【摘要】：設施栽培經(jīng)常出現氮、鉀等主要營(yíng)養元素比例失調的癥狀。營(yíng)養失調會(huì )引起植株體內營(yíng)養元素發(fā)生顯著(zhù)的變化，且不同營(yíng)養元素之間存在交互作用。因此，迫切需要在作物生長(cháng)過(guò)程中對養分進(jìn)行精確檢測和診斷，定量了解溫室無(wú)土栽培作物對營(yíng)養元素的需求，建立營(yíng)養精確管理模型。本文以黃瓜為研究對象，對黃瓜不同葉位及不同位點(diǎn)的光譜反射率進(jìn)行分析，確定氮鉀診斷的最佳葉位和位點(diǎn)，通過(guò)氮鉀對形態(tài)參數、光合、熒光參數和電特性參數的影響分析，提出基于膜電位、膜電容和光激勵的膜電位響應的電特性參數作為合適的早期診斷方法，并對氮素和鉀素營(yíng)養下的黃瓜葉片膜電位、膜電容及光激勵的膜電位響應的變化情況進(jìn)行研究，分別建立了氮、鉀單一因素影響下的生物電特性模型，并建立了氮鉀交互下的生物電特性模型。本研究主要完成了以下工作：

(1)構建能夠檢測植物膜電位、膜電容及光激勵的膜電位響應等生物電信息的試驗系統，設置系統參數，選擇合適型號的玻璃單管毛胚，分析拉力1、拉力2、熱值、時(shí)間等拉制參數對電極尖端的影響，拉制出理想的電極尖部；介紹膜電位、膜電阻和膜電容等生物電信息的測量方法及測量步驟。對植物營(yíng)養的生物電參數進(jìn)行優(yōu)選，選擇膜電位和膜電容參數來(lái)進(jìn)行作物營(yíng)養診斷的測量。

(2)探索黃瓜葉片不同葉位和不同位點(diǎn)光譜反射率的變化規律，確定黃瓜葉片氮、鉀素營(yíng)養診斷的葉片敏感葉位和位點(diǎn)，為黃瓜氮鉀素的營(yíng)養診斷提供最佳的測定葉位和位點(diǎn)。選擇550nm作為黃瓜氮素營(yíng)養的敏感波長(cháng)，選擇940nm作為黃瓜鉀素營(yíng)養的敏感波長(cháng)；幼苗期和開(kāi)花期選擇正三葉，結果期選擇正七葉葉片作為氮素和鉀素診斷的最佳葉位；幼苗期、開(kāi)花期和結果期均選擇葉片邊緣Ⅰ處作為氮素和鉀素診斷的最佳區域；幼苗期、開(kāi)花期和結果期均選擇葉片邊緣Ⅰ處的尖部作為氮素和鉀素診斷的最佳區域；因此，在幼苗期和開(kāi)花期選擇正三葉邊緣Ⅰ處的尖部；在結果期選擇正七葉邊緣Ⅰ處的尖部作為氮鉀診斷的最佳部位。

(3)研究了不同氮鉀營(yíng)養下的植物形態(tài)、光合、熒光、生物電等參數的變化特征，分析比較氮鉀營(yíng)養對形態(tài)、光合、熒光、生物電等參數的影響，確定植物氮鉀營(yíng)養早期診斷的合適參數。黃瓜的株高、莖粗、葉長(cháng)、葉寬等形態(tài)參數都不能在可見(jiàn)癥狀出現之前把不同的氮鉀營(yíng)養情況區分開(kāi)；凈光合速率、氣孔導度等光合參數，最大光化學(xué)量子產(chǎn)量、實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量等熒光參數都不能把不同的氮鉀脅迫情況很好的區分開(kāi)；分析黃瓜葉片的表面特性，確定微電極尖端在葉片中所處的位置，確定光激勵所用的合適光強為800μmol·m2·s-1，光質(zhì)為藍光；黃瓜葉片膜電位的測量方法至少能在肉眼可見(jiàn)脅迫癥狀出現的8d前就可實(shí)現鉀缺乏或過(guò)量的營(yíng)養診斷，表明用膜電位對黃瓜鉀脅迫葉片進(jìn)行早期診斷的方法是可行的。對膜電容變化的研究發(fā)現黃瓜葉片膜電容可在肉眼可見(jiàn)脅迫癥狀出現的2d前實(shí)現嚴重和中等氮缺乏的營(yíng)養診斷，對光激勵的膜電位響應的研究發(fā)現氮過(guò)量處理植物光激勵的膜電位響應幅值在第3天就有顯著(zhù)的減少，至少可在脅迫癥狀出現的9d前實(shí)現氮過(guò)量的營(yíng)養診斷，表明可用微電極技術(shù)測量膜電位、膜電容、光激勵的膜電位響應等一起實(shí)現氮鉀營(yíng)養的早期診斷。

(4)分析了黃瓜不同葉位和位點(diǎn)膜電位的分布特征，結果發(fā)現關(guān)鍵生育期內黃瓜不同葉位葉片和葉片不同位點(diǎn)的膜電位都有顯著(zhù)的差異；同時(shí)分析了不同氮、鉀處理下黃瓜葉片的膜電位、膜電容和光激勵的膜電位響應幅值的分布特征，結果顯示不同氮素處理下的葉片膜電位數值隨著(zhù)施氮濃度的增加有輕微上升的趨勢；不同鉀素處理下的葉片膜電位數值隨著(zhù)施氮濃度的增加有顯著(zhù)下降的趨勢；不同氮素處理下的葉片膜電容隨著(zhù)施氮濃度的增加而增加，當施氮水平達到一定程度時(shí)，葉片膜電容隨著(zhù)施氮水平的增加不再增加或增加的幅度很??；不同鉀素處理下的葉片膜電容隨著(zhù)施氮濃度的增加有上升的趨勢；不同氮鉀處理下的葉片光激勵的膜電位響應幅值隨著(zhù)施氮、鉀濃度的增加而增加，當施氮、鉀水平達到一定程度時(shí)，葉片光激勵的膜電位響應幅值隨著(zhù)施氮、鉀濃度的增加而減小。分析了施氮、鉀量與葉片膜電位、膜電容和光激勵的膜電位響應的關(guān)系，相關(guān)分析結果顯示膜電位、膜電容和光激勵的膜電位響應與植株葉片含氮、鉀量之間都有很好的相關(guān)關(guān)系，并用直線(xiàn)方程、指數方程或二次方程進(jìn)行擬合，比較模型精度，分別建立基于葉片膜電位、膜電容和光激勵的膜電位響應幅值的黃瓜氮、鉀單因素營(yíng)養診斷模型。比較各個(gè)關(guān)鍵生長(cháng)期的基于葉片膜電位、膜電容和光激勵的膜電位響應幅值的黃瓜氮、鉀單因素營(yíng)養預測模型的Rp和RMSEP，鉀素選擇基于膜電位的預測模型，建立基于葉片膜電容和光激勵的膜電位響應幅值的雙因素黃瓜氮營(yíng)養檢測模型，氮素的基于膜電容和光激勵的膜電位響應幅值的雙因素預測模型相較于膜電容、光激勵的膜電位響應幅值的單因素預測模型的精度更高。

(5)分析了氮鉀交互下黃瓜葉片膜電位、膜電容和光激勵的膜電位響應幅值的分布特征，結果顯示氮、鉀營(yíng)養對膜電位、膜電容和光激勵的膜電位響應均表現出一定的交互作用，并分析了氮鉀交互與葉片膜電位、膜電容和光激勵的膜電位響應的關(guān)系，用權重系數矩陣和交互影響系數矩陣對模型進(jìn)行修正，建立了氮鉀交互下的黃瓜營(yíng)養診斷模型。比較發(fā)現氮素的基于葉片膜電位、膜電容和光激勵的膜電位響應幅值的黃瓜氮鉀交互預測模型的預測精度要高于氮素的基于膜電容和光激勵的膜電位響應幅值的雙因素預測模型，氮素的基于膜電容和光激勵的膜電位響應幅值的雙因素預測模型相較于膜電容、光激勵的膜電位響應幅值的單因素預測模型的精度更高。