本發(fā)明屬于農業(yè)栽培技術領域，具體涉及了一種梨樹精準施氮技術。

背景技術：

梨的產量和品質，除受品種等遺傳因素控制外，科學的氮肥運籌起到至關重要的作用。近年來，隨著產量水平的不斷提高，生產上的氮肥用量也持續(xù)上升，過量施氮不僅提高了生產成本，氮鉀比過高還導致果實品質和樹體抗病性下降。通過葉片礦質營養(yǎng)分析判斷果樹營養(yǎng)狀況是指導果樹施肥的重要手段。傳統(tǒng)的基于實驗室內葉營養(yǎng)化學分析方法，普遍要求破壞植物樣本，從采集大量的樣本、烘干、稱重、研磨直到使用有潛在危害性藥品進行測試，需耗費大量的時間、人力和物力(Wang et al.,2012)。由于花費時間過長，以至于結果的適時性不強。實時、無損而準確地了解作物生長情況，是精確作物管理的基礎。建立作物氮素營養(yǎng)的實時監(jiān)控技術，對于及時掌握作物生長情況、合理指導生長過程中的追肥調控、保障作物產量與品質的具有重要的研究意義。

技術實現要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是建立一種梨樹精準施氮技術，以快速、無損、廉價地得到梨樹葉片氮含量，并通過公式較為精確地計算出膨大期追施氮肥量，為梨樹的施肥調控提供科學依據和技術途徑。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所使用的技術方案為：

一種梨樹精準施氮技術，包括如下步驟：

(1)選定健康的梨樹葉片樣本，使用便攜式地物光譜儀原位采集可見和近紅外光譜值；

(2)從梨樹上采下步驟(1)中所述樣本，測定氮含量；

(3)對步驟(1)中得到的光譜值，采用主成分分析法剔除異常樣本，用偏最小二乘回歸建立校正模型并采用留一法交叉驗證形式進行檢驗，從而得到步驟(1)所述光譜值相對步驟(2)所述氮含量的定量校正模型；

(4)在梨樹的膨大期，使用便攜式地物光譜儀采集待施肥梨樹的葉片的可見和近紅外光譜值，通過步驟(3)的優(yōu)化模型計算所述梨樹的葉片的氮含量，取其平均值作為所述待施肥梨樹的實際氮含量；

(5)統(tǒng)計步驟(4)所述梨樹的樹體枝條數、每個枝條平均葉片數、平均百葉重，根據下式推算膨大期追肥量，在梨樹的膨大期給步驟(4)所述的待施肥梨樹施用，

式中，X為膨大期追肥量；N_r(g/kg)表示步驟(4)中所述待施肥梨樹的實際氮含量；N_s(g/kg)表示采用本品種膨大一期葉片標準氮含量；W(g)為平均百葉重；Number為步驟(5)中所述樹體枝條數乘以每個枝條葉片數；肥料利用率采用當地具體值。

步驟(1)中，所述原位采集的方法包括以下步驟：將便攜式地物光譜儀的光纖組裝進植被探頭，植被探頭配合葉片夾持器的黑色參考板夾持葉片，所述植被探頭和葉片夾持器構成一個自帶光源的暗室，植被探頭采集葉片光譜；

所述采集葉片光譜采集點為每片葉片的葉中、的葉脈對稱位置的取兩個點，每點采集5-10條，輸出波段數2151個。

步驟(1)和(4)中，所述梨樹葉片為梨樹樹冠外圍當年生枝條中下部的葉片。

步驟(4)和(5)中，所述膨大期為梨樹膨大I期或梨樹膨大II期，所述膨大I期為花后50天，所述膨大II期為花后80天。

步驟(1)中，所述樣本數量為100個以上，優(yōu)選的，所述樣本為230～780個。

步驟(1)中，所述光譜儀的測定波段值為350～2500nm，分辨率為3～10nm，優(yōu)選的，光譜掃描范圍為350-1000nm時的分辨率為3nm，光譜掃描范圍為1000-2500nm時的分辨率為10nm。

步驟(2)中，所述測定氮含量包括以下步驟：(a)將采下的葉片于105～110℃恒溫殺青30min以上，再在60～70℃烘至恒重，粉碎、過篩，得到待測樣品；(b)使用元素分析儀測定每份步驟(a)中得到的待測樣品的氮含量，每份樣品測定2次，取其平均值。

步驟(2)中，所述測定氮含量還可以包括以下步驟：(c)以GBW10020柑橘葉作為標樣，測定所述標樣的氮含量，對步驟(b)中得到的待測樣品氮含量進行校正。

步驟(1)和(4)中使用的光譜儀為便攜式地物光譜儀。為最大程度降低實驗誤差，步驟(1)和(4)中使用同一臺光譜儀，所述光譜儀的植被探頭直徑1.5cm，內置鹵素光源。

優(yōu)選的，在花后50天采集待施肥梨樹的葉片的可見和近紅外光譜值，推算膨大期追肥量并施用膨大肥，因為此時施肥與當年產量相關性較高。

有益效果：本發(fā)明可以快速、無損、廉價地得到梨樹葉片氮含量并通過公式較為精確地計算出膨大期追施氮肥量，為梨樹的施肥調控提供科學依據和技術途徑。

附圖說明

圖1 2015年葉片樣本偏最小二乘(PLS)建模集(A，樣本量＝780)和預測集(B，樣本量＝230)；

圖2 2016年葉片預測氮含量；

圖3果實成熟期各處理葉片氮含量；

圖4調控施氮與對照施氮對果實單果重的影響；

圖5調控施氮與對照施氮對果實產量的影響；

圖6調控施氮與對照施氮對果實硬度的影響

圖7調控施氮與對照施氮對果實可溶性固形物的影響；

圖8調控施氮與對照施氮處理下果實橫徑的影響；

圖9調控施氮與對照施氮處理下果實縱徑的影響。

具體實施方式

根據下述實施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領域的技術人員容易理解，實施例所描述的內容僅用于說明本發(fā)明，而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本發(fā)明。

實施例1田間試驗于2015-2016年在江蘇省宜興市新街鎮(zhèn)潼渚村梨園進行。供試品種為5年生翠冠，計劃于2016年掛果。設置4個氮水平，分別為Control(N0)、100(N1)、200(N2)、300(N3)、400(N4)g/株純氮，并以N1、N2、N3和N4為基礎，分別設置相應的4個追氮調控處理，即Nr1、Nr2、Nr3、Nr4，這四個處理根據追肥前的實時光譜監(jiān)測氮素營養(yǎng)狀況，基于追氮調控計算公式計算具體的氮肥追用量，對照處理的施氮基追比例為3:2，對照和調控處理的追肥均在膨大期(花后50天)施用(表1)。每個處理設置三個小區(qū)，每個小區(qū)兩棵樹，隨機區(qū)組排列，小區(qū)之間用40*120cm的擋板插入土層50cm阻隔?；视?015年3月施用，為達到處理效果，直至2016年5月光譜監(jiān)測氮素營養(yǎng)后施用膨大肥。2015年未讓樹體掛果，2016年春季實行過一次整體修剪。

表1調控與對照處理氮肥施用情況

(1)建立基于可見/近紅外光譜技術的待測品種梨樹葉片氮含量模型。主要步驟：①利用美國ASD公司生產的3便攜式地物光譜儀測定梨樹葉片光譜。波段值為350～2500nm，輸出波段數為2151個。植被探頭配合葉片夾持器(黑色參考板)，探頭直徑1.5cm，探頭內置鹵素光源。每片葉子采集正面、葉脈中部兩端對稱兩個點，每點采集5-10條光譜。②測定葉片氮含量化學參考值：葉片可見/近紅外光譜值測定后，將葉片采下帶回室內，于105℃恒溫殺青30min后70℃烘至恒重，用不銹鋼料理機粉碎后過篩(100目)。使用元素分析儀測定氮含量，每份樣品測定2次，取其平均值，平行樣本之間的相對誤差不得高于5％，分析的過程中同時加入GBW10020柑橘葉測定，以確?；瘜W分析過程的準確性。③采用主成分分析法剔除異常樣本，用偏最小二乘回歸建立校正模型并采用留一法交叉驗證形式進行檢驗，從而得到精度較高的定量校正模型(圖1)。

(2)在膨大I期(花后50天)，利用相同的光譜儀進行葉片可見和近紅外光譜的測定，將光譜值輸入(1)中定量校正模型，輸出氮含量(圖2)。

(3)統(tǒng)計樹體枝條數、每個枝條平均葉片數、百葉重，按照以下公式推算膨大期追肥(圖2)。

N_s為2.7％

W為平均百葉重：57g(樣本數：500)

Number為枝條數乘以每個枝條葉片數(15片，樣本數：50)

肥料利用率為30％。

結果表明，相對于對照施氮(N1、N2)，調控施氮Nr1、Nr2顯著提高了葉片氮含量，而相較于N4處理，Nr4顯著降低了葉片氮含量，調控效果明顯(圖3)。調控施氮Nr1和Nr2相比于對照施氮N1、N2顯著增加了產量，分別增產26％和23％(圖4)。調控施氮在低氮處理下有效的提高了產量，而高氮條件下，調控效果雖然在產量上不明顯，但是總施氮量(Nr3為291g/株，Nr4為300g/株)小于對照(N3為300g/株，N4為400g/株)。調控施氮顯著增加了梨果實橫縱徑，在低氮處理下，調控施氮能在一定程度上改善果實品質。

研究結果進一步說明，基肥對于多年生梨樹營養(yǎng)生長具有舉足輕重的作用，而當梨樹處于缺氮條件下時，本發(fā)明較為精確的追氮措施能在一定程度上彌補基肥施用不足在產量和品質上的影響。