学术研究报告：不同施氮水平下玉米品种叶片含氮量与NDVI值相关性分析

作者及发表信息
本研究的作者为徐静，来自内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗农牧局，研究论文发表于《种子科技》2023年第10期，文章编号为1005-2690(2023)10-0001-03，DOI编号为10.19904/j.cnki.cn14-1160/s.2023.10.001。

学术背景
本研究属于农业科学领域，重点关注作物营养监测与精确施肥技术。随着农业可持续发展理念的普及，如何减少化肥过量使用、提高氮肥利用率成为重要课题。玉米作为主要粮食作物，其叶片含氮量直接影响光合作用效率和产量形成。传统氮素监测方法依赖破坏性采样，而基于遥感技术的光谱监测（如NDVI，归一化植被指数）可实现无损、实时诊断。美国Oklahoma州立大学开发的Greenseeker主动遥感光谱仪已被证明能有效关联NDVI值与植物氮营养状况。然而，不同玉米品种及施氮水平下NDVI与叶片含氮量的定量关系仍需进一步验证。本研究旨在通过田间试验，建立玉米叶片含氮量与NDVI值的数学模型，为精准施肥提供理论依据。

研究流程
1. 试验设计与材料准备
- 供试品种：选用吉农302（P1）、农大588（P2）、郑单958（P3）三个玉米品种。
- 土壤与肥料：试验土壤pH值为6.4，有机质含量28 g/kg。氮肥设5个水平（0、50、100、150、200 kg/hm²），分别标记为N0至N4；磷钾肥作为基肥一次性施入。
- 田间管理：每公顷留苗48,000株，确保生长条件一致。

1. 数据采集方法

   • 叶片含氮量测定：在三个生育时期（6月22日、7月8日、7月25日）采集叶片样本，采用H₂O₂-H₂SO₄消煮法测定全氮含量。
     
   • NDVI值监测：使用Greenseeker光谱传感器在距冠层50 cm处匀速扫描，获取NDVI值。阴雨天气顺延测量。
     

2. 数据分析

   • 动态变化分析：比较不同施氮水平下叶片含氮量与NDVI值的时序变化。
     
   • 相关性建模：以拔节期NDVI值（x）与叶片含氮量（y）建立线性回归方程，计算相关系数（r）。
     

主要结果
1. 叶片含氮量动态
- 施氮量在0-200 kg/hm²范围内，叶片含氮量变幅为2.66%-4.60%。当施氮量达200 kg/hm²（N4）时，含氮量增长停滞甚至下降（如P1品种在第3时期含氮量从4.44%降至3.65%）。
- 含氮量峰值出现在第2生育时期（7月8日），P3品种最高达4.60%，表明生育中期为氮素需求关键期。

1. NDVI值变化规律

   • NDVI值随施氮量增加而升高，但在第1监测时期（6月22日）高氮处理（N4）下出现回落（P1品种NDVI值从0.794降至0.782），可能与早期冠层覆盖不均有关。
     
   • 第3时期NDVI值达峰值，与叶片氮素转移期吻合。
     

2. 相关性模型

   • 三个品种的NDVI与含氮量均呈极显著正相关（p<0.01），最优模型为P3品种的方程y=15.417x-6.8452（r=0.9666）。
     
   • NDVI阈值分析显示，当NDVI值达0.7368（P1）、0.7024（P2）、0.7269（P3）时，含氮量趋于饱和。
     

结论与价值
1. 科学意义：明确了NDVI值作为玉米氮素无损监测指标的可靠性，揭示了过量施氮（>150 kg/hm²）的边际效益递减规律。
2. 应用价值：为农户提供精准施肥技术支撑，通过Greenseeker实时监测NDVI值，可动态调整氮肥用量，减少环境面源污染。
3. 创新点：首次针对不同玉米品种建立NDVI-含氮量定量方程，并验证了生育中期为氮肥调控关键窗口期。

研究亮点
- 方法创新：将主动遥感技术（Greenseeker）与化学分析结合，实现田间无损监测。
- 品种特异性：发现P3品种（郑单958）的NDVI-含氮量相关性最高（r=0.9666），为品种选育提供参考。
- 生态效益：提出150 kg/hm²为施氮量优化阈值，兼顾产量与环境保护。

其他发现
研究还指出，玉米生育后期叶片氮素向籽粒转移的特性可通过NDVI值下降趋势间接反映，为品质预测提供新思路。未来可结合高光谱技术进一步提升监测精度。