LAI＜1.5)。進一步基于臨界氮濃度稀釋模型構建了小麥植株氮營養(yǎng)指數(shù)模型:NNIp=Na/Npcnc。利用獨立試驗資料對模型進行檢驗和測試，結果表明模型能夠較好診斷小麥植株氮素營養(yǎng)，并且在適宜氮素水平下小麥產(chǎn)量最高。并利用獨立試驗比較了Npcnc模型和Ncnc模型診斷效果，結果表明診斷發(fā)生錯誤的概率Npcnc模型為15.30％,而Ncnc模型為17.30％，Npcnc模型優(yōu)于Ncnc模型

10、。
　　最后，系統(tǒng)分析了小麥上部4張單葉和不同葉位歸一化SPAD指數(shù)(NDSPADij)與植株氮營養(yǎng)指數(shù)的關系，構建了基于SPAD的植株氮營養(yǎng)指數(shù)定量估算模型。結果表明，小麥上部不同葉位SPAD隨施氮量提高而提高，而NDSPADij隨施氮量的提高而降低。小麥單葉SPAD與NNI的關系呈顯著正相關，但在不同品種或年份之間表現(xiàn)不穩(wěn)定;除NDSPAD12外，NDSPADij與NNI之間呈顯著負相關，以NDSPAD14表現(xiàn)最佳，其定量估算