[发明专利]小麦氮素丰缺诊断方法及其诊断模型的构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业植被生长信息无损监测领域技术领域，具体涉及一种基于叶绿素荧光探测的小麦氮素丰缺诊断方法及其诊断模型的构建方法。

背景技术

氮素是小麦生长及影响产量和品质的最主要必需营养元素之一。随着生长期施氮量的增加，小麦单产虽有一定程度提高，但氮素利用率却明显降低，且加重了环境污染。而且过量施氮可能造成植株倒伏、后期贪青迟熟、加重病虫害的发生和籽粒品质变劣。而传统的氮肥管理是建立在田间作物形态诊断和室内测试分析基础上，常规的小麦氮素营养诊断的生理方法主要有反射仪法和Nmin法、植株硝酸盐法、二苯胺法和叶片硝酸还原酶法等，这些方法在取样测定和数据分析等过程中需要耗费大量的人力和物力，而且时效性差，依据其结果往往难以做出及时有效的反应。

而快捷、无损和准确的小麦植株氮素营养监测与诊断技术将有助于指导小麦氮肥的精确施用和动态调控。近年来，无损测试技术在作物氮营养诊断及氮肥推荐中得到了广泛的关注，有着广阔的发展前景。近年来利用SPAD值来评价作物氮素营养状况，已经应用于小麦、玉米、茅草等作物上，但这种评价诊断方式易受到外界环境和品种特性等的影响，其监测精度难以尽如人意。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于荧光探测的小麦氮素丰缺诊断方法，并构建了诊断模型，本发明方法克服了冠层光谱等被动式遥感受测试环境影响大、且难以探测冠层群体中下部生长状况的弊端，能提高小麦作物植株氮素监测精度。

研究表明，叶片叶绿素荧光参数可反映作物内在特性，可作为主动式遥感技术应用于监测植物的健康和生长状况；随施氮量增加，小麦叶绿素荧光参数呈规律性变化，且与叶片氮含量和产量关系密切。基于此，本发明通过测量小麦植株不同叶位叶片的荧光参数，结合小麦叶位间氮素差异生理学规律，创建小麦植株氮素丰缺诊断模型及方法，为小麦生产氮素营养诊断及动态管理调控提供依据。其诊断模型的构建方法包括如下步骤：

(1)数据采集

①施肥试验设置

按常规方法在待建模生态区设置不同施氮量处理的小麦施肥试验；

②叶片荧光参数测定

用叶绿素荧光分析仪测定不同施肥处理小麦植株在不同生长时期的全展开的顶部第1至4叶的叶绿素荧光参数初始荧光(F_o)、最大荧光(F_m)、可变荧光(F_v)、PSII潜在活性(F_v/F_o)和最大光化学速率(F_v/F_m)；

③植株氮含量测定

与荧光参数测量同步，测定小麦植株各生育时期的植株氮含量；

④产量

根据实产或常规测产方法确定对应小麦的单位面积籽粒产量(kg·hm^-2)；

(2)构建叶绿素荧光指数

以下述公式计算不同生长时期的不同叶位的叶绿素荧光指数(NDF_ij)：

NDF_ij＝(F_i-F_j)/(F_i+F_j)

式中，F_i和F_j分别代表小麦主茎顶1叶到顶4叶中第i叶位和j叶位的叶绿素荧光参数数值，i和j的值为1到4，且i<j；

(3)建立产量-氮反应模型

通过对不同施氮处理条件下小麦籽粒产量与各生育时期地上部植株氮含量间关系的回归比较分析，依据下述一元二次定量方程拟合出对应的产量-氮反应模型：

Yield＝aX²+bX+c

其中，Yield为成熟期小麦籽粒产量(㎏/hm²)，X为各关键生育时期地上部所有器官植株的氮素含量(％)，这里关键生育时期为用于小麦施肥诊断的关键时期，包括返青期、拔节期、孕穗期和开花期；

(4)确立植株氮素营养丰缺指数

由下述公式确立对应的小麦作物的植株氮素丰缺指数(NAI)：

NAI＝Na/Nopt

式中，Na为小麦植株地上部氮浓度的实测值(％)；Nopt为由步骤(3)产量-氮反应模型求得的最佳氮浓度值(％)；

(5)确定叶位空间组合