植物氮素营养诊断方法及遥感技术的应用

赵福刚　宋晓曦　代玉红　袁伟哲

摘要：植物氮素营养诊断是我国农业生产管理过程中一项重要工作。本文重点阐述了其诊断方法、遥感技术在作物氮营养诊断中的应用以及比较不同诊断方法的优缺点，指出了精准农业的研究重点和发展方向。

关键词：作物；氮素营养；遥感；诊断方法

中图分类号：S566.3 文献标识码：A DOI编号：10.14025/j.cnki.jlny.2016 10.054

植物氮素营养的诊断是植物栽培和农业生产管理过程的核心内容，是精准农业进行现代化管理的主要依据。因此，在农业生产过程中，必须对作物的氮素进行精准管理，对植物氮营养状况进行合理的氮肥推荐。

1 氮素营养诊断的方法

氮是决定作物生长发育及品质的关键因素。氮营养诊断的方法很多，但主要分为两大类，即土壤氮素诊断和植物氮素诊断。

1.1 土壤氮素诊断

植物氮素主要通过根系从土壤中获得，土壤氮含量直接反映植株氮素营养状况。

1.1.1 土壤全氮 土壤全氮是衡量土壤氮素的基础肥力指标，反映了总的供氮水平。土壤全氮的测定方法比较成熟，操作方法参照《土壤农化分析》，虽测定结果较为可靠，但操作过程费时、步骤复杂，而且与作物生长的相关性较差。

1.1.2 土壤有效氮 土壤有效氮包括无机态氮和有机态氮，反映土壤近期内氮素供应状况。测定土壤有效氮可采用生物培养法和化学分析法。生物培养法步骤繁琐、耗时，但测定结果与作物生长具有较强的相关性；化学分析法快速、简便，但只能模拟估计土壤有效氮的供应。

1.1.3 土壤无机氮 目前，广泛应用的是土壤剖面无机氮测试方法，如在播种前进行，应根据不同作物品种确定采样深度。作物生长过程中取样，需采集表土层0"30厘米的土样进行测试确定追氮量，此时，土壤无机氮含量和作物产量的相关性较好。

1.2 植物氮素诊断

植物的氮素营养诊断可分为植株全氮、硝酸盐和氨基态氮诊断等。

1.2.1 氮营养失调外观诊断 作物含氮量过高，会导致作物徒长、分蘖多、节间长、贪青晚熟等，作物缺氮时作物的植株下部会出现叶片发黄或生有红斑，氮营养失调的外观诊断方法通常在植株仅缺一种营养元素时有效，而当植株同时缺乏二种以上营养元素，或出现病、虫、药害或生理病害时而引起的相应症状，极易引起误诊。因此，这种传统的外观诊断方法在具体的应用上具有明显的局限性。

1.2.2 植株全氮诊断 目前，农业生产中，多数作物的氮诊断临界浓度值根据作物的不同生长阶段和植株的不同部位已基本清楚。植株全氮量较好地反映作物的氮素营养水平，并与作物的最终产量密切相关。但植物全氮分析和土壤全氮分析的操作原理相近，均需采用凯氏定氮法，步骤繁琐且工作量大，在农业推广应用中同样具有一定难度。

1.2.3 硝态氮诊断 硝态氮主要以半储备状态存在于作物体内，当植株氮量较轻微缺乏时，作物全氮库的变化还不明显，但此时，作物对硝态氮的需求却迅速增加。因此，在作物的生长前期，可利用硝态氮作为氮营养诊断指标来代替全氮，分析植株氮素营养状况。目前，这种方法已经成功应用于春小麦、玉米、棉花等多种作物。

1.2.4 叶绿素仪氮营养诊断 植物叶片营养元素状况与光谱特性密切相关，利用植物在不同生长状态下的光谱差异，采用叶绿素仪获取叶片的叶绿素值（SPAD值）来诊断植物生长状况，使田间非破坏性、快速、简易地诊断植物营养状况有了可能。朱新开等研究表明，SPAD值会因作物的品种和生育时期而有所不同，相同生育时期不同品种的叶片SPAD值与全氮含量呈正相关。因此，可以用SPAD值诊断作物氮营养状况。由于叶色受诸多因素影响，因此，为尽可能避免误差，用SPAD值估测叶片含氮量时，采集的叶片应选择进入功能旺盛期且完全展开的叶片。

2 遥感技术的应用

遥感作为一种新型应用技术手段，主要通过检测作物的光吸收性质和冠层光反射判断作物农学指标。遥感技术在加拿大、美国、墨西哥等国家作物氮营养诊断的氮肥追施中应用广泛。基于遥感技术的作物氮营养诊断方法根据其诊断尺度的不同，大致分为航空遥感、卫星遥感、近地面遥感三种，相比之下，近地面遥感携带方便，价位更低，且分辨率高，实时性较好。

3 不同氮素营养诊断方法的优缺点

综上所述，应用化学手段测量作物氮素水平，准确度高，但耗时耗力，采样过程中对植株损害严重；现代遥感技术的应用达到准确度高、实效性好，对作物无损伤，但受大气状况、数据质量以及反演模型本身适用性等因素的制约。因此，为获得更高的施肥经济效益，减少因过量施用氮肥造成面源污染。基于遥感技术的作物氮营养诊断方法成为精准农业的研究重点，建立面向精准农业决策管理的农业遥感技术体系是未来的发展方向。