氮素营养的玉米叶片光谱响应机理及营养诊断

本项目从田间试验和盆栽试验入手，利用高光谱技术对不同氮处理下玉米整个生育期叶片进行光谱监测，通过（1）研究不同氮处理下玉米叶片物理性状和化学性状对光谱的影响，即从叶片的物理性状方面，叶片厚度、组织结构、细胞排列方式对叶片光谱响应的影响；从叶片的化学性状方面，玉米叶片生化成分与浓度对光谱响应的影响，从叶片的物理性状和化学性状两方面揭示氮素营养的玉米叶片光谱响应机理；（2）研究叶片光谱的时间变异性和空间变异性，提取叶片光谱特征参数（波长位置、深度、宽度、斜率、吸收峰对称度、面积），建立氮素营养的玉米叶片光谱数据库；和（3）基于建立的氮素营养的玉米叶片光谱数据库，构建适宜的光谱特征参量，建立玉米氮素营养的光谱诊断模型。研究成果可为植物光谱响应机理提供理论依据，为玉米乃至其他作物氮素营养的光谱诊断提供新的认识和实验证据，对于指导作物合理追施氮肥，提高氮肥利用率具有重大实践意义。

本项目从田间试验和盆栽试验入手，利用高光谱技术对不同氮处理下玉米整个生育期叶片进行光谱监测，通过（1）揭示了叶片细胞内叶绿体数量和体积是影响叶片可见光光谱反射率的主导因素。缺氮条件下，叶片细胞内叶绿体体积小，数量少，叶绿素含量低，导致叶片可见光波段光谱反射率较高；正常氮条件下，叶片叶肉细胞叶绿体肥大，数量多，叶绿素含量高，导致叶片可见光波段光谱反射率较低。（2）探明了玉米不同氮营养条件下叶片光谱的空间变异性（上位叶与下位叶）和时间变异性（不同生育期）。空间变异性体现在：缺氮条件下，下部叶片较上部叶片光谱反射率在可见光和近红外波段有明显升高趋势；正常氮条件下，这种趋势在近红外波段（760～1280nm）较为明显。时间变异性则与玉米对氮的需求规律高度相关。提取了基于光谱位置、光谱指数、光谱面积的光谱特征参数，建立了氮素营养的玉米叶片光谱数据库。和（3）基于建立的氮素营养的玉米叶片光谱数据库，筛选构建了适宜的光谱特征参数，建立了基于RNIR/Red宽波段光谱指数的玉米氮素营养诊断模型，建立了基于DSI（564，681）和DSI（681，707）单波段组合的玉米大喇叭口期的氮素营养诊断模型。研究成果可为植物光谱响应机理提供理论依据，为玉米乃至其他作物氮素营养的光谱诊断提供新的认识和实验证据，对于指导作物合理追施氮肥，提高氮肥利用率具有重大实践意义。