张学顺，冶 军*，朱 云，张 妮，刘艳妮，郝少奇
（ 石河子大学农学院资源与环境科学系，新疆 石河子 832000）
摘要：在滴灌条件下以新春6号为研究材料，通过田间小区试验，设置4个施氮量处理（0、225、300、375 kg/hm2），利用GreenSeeker（手持式光谱仪）测定春小麦归一化植被指数（NDVI值）并与叶绿素、叶片氮含量相比较。试验结果表明，在拔节期，NDVI值可以很好的预测叶绿素、叶片氮含量，滴灌春小麦的氮素营养诊断的最佳时期为拔节期。
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关键词 ：小麦；GreenSeeker；氮素；营养诊断
植物干物质生产来源于叶绿素所决定的光合过程，因此，叶绿素含量能指示作物冠层光合能力的强弱[1]。传统实验室测定作物叶绿素及氮素含量的化学方法很难快速准确的了解作物叶绿素及氮素的状况，因而费时耗力。而利用遥感光谱无损测试技术因可以快速获得作物长势及农情状况而得到迅速发展。NDVI（归一化植被指数）作为目前应用最为广泛的光谱植被指数，其很好解释作物生理生化参数的性能已经得到确认[2]。本研究基于不同施氮水平检测小麦各个生育时期 NDVI 值、 叶绿素含量以及叶氮含量，通过数据分析，试图提出小麦利用GreenSeeker诊断氮素的NDVI最佳生育时期。以期为应用NDVI值迅速准确地预测小麦在各个生育时期的氮素营养状况，从而为小麦的合理施肥时期及施肥量提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验于2013年在石河子大学农学院试验站进行（44°18′ N， 86°03′ E），试验区土壤为灌溉灰漠土，质地为重壤，耕层土壤全氮 0.93 g/kg，速效磷31.42 mg/kg，速效钾251.00 mg/kg，碱解氮61.40 mg/kg，pH值 7.5，土壤有机质 14.38 g/kg。
1.2 试验设计
试验采用田间小区试验，供试小麦为新春6号，播种时间为2013年3月24日，试验共设4个施氮水平，分别为施纯氮0、225、300、375 kg/hm2（以下分别用N0、N1、N2、N3表示），氮肥品种为尿素（N-46%）。灌水量为6 000 m3/hm2，滴灌带布置为1管4行的田间配置方式（即 4 行小麦 1 条滴灌带，行距为 15 cm，滴灌带幅宽为 60 cm）。每个处理重复3次，小区面积为3 m × 3 m = 9 m2， 小区间设40 cm保护行。磷肥施用量为150 kg/hm2，其中50%以重过磷酸钙基施，50%以磷酸二氢钾追施，不同滴灌量和施肥量设计如表1。其它各项管理与大田生产相同。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 NDVI值的测定
从春小麦分蘖期开始进行测定，在各个生育时期使用美国Ntech公司GreenSeeker手持NDVI测量仪对小麦冠层NDVI 值进行测定。为保持数据的稳定性和连续性，测定时间选择为晴朗或少云的10：00 ~ 11：00。测量时，将光谱探照头垂直平行于小麦植被冠层上约0.6 m。每个小区随机选取3个1 ~ 2 m2区域的小麦进行测定，并保持匀速行进，测定结果直接通过掌上电脑进行采集。
1.3.2 叶片氮含量测定
采集各小区代表性地上部植株样品10株，带回实验室后在 105 ℃杀青30 min，然后再在80 ℃下烘干至恒重。粉碎后过0.5 mm 筛，用H2SO4 － H2O2消煮，凯氏定氮法测定叶片氮素含量[3]。
1.3.3 叶片叶绿素含量测定
小麦植株样品采集与NDVI值测定同步，叶片去掉叶脉剪碎后采用80%丙酮提取分光光度计测定[4]。
1.3.4 数据处理
试验数据使用 SPSS3. 0和 Excel2003进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 施氮对春小麦NDVI值的影响
由图1可以看出，各施氮处理的小麦NDVI值变化趋势基本一致， 整个生育期呈先增加后降低的趋势。从分蘖期开始， NDVI值急剧上升，到抽穗扬花期达到最大，灌浆期降低幅度较小，乳熟期高氮处理NDVI值降低较慢，可能是因为高氮处理的小麦贪青晚熟影响小麦冠层结构。在不同施氮处理间， NDVI值基本上随着施氮量的增加而增大，增幅为0.02% ~ 20.90%。除拔节期以外，其他生育期当氮肥施用总量达到225 kg/hm2时，NDVI值趋于稳定，可能由于该小麦试验地土壤基础肥力较高，施氮量为 225 kg/hm2时即可使各生育期春小麦 NDVI 值维持在较高水平。
2.2 NDVI值与叶氮含量、叶绿素含量的关系
由表1可以看出，在分蘖期NDVI值与叶氮含量、叶绿素含量的相关性不显著，可能与此时小麦群体较小有关。在拔节期春小麦NDVI值与叶氮含量、叶绿素含量均显著相关，其中与叶氮含量的相关系数较高。在孕穗期相关性均不显著。在抽穗期NDVI值与叶绿素含量显著相关，相关系数为0.975。在灌浆期NDVI值与叶氮含量显著相关。因此，在不同生育期可以根据春小麦NDVI值对叶氮含量、叶绿素含量进行预测。
3 结论与讨论
本试验结果表明， 在拔节与灌浆期小麦NDVI值与叶绿素含量表现为显著相关，但在灌浆期各施氮处理间差异不显著。在拔节期与抽穗期小麦NDVI值与叶氮含量呈显著相关，但在抽穗期各施氮处理间差异不显著。说明在拔节期通过NDVI值估算叶氮含量与叶绿素含量进行的诊断最为有效。这可能与土壤的基础肥力较高有关系，另一方面也说明在目前滴灌小麦的调频施肥条件下利用GreenSeeker进行氮素营养诊断的难度及局限性。试验结果也再次证明小麦实际生产中拔节期进行营养诊断、合理追肥的重要性，考虑到肥料效应的滞后性，大田操作中一般选择在拔节期前夕进行追肥。另外，本试验仅为1年的试验结果，诊断技术及指标的确定还需进一步的深入研究及验证。
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参考文献
[1]胡昊，白由路．基于SPAD - 502 与GreenSeeker 的冬小麦氮营养诊断研究[J]．中国生态农业学报，2010，18（4）： 748-752.
[2] Trishchenko A P. Effects of spectral response function on surface reflectance and NDVI measured with moderate reso-lution satellite sensors： Extension to AVHRR NOAA-17， 18 and METOP-A[J]. Remote Sensing of Environment， 2009， 113（2）： 335-341.
[3]鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京：中国农业科技出版社， 1999.
[4]李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京：高等教育出版社， 2006.