全 文 ：收稿日期：!""#$%!$"& 接受日期：!""’$"($"(
基金项目：国家自然科学基金项目（&"(’%%%)）；科技部项目（!""#**%"+!’%）资助。
作者简介：郭建华（%,#%—），女，河北武强人，研究员，主要从事植物营养与施肥研究。-./："%"$(%("0#,#，12345/：6789:;<.=>5?4@ 8=6@ ><
主动遥感光谱仪 !"##$%##&#"与 ’()*对
玉米氮素营养诊断的研究
郭建华%，王 秀%，孟志军%，赵春江%，宇振荣!，陈立平%
（%国家农业信息化工程技术研究中心，北京 %""",’；!中国农业大学资源环境学院，北京 %""",&）
摘要：以手持式主动遥感光谱仪 A=..片 DE*F值进行测试，研究不同氮素对玉米群体和个体营养状况的变化以及田间条件下简便、快速、非接触性的作
物氮素营养状况诊断方法。结果表明，在一定的范围内随着氮肥用量的增加 GFHI值也增加，氮肥施用量为 G 0""
C6 J :3!时 GFHI值达到最高，GFHI 与氮肥施用量符合线性加平台的关系；玉米不同生育期间 GFHI 值变化明显，苗
期 GFHI值比较低，大喇叭口期 GFHI 值达到最高，以后逐渐下降并在抽雄期后趋于稳定。DE*F值与 GFHI 值的变
化趋势相一致，DE*F值与叶绿素含量成正相关关系，大喇叭口期完全展叶的 DE*F 与产量存在正相关关系。手持
式主动遥感光谱仪 A=..关键词：氮肥；玉米；GFHI值；DE*F值；营养诊断
中图分类号：D(%0；-E’0 文献标识码：* 文章编号：%"")$("(K（!"")）"%$""&0$"(
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氮素营养在确定的自然环境或农业环境下对植
物的光合能力起着关键作用。为及时掌握作物生长
情况，人们除根据经验进行外观诊断外，往往以作物
地上部的氮素营养作为植物营养状况诊断的依据。
植物营养与肥料学报 !"")，%&（%）：&0 $ &’
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E/45.<>.
但传统方法的诊断不仅破坏植株的生长，同时化验
周期长、操作繁杂，难以实现作物生长期间的实时监
测。据报道，美国研制出了基于地面遥感光谱仪
!"##$%##&#"［’()］，在依据作物的生长状况指导施肥方
面进行了研究，并在多个国家进行了示范和推广使
用。!"##$%##&#"通过自身携带的具有高强度发光二
极管发出的红光、绿光和近红外光，作为自身光源，
这些光经过作物反射后再被二极管所接受和测量，
并将这些信息传递给 !"##$%##&#" 携带的掌上电脑，
通过软件计算出 *+,- 值（*."/0123#4 4255#"#$6# 7#89
#:0;1# 2$4#<：归一化植被指数，是多种植被指数中应
用最为广泛的一种，表示了植物生长状态及植被空
间分布密度）［=(>］。叶绿素仪作为一种快速测定作
物叶片叶绿素水平的方法正在得到越来越多专家的
认可和推广，并在水稻、玉米、小麦等作物氮素营养
诊断中得到应用［?(’@］。为了探索简便、快速、非接触
性的作物氮素营养状况诊断方法，本研究利用
!"##$%##&#"测定田间玉米的 *+,- 值和用叶绿素仪
测定叶片的 ABC+值，分析 *+,-值、氮肥施用量与
产量的关系和 ABC+值与玉米氮素水平的关系，旨
在通过群体的监测和个体的速测决策氮肥的使用水
平。
! 材料与方法
!"! 试验设计
试验位于北京昌平小汤山镇国家精准农业示范
基地，土壤类型，冲积潮土，其基础肥力状况为有机
质 ’DE’ 8 F &8、全 * ’E@G 8 F &8、速效 B )?E’ /8 F &8、速
效 H ’)) /8 F &8、铵态 * ’>E? /8 F &8、硝态 * ))E=
/8 F &8、碱解 * I’E= /8 F &8。供试作物玉米，品种为
蠡玉 J号；)@@?年 ?月 ’)日播种，)@@?年 I月 ’?号
收获，试验期间浇水和除草等田间管理与大田相同。
试验在施用磷、钾肥的基础上，设 ? 个氮肥用
量，分别为 * @、G?、’?@、))?、=@@、>?@ &8 F K/)，>次重
复，小区面积 J@ /)。磷钾肥用量分别为 B)L? 和
H)L各 ’?@ &8 F K/)，在播种之前作为底肥施入。氮肥
施用方法为苗期开沟追施 ’ F =，其余部分在大喇叭
口期追施。供试氮肥为尿素，磷肥为重过磷酸钙，钾
肥为氯化钾。
!"# 测定项目与方法
ABC+测定：在玉米生育期间，选择晴朗无阴雨
的上午，时间在上午 I时至 ’)时之间，用 ABC+分析
仪（ABC+ ( ?)@@，日本产）测定玉米叶片的叶绿素读
数值。苗期到抽雄前测定最新完全展叶，抽雄后测
定穗位叶，测定部位为玉米叶片长度的 ’ F )处，避开
叶脉位置。每一小区选择长势均匀的玉米 )@株，用
塑料标签定位并标记叶位，测定记录每一处理叶片
的读数值。
*+,-测定：在玉米生育期间，选择晴朗无阴雨
的上午，每隔 =!?4 用地面遥感光谱仪（!"##$%##&9
#"，美国开发研制）测定一次玉米的 *+,-值。为了
避免损坏仪器，测定时应尽量避开阴雨天气。为了
保证测定结果的连续性和稳定性，在每一个小区选
取长势均匀的 ?行玉米，固定每行长度，在测试行两
端均留出一段保护距离（防止边际效应对测定结果
的影响），取 ? 行的平均值作为该小区处理的测定
值。在测试过程中尽量保持匀速行进，并使仪器的
遥感头部始终保持与地面的水平方向和同一高度。
玉米叶片叶绿素含量的测定：取完全展开的叶
片，用干净软纱布擦净表面尘土，用打孔器在玉米的
叶缘和叶脉中央部位打 ’@(’) 片样品，I?M的乙醇
浸提 =!? 4后，用分光光度计进行比色；这些叶片
在打孔之前用 ABC+仪同步测定叶绿素读数值。
产量：玉米成熟后，取 ? 行玉米单独收获并称
其重量；从中取出 ’@穗，凉干剥子粒后计算每个小
区的产量。对于定位测定 ABC+值的 ’@株玉米，单
独收获记产。
# 结果与分析
#"! 玉米不同生育期间的 $%&’值变化
*+,-是常用的植被指数。由于 *+,- 值能够
反应作物生长趋势，是目前已有的多种植被指数应
用最广泛的一种植被指数。
对作物不同生育期的监测结果（图 ’）表明，在
苗期由于叶片较小，作物的面积指数小，*+,-测定
值也比较小；随着生育期的进行，*+,- 值不断增
大，到大喇叭口期 *+,-值达到最大，以后逐渐缓慢
下降，抽雄以后到乳熟期的变化很小。这种单峰式
的变化与玉米生长养分的累积是同步的［’’］。说明
*+,-值不但能够反应玉米生长的规律，同时由于
*+,-值与玉米对氮素吸收的良好相关性，也可以较
好地反映玉米氮素营养状况。
#"# 施肥对玉米 $%&’值的影响
图 )看出，在施氮量 * @!=@@ &8 F K/) 的范围
内，随氮肥用量的增加 *+,-值也在增加；施氮量超
过 * =@@ &8 F K/)后 *+,-值不再随氮肥用量的增加
而增加。这是由于在一定的范围内，随着氮肥用量
的增加，充足的氮素营养满足了作物生长对养分的
>> 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ’>卷
图 ! 玉米不同生育期叶片 "#$%读数值
&’()! *+, "#$% -./0,1 .2 3’44,5,62 7856 (5892+ 12.(,1
需求，作物的营养生长加快，作物冠层的覆盖度加
大，因此 !"#$ 值也在增大；当氮肥增加到一定量
时，作物对氮肥的吸收属于奢侈吸收阶段，营养生长
和作物冠层的覆盖不再增加，达到饱和状态。
玉米大喇叭口期的 !"#$值与玉米产量符合线
性加平台的模型关系。
% & ’()’*+, - ++(.，/+ & 0*..+’（, 1 0*2340）；
% & ..3(（,!0*2340）
式中 %：玉米产量（56 7 89+）；,：!"#$值。
图 : 不同氮肥用量下的 "#$%值
&’(): *+, ,44,721 84 3’44,5,62 6’258(,6 5.2, 86 "#$% -./0,1
:;< 施肥对玉米 =>?# 值的影响
在玉米整个生育期间，:;<"值随生育期发生变
化（图 )）。苗期 :;<" 值比较低，到大喇叭口期
:;<"值达到最大值，以后趋于稳定，这种变化和玉
米营养生长的变化相一致。施肥提高了玉米叶片
:;<"读数值。不同施氮处理对苗期叶片 :;<" 读
数值的影响相对较小，拔节期以后这种影响逐渐加
大；由于施肥增加玉米叶片的含氮量和叶绿素含
量，因此 :;<"读数值也随之增加。但是，:;<"读
图 < 玉米不同生育期施肥对 =>?#值影响
&’()< *+, =>?# -./0,1 .2 3’44,5,62 7856 (5892+ 12.(,1
数值并不随着施肥量的增加而无限增大，整个生育
期间均以 ! ++256 7 89+处理的 :;<"值最大。
:;@ =>?#值与产量的相关性
作物产量的形成是通过植物体内的叶绿素将光
能转化成化学能—生产有机物质的过程；叶绿素的
含量直接影响到光合产物的生产速率。开花以后的
生殖生长阶段，是形成产量的关键时期，保持较高水
平的叶绿素含量，是提高叶片光合作用强度和延长
功能的基础，也是获得高产的保证。
尽管 :;<" 读数值是作物体内叶绿素高低的相
对值，但也反映了体内叶绿素含量的高低。大喇叭
口期完全展叶通常为第 =0!==片叶，是穗位叶，其
光合功能的强度直接影响到玉米的产量。图 ( 看
出，大喇叭口期完全展叶 :;<"值与产量存在正相
关，符合线性加平台的模型关系。
% & .3*+.=, - +++)*=（, 1 20*..）
% & 2’)=（,!20*..）
式中 %：玉米产量（56 7 89+）；,：:;<" 测定值。
图 @ =>?#与玉米产量的关系
&’()@ *+, 5,/.2’861+’A B,29,,6 C’,/3 .63
7856 /,.4 =>?# -./0,1
2(=期 郭建华，等：主动遥感光谱仪 >?@@AB@@5@?与 :;<"对玉米氮素营养诊断的研究
!"# 施肥对叶绿素含量变化的影响
对玉米叶片叶绿素含量测定结果表明，叶绿素
含量从拔节期到灌浆期逐渐增加，开花期到灌浆期
增加的幅度比较快，灌浆期叶绿素达到最大值。施
! ""# $% & ’("处理叶绿素含量最高，比对照增加
)*"+,-!)*,.#- (% & %。表 -看出，肥料的合理施用
能够增加玉米拔节和大喇叭口期叶绿素 / 的含量，
施 ! ""#$% & ’("处理在大喇叭口期叶绿素 / 的含量
显著高于其他的施肥处理和对照，比对照高 )*"#.0
(% & %；而在拔节期、大喇叭口期、开花期和灌浆期施
! ""# $% & ’("的处理比施 ! -)) $% & ’(" 的处理分别
高 )*-#12、)*"0"0、)*-)+# 和 )*---" (% & %。叶绿素
含量的增加提高了玉米的光合作用，为干物质积累
和产量提高打下基础。
拔节期间叶绿素含量和玉米产量成正相关关
系，3 4 ,0#*12+0 5 --*.0--06，7" 4 )*2.--0#，达到显
著水平（8 4 .*#00. 9 8)*)# 4 )*)0,-)，: 4 ")）。因此
生产中可以通过拔节期间叶绿素的含量预测玉米产
量和进行施肥决策，也可以根据实际生产力水平，通
过设定目标产量的方式，确定氮肥使用量，尽量实现
科学施肥、经济施肥，节约资源、保护环境。
图 #可以看到，;<=>值与叶片中叶绿素含量之
间存在着明显的相关关系。在叶绿素的组分中，无
论是叶绿素还是类胡萝卜素，他们都与 ;<=>读数
值有很好的相关性，以叶绿素 / 5 ?的总和与 ;<=>
读数值的相关性最高，相关系数 7" 4 )*1#+-。
表 $ 不同施肥处理对玉米生育期间叶绿素含量的影响
%&’() $ *+(,-,.+/(( 0,12)12 ,3 0,-1 ()&3 &4 &33)02)5 ’/ 5633)-)12 7 2-)&28)124
处理 拔节期 @AB:CB:% 大喇叭口期 D/E%F ?FGG 开花期 8GAHFEB:% 灌浆期 8BGGB:%
IEF/C(F:C J’G K / J’G K ? J’GK / J’G K ? J’GK / J’G K ? J’GK / J’G K ?
（! $% & ’("） （(% & %）
) "*2#") )*+01+ "*+2"0 )*1-0. ,*)0." )*1+20 ,*-1.- -*)+2.
-)) "*+,,- )*+1"1 "*++.0 )*.10# ,*-00- -*)",) ,*",.- -*)+00
-#) "*.+-# )*.)#+ "*..)- )*11,, ,*-1"1 -*),0 ,*,00+ -*).--
""# "*.1"+ )*.10- ,*)"). )*1.+) ,*"#-2 -*-"+" ,*,01, -*-1.+
图 # 玉米开花期间叶绿素和 9:;<值的关系
=6>?# %+) -)(&26,14+6. ’)2@))1 0+(,-,.+/(( 0,10)12-&26,1 &15 9:;< A&(B)4 61 3(,@)-61>
C 结论
通过对作物体内营养状况的无损诊断，确定植
株体内养分的丰缺程度，并以此作为作物施肥决策
的依据，实现平衡施肥［-"］；用无损测试技术对土壤
或作物的氮素状况的精确评价是作物营养诊断技术
的发展趋势［-,］。应用地物主动遥感仪 LEFF:MFF$FE
结合 ;<=> 仪，在玉米生长的各个生育期，对其氮素
营养状况进行诊断，结果表明它们之间具有很好的
相关性。
LEFF:MFF$FE能够监测玉米群体的生长状况。在
拔节期以后，不同氮肥处理植株生长不同，因此监测
到的 !>NO 值不同。!>NO 值随着氮肥用量的增加
而增加，当施肥量为 ! ,)) $% & ’("时 !>NO值达到最
高，超过最大产量施肥量时，虽然氮肥用量增加，
!>NO值并不再增加。田间应用时由于不同地点的
20 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 -0卷
土壤背景不同，需要单独进行试验建立指标关系。
!"#$值与叶片中叶绿素含量之间存在着显著
的相关关系。玉米叶片个体 !"#$值的大小反映了
作物体内叶绿素含量的高低。大喇叭口期 !"#$值
与产量符合线性加平台的关系。与李志宏［%&］等人
的研究结果即用 !"#$值对夏玉米追肥推荐营养状
况的预测精度为 ’()以上相一致，其推荐量不仅满
足作物氮素的需求，同时大大减少氮素对环境的污
染。
参 考 文 献：
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