稻株氮營養狀態檢測技術
李裕娟 1 張愛華 2 申雍 3 章國威 4 楊純明 1 羅正宗 5
1 行政院農業委會農業試驗所農藝組
2 行政院農業委會農業試驗所農業化學組
3 國立中興大學土壤環境科學系
4 國立中興大學植物研究所
5 行政院農業委會農業試驗所嘉義分所農藝組 E-mail:[email protected]
摘 要 - - - 102 壹、前 言 - - - 103 貳、材料與方法 - - - 103 參、結果與討論 - - - 105 肆、引用文獻 - - - 109
101-112, 2002
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稻株氮營養狀態檢測技術
李裕娟
1張愛華
2申雍
3章國威
4楊純明
1羅正宗
51 行政院農業委會農業試驗所農藝組
2 行政院農業委會農業試驗所農業化學組
3 國立中興大學土壤環境科學系
4 國立中興大學植物研究所
5 行政院農業委會農業試驗所嘉義分所農藝組 E-mail:[email protected]
摘 要
本研究之目標在開發以遙測技術檢測稻株氮營養狀況的方法。試驗分 別在行政院農業委員會農業試驗所農場和嘉義分所溪口農場進行，以台農 67號(Oryza sativa L.)為試驗品種。1999年一、二期作進行之氮肥缺乏試 驗，處理田不施肥而對照田為正常施肥。試驗結果顯示，不施肥田區葉片 葉綠素和氮素含量在全生育期皆較正常施肥田區為低，且一、二期作稻株 葉綠素和氮素含量成顯著正相關(r1st=0.744,r2nd=0.837)，而營養、生殖生長 性狀皆以不施肥田區較正常施肥田區差。光譜特徵波長分析指出，以735 nm的微分值可拉大其氮肥處理差距，以不施肥田區的微分值較正常施肥田 區低。2000年一期作在嘉義分所的不等氮肥試驗的結果顯示，735 nm的微 分值與水稻幼穗形成期的氮素含量成顯著正相關(r=0.927）。2001年一期作 在嘉義分所進行的不同等級氮肥施用試驗(0、45、90、180 kg N ha-1）的 結果顯示，以735 nm的微分值可拉大不等氮肥的級距比較，惟在90 kg和 180 kg間難以區分。2001年一期作在農試所內所進行的水稻不同等級氮肥 (0、60、120、180 kg N ha-1)試驗，以幼穗形成期的稻株氮素含量和735nm 的微分值有顯著正相關(r=0.737)，而分蘗盛期所分析的稻株氮素含量，則 與735nm的微分值相關性較低。
關鍵詞：水稻(Oryza sativa L.)、反射比值、葉綠素濃度、氮素、生長期。
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壹、前 言
0.7%差異；Blackmer et al.,(1994)指出玉米 葉片在不同氮肥施用量的田區，其葉片在 細胞層數減少而降低(Thomas and Oerther, 1972; Blackmer et al., 1996)。氮肥對玉米 (Walburg et al., 1982)和小麥(Stanhill et al., 1972)植被反射光譜的變化的影響曾被提 出，由於氮肥改變作物的葉面積、乾物 重、株高、葉綠素濃度、地面覆蓋率等 (Inoue and Iwasaki, 1991; Price and Bausch, 1995; 楊與蘇，1997;Yang and Su, 1998a，1998b)因素而改變植被的反射光譜，故可 利用植被反射光譜的空間變異評估作物氮 營養的空間分布。
玉米雜交種其葉片葉綠素含量和氮素 含量呈密切的正相關關係，若以葉綠素測 計(Minolta SPAD-502 chlorophyll meter)測 得的讀值亦與葉綠素含量、氮素含量呈密 (Schepers et al., 1992; Blackmer et al., 1994)。
水稻是台灣地區栽培面積最廣的作 sativa L.)台農67號品種稻苗以南北向機插 於行政院農業委員會農業試驗所農場(臺中 sativa L.)台農67號品種機插於行政院農業 委員會農業試驗所農場，試驗田區氮肥處 為350-1100 nm，光譜解析度為2 nm(霧峰 本所)和10 nm(嘉義分所溪口農場)。測定 時，測定人員於測點的北側，將遠端接收 器(LI-1800-02 remote cosine receptor，LI-COR)伸出約1.5 m置於水稻植冠上方約1 m 由可見光感測器(LI-190 quantum sensor，
LI-COR)量得之總入射可見光量，再由三 次入射與反射測定之平均值計算植被的反 射光譜。所有植被反射光譜的量測工作皆 於上午十時至下午二時以前完成，以減少 反射光譜受太陽入射角變動之影響。
葉片之葉綠素總量(total chlorophyll) 於插秧後配合光譜量測定期取樣分析(1999 年霧峰一、二期作)，以追蹤生育期間之變 化 。 葉 綠 素 化 學 分 析 方 法 採 自 A r n o n (1949)修正法(Lee and Yang, 1999)，除了生 育初期之外，每次取樣各品種均自每一重 2500 rpm(825 g)離心10 min，取上層溶液 以光電比色計(Beckman model DU-68)讀取 吸收率測值，再以下列公式計算葉綠素總 量：
Total chlorophyll (mg)= (D652xV)/34.5xW 譜特徵波長的分佈情形，將350-1100 nm 波長的反射光譜作一次微分(圖2)，735 nm 的一次微分值可拉大其氮肥處理差距之趨 能促進光合作用的進行(Hesketh, 1963;
Sestak, 1966)。另一方面植體葉綠素含量 (或濃度)較多者，也反應出處於較高氮素 含量(或濃度)狀態，由於氮素含量與光合 作用率之密切相關而再間接支持高葉綠素 含量有助於光合成的例證(Johnkutty and Palaniappan, 1996; Masoni et al., 1996;
Ladha et al., 1998; Peng et al., 1995)。在水 稻研究上，葉綠素含量被發現與葉片及莖 稈 之 氮 素 呈 現 正 相 關 (Johnkutty and Palaniappan, 1996; Ladha et al., 1998; Peng et al., 1995)，且與產量關係密切(Johnkutty and Palaniappan, 1996)。
2000年一期作在嘉義溪口農場種植的
圖 1. 台農 67 號 1999 年一、二期作水稻 幼穗形成期之植被反射光譜曲線。
圖 3. 台農 67 號 1999 年一、二期作幼穗 形成期水稻葉片氮素與葉綠素含量 之相關關係。
圖 2. 台農 67 號 1999 年一、二期作水稻 幼穗形成期之植被反射光譜曲線一 次微分分布圖。
圖 4. 台農 67 號 2001 年一期作嘉義溪口 農場種植不同氮肥處理幼穗形成期 之植被光譜曲線（A）和一次微分 分布圖（B）。
入射日射強度的資料，因此不能直接以單 波段反射值的高低進行鑑別，常以波段比 值法予以克服(Lillesand and Kiefer, 1994)。
計算兩波段的反射值的比值，再獲得不同 氮肥處理間的百分比，探討處理間的差異 是否因波段不同而有不同的效果。表1是 2000年嘉義一期作在不同生育時期的紅光 段(R, 610-680 nm)、近紅外光段(IR, 790-890 nm)和NDVI(標準差植被指數)，在0 kg N ha-1和90、180 kg N ha-1兩者可以區分 其 差 異 ， 而 近 紅 外 光 段 / 紅 光 段 ( I R / R , SRVI)在90、180 kg N ha-1之間則較易辨 別。若將2001年嘉義一期作台農67號不同 氮肥處理的水稻植被反射光進行微分(圖 4B)，在波長735 nm的一次微分值有明顯 差異，亦可拉大90與180 kg N ha-1之差距
(表1)，因氮肥處理效應使得紅光段和近紅 外光段的反射值差距增大，進而影響紅光 段與近紅外光段地帶的斜率變化加劇。此 外一次微分亦具有去除土壤背景干擾之作 用(Steven et al., 1990)，因此適合作為鑑別 稻株氮營養狀況之特徵值。
2001年一期作在霧峰本所的試驗結果 顯示(圖5)，在幼穗形成期的近紅外光波段 隨氮肥施用量之增加而提高，其現象如同 嘉義溪口農場，在三個不同的試驗田區四 種氮肥處理的趨勢亦類似。計算紅光段和 近紅外光段及兩者(SRVI)百分比(表2)，標 準差植被指數(NDVI)百分比，再將植被反 射光譜曲線作一次微分，計算不同氮肥施 用量於 735 nm 微分值的百分比， G/R 及 NDVI的百分比在四個氮肥施用量之差異
圖 5. 台農 67 號 2001 年一期作四種氮肥 處理在三個田區的水稻幼穗形成期 之植被反射光譜曲線
圖 6. 台農67號幼穗形成期植被反射光譜 在735 nm的微分值與植株氮素含量 之相關關係（A:2000 年嘉義一期 作，B:2001年霧峰一期作）
表1. 台農67號2001年一期作嘉義溪口農場種植不同氮肥處理在不同生長期之SRVI、
NDVI及735 nm一次微分值及其百分比。
表2. 台農67號2001年一期作農業試驗所霧峰本所農場種植不同氮肥處理在幼穗形成期之 SRVI、NDVI及735 nm一次微分值及其百分比。
很小，而SRVI 和735 nm微分值的百分比 關(圖6A)，決定係數R2為0.862(相關係數r 為0.927)達顯著水準；另2001年一期作在 響。稻米品質研討會專集。 242-248
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