1 叶色诊断研究的历史回顾与写作本文的由来
400年前明末的《沈氏农书》就记载了中国吴兴地区农民根据水稻叶色追肥的经验。1958年全国水稻高产劳模陈永康提出了单季晚粳叶色“三黄三黑”高产栽培理念,首次提出促（“黑”）控（“黄”）结合的观点和叶色诊断方法。把3次“黑黄”节奏变化和产量三因素的形成过程密切关联起来,并围绕“黑黄”节奏变化,明确了科学施用肥水的技术原理和方法[1,2]。创立了一个崭新的水稻高产栽培技术理论,对世界稻作栽培科学的发展做出了重大贡献。但由于对叶色“黑黄”诊断缺乏明确的指标,且缺乏可供一切品种使用的统一叶色诊断卡,使“三黑三黄”高产栽培的推广遇到很大困难。1964年日本水稻高产栽培能手片仓权次郎提出了用稻株顶3顶4叶叶色差作为稻株氮素营养旺盛（顶4>顶3）、正常（顶4=顶3）和不足（顶4<顶3）的通用诊断指标。笔者分析了这一理念的科学性,断定这是一个简易、准确、适合一切品种的诊断方法,于1994年《稻作新理论——水稻叶龄模式》一书中介绍了这一诊断方法,并将片仓权次郎的顶3顶4叶叶色差和陈永康的“黑”“黄”结合起来,作为“黑”“黄”诊断指标,应用到水稻叶龄模式中,制定了一切水稻品种4大类15种群体叶色“黑黄”变化叶龄模式图[3],在生产上起了良好的指导作用。
随着SPAD仪的使用,笔者等2000年进行“水稻精确定量施氮研究”[4]时,专门设置了顶3顶4叶叶色差诊断科学性的专题研究,2002年发表了两篇研究报告[5,6]。研究明确了叶色（SPAD）差异很大的供试品种,生育各期按叶色差分为顶4>顶3,顶4=顶3和顶4<顶3三类群体,同类群体叶色差值、叶片含氮率、分蘖发生率、成穗率和结实率等差异很小,极为一致,论证了不同品种相同的顶3顶4叶叶色差的植株具有相同生理机能,可以作为统一的叶色诊断指标。
由于研究报告[5,6]在写作上突出了生育各期叶色变化与叶片含氮率和产量形成的关系,忽视了对“顶3顶4叶”叶色差诊断和单叶SPAD诊断的深入对比分析,没有强调顶3顶4叶叶色诊断法在水稻氮素营养诊断上具有指标的统一性,准确性和简便适用性等优点,没有引起同行们对该法的重视,不少****至今还把单叶SPAD作为稻作氮营养诊断的主要方法[7,8,9],影响了诊断的准确性。为此,笔者认为有必要从顶3顶4叶叶色差诊断的优越性角度,对原有部分研究资料重新整理,进行再论证。
2 顶3顶4叶叶色差诊断优越性的再论证
试验于2001年和2002年进行,两年结果一致。现以2001年为例,作重点分析解读（详见文献[5]）。2.1 试验方法
2.1.1 供试品种 叶色（SPAD）差异较大的品种6个,其中粳稻4个：金南风、9915、越光、9325,籼稻2个：白稻、H97-322。2.1.2 施氮处理
（1）基肥量5级。施氮分别为0、6.5、13.0、19.5和26.0 g·m-2,预期在有效分蘖临界叶龄期（N-n）出现不同的顶3顶4叶色差。穗肥统一为纯氮13 g·m-2,于倒4叶及倒2叶各施50%。
（2）穗肥量5级。在统一基肥施氮13 g·m-2的基础上,穗肥设置施氮0、6.5、13.0、19.5和26.0 g·m-2 5个处理,分别于倒4叶（促花肥）和倒2叶（保花肥）二次等量施用,预期在倒2叶期和齐穗期出现不同的顶3顶4叶叶色差。
2.1.3 测定项目
（1）叶色 用SPAD-502型叶绿素计于N-n、倒2叶和齐穗期测定全株各叶的SPAD值。
（2）叶片含氮率 于N-n叶龄期,倒2叶期和齐穗期,测定植株全部绿叶的含氮率。
（3）分蘖 于N-n-2叶龄期开始调查各叶龄期发生数量,计算分蘖发生率和茎蘖成穗率。
（4）穗部性状及产量 调查每穗颖花数、结实率和小区产量。
2.2 结果
2.2.1 单叶SPAD与顶3顶4叶叶色差诊断的比较 将各品种不同施肥处理下N-n叶期、倒2叶期和齐穗期测定的全部项目分别记入表1—3。结果表明,单叶SPAD值品种间差异很大,难以用某一SPAD值作为诊断氮素不足、正常和过旺的统一指标。以表1为例,同为施氮13.0 g·m-2的处理,品种间顶2叶的SPAD值有29.6—43.5的差异。又如,粳稻9915品种施氮 6.5 g·m-2处理的顶2叶的SPAD为40.3,属缺氮型（顶3>顶4）;而粳稻9325施氮19.5 g·m-2处理的顶2叶SPAD为40.7,与9915相近,但属于旺长（顶3<顶4）;籼稻H97-322施氮26 g·m-2的顶2叶SPAD为39.3,与前两品种是相当的,属旺长型。此种情况在表2和表3中也普遍存在,说明单叶SPAD不能作为统一的诊断指标。Table 1
表1
表1基蘖肥施用量对N-n叶龄期各叶SPAD值及植株有关性状影响（2001）
Table 1Effect of the application amount of base-tiller nitrogen fertilizer on the SPAD of each leaf and the characters of plant in N-n stage (2001)
| 品种 Variety | 施氮量 Nitrogen application rate (g·m-2) | 各叶的SPAD值 SPAD of each leaf | 顶3-顶4 差值 Top3- Top4 | 顶3顶4 叶色比 Top3 /Top4 | 叶片含氮率 Leaf nitrogen content (%) | 分蘖发生率 Tillering rate (%) | 茎蘖成穗率 Earbearing tiller percentage (%) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 顶1 Top 1 | 顶2 Top 2 | 顶3 Top 3 | 顶4 Top 4 | |||||||
| 金南风 Jinnanfeng | 0 | 27.6 | 21.5 | 21.2 | 19.9 | 1.3 | top3> top4 | 1.1 | 31.7 | 96.3 |
| 6.5 | 30.9 | 31.7 | 27.7 | 26.8 | 0.9 | top3> top4 | 2.1 | 58.1 | 94.7 | |
| 13.0 | 34.9 | 35.1 | 35.3 | 35.3 | 0 | top3= top4 | 2.6 | 87.5 | 87.8 | |
| 19.5 | 36.4 | 36.7 | 36.6 | 37.1 | -0.5 | top3< top4 | 3.2 | 94.6 | 84.5 | |
| 26.0 | 38.1 | 38.9 | 37.7 | 38.6 | -0.9 | top3< top4 | 3.4 | 96.9 | 78.6 | |
| 9915 | 0 | 33.9 | 33.1 | 27.6 | 25.9 | 1.7 | top3> top4 | 1.1 | 38.7 | 98.7 |
| 6.5 | 38.5 | 40.3 | 35.6 | 34.8 | 0.8 | top3> top4 | 2.1 | 68.8 | 97.0 | |
| 13.0 | 43.4 | 43.5 | 42.9 | 43.1 | -0.2 | top3= top4 | 2.8 | 92.0 | 88.4 | |
| 19.5 | 44.4 | 44.8 | 44.2 | 44.7 | -0.5 | top3< top4 | 3.0 | 93.9 | 84.2 | |
| 26.0 | 44.5 | 45.3 | 44.8 | 45.7 | -0.9 | top3< top4 | 3.1 | 97.0 | 80.0 | |
| 越光 Yueguang | 0 | 22.1 | 21.9 | 18.1 | 17.0 | 1.1 | top3> top4 | 1.1 | 33.9 | 96.6 |
| 6.5 | 29.1 | 28.2 | 25.7 | 24.7 | 1.0 | top3> top4 | 2.1 | 54.1 | 94.7 | |
| 13.0 | 31.9 | 31.8 | 31.9 | 31.4 | 0.5 | top3> top4 | 2.3 | 74.8 | 87.1 | |
| 19.5 | 34.2 | 34.6 | 34.1 | 34.0 | 0.1 | top3= top4 | 2.9 | 88.4 | 81.4 | |
| 26.0 | 35.9 | 35.9 | 35.9 | 36.5 | -0.6 | top3< top4 | 3.1 | 95.4 | 78.6 | |
| 9325 | 0 | 30.8 | 27.3 | 24.4 | 23.0 | 1.4 | top3> top4 | 1.3 | 46.5 | 99.8 |
| 6.5 | 34.7 | 36.0 | 31.6 | 31.0 | 0.6 | top3> top4 | 2.0 | 67.1 | 94.6 | |
| 13.0 | 39.1 | 39.3 | 39.1 | 39.3 | -0.2 | top3= top4 | 2.7 | 76.2 | 88.4 | |
| 19.5 | 40.4 | 40.7 | 40.4 | 41.5 | -1.1 | top3< top4 | 3.0 | 91.3 | 82.7 | |
| 26.0 | 41.3 | 42.1 | 41.3 | 43.2 | -1.9 | top3< top4 | 3.4 | 96.7 | 77.4 | |
| 白稻 Baidao | 0 | 24.2 | 24.4 | 16.1 | 15.0 | 1.1 | top3> top4 | 1.1 | 33.4 | 97.8 |
| 6.5 | 33.5 | 32.3 | 28.1 | 27.3 | 0.8 | top3> top4 | 2.0 | 60.2 | 93.7 | |
| 13.0 | 39.7 | 39.6 | 38.7 | 38.5 | 0.2 | top3= top4 | 2.6 | 83.4 | 87.6 | |
| 19.5 | 41.5 | 41.8 | 41.7 | 43.1 | -1.4 | top3< top4 | 3.4 | 96.0 | 81.4 | |
| 26.0 | 43.9 | 45.1 | 45.1 | 46.8 | -1.7 | top3< top4 | 3.7 | 97.9 | 79.1 | |
| H97-322 | 0 | 19.1 | 20.4 | 15.7 | 14.8 | 0.9 | top3> top4 | 1.2 | 38.9 | 97.6 |
| 6.5 | 24.7 | 24.6 | 19.6 | 19.0 | 0.6 | top3> top4 | 1.9 | 63.7 | 96.2 | |
| 13.0 | 29.2 | 29.6 | 29.1 | 29.0 | 0.1 | top3= top4 | 2.5 | 84.2 | 89.5 | |
| 19.5 | 33.4 | 33.7 | 33.6 | 34.2 | -0.6 | top3< top4 | 3.0 | 94.4 | 81.8 | |
| 26.0 | 39.1 | 39.3 | 39.4 | 40.7 | -1.3 | top3< top4 | 3.4 | 97.7 | 78.3 | |
新窗口打开
Table 2
表2
表2穗肥施用量对倒2叶期各叶SPAD值及植株有关性状影响（2001）
Table 2Effect of the application amount of earing fertilizer on the SPAD of each leaf and the characters of plant in the 2nd leaf-age from top (2001)
| 品种 Variety | 施氮量 Nitrogen application rate (g·m-2) | 各叶的SPAD值 SPAD of each leaf | 顶3-顶4差值 Top3-Top4 | 顶3顶4 叶色比 Top3/Top4 | 叶片含氮率 Leaf nitrogen content (%) | 每穗颖花数 Spikelet number | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 顶1 Top 1 | 顶2 Top 2 | 顶3 Top 3 | 顶4 Top 4 | ||||||
| 金南风 Jinnanfeng | 0 | 26.9 | 27.0 | 25.3 | 24.5 | 0.8 | top3>top4 | 1.6 | 75.8 |
| 6.5 | 29.7 | 30.5 | 29.6 | 29.1 | 0.5 | top3>top4 | 1.9 | 80.3 | |
| 13.0 | 32.5 | 32.8 | 32.9 | 32.9 | 0.3 | top3>top4 | 2.2 | 86.5 | |
| 19.5 | 34.8 | 35.1 | 34.9 | 34.9 | 0 | top3=top4 | 2.7 | 98.0 | |
| 26.0 | 36.7 | 36.3 | 36.8 | 37.8 | -1.0 | top3<top4 | 3.1 | 87.9 | |
| 9915 | 0 | 31.8 | 32.0 | 29.3 | 28.2 | 0.5 | top3>top4 | 1.5 | 110.4 |
| 6.5 | 35.2 | 35.4 | 33.7 | 33.0 | 0.7 | top3>top4 | 2.0 | 121.0 | |
| 13.0 | 40.5 | 41.1 | 38.9 | 38.7 | 0.2 | top3=top4 | 2.7 | 136.7 | |
| 19.5 | 42.7 | 42.8 | 42.4 | 42.5 | -0.1 | top3<top4 | 2.8 | 140.7 | |
| 26.0 | 45.6 | 44.9 | 45.1 | 45.5 | -0.4 | top3<top4 | 3.2 | 112.2 | |
| 越光 Yueguang | 0 | 18.3 | 18.8 | 18.1 | 17.3 | 0.8 | top3>top4 | 1.4 | 58.5 |
| 6.5 | 25.7 | 25.6 | 23.6 | 23.2 | 0.4 | top3>top4 | 2.2 | 62.1 | |
| 13.0 | 28.6 | 28.2 | 28.8 | 28.6 | 0.2 | top3=top4 | 2.7 | 69.8 | |
| 19.5 | 29.3 | 31.9 | 31.6 | 31.7 | -0.1 | top3=top4 | 2.8 | 73.1 | |
| 26.0 | 34.0 | 34.3 | 34.2 | 34.5 | -0.4 | top3<top4 | 3.1 | 68.7 | |
| 9325 | 0 | 35.9 | 36.1 | 33.4 | 32.2 | 1.2 | top3>top4 | 1.4 | 102.1 |
| 6.5 | 39.9 | 40.8 | 39.0 | 38.4 | 0.6 | top3>top4 | 2.4 | 121.0 | |
| 13.0 | 44.5 | 44.8 | 44.5 | 44.4 | 0.1 | top3=top4 | 2.6 | 129.8 | |
| 19.5 | 47.7 | 47.9 | 47.6 | 47.7 | -0.1 | top3=top4 | 2.8 | 121.2 | |
| 26.0 | 50.7 | 50.0 | 50.4 | 50.9 | -0.5 | top3<top4 | 3.2 | 105.3 | |
| 白稻 Baidao | 0 | 27.5 | 28.7 | 26.1 | 25.1 | 1.0 | top3>top4 | 1.4 | 86.1 |
| 6.5 | 30.4 | 32.4 | 27.3 | 26.7 | 0.6 | top3>top4 | 1.8 | 94.5 | |
| 13.0 | 35.2 | 34.9 | 34.5 | 34.0 | 0.5 | top3>top4 | 2.3 | 111.4 | |
| 19.5 | 39.2 | 39.9 | 39.8 | 39.7 | 0.1 | top3=top4 | 2.5 | 120.4 | |
| 26.0 | 40.1 | 40.1 | 40.4 | 40.8 | -0.4 | top3<top4 | 2.7 | 106.7 | |
| H97-322 | 0 | 21.2 | 21.9 | 18.2 | 17.5 | 0.7 | top3>top4 | 1.3 | 104.7 |
| 6.5 | 24.1 | 25.3 | 24.4 | 23.9 | 0.5 | top3>top4 | 1.7 | 113.2 | |
| 13.0 | 28.8 | 29.6 | 27.8 | 27.4 | 0.4 | top3>top4 | 2.3 | 126.0 | |
| 19.5 | 33.4 | 33.1 | 33.8 | 33.8 | 0 | top3=top4 | 2.6 | 126.9 | |
| 26.0 | 35.9 | 35.6 | 35.9 | 36.4 | -0.5 | top3<top4 | 2.8 | 110.0 | |
新窗口打开
Table 3
表3
表3穗肥施用量对齐穗期各叶SPAD值和有关性状影响（2001）
Table 3Effect of the application amount of earing fertilizer on the SPAD of each leaf and the characters of plant in full heading stage (2001)
| 品种 Variety | 施氮量 Nitrogen application rate (g·m-2) | 各叶的SPAD值 SPAD of each leaf | 顶3-顶4 差值 Top3- Top4 | 顶3顶4 叶色比 Top3 /Top4 | 叶片含氮率 Leaf nitrogen content (%) | 结实率 Filling rate (%) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 顶1 Top 1 | 顶2 Top 2 | 顶3 Top 3 | 顶4 Top 4 | ||||||
| 金南风 Jinnanfeng | 0 | 25.5 | 25.8 | 24.8 | 23.9 | 0.9 | top3>top4 | 1.4 | 94.3 |
| 6.5 | 28.1 | 27.6 | 26.2 | 25.7 | 0.5 | top3>top4 | 2.0 | 95.0 | |
| 13.0 | 29.7 | 29.9 | 27.9 | 27.7 | 0.2 | top3>top4 | 2.3 | 97.5 | |
| 19.5 | 33.5 | 33.1 | 33.1 | 33.2 | -0.1 | top3=top4 | 2.7 | 97.4 | |
| 26.0 | 35.5 | 36.0 | 35.9 | 36.2 | -0.3 | top3<top4 | 3.1 | 92.0 | |
| 9915 | 0 | 35.8 | 35.2 | 33.2 | 32.0 | 1.2 | top3>top4 | 1.3 | 92.7 |
| 6.5 | 38.9 | 38.4 | 35.2 | 34.5 | 0.7 | top3>top4 | 2.0 | 93.7 | |
| 13.0 | 41.6 | 41.9 | 39.4 | 39.1 | 0.3 | top3>top4 | 2.3 | 97.0 | |
| 19.5 | 45.5 | 45.7 | 45.2 | 45.3 | -0.1 | top3=top4 | 2.7 | 97.0 | |
| 26.0 | 45.9 | 46.7 | 45.7 | 46.1 | -0.4 | top3<top4 | 3.1 | 93.0 | |
| 越光 Yueguang | 0 | 24.9 | 25.1 | 21.4 | 20.8 | 0.6 | top3>top4 | 1.4 | 91.7 |
| 6.5 | 27.5 | 27.0 | 22.0 | 21.6 | 0.4 | top3>top4 | 2.0 | 92.5 | |
| 13.0 | 29.5 | 29.8 | 27.9 | 27.6 | 0.3 | top3>top4 | 2.4 | 94.1 | |
| 19.5 | 32.0 | 31.8 | 32.1 | 21.1 | 0 | top3=top4 | 2.7 | 94.2 | |
| 26.0 | 34.1 | 34.1 | 34.4 | 34.6 | -0.2 | top3<top4 | 3.0 | 90.3 | |
| 9325 | 0 | 36.2 | 35.9 | 34.1 | 32.7 | 1.4 | top3>top4 | 1.3 | 89.6 |
| 6.5 | 39.0 | 39.2 | 36.6 | 36.2 | 0.4 | top3>top4 | 2.3 | 92.4 | |
| 13.0 | 41.7 | 42.1 | 39.8 | 39.6 | 0.2 | top3=top4 | 2.6 | 95.5 | |
| 19.5 | 46.5 | 46.5 | 46.2 | 46.4 | -0.2 | top3=top4 | 2.8 | 94.4 | |
| 26.0 | 47.7 | 48.5 | 47.7 | 48.2 | -0.5 | top3<top4 | 3.1 | 90.0 | |
| 白稻 Baidao | 0 | 27.1 | 24.3 | 23.7 | 22.8 | 0.9 | top3>top4 | 1.5 | 83.9 |
| 6.5 | 32.8 | 30.8 | 21.3 | 20.8 | 0.5 | top3>top4 | 1.7 | 85.3 | |
| 13.0 | 37.0 | 36.4 | 32.3 | 32.2 | 0.1 | top3=top4 | 2.3 | 87.4 | |
| 19.5 | 38.5 | 38.8 | 37.5 | 37.6 | -0.1 | top3=top4 | 2.5 | 87.4 | |
| 26.0 | 41.4 | 41.8 | 41.8 | 42.4 | -0.6 | top3<top4 | 2.8 | 85.2 | |
| H97-322 | 0 | 21.2 | 20.3 | 17.3 | 16.6 | 0.7 | top3>top4 | 1.5 | 80.0 |
| 6.5 | 24.1 | 25.4 | 23.8 | 23.2 | 0.6 | top3>top4 | 1.8 | 81.9 | |
| 13.0 | 28.2 | 28.2 | 27.3 | 27.2 | 0.1 | top3=top4 | 2.4 | 84.5 | |
| 19.5 | 32.4 | 31.7 | 31.3 | 31.3 | 0 | top3=top4 | 2.6 | 86.2 | |
| 26.0 | 37.0 | 36.9 | 36.2 | 36.6 | -0.4 | top3<top4 | 2.7 | 79.5 | |
新窗口打开
水稻不同生育阶段的正常叶色是有变化的,很难确定不同生育阶段单叶叶色诊断的标准SPAD值。表1—3显示,供试6个品种中的5个,营养生长期（N-n叶龄期）的叶色深于长穗期（倒2叶及齐穗期）,但H97-322品种营养生长期的叶色却浅于长穗期。这种品种间不同生育期叶色变化的差异,更给以单叶SPAD作为稻株氮素营养诊断的统一指标带来极大困难。
顶3叶顶4叶叶色差是稻体氮素营养水平的表观指标。表1、表2和表3一致表明,在低氮水平下,生育各期稻株从顶1至顶4叶,各叶的SPAD是依次下降的,顶4叶最低。随着施氮量的增加,叶色加深,各叶间的叶色差缩小或消失,在施氮量大的情况下,普遍出现顶4叶叶色最深,超过顶3叶（顶4>顶3）的情况。因而在生育各时期会出现顶4<顶3,顶4=顶3和顶4>顶3三种叶色差,是氮素不足,正常和过剩的准确生理反映,是适用于一切品种的自然比色卡。
碳氮代谢平衡的叶色差为0左右（0±0.2）。表1—3提供了顶3顶4叶叶色差（顶3减顶4的SPAD差值）的指标值。反映氮营养不足的叶色差为正值,分蘖期在0.4—1.7,长穗期缩小至0.3—1.2。反映氮素过旺的为负值,分蘖期在-0.3—（-1.9）之间,长穗期缩小为-0.3—（-1.0）。
2.2.2 顶3顶4叶叶色差与叶片含氮率诊断的论证 同一品种叶片SPAD和施氮量及植株叶片含氮率存在密切相关性,SPAD值可以反映植株氮素水平的高低变化,但它不能作为不同品种叶片含氮率的共同诊断指标。表1—3反映了叶片SPAD值相同的不同品种叶片含氮率有极大的差异。例如表1中粳稻9915顶2叶的SPAD为33.1,叶片含氮率仅为1.1%,同为粳稻的越光,顶2叶的SPAD仅为31.8,叶片含氮率却为2.3%,而籼稻H97-322,顶2叶的SPAD为33.7,叶片含氮率却高达3.0%。此类现象表2—3普遍存在。
顶3顶4叶色差提供了稻株叶片含氮率的共同诊断指标。表4归纳了3个叶龄期不同顶3顶4叶叶色差情况下的植株叶片含氮率变化范围。粳稻：顶3>顶4的叶片含氮率在2.4%以下,最低值1.1%;顶4 >顶3的,叶片含氮率在2.8%以上,N-n叶龄期为3.0%—3.4%;顶3=顶4叶的含氮率在2.6%—2.9%。籼稻：顶3>顶4的叶片含氮率在2.3%以下,最低值1.1%;顶4>顶3的叶片含氮率分蘖期在3%以上,最高为3.7%,而到长穗期下降至2.7%—2.8%;顶4=顶3的叶片含氮率在2.5%左右。顶3顶4叶叶色差为稻株氮素营养诊断提供了较为一致的共同诊断指标,为以后的研究提供了一个方向。
Table 4
表4
表4顶3顶4叶色差与叶片含氮率（%）
Table 4The difference in color between the top 3rd and 4th leaf and the nitrogen content of leaves (%)
| 品种 Variety | 叶色差 Color difference | N-n叶龄期 N-n stage | 倒二叶叶龄期 The 2nd leaf-age from top | 齐穗期 Full heading stage | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 粳稻 Japonica rice | Top3>Top4 | 1.1-2.3 | 1.4-2.4 | 1.3-2.4 | ||
| Top4>Top3 | 3.0-3.4 | 2.8-3.2 | 3.0-3.1 | |||
| Top3=Top4 | 2.6-2.9 | 2.6-2.8 | 2.6-2.8 | |||
| 籼稻 Indica rice | Top3>Top4 | 1.1-2.0 | 1.3-2.3 | 1.5-1.8 | ||
| Top4>Top3 | 3.0-3.7 | 2.7-2.8 | 2.7-2.8 | |||
| Top3=Top4 | 2.5-2.6 | 2.5-2.6 | 2.3-2.6 | |||
新窗口打开
2.2.3 顶3顶4叶叶色差与产量构成因素形成的诊断 表1—3表明,水稻3个生育时期单叶的SPAD值与分蘖率、成穗率、每穗颖花数和结实率之间不存在规律性的关系,不能作为共同诊断指标。
顶3顶4叶叶色差和产量三因素的形成存在规律性的变化关系。表1显示,供试品种在N-n叶龄期顶3顶4叶叶色差顶4>顶3的分蘖率高达91.0%—97.7%,顶4=顶3的下降为74.8%—92.0%,顶3>顶4的仅为31.7%—67.1%。茎蘖成穗率与此相反,顶3>顶4的高达93.7%—98.7%,顶3=顶4的仅为81.4%—89.5%,顶4>顶3的下降为77.4%—84.5%。表2显示,每穗颖花数均以倒2叶期顶3顶4叶色差3=4的最高。表3证明,群体的结实率均以齐穗期顶3顶4叶色差3=4的最高。
2.2.4 顶3顶4叶叶色差与产量相关性的论证 试验资料中很难找到单叶SPAD值能作为产量诊断的指标值。表5表明,N-n叶龄期、倒2叶龄期和齐穗期3个叶龄期,顶3顶4叶色差值均相等的群体,均可以获得最高的产量。表5中N-n叶龄期越光品种的最高产量出现在施氮19.5 g·m-2的处理,该处理的叶色差为3=4（表1）,符合规律。品种9325施氮 13 g·m-2的产量为847.1 g·m-2（顶3=顶4）,虽略低于施氮19.5 g·m-2的产量849.0 g·m-2（顶3<顶4）,但仍属于最高产的范围。因此可以把这3个生育阶段顶3顶4叶叶色相等作为高产群体的诊断指标。
Table 5
表5
表5不同品种顶3顶4叶叶色差与产量的关系（2001）
Table 5The relationship between the difference in color of different varieties’ top 3rd and 4th leaves and yield (2001)
| 施氮量 Nitrogen application rate (g·m-2) | 顶3顶4叶色差 The difference in color between the top 3rd and 4th leaves | 各品种产量 Yield of each variety (g·m-2) | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 金南风 Jinnanfeng | 9915 | 越光 Yueguang | 9325 | 白稻 Baidao | H97-322 | |||||||||
| 基肥 Base fertilizer | 0 | N-n叶龄期 N-n stage | Top3>Top4 | 325.5 | 456.0 | 197.0 | 567.4 | 464.4 | 620.8 | |||||
| 6.5 | Top3>Top4 | 555.0 | 795.6 | 465.7 | 723.7 | 732.7 | 793.1 | |||||||
| 13.0 | Top3=Top4 | 683.6* | 797.5* | 532.0 | 847.1* | 805.4* | 829.9* | |||||||
| 19.5 | Top3<Top4 | 682.0 | 761.9 | 535.5* | 849.0* | 604.2 | 757.2 | |||||||
| 26.0 | Top3<Top4 | 592.8 | 706.5 | 506.6 | 754.2 | 563.2 | 648.6 | |||||||
| 穗肥 Earing fertilizer | 0 | 倒2叶及齐穗叶龄期 the 2nd leaf-age from top and full heading stage | Top3>Top4 | 460.4 | 526.3 | 254.7 | 549.7 | 492.5 | 526.9 | |||||
| 6.5 | Top3>Top4 | 575.4 | 646.6 | 297.7 | 744.2 | 575.2 | 704.2 | |||||||
| 13.0 | Top3>Top4 | 606.7 | 770.5 | 471.2 | 832.5 | 782.3 | 804.9 | |||||||
| 19.5 | Top3=Top4 | 731.9* | 847.5* | 531.2* | 916.9* | 810.2* | 858.9* | |||||||
| 26.0 | Top3<Top4 | 629.0 | 764.0 | 450.9 | 840.2 | 707.8 | 809.1 | |||||||
新窗口打开
2.2.5 获得最高产量水稻生育各期顶3顶4叶叶色差和叶片含氮率变化动态 表6归纳了供试品种获得最高产量群体各叶龄期叶片含氮率和顶3顶4叶色差动态,明确了以下共同规律：
不论籼、粳稻,为促进有效分蘖,N-n-1叶龄期前,顶4叶应深于顶3叶（顶4>顶3）,叶色差为负值,群体叶色显“黑”。叶片含氮率粳稻为3.6%—3.1%,籼稻为3.3%—2.8%。
为有效控制无效分蘖,基部节间伸长和茎基部叶片生长,必须调整碳氮代谢,把叶片的含氮率逐步下降（通过合理使用基蘖肥）。N-n叶龄期叶片含氮率下降为2.7%—2.8%（粳稻）和2.5%左右（籼稻）,群体叶色开始褪淡,顶3顶4叶叶色差为0左右;N-n+1至N-n+2的无效分蘖叶龄期,叶片含氮率进一步下降为2.2%左右（粳稻）和2.0%左右（籼稻）,顶4叶淡于顶3叶（顶3>顶4）,叶色差为正值,群体叶色处于“落黄”阶段。
Table 6
表6
表6不同类型水稻达到最高产量时叶片含氮率和叶色差动态（2001）
Table 6Dynamics of leaf N content and leaf color difference in different varieties of rice at the highest yield (2001)
| 生育期 Growth period | 粳稻 Japonica rice | 籼稻 Indica rice | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 含氮率 Nitrogen content (%) | 顶3顶4叶色比 Top3/Top4 | 顶3顶4叶色差 Top3-Top4 | 含氮率 Nitrogen content (%) | 顶3顶4叶色比 Top3/Top4 | 顶3顶4叶色差 Top3-Top4 | |
| N-n-2 | 3.6±0.4 | Top4>Top3 | -1.75±0.43 | 3.3±0.2 | Top4>Top3 | -2.97±0.9 |
| N-n-1 | 3.1±0.1 | Top4>Top3 | -0.76±0.27 | 2.8±0.1 | Top4>Top3 | -0.81±0.27 |
| N-n | 2.7±0.2 | Top4=Top3 | -0.06±0.14 | 2.5±0.2 | Top4=Top3 | 0.13±0.04 |
| N-n+1 | 2.2±0.2 | Top3>Top4 | 1.15±0.26 | 2.1±0.2 | Top3>Top4 | 1.46±0.54 |
| N-n+2 | 2.1±0.2 | Top3>Top4 | 1.53±0.13 | 2.0±0.1 | Top3>Top4 | 1.57±0.42 |
| 倒3叶（拔节期） Elongation stage | 2.4±0.1 | Top3>Top4 | 1.20±0.11 | 2.3±0.1 | Top3>Top4 | 1.21±0.37 |
| 倒2叶 The 2nd leaf-stage from top | 2.8±0.2 | Top3=Top4 | -0.16±0.16 | 2.5±0.1 | Top3=Top4 | -0.04±0.04 |
| 倒1叶（剑叶期） Sword leaf stage | 2.7±0.2 | Top3=Top4 | 0.02±0.04 | 2.5±0.2 | Top3=Top4 | -0.03±0.07 |
| 抽穗期 Heading period | 2.7±0.1 | Top3=Top4 | 0.01±0.09 | 2.5±0.1 | Top3=Top4 | 0.09±0.01 |
新窗口打开
倒3叶期,穗分化处于枝梗分化期,又正值拔节始期,为解决大穗和壮秆的矛盾,在倒4叶施用穗肥的情况下,叶片含氮率开始回升,分别为2.4%左右（粳稻）和2.3%左右（籼稻）。叶色也开始回升,但顶4叶仍浅于顶3,属“落黄”末期。
为了促进大穗形成和提高结实率,在倒4叶、倒2叶两次施用穗肥的情况下,高产田的叶片含氮率,在倒2叶至齐穗期,应分别提高到2.7%左右（粳稻）和2.5%左右（籼稻）。群体叶色明显回升,顶3顶4叶叶色
又相等,叶色差为0左右,成为二“黑”期。
表6的结果把水稻高产群体叶色诊断的方法模式化、指标化、定量化了,对笔者等以往的研究[3]作了重要的验证、补充、创新和发展。笔者等以表6为基础,结合有关群体发展指标,制作了水稻高产群体形
态和生理指标发展动态模式[10]。
3 讨论
3.1 叶色诊断是水稻高产栽培中应用最频繁的重要
技术,探索一个适合于一切品种而简便准确的诊断方法实属迫切。本研究系统比较了单叶SPAD诊断方法和顶3顶4叶色差诊断方法,论证了用顶3顶4叶叶色差作为一切品种生育各期碳氮营养水平统一诊断方法的科学性、简易性和准确性。3.2
叶色诊断应有一生“黑黄”节奏变化整体模式和生育各阶段的诊断指标,这是中国宝贵的稻作文化遗产,也是中国特色叶色诊断研究的思路和方法。西方国家没有作物叶色“黑黄”节奏变化的概念,用单叶SPAD作为主要诊断方法,不能解决高产群体统一的叶色诊断指标问题。3.3
叶色诊断研究从1960年代初对陈永康“三黄三黑”理念总结开始,到2002年笔者分阶段叶色诊断指标的提出,历时40年。因此,表6是总结了前人研究和大面积实践后形成的较为系统、完整、成熟、实用的高产水稻叶色诊断成果,对以后的水稻高产栽培发挥了普遍的指导作用。2006年在云南永胜涛源创造的“协优107”亩产1 287公斤的世界纪录[11,12,13],2015年在云南个旧创造的“超优1000”百亩方平均亩产1 067.5公斤的高产纪录[14],都是按照表6的指标调控合理群体茎蘖动态取得的成果。3.4
叶色诊断的本质是稻株氮素水平的诊断,作为统一诊断指标,必须是不同品种、同一叶色诊断指标的叶片含氮率十分一致,表6的结果完全符合这一要求。这些叶片含氮率的指标值得到了他人先前研究的支持。例如,关于分蘖期的叶片含氮率,ISHYUKA等[15]的研究认为,叶片含氮率在3.5%时,分蘖旺盛,2.5%时停止,1.5%时死亡。丁艳锋[16]的研究结果表明,为促进水稻分蘖,有效分蘖叶龄期内叶片含氮率应在3.3%—3.6%,含氮率在2.5%时,分蘖停止。表6在有效分蘖期（N-n-2叶龄期）的叶片含氮率为3.6%（粳稻）和3.3%（籼稻）,这和ISHYUKA和丁艳锋的结果一致。关于分蘖停止的叶片含氮率,表6未作测定,但为控制无效分蘖,N-n叶龄期的含氮率下降为2.7%—2.8%（粳稻）和2.5%（籼稻）时,分蘖开始减慢。N-n+1至N-n+2无无效分蘖叶龄期的叶片含氮率进一步下降至2.4%以下,与ISHYUKA和丁艳锋的结果一致。关于长穗期的叶片含氮率,周毓衡等[17]指出,穗分化期的叶片含氮率应保持在2.5%以上,与表6的2.5%（籼稻）和2.7%—2.8%（粳稻）的指标比较接近。
3.5
本研究结果仅是对江苏17叶5个伸长节间品种的叶色差诊断指标值的归纳,品种也只有6个。今后应扩大研究,建立不同稻区、不同品种类型生育各期顶3顶4叶叶色差和叶片含氮率的诊断指标值,进一步检验该诊断方法的应用价值,丰富完善指标值。3.6
单叶SPAD测定和顶3顶4叶色差诊断配合,可以提高诊断的精确水平。在大面积生产上按生育期的4个关键叶龄期和4>3,3=4,3>4和3=4的叶色差程序诊断,一般就能对施肥和水的管理作出判断,但如叶色差差异太大,还需结合SPAD诊断,对施氮作微调[18]。如表1所示,叶色差3>4等级中,出现2个叶色差水平,一种是叶色差在0.5—1.0,叶片含氮率在2.1%左右（1.9%—2.3%）;另一种是叶色差达1.1—1.7,叶片含氮率只有1.1%—1.3%。为保证倒2叶期叶色差为0左右,叶片含氮率回升至2.7%—2.8%（粳稻）或2.5%（籼稻）,穗肥的施用量就显著不同。生产上较为常见的是前一种群体,一般按原设计量施用穗肥,遇上后一种情况,就要较原设计增加用量。可见,叶片SPAD测定还是需要的,它和顶3顶4叶叶色诊断相配合,是精确施氮研究的一个深入的方向。3.7
顶3顶4叶叶色差诊断法应在生产上普遍推广应用,诊断技术应深化完善,这就需要得到农业行政部门的重视倡导,需要同行们的参与、赐教和支持。4 结论
在水稻植株叶片含氮率相同的条件下,不同品种或同一品种不同生育时期的单叶SPAD值存在一定程度的差异,难以用某一叶的SPAD值诊断氮素营养状态,而顶3叶与顶4叶的叶色差可以准确诊断水稻植株氮素的丰亏。当顶4叶叶色（SPAD值）=顶3叶时,植株叶片含氮率在2.7%（粳稻）和2.5%（籼稻）左右,代表植株氮素正常;当顶4叶叶色<顶3叶时,代表植株氮素不足;当顶4叶叶色>顶3叶时,代表植株氮素水平过高。顶3叶与顶4叶叶色差与水稻植株氮素丰亏的关系不受品种和生育时期不同的影响,并可不依赖SPAD仪简单地通过同一株上顶3叶和顶4叶叶色深浅的比较确定氮素丰亏,是诊断水稻氮素营养水平的理想指标。水稻高产田叶色变化的普遍规律是,在N-n叶龄期、倒2叶龄期和齐穗期顶3叶与顶4叶叶色差接近于0,可以作为一切水稻品种高产栽培氮素调控的统一指标。
The authors have declared that no competing interests exist.
