不同地力和施氮水平下水稻叶片SPAD值及产量的分析

李杰 冯跃华 王旭 麻井彪 吴彦利 李香玲 叶勇 黄佑岗 牟桂婷

（贵州大学农学院，贵阳550025；*通讯作者：fengyuehua2006@126.com）

不同地力和施氮水平下水稻叶片SPAD值及产量的分析

李杰 冯跃华*王旭 麻井彪 吴彦利 李香玲 叶勇 黄佑岗 牟桂婷

（贵州大学农学院，贵阳550025；*通讯作者：fengyuehua2006@126.com）

以Q优6号为材料，分析了不同地力条件下不同施氮水平对水稻叶片SPAD值和产量的影响。结果表明，水稻产量与表观供氮量存在极显著的曲线相关，且当表观供氮量在575.27 kg/hm2时，Q优6号产量较高；不同处理下各生育时期SPAD值大小顺序为抽穗期＞拔节期＞成熟期，且差异主要表现在抽穗期和成熟期；拔节期和抽穗期不同地力和施氮水平下水稻冠层4张叶片各自的差异主要表现在顶3叶和顶4叶上，可以利用两者的SPAD值作为参数进行氮素营养诊断；SPAD值与表观供氮量之间存在显著线性相关，且采用SPADL3×L4/mean进行拟合时效果更好，均达到极显著水平。获取水稻叶片SPAD值次级指标可以实现对田块速效氮含量的估计。

水稻；SPAD值；表观供氮量；速效氮；产量

SPAD叶绿素计的测定值（SPAD值）表示测定作物部位叶绿素的相对含量[1-3]，由于其测定具有快速、无损、简便的特点[4]，得到了广泛的应用，在某些试验研究中还被直接作为分析的参数[5-6]。除此之外，鉴于叶绿素含量与作物生产状态以及氮素的关系，SPAD值还被应用在育种、品质分析、氮素诊断、施氮管理等方面，并取得了较好的效果。徐福荣等[7]以水稻植株SPAD值作为耐低氮能力评价指标，以不同试验地点SPAD值的相对值为参考评价指标，筛选出了耐低氮基因型种质。张丽等[8]的研究表明，叶片SPAD值递减值可作为判定成熟期籽粒蛋白质含量高低的指标，可利用叶片SPAD值递减值并结合相关模型快速预测玉米籽粒蛋白质含量。马甜等[9]的研究亦表明，羊草叶片的SPAD值能够反映羊草的营养物质。在氮素诊断方面，赵犇等[10]建立了基于归一化SPAD指数（NDSPAD）与氮营养指数（NNI）之间的稳定关系，能较好的定量估算氮营养指数，从而快速诊断小麦氮素状况。此外，王娟等[3，11-13]在棉花、夏玉米、马铃薯、冬油菜上的研究亦表明，利用SPAD值可以诊断作物氮素营养状况。在施氮管理方面，蒋阿宁等[14-16]基于SPAD值次级指标分别在小麦、夏玉米和烟草中进行的氮肥管理研究试验，均取得了较好的效果。

水稻是利用SPAD值分析氮素营养状况以及进行施氮管理研究应用最多的作物[17]，并取得了理想的效果。基于前人的研究，笔者尝试构建基于SPAD值的水稻变量施氮模型，为此，本研究选择不同地力田块设置不同施氮水平，测定并分析水稻叶片SPAD值以及产量的情况，以期为模型的构建提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2015年在贵州省安顺市西秀区旧州镇文星村进行，选择不同地力试验田4块，土壤基础肥力状况见表1，其中速效氮含量D1＞D2＞D3＞D4，依次为184.00mg/kg、157.53mg/kg、144.87mg/kg、139.98mg/kg，按2.25×106kg/hm2土壤容重计算为田块供氮量，分别为413.99 kg/hm2、354.44 kg/hm2、325.96 kg/hm2、314.95 kg/hm2。供试水稻品种为Q优6号。

每块试验田内采用随机区组设计，设4种施氮水平，分别为0 kg/hm2（N0）、75 kg/hm2（N1）、150 kg/hm2（N2）、225 kg/hm2（N3）。每种施氮处理采用分次施肥法，基肥、分蘖肥、促花肥、保花肥的施氮量占比分别为35%、20%、30%、15%。氮、磷、钾肥分别采用尿素、过磷酸钙和氯化钾。磷肥、钾肥各处理施肥情况一致，磷肥作基肥一次性施用，钾肥基肥和穗肥各占一半，P2O5用量为96 kg/hm2，K2O用量为135 kg/hm2。每个处理2次重复，小区面积15m2，每个小区四周筑高30 cm、宽20 cm的田埂并包膜，包膜压深至地下30 cm，防止水肥渗透，重复间留50 cm走道，以便田间操作及调查。2015年4月育秧，5月30-31日移栽，行株距均为30.0 cm× 16.5 cm，每丛插1苗，栽培管理同一般生产田。

表1 试验田基础肥力状况

表2 不同地力田块下不同施氮处理的产量情况（kg/hm2）

1.2 测定内容与方法

1.2.1 SPAD值

采用SPAD-502叶绿素计于拔节期（7月12-13日）、抽穗期（8月18-19日）、成熟期（9月23日），每小区随机测定5株主茎冠层顶1叶、顶2叶、顶3叶和顶4叶4张叶片（成熟期时为最顶上2片叶片），测定时选择水稻全展或半展叶片测定1/2处及其上下3 cm，叶宽1/4或3/4的位置。每小区对应叶位SPAD值的平均值作为该小区该叶位的SPAD值，每株测定叶位SPAD值的平均值作为该稻株的SPAD值，每小区5株稻株SPAD值的平均值作为该小区的SPAD值。

1.2.2 产量及产量构成

成熟期每小区选定5 m2作为测产小区，单打单收，晒干后测定稻谷质量和含水量，然后折算成含水量13.5%记为实收产量。

1.2.3 表观供氮量

表观供氮量[18-19]=田块含氮量+人工供氮量，田块含氮量按2.25×106kg/hm2的土壤容重乘以田块土壤速效氮含量计算。

1.2.4 SPAD值次级指标

由水稻冠层4张叶片的SPAD值通过某种数学关系处理而得，本文分析采用了4种SPAD值次级指标，分别为：SPADL4-L3=顶4叶SPAD值-顶3叶SPAD值，SPAD（L3-L4）/L3=（顶3叶SPAD值-顶4叶SPAD值）/顶3叶SPAD值，SPAD（L2-L1）/（L2+L1）=（顶2叶SPAD值-顶1叶SPAD值）/（顶2叶SPAD值+顶1叶SPAD值），SPADL3×L4/mean=顶3叶SPAD值×顶4叶SPAD值/4张叶片平均SPAD值。

1.2.5 数据分析

试验数据采用SAS 9.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同地力条件不同施氮水平下的产量情况

由表2可知，D1、D2地力条件下各施氮处理间产量差异不显著；D3地力条件下，随着施氮量的增加产量也增加，N3处理产量显著高于其他处理；D4地力条件下，N3、N2处理之间产量差异不显著，但均显著高于N0处理。采用两因素交叉分组完全随机设计，由重复观察值的方差分析得出，D1产量显著高于其他地力田块的产量，D3和D4之间产量差异不显著，但显著高于D2产量。D2地力速效氮、全氮含量相对都较高，但产量比较低，这可能受有机质等其他营养成分的限制造成。

从表2还可看出，各试验田块产量最大值D1为9 973.80 kg/hm2、D2为8 691.88 kg/hm2、D3为9 369.96 kg/hm2、D4为9 504.62 kg/hm2，而其对应的表观供氮量依次为563.99 kg/hm2、504.44 kg/hm2、550.96 kg/hm2、539.95 kg/hm2。除D2地力田块表观供氮量相对较低外，D1、D3、D4的表观供氮量都比较接近，这表明对于Q优6号来说，满足其产量需求的表观供氮量处于一个值。将表观供氮量和产量进行二次曲线拟合，拟合度R2为0.5523，达极显著水平（图1）。由拟合方程得出最佳表观供氮量为575.27 kg/hm2，此时产量最高为9 264.93 kg/hm2，这低于表2中多个处理下的产量，这与D2地力条件下各处理的数据参与拟合有关（由D1、D3、D4进行曲线拟合，R2=0.8612**，最佳表观供氮量为570.22 kg/hm2，最高产量为9 573.31 kg/hm2）。

图1 表观供氮量与产量之间的关系

表3 不同地力条件不同生育时期Q优6号SPAD值

2.2 不同地力条件下不同施氮处理间水稻冠层的SPAD值

2.2.1 水稻冠层SPAD值

从表3可知，SPAD值随着施氮量的增加而增加，不同地力条件下各生育时期的SPAD值总体表现为抽穗期＞拔节期＞成熟期，而拔节期各处理间的SPAD值差异不明显，一方面拔节期主要进行营养生长，另一方面这可能与拔节期已施有55%的氮肥相关。施肥量多少所引起的SPAD值差异主要表现在抽穗期和成熟期，抽穗期主要是生殖生长，氮素向穗部转移，施氮量的多少造成叶片SPAD值的差异开始出现。到成熟期时氮素已向穗部转移，前期施氮量高的处理留在叶片中的氮素相对较多，SPAD值高，前期施氮量低的处理氮素留的少，SPAD值低。对不同地力田块的差异检验结果表明，拔节期和抽穗期SPAD值差异不显著；成熟期D2地块SPAD值最大，显著高于其他田块，而D1、D3、D4地块之间差异不显著。

2.2.2 水稻冠层4张叶片的SPAD值

从表4可知，拔节期叶片SPAD值的高低顺序表现为L3＞L4＞L2＞L1，且施氮量越高L3和L4的差值越小；抽穗期则表现为L1＞L2＞L3＞L4，且施氮量越高，L1、L2、L3、L4间的差值越小。另外，拔节期各地力田块内顶3叶较为稳定，不同施氮水平间的差异都不显著，而顶4叶对施氮水平较为敏感；到抽穗期时顶3叶对施氮水平表现较为敏感，其次是顶4叶。此外，拔节期各试验田内的SPAD值出现差异的主要是顶2叶和顶4叶，而抽穗期顶2叶未表现显著差异。各施氮水平内SPAD值出现的差异，拔节期表现在顶4叶，抽穗期主要表现在顶3叶和顶4叶。因此，可以采用顶3叶和顶4叶参与的SPAD值次级指标作为水稻氮素营养诊断的参数。

2.3 SPAD值次级指标与表观供氮量的关系

上述结果表明，表观供氮量与产量，施氮量与SPAD值之间存在一定的关系，对3个生育时期表观供氮量和SPAD值进行线性拟合（图2）。结果表明，拔节期两者达到显著线性相关，而抽穗期和成熟期两者均达到极显著水平，R2依次为0.3713、0.8259、0.6680，以抽穗期拟合度最高。此外，将拔节期的SPAD值与其实际表观供氮量（田块表观供氮量+人工供氮量的55%）进行拟合，线性关系为y=0.0183x+29.723，R2=0.5077，亦达到极显著水平。这表明以SPAD叶绿素计测定水稻冠层叶片SPAD值对田块速效氮含量进行预测成为一种可能。

SPAD值次级指标与施氮量[20]、含氮量[21]、氮素营养指数[10]之间具有较好的相关性，本文将4个SPAD值次级指标与表观供氮量进行线性拟合，结果见表5。SPADL4-L3、SPAD（L3-L4）/L3、SPADL3×L4/mean与表观供氮量在拔节期、抽穗期均达到极显著线性相关，SPAD（L2-L1）/（L2+L1）在抽穗期达到极显著水平而拔节期不显著。

表4 不同地力田块不同施氮水平下水稻冠层4张叶片SPAD值的特征

表5 SPAD值次级指标与表观供氮量拟合的线性方程

图2 三个生育时期水稻冠层SPAD值与表观供氮量的关系

3 结论与讨论

陈小龙等[22]研究表明，水稻SPAD值抽穗期最大；陈晓阳等[23]研究表明，随着施氮量的增加，抽穗期SPAD值表现为顶1叶>顶2叶>顶3叶>顶4叶，抽穗期不同叶位SPAD值与施氮量的相关性顺序是顶1叶>顶3叶>顶2叶>顶4叶；张耀鸿等[24]研究表明，顶3叶SPAD值在不同氮肥水平下变化最大，不受品种的影响，并且与水稻总叶片含氮量及植株含氮量呈极显著的相关性；李刚华等[25]研究表明，SPAD值对氮素的敏感顺序为顶4叶、顶3叶、顶2叶，而顶1叶因品种而异，穗分化期、齐穗期和成熟期均以顶3叶与总叶片和植株含氮率的相关系数最高，且适宜施氮水平下，穗分化期的顶3叶SPAD值变异系数最小，在诊断水稻氮素营养状况和推荐穗肥施用时，顶3叶是较为理想的指示叶；而姜继萍等[20-21]研究表明，顶4叶是反映水稻氮素营养状态的理想指示叶。本研究结果表明，不同地力和施氮水平下各生育时期的SPAD值抽穗期＞拔节期＞成熟期，且差异主要表现抽穗期和成熟期；拔节期和抽穗期时不同地力和施氮水平下水稻冠层4张叶片各自的差异主要表现在顶3叶和顶4叶上，该时期可以利用两者作为参数进行氮素营养诊断。

研究表明，SPADL4-L3、SPAD（L3-L4）/L3，SPAD（L2-L1）/（L2+L1）等SPAD值次级指标能与施氮量[20]、含氮量[21]、氮素营养指数[10]以及倒伏指数[26]之间建立稳定的相关关系。本研究表明，SPADL4-L3和SPAD（L3-L4）/L3在水稻拔节期和抽穗期以及SPAD（L2-L1）/（L2+L1）在抽穗期时均与表观供氮量之间存在极显著的线性相关关系，而SPADL3×L4/mean在两个时期与表观供氮量之间亦达到极显著线性相关，且抽穗期的拟合度是几个SAPD值次级指标中最高的。可以利用此关系在不取土样进行实验室测定的情况下，对田块速效氮含量进行估计。

氮素是影响水稻生长、产量和品质的重要元素，合理施氮是水稻种植最重要的管理措施。本研究表明，针对杂交稻Q优6号，为获得较高产量，其表观供氮量需求在575.27 kg/hm2左右，利用SPAD值次级指标与表观供氮量的关系可以实现该水稻品种的实时实地氮肥管理。值得注意的是，本试验所选择的4块不同地力田块速效氮含量都偏高，对于SPAD值次级指标估计田块的速效氮含量及其施氮管理的应用还需要进一步的研究和验证。

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Analysis of SPAD Value of Rice Leaf and Yield Under Different Soil Fertility and Nitrogen App lication

LIJie,FENG Yuehua*,WANG Xu,MA Jingbiao,WU Yanli,LIXiangling,YE Yong,HUANG Yougang,MOU Guiting
（College of Agronomy,Guizhou University,Guiyang 550025,China;*Corresponding author:fengyuehua2006@126.com）

SPAD value of rice canopy leaves and yield under different soil fertility and nitrogen application were analyzed,Qyou 6 as material.The results showed that the curve relationship between yield and apparent nitrogen supply was very significant,and therewas a higher yield for Qyou 6 when apparentnitrogen supply was 575.27 kg/hm2.The SPAD value of every growth stage under different soil fertility and nitrogen applicationwasheading stage＞jointing stage＞maturity stage,and the difference of SPAD valueweremainly atheading stage andmaturity stage.The differences of SPAD value of four rice canopy leaves of different soil fertility and nitrogen application weremainly in third leaf and fourth leaf.Their SPAD values could be used as parameter to diagnose the nutritional status of nitrogen. The linear relationship between SPAD value and apparent nitrogen supply was significant,and thematching effect of adopting SPADL3×L4/meanwas best.The secondary index of SPAD value obtained from rice canopy leaves could estimate available nitrogen of soil.

rice;SAPD value;apparentnitrogen supply;available nitrogen;yield

S511.062

：A

：1006-8082（2017）01-0026-06

2016－11－03

国家自然科学基金（31360311，31160263）；公益性行业（农业）科研专项（201503118-03）；贵州省农业科技攻关项目（黔科合NY[2011]3085号，黔科合NY [2013]3005号）；贵州省作物学省级重点学科建设计划（黔学位合字ZDXK[2014]8号）；贵州省普通高等学校粮油作物遗传改良与生理生态特色重点实验室项目（黔教合KY字[2015]333）