植物氮素營養(yǎng)診斷方法及遙感技術(shù)的應(yīng)用

趙福剛　宋曉曦　代玉紅　袁偉哲

摘要：植物氮素營養(yǎng)診斷是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理過程中一項重要工作。本文重點闡述了其診斷方法、遙感技術(shù)在作物氮營養(yǎng)診斷中的應(yīng)用以及比較不同診斷方法的優(yōu)缺點，指出了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究重點和發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：作物；氮素營養(yǎng)；遙感；診斷方法

中圖分類號：S566.3 文獻標(biāo)識碼：A DOI編號：10.14025/j.cnki.jlny.2016 10.054

植物氮素營養(yǎng)的診斷是植物栽培和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理過程的核心內(nèi)容，是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)進行現(xiàn)代化管理的主要依據(jù)。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，必須對作物的氮素進行精準(zhǔn)管理，對植物氮營養(yǎng)狀況進行合理的氮肥推薦。

1 氮素營養(yǎng)診斷的方法

氮是決定作物生長發(fā)育及品質(zhì)的關(guān)鍵因素。氮營養(yǎng)診斷的方法很多，但主要分為兩大類，即土壤氮素診斷和植物氮素診斷。

1.1 土壤氮素診斷

植物氮素主要通過根系從土壤中獲得，土壤氮含量直接反映植株氮素營養(yǎng)狀況。

1.1.1 土壤全氮 土壤全氮是衡量土壤氮素的基礎(chǔ)肥力指標(biāo)，反映了總的供氮水平。土壤全氮的測定方法比較成熟，操作方法參照《土壤農(nóng)化分析》，雖測定結(jié)果較為可靠，但操作過程費時、步驟復(fù)雜，而且與作物生長的相關(guān)性較差。

1.1.2 土壤有效氮 土壤有效氮包括無機態(tài)氮和有機態(tài)氮，反映土壤近期內(nèi)氮素供應(yīng)狀況。測定土壤有效氮可采用生物培養(yǎng)法和化學(xué)分析法。生物培養(yǎng)法步驟繁瑣、耗時，但測定結(jié)果與作物生長具有較強的相關(guān)性；化學(xué)分析法快速、簡便，但只能模擬估計土壤有效氮的供應(yīng)。

1.1.3 土壤無機氮 目前，廣泛應(yīng)用的是土壤剖面無機氮測試方法，如在播種前進行，應(yīng)根據(jù)不同作物品種確定采樣深度。作物生長過程中取樣，需采集表土層0"30厘米的土樣進行測試確定追氮量，此時，土壤無機氮含量和作物產(chǎn)量的相關(guān)性較好。

1.2 植物氮素診斷

植物的氮素營養(yǎng)診斷可分為植株全氮、硝酸鹽和氨基態(tài)氮診斷等。

1.2.1 氮營養(yǎng)失調(diào)外觀診斷 作物含氮量過高，會導(dǎo)致作物徒長、分蘗多、節(jié)間長、貪青晚熟等，作物缺氮時作物的植株下部會出現(xiàn)葉片發(fā)黃或生有紅斑，氮營養(yǎng)失調(diào)的外觀診斷方法通常在植株僅缺一種營養(yǎng)元素時有效，而當(dāng)植株同時缺乏二種以上營養(yǎng)元素，或出現(xiàn)病、蟲、藥害或生理病害時而引起的相應(yīng)癥狀，極易引起誤診。因此，這種傳統(tǒng)的外觀診斷方法在具體的應(yīng)用上具有明顯的局限性。

1.2.2 植株全氮診斷 目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，多數(shù)作物的氮診斷臨界濃度值根據(jù)作物的不同生長階段和植株的不同部位已基本清楚。植株全氮量較好地反映作物的氮素營養(yǎng)水平，并與作物的最終產(chǎn)量密切相關(guān)。但植物全氮分析和土壤全氮分析的操作原理相近，均需采用凱氏定氮法，步驟繁瑣且工作量大，在農(nóng)業(yè)推廣應(yīng)用中同樣具有一定難度。

1.2.3 硝態(tài)氮診斷 硝態(tài)氮主要以半儲備狀態(tài)存在于作物體內(nèi)，當(dāng)植株氮量較輕微缺乏時，作物全氮庫的變化還不明顯，但此時，作物對硝態(tài)氮的需求卻迅速增加。因此，在作物的生長前期，可利用硝態(tài)氮作為氮營養(yǎng)診斷指標(biāo)來代替全氮，分析植株氮素營養(yǎng)狀況。目前，這種方法已經(jīng)成功應(yīng)用于春小麥、玉米、棉花等多種作物。

1.2.4 葉綠素儀氮營養(yǎng)診斷 植物葉片營養(yǎng)元素狀況與光譜特性密切相關(guān)，利用植物在不同生長狀態(tài)下的光譜差異，采用葉綠素儀獲取葉片的葉綠素值（SPAD值）來診斷植物生長狀況，使田間非破壞性、快速、簡易地診斷植物營養(yǎng)狀況有了可能。朱新開等研究表明，SPAD值會因作物的品種和生育時期而有所不同，相同生育時期不同品種的葉片SPAD值與全氮含量呈正相關(guān)。因此，可以用SPAD值診斷作物氮營養(yǎng)狀況。由于葉色受諸多因素影響，因此，為盡可能避免誤差，用SPAD值估測葉片含氮量時，采集的葉片應(yīng)選擇進入功能旺盛期且完全展開的葉片。

2 遙感技術(shù)的應(yīng)用

遙感作為一種新型應(yīng)用技術(shù)手段，主要通過檢測作物的光吸收性質(zhì)和冠層光反射判斷作物農(nóng)學(xué)指標(biāo)。遙感技術(shù)在加拿大、美國、墨西哥等國家作物氮營養(yǎng)診斷的氮肥追施中應(yīng)用廣泛。基于遙感技術(shù)的作物氮營養(yǎng)診斷方法根據(jù)其診斷尺度的不同，大致分為航空遙感、衛(wèi)星遙感、近地面遙感三種，相比之下，近地面遙感攜帶方便，價位更低，且分辨率高，實時性較好。

3 不同氮素營養(yǎng)診斷方法的優(yōu)缺點

綜上所述，應(yīng)用化學(xué)手段測量作物氮素水平，準(zhǔn)確度高，但耗時耗力，采樣過程中對植株損害嚴重；現(xiàn)代遙感技術(shù)的應(yīng)用達到準(zhǔn)確度高、實效性好，對作物無損傷，但受大氣狀況、數(shù)據(jù)質(zhì)量以及反演模型本身適用性等因素的制約。因此，為獲得更高的施肥經(jīng)濟效益，減少因過量施用氮肥造成面源污染。基于遙感技術(shù)的作物氮營養(yǎng)診斷方法成為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究重點，建立面向精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)決策管理的農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)體系是未來的發(fā)展方向。