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基于SPAD的棉花氮素营养诊断及氮营养特性研究

罗新宁  
【摘要】: 南疆塔里木绿洲是我国高产棉区,近年来该地区高产棉田出现过量施氮的现象。氮肥的不合理施用不仅降低氮素利用效率,提高了棉花生产成本,还造成了潜在的环境问题。本文通过2007-2008年在南疆沙雅县和阿克苏市进行的田间试验、盆栽试验,运用SPAD方法对棉花氮素营养诊断和追肥推荐技术进行了研究,建立了基于SPAD的氮素诊断追肥推荐模型,并对模型进行了验证。同时, 研究了不同施氮量对棉株光合性能、干物质积累和养分吸收及棉花产量、品质的影响。主要研究结果如下: 1、棉花不同叶位叶片含氮率、叶绿素含量、SPAD值均存在差异,增加施氮量能提高叶片含氮率、叶绿素含量和SPAD值,同时减小以上各指标叶位间的差异;SPAD值对氮素的敏感性为倒4叶最高,倒2叶最低,而倒1、倒3叶的敏感性排序因品种不同而不同;蕾期、初花期和盛花期均以倒4叶与总叶片及植株含氮率相关系数最高;且适宜氮素水平下,初花期倒4叶SPAD值的变异系数最小。以某一特定叶片的SPAD值或以叶色差的大小来诊断棉花氮素营养状况时,倒4叶是较为理想的指示叶。 2、棉花主茎顶部4张定型叶片的SPAD值对施氮水平反应的敏感程度存在显著差异。以倒4叶对施氮量的增加最为敏感,倒1叶最为迟钝。利用顶1定型叶与顶4定型叶SPAD值的相对差值,可以推断棉花的氮素营养水平,并能克服不同土质和生育时期的影响,是一个很有潜力的棉花氮素诊断指标。 3、棉花开花期、花铃期、铃期棉叶SPAD值与施氮量、产量有显著的相关性。棉叶SPAD值与氮肥施用量之间的关系可以用线性方程拟合,与产量可用二次曲线拟合。以此可以建立SPAD诊断氮素推荐模型,并根据模型计算不同时期SPAD所对应的追肥量。棉花开花期、花铃期、铃期的氮素营养诊断临界值分别为61.8、61.3、62.9,若低于此临界值,就表示棉花缺氮,将对产量产生影响。 4、采用SPAD进行氮肥推荐,砂壤土比常规氮肥用量减少9.7%-17.1%,重壤土比常规氮肥用量减少22.5%-22.7%,在获得与常规施氮处理相同或更高的产量同时,棉花生长过程中并没有表现出氮素的缺乏。 5、适量施用氮肥能够提高棉花生长后期叶片中叶绿素含量,提高棉花叶片净光合速率,延缓叶片衰老,提高单株叶面积和叶面积指数;氮肥过量使棉花后期叶面积指数迅速下降;当氮肥施用量在258.75kg·hm~(-2)时,可降低棉花后期主茎叶片脱落率。当施氮量在0-283.8kg·hm~(-2)范围内,棉花产量随着施氮量增加而增加,当施氮量超过283.8kg·hm~(-2),产量呈下降趋势。 6、氮肥对棉花纤维长度、整齐度、纤维强度、马克隆值存在不同程度的影响。施氮量的增加有助于增加棉花纤维长度和整齐度,氮肥用量超过一定量之后,纤维长度降低,整齐度显著下降;纤维强度和马克隆值随着施氮量的增加有降低的趋势。 7、棉花生物量积累符合Logistic曲线模型。棉花生物量增长对氮肥反应敏感,不同的施肥量造成棉花生物量积累快速生长期的起始、终止日不同,使快速生长期内生物量积累的平均速率、最大速率等参数发生改变,从而影响营养生长和生殖生长进程,这是产量形成差异的主要原因;砂壤土、重壤土上分别以315kg·hm~(-2)、210kg·hm~(-2)氮素处理棉花最先进入快速生长期,快速生长期内生物量积累的平均速率、最大速率高于其它处理,特征参数协调,产量最高。其皮棉最高产量为2827.5kg·hm~(-2)和2554.8kg·hm~(-2)。 8、砂壤土、重壤土上分别以315kg·hm~(-2)、210kg·hm~(-2)氮素处理的棉株氮、磷、钾素积累量最大,其动态积累模型的特征参数最协调,皮棉产量最高。砂壤土中棉株对氮素快速积累起始期在现蕾后20-24天,对磷素积累的快速起始期比氮素晚4天左右;钾素的快速积累起始期与氮素接近,为现蕾后20-22天;氮素、磷素、钾素最大吸收速率分别出现在现蕾后36-41天、38-42天和40-45天;重壤土中氮素、磷素、钾素快速积累起始期在现蕾后21-24天、25-27天和21-23天;氮素、磷素、钾素最大吸收速率,分别出现在现蕾后39-44天、39-46天和40-44天。从养分累积最大速率看,氮素累积速率最快,其次是钾素,随后是磷素。


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