基于RGB-D相机的玉米茎粗测量方法

为实现田间玉米茎粗的快速测量,提出了一种基于RGB-D(RGB-Depth)相机的玉米茎粗参数提取方法。以小喇叭口期玉米为观测对象,利用RGB-D相机获取田间玉米的彩色图像和深度图像。首先,根据玉米与背景的颜色差异,对图像进行自动阈值分割,提取图像中感兴趣区域内的信息;利用形态学"开"操作剔除图像中的噪声,得到玉米茎杆的主干。其次,对茎杆主干进行骨架化操作,检测骨架的交叉点和末端点,确定茎杆的待测量部位。然后,对该部位的点云数据进行去噪、聚类、椭圆拟合操作,得到椭圆的长轴和短轴,获得玉米的茎粗。对20株玉米进行测试,结果表明:茎粗长轴的平均测量误差为3.31 mm,标准差为3.01 mm,平均测量相对误差为10.27%,茎粗短轴的平均测量误差为3.33 mm,标准差为2.39 mm,平均测量相对误差为12.71%。该研究可为作物表型参数的快速获取提供参考。     

黄土旱塬Hybrid-Maize模型适应性及春玉米生产潜力估算

通过对Hybrid-Maize玉米高产模型进行田间验证,应用该模型对黄土旱塬春玉米生产潜力进行初步估算。结果表明,Hybrid-Maize模型在黄土旱塬表现出较好模拟效果,总生物量、秸秆生物量和籽粒产量模拟值与实测值间具有极显著线性相关性,其决定系数分别为0.9469、0.8164和0.9650,回归系数分别为1.0198、0.9787和1.1844,接近于1。黄土旱塬区多年光温生产潜力和气候生产潜力因品种不同有所差别,对多年平均光温籽粒和总生物量生产潜力,紧凑型玉米品种分别为13.25和22.45t/hm2,平展型玉米品种分别为12.32和20.62t/hm2,年际变化小;对多年平均气候籽粒和总生物量生产潜力,紧凑型玉米品种分别为11.97和19.94t/hm2,平展型玉米品种分别为11.37和18.63t/hm2,年际波动大。在黄土旱塬区,玉米产量潜力挖掘的主要途径应集中在提高密度和水分限制条件下,Hybrid-Maize玉米模型在指导玉米高产栽培上具有较好应用。     

基于高光谱的寒地水稻叶片氮素含量预测

为快速、无损和准确地诊断水稻营养状况,开展了基于高光谱成像技术的寒地水稻叶片氮素含量预测研究。以不同施氮水平下的水稻叶片为研究对象,利用高光谱成像技术,分析拔节期水稻叶片光谱,采用全波段高光谱数据、连续投影算法及分段主成分分析(segmented principal components analysis,SPCA)与相关分析(correlation analysis,CA)相结合的方法建立多种回归分析模型,并对模型进行检验和筛选。结果表明:随着施氮水平提高,水稻叶片反射率在可见光区域降低,在近红外区域升高。在校正集决定系数上,基于多元逐步回归分析的全波段模型较好,校正集决定系数为0.821,校正集均方根误差RMSEC=0.079;在预测集决定系数上,基于SPCA-CA结合多元回归分析的多变量单波段指数、差值指数、双差值指数模型较好,预测集决定系数为0.869,预测集均方根误差RMSEP=0.085。该研究结果为快速检测水稻叶片氮素含量及水稻生长期间精确施肥管理提供了参考。     

设施番茄外观形态及物质累积分配模型构建与验证

为构建适用于日光温室与塑料大棚的设施番茄生长模型,该研究利用保温塑料大棚春茬试验数据,建立以辐热积为尺度的番茄外观形态及物质累积分配模型,并利用保温塑料大棚秋茬和日光温室越冬茬的试验数据验证模型的准确性。结果表明：1）番茄株高模拟值的决定系数R2和均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）分别为0.907 4和13.66 cm;2）番茄整株及各器官的干物质质量模拟值的决定系数R2范围为0.854 1～0.975 1,RMSE为2.87～6.98 g/株;3）番茄整株、地上部以及果实鲜质量累积的模拟值的决定系数R2范围为0.887 2～0.905 0,RMSE为109.83～171.16 g/株。综上可知,该研究建立的模型可较准确地预测番茄株高与干鲜质量物质累积值,模型的实用性较强,可为设施番茄生产提供理论依据和决策支持。     

玉米作物系数无人机遥感协同地面水分监测估算方法研究

该文研究不同水分胁迫条件下无人机遥感与地面传感器协同估算玉米作物系数的可行性。利用自主研发的六旋翼无人机遥感平台搭载多光谱传感器获取内蒙古达拉特旗昭君镇试验站不同水分胁迫下大田玉米冠层光谱影像,计算植被指数,采用经气象因子和作物覆盖度校正后的FAO-56双作物系数法计算玉米的作物系数,研究作物系数与简单比值植被指数(simple ratio index,SR)、叶面积指数(leaf area index,LAI)和表层土壤含水率(surface soil moisture,SM)的相关关系,结果表明,作物系数与SR、LAI和SM的相关程度与水分胁迫程度有关,但均呈现出显著或极显著的线性关系,说明了基于这些指标建立作物系数估算模型的可能性。利用逐步回归分析方法建立了作物系数的估算模型,其估算模型,修正的决定系数、均方根误差和归一化的均方根误差分别为0.63、0.21、25.16%。经验证,模型决定系数、均方根误差和归一化的均方根误差分别为0.60、0.21、23.35%。研究结果可为利用无人机多光谱遥感平台进行作物系数估算提供技术参考。     

玉米不同叶位叶片SPAD值的变化及其与生物量的相关性

用大田试验研究了平展型玉米农大364和紧凑型玉米郑单958不同叶位叶片SPAD值的变化规律及不同生育时期功能叶片的SPAD值与生物量的相关关系。结果表明:(1)同一品种玉米叶片的SPAD值随叶位的升高而增加,至植株中间部位叶达到最大值,之后降低。品种间无差异;(2)2个品种相同叶位叶片的SPAD值随生育进程的变化趋势一致,均随叶片生长增加,中期稳定一段时间后又随叶片的衰老而下降。紧凑型玉米下部叶片生育中后期SPAD值显著低于平展型玉米;而平展型玉米顶部叶片在生育中后期及中部叶片在生育后期的SPAD值显著低于紧凑型玉米;(3)苗期至吐丝期,玉米功能叶片的SPAD值与单株生物量呈显著正相关,但吐丝期以后无明显关系。     

黄土高原不同玉米-大豆间作模式对玉米生长发育的影响

以玉米品种(郑单958,豫玉22)和大豆品种(中黄24,中黄13)为材料进行田间试验,在单作和间作两种模式(间作比例分别为2:2,2:4)下研究了黄土塬区不同玉米-大豆间作模式对玉米生长发育的影响。研究结果表明,郑单958分别与大豆两个品种间作,玉米叶片叶绿素相对含量、单株叶面积、茎粗和干物质积累量从大喇叭口期开始均高于单作,株高在生育后期表现为间作高于单作。豫玉22分别与大豆两个品种间作,玉米叶片叶绿素相对含量和茎粗从大喇叭口期开始高于单作,干物质积累量从吐丝期开始高于单作,单株叶面积在吐丝期显著高于单作,株高在生育后期表现为间作低于单作。间作下的郑单958干物质积累量在生育后期高于豫玉22,更有利于增产。在所选的玉米和大豆间作模式中,郑单958和中黄24以2:4间作是黄土塬区对玉米增产更为有利的间作模式。     

种植密度对不同株型玉米蔗糖代谢和淀粉合成相关酶活性的影响

试验选取平展型玉米"长玉13"、半紧凑型玉米"东单60"和紧凑型玉米"郑单958"为材料,分别在2600株·667m-2、3200株·667m-2、3800株·667m-23种密度下种植,探讨种植密度对不同株型玉米灌浆过程中功能叶蔗糖代谢和籽粒淀粉合成相关酶活性的影响。结果表明,种植密度对功能叶片蔗糖含量、磷酸蔗糖合成酶和蔗糖合成酶活性影响较大,高密度不利于功能叶片中蔗糖的合成,低密度有利于蔗糖积累;而籽粒中的淀粉合成相关酶——ADPG焦磷酸化酶和UDPG焦磷酸化酶活性受种植密度影响较小;平展型"长玉13"和紧凑型"郑单958"是源端限制型品种,而半紧凑型"东单60"是库端限制型品种;种植密度对不同株型玉米品种的影响程度有差异,对平展型"长玉13"影响最大,而对紧凑型"郑单958"影响最小。     

水分对日光温室独本菊外观品质影响的模拟

水分是影响菊花生长发育和外观品质的重要因子。为定量研究水分对日光温室独本菊外观品质（株高、茎粗、叶片数、花头直径、花颈长）的影响,该研究以秋菊品种“神马”（Chrysanthemum morifolium ‘Jinba’）为试验材料,于2006年8月－2007年6月在北京日光温室内进行了不同定植期和不同水分处理的栽培试验,以生理辐热积为预测指标,定量分析了基质水势对独本菊株高、茎粗、叶片数、花头直径和花颈长的动态的影响,建立了基质水势对独本菊株高、茎粗、叶片数、花头直径和花颈长影响的模拟模型,并用与建立模型相独立的数据对模型进行检验。结果表明,模型对日光温室独本菊各外观品质指标预测结果较好,株高、茎粗、单株叶片数、花头直径和花颈长的模拟值与实测值之间基于1︰1线的决定系数分别为0.98、0.93、0.98、0.93、0.86,相对预测误差（RSE）分别为8.79%、5.66%、8.45%、12.2%、12.9%。该研究建立的模型可以为日光温室秋菊品种“神马”的水分管理提供理论依据和决策支持。     

利用多时相HJ-CCD遥感影像监测玉米粘虫灾情空间分布

为了探索运用遥感技术监测玉米粘虫灾情的方法,该文通过分析粘虫发生前期、中期和后期的多时相环境减灾卫星CCD影像和野外定位观测的叶片生物量数据,计算并比较了多种植被指数与叶片生物量的相关关系,最终构建了基于重归一化植被指数（renormalized difference vegetation index,RDVI）多时相的叶片生物量定量模型,并采用野外另一组样本对监测结果进行精度验证。结果表明,玉米叶片生物量遥感监测模型的决定系数为0.7376,均方根误差为43.26g/m2 。根据叶片生物量与粘虫灾害严重度的关系,进行玉米粘虫灾情严重度及空间分布监测,结果与当地农业部门实际调查结果基本一致。因此,运用多时相HJ-CCD遥感影像可以实现玉米粘虫灾情程度及空间分布的有效监测,为农业部门客观评价玉米粘虫灾害损失提供了方法支持。     

东方乌毛蕨和狗脊的生物量数学模式

应用逐步回归、多元线性回归结合主分量分析等数学分析方法,建立了东方乌毛蕨整丛,地上、地下生物量和狗脊地上生物量的多元预测模型共7个,其样方测定精度均达90％以上。生物量预测模型的变量因子包括植丛的冠盖直径、高度、基径、叶数、叶长、叶宽等。     

冀东地区晚播春玉米氮素积累、分配与转运特性

为明确冀东地区晚播春玉米氮素积累、分配与转运特性,2017—2018年以京农科728和MC812为供试材料进行了2年的田间试验,以常规播期(5月1日)为对照,分析了冀东地区晚播(5月30日)春玉米氮素积累动态和阶段积累特性及其在各器官中的分配和转运特性。结果表明,冀东地区春玉米氮素的积累动态符合Logistic模型,与常规播期比较,晚播春玉米氮素积累的渐增期和缓增期持续时间缩短,而快增期持续时间延长;氮素平均积累速率、渐增期和缓增期积累速率提高,氮素总积累量增加。晚播显著促进抽雄期-成熟期植株对氮素的吸收,此阶段京农科728和MC812氮素吸收量比常规播期分别增加72.56%和18.39%,阶段吸收百分率均达45%以上。晚播使春玉米茎鞘中氮素分配率提高,叶片的氮素分配率降低,同时还促进了叶片向籽粒转运氮素,使其转运量、转运率以及对籽粒的贡献率提高;成熟期晚播春玉米籽粒氮素分配比例达73.82%~77.41%。另外,晚播提高了春玉米产量,使氮素收获指数和氮素偏生产力同步提高;百公斤籽粒氮素吸收量基本不受播期的影响。综上可知,在晚播春玉米生产中,应注意增加氮肥施用量,选择基施肥效较长的缓释肥或在春玉米生长后期追施氮肥,以保证春玉米生育后期土壤有效氮的充足供应,保持叶片活力,维持叶片光合能力,促进春玉米增产。本研究对冀东地区晚播春玉米氮肥合理施用具有一定的指导意义。     

不同氮高效玉米品种对氮素的吸收转运和代谢研究

为研究不同氮高效型品种的氮素代谢调控机制,本试验以高氮高效型玉米品种先玉335和低氮高效型玉米品种京农科728为试材,设置5个施氮水平120、180、240、300、360 kg·hm^-2,以本地大田生产施氮量360 kg·hm^-2为对照(NCK),探讨不同基因型玉米植株氮素转运、氮代谢关键酶活性和关键酶基因表达对减施氮肥的响应特征。结果表明,当施氮量为240~300 kg·hm^-2时,先玉335各生育时期氮含量较高,平均产量达到较高水平;当施氮量为180~240 kg·hm^-2时,京农科728各生育时期氮含量较高,平均产量达到较高水平。在低氮条件下,相较于先玉335,京农科728的硝酸还原酶(NR)、亚硝酸盐还原酶(NiR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、天冬酰胺合成酶(AS)均可保持较高的活性。相较于拔节期,京农科782在大喇叭口期的NR基因相对表达量显著上调;大喇叭口至灌浆期,两品种的GOGAT1和GOGAT2基因均显著上调;抽雄吐丝和灌浆期,京农科728中的GS1-3基因相对表达量显著上调;灌浆期,先玉335的GS1-3基因表达量显著上调。相较于拔节期,在其他生育期,两品种的GS1-4基因相对表达量均显著下调。相较于拔节期,京农科728在灌浆期的AS1和AS3基因相对表达量显著上调。相较于其他各生育时期,先玉335在拔节期的AS1基因显著上调。本研究结果证明了氮代谢关键酶基因对不同氮高效型品种的氮素吸收调控存在显著差异。本研究为了解不同氮高效型品种的氮素吸收调控特征提供了理论依据。     

施氮水平对不同干旱程度夏玉米生长的影响

在田间小区遮雨条件下,采用有交互作用的双因素试验方法,设置了连续干旱0～32 d等7个水分处理及N 0、140、280 kg/hm2 等3个氮肥处理,研究施氮水平对不同干旱程度夏玉米生长的影响。结果表明,轻度干旱条件下,随着施氮量的增加,夏玉米的株高、叶长、叶宽、茎粗等形态指标,生物量和产量都增加;中度干旱时,适量施用氮肥,夏玉米的形态指标、生物量及产量均高于不施氮肥和大量施用氮肥;严重干旱时,随着施氮量的增加,夏玉米的形态指标、生物量和产量都呈逐渐下降趋势。本试验结果说明,施氮水平对不同干旱程度夏玉米生长有不同影响,应根据干旱程度选择合理的施氮量,以减小干旱带来的损失。     

Analysis of Fatty Acids in Kernel,Flour, and Oil Samples of Maize by NIR Spectroscopy Using Conventional Regression Methods

High cost and painstaking procedures associated with fatty acid analyses of maize kernel necessitate the use of alternative methods. NIR spectroscopy offers advantages in this respect for a variety of areas such as plant breeding, food and feed industries, and biofuel production, in which different forms of maize kernel (e.g., intact kernel, flour, or oil) are used as material. We investigated the possibility of estimating maize oil quality traits by using different samples (intact kernel, flour, and oil) and conventional regression methods (multiple linear regression [MLR] and partial least squares regression [PLSR]) applied to their NIR spectra. MLR and PLSR calibration models were developed for oleic acid, linoleic acid, oleic/linoleic acid ratios, total monounsaturated fatty acid, total polyunsaturated fatty acid (PUFA), and total saturated fatty acid by analyzing 120 maize samples. Robustness in terms of prediction accuracy of the models developed here was tested with a reserved set of samples (n = 30). The results suggested that fatty acids could be possibly estimated by calibrations developed from flour and oil samples with a high degree of accuracy, whereas intact samples did not offer satisfactory results. PLSR and MLR methods gave better results in flour and oil samples, respectively. PUFA was the trait that was most successfully estimated from both flour (for the PLSR model, standard error of the estimate [SEP] of 1.78%, relative performance to deviation [RPD] of 3.09, R² = 0.93) and oil (for the MLR model, SEP of 0.85%, RPD of 6.52, R² = 0.98) samples. We concluded that sample type and chemometric method should be handled as important factors in calibration development, and the effects of these factors may vary depending on the trait being analyzed.     

Smooth additive mixed models for predicting aboveground biomass

Aboveground biomass estimation in short-rotation forestry plantations is an essential step in the development of crop management strategies as well as allowing the economic viability of the crop to be determined prior to harvesting. Hence, it is important to develop new methodologies that improve the accuracy of predictions, using only a minimum set of easily obtainable information i.e., diameter and height. Many existing models base their predictions only on diameter (mainly due to the complexity of including further covariates), or rely on complicated equations to obtain biomass predictions. However, in tree species, it is important to include height when estimating aboveground biomass because this will vary from one genotype to another. This work proposes the use of a more flexible and easy to implement model for predicting aboveground biomass (stem, branches and total) as a smooth function of height and diameter using smooth additive mixed models which preserve the additive property necessary to model the relationship within wood fractions, and allows the inclusion of random effects and interaction terms. The model is applied to the analysis of three trials carried out in Spain, where nine clones at three different sites are compared. Also, an analysis of slash pine data is carried out in order to compare with the approach proposed by Parresol (Can J For Res 31:865–878, 2001).Supplementary materials accompanying this paper appear on-line     

种植密度对川中丘陵夏玉米茎秆性状及产量的影响

以玉米品种‘正红505’为材料,设置4.50万株·hm~(-2)、5.25万株·hm~(-2)、6.00万株·hm~(-2)、6.75万株·hm~(-2)、7.50万株·hm~(-2) 5个密度处理,研究种植密度对川中丘陵夏玉米茎秆性状及产量的影响。结果表明:随种植密度的增加,株高、穗位高、节间长、茎节长粗比逐渐增加,茎粗、茎粗系数、节间干重、单位茎长干物质重、茎秆压碎强度和外皮穿刺强度逐渐减小,除穗位高外,其余各性状均存在显著性差异;其中,当种植密度增加到7.50万株·hm~(-2)时,第1、3、5茎节的外皮穿刺强度分别较4.50万株·hm~(-2)显著降低27.10%、22.78%和30.80%。在本试验设置的密度范围内,玉米产量随密度的增加而先增后减,在6.00万株·hm~(-2)处获得最大值,与4.50万株·hm~(-2)相比,6.00万株·hm~(-2)显著增产12.02%。随种植密度增加,玉米穗长、穗粗、成穗率、穗粒数和千粒重显著降低,有效穗数和秃尖长显著增加。相关分析表明,茎秆压碎强度与外皮穿刺强度呈极显著正相关(r=0.93**),且茎秆压碎强度和外皮穿刺强度分别与茎粗、茎粗系数、节间粗、节间干重和单位茎长干物质重呈显著或极显著正相关,而与株高、节间长和茎节长粗比呈负相关或极显著负相关。其中,茎秆农艺性状与茎秆压碎强度的相关性更好。单株产量与茎粗、茎粗系数、节间粗、节间干重、单位茎长干物质重、茎秆压碎强度和外皮穿刺强度呈显著或极显著正相关,与节间长和茎节长粗比呈显著负相关。逐步回归分析表明,茎粗系数和单位茎长干物质重对茎秆压碎强度的影响最大。综上所述,种植密度是影响玉米茎秆性状和产量的重要因素,适当增加种植密度可以显著增加玉米群体产量,茎粗系数和单位茎长干物质重可以作为评价玉米茎秆抗倒伏能力的重要农艺指标。     

基于无人机多光谱影像的夏玉米叶片氮含量遥感估测

利用无人机平台搭载多光谱相机组成的遥感监测系统在农业上已取得了一些成果,但利用无人机多光谱影像开展作物氮素估测研究少有尝试。基于此,该文利用国家精准农业基地2017年夏玉米3个关键生育期无人机多光谱影像和田间实测叶片氮含量数据,开展夏玉米叶片氮素含量的无人机遥感估测研究。对该研究选用的15个光谱变量,通过相关性分析解析光谱变量与LNC的相关关系,筛选出对玉米叶片氮素含量敏感的光谱变量;应用后向逐步回归方法分析不同变量指数下估测精度变化,最终确定不同生育期夏玉米LNC估测的光谱变量,实现对夏玉米叶片氮含量的较高精度监测。研究发现:1)在3个生育时期,GRE和GNDVI与LNC都有很强的相关性,表明绿波段可以很好地进行夏玉米生物理化参数的反演;2)在喇叭口期和灌浆期,OSAVI、SAVI与LNC具有高度相关性,证明在夏玉米生长前期和后期选择控制土壤因素的光谱变量可以提高对氮素估测的能力。在筛选最优光谱变量建模过程中发现,喇叭口期选取5个光谱变量(GNDVI、GRE、OSAVI、REG、SAVI)建模效果最好,估测模型的R~2、RMSE和nRMSE分别为0.63、27.63%、11.62%;抽雄吐丝期选取6个光谱变量(REG、GRE、GNDVI、MNLI、RED、NDVI)建模效果最好,估测模型的R~2、RMSE和n RMSE分别为0.64、20.50%、7.80%;灌浆期选取5个光谱变量(GRE、GNDVI、RED、NDVI、OSAVI)建模效果最好,估测模型的R~2、RMSE和n RMSE分别为0.56、31.12%、12.71%;在不同生育期选取最优光谱变量进行夏玉米LNC估测具有很好的效果。应用无人机多光谱遥感影像数据可以很好地监测田块尺度夏玉米LNC的空间分布,可为玉米田间氮素精准管理提供空间决策服务信息支持。     

缺锌玉米植株的傅立叶变换红外光谱研究

【目的】傅里叶变换红外光谱（fourier transform infrared spectroscopy, FTIR）是一种基于化合物中官能团和极性键振动的结构分析技术。本文利用傅立叶变换红外光谱仪检测缺锌和正常供锌玉米植株不同器官的组分变化,同时比较两个玉米品种植株不同部位的生物量和锌含量,以期为缺锌影响玉米生长与生理代谢的机理研究提供参考。【方法】选取农大108和郑单958两个玉米品种,利用营养液培养方式,设置缺锌和正常处理。1）当玉米出现缺锌症状后,将地上部和根系分开,测量株高和根长,烘干至恒重测干重。2）烘干至恒重的植株样品用HNO3-HClO4（3∶1）消煮,原子吸收分光光度计（型号WFX-120C,北京瑞利分析仪器公司）测定消煮液中锌浓度,计算植株中锌含量和锌积累量。3）收获玉米根系放入FAA固定液（70%酒精∶38%甲醛∶乙酸体积=90∶5∶5）中,利用扫描仪（EsponV700）扫描根系样品获取数字化图像,利用WinRHIZO根系分析软件（Regent Instruments Inc., Canada）对图像进行分析,获得根长、 根面积、 根体积等指标。4）取玉米根、 茎、 叶部分烘干样品,磨碎过0.2 mm筛,采用溴化钾压片法,利用傅立叶变换红外光谱仪（VERTEX 70,Bruker）检测不同部位的光谱特性,OPUS 6.5软件采集数据并进行基线校正。【结果】缺锌胁迫下, 植株地上部锌含量明显下降,低于临界水平（20 g/g）,生物量降低; 缺锌根系面积与体积变小,总根长变小。用缺锌与施锌植株生物量比来表征玉米对缺锌敏感性,品种农大108较郑单958对缺锌更为敏感。缺锌玉米根系和叶片FTIR谱在波数3410、 2920、 1650、 1380、 1055 cm-1附近处透过率较高,茎FTIR谱在这些波数处透过率较低,表明缺锌导致根系和叶片中碳水化合物、 脂类、 蛋白质及核酸含量下降,而在茎中有所积累。农大108植株中各组分变化受缺锌影响较大。【结论】缺锌导致玉米植株生长受抑,利用FTIR技术研究发现缺锌植株中碳水化合物、 脂类、 蛋白质及核酸组分发生变化,农大108植株中各组分变化受缺锌影响较大,品种农大108可能较郑单958对缺锌更为敏感。     

种植密度对河北夏玉米生理成熟后茎秆抗倒能力及产量的影响

河北地区由于受光热资源限制,夏玉米收获时籽粒含水率普遍偏高,成为阻碍机械粒收技术推广应用的重要因素。虽然通过延迟收获可降低籽粒水分,但茎秆倒伏问题将进一步增加粒收难度。基于此,本试验于2019年选择迪卡517(DK517)、京农科728(JNK728)和豫单9953(YD9953)3个适宜机械粒收的品种为材料,以郑单958(ZD958)为对照,2020年新增张单258(ZD258)、张粒178(ZL178)和郑原玉432(ZYY432)3个品种,并设置3个种植密度,分别为6×10⁴(D1)、7.5×10⁴(D2)和9×10⁴株·hm^-2(D3),研究品种间及种植密度对生理成熟期倒伏率、茎秆形态特征、解剖特征、力学特征及产量的影响。结果表明,试验所选品种除了对照ZD958,其他品种均于吐丝后67 d籽粒含水率降至25%以下,达到了GB/T 21962-2008 标准中机械粒收对籽粒含水率的要求,其中YD9953和ZL178在吐丝后67 d的籽粒含水率比吐丝后25 d平均降低了35.1和42.0个百分点。在生理成熟期,相同密度下YD9953、ZL178、ZYY432的总倒伏率显著低于其他品种,其中在D1和D2密度下的总倒伏率均低于5%,符合机械粒收对倒伏率的要求。分析倒伏相关性状发现,株高和穗位高对密度的响应因品种而异;各品种茎秆基部第3节间单位体积干重和抗折力均随密度的增加而降低。D3密度下,ZL178的节间单位体积干重与D1相比,降幅最小(7.9%)。D2密度下,YD9953、ZL178和ZYY432的抗折力比均值分别提高28.7%、21.5%和28.4%;相同密度下ZL178、JNK728、YD9953的维管束数目和木质化程度高于其他品种。相关性分析发现,倒伏率和纤维素含量与抗折力呈显著正相关(R²=0.70、0.51),可作为评定玉米茎秆抗倒伏能力的关键指标。D2密度下ZL178和YD9953的产量与对照ZD958差异不显著但高于其他处理。综合考虑品种脱水特性、产量和站秆期间抗倒伏能力,ZL178和YD9953在密度7.5×10⁴株·hm^-2下能够兼顾高产和抗倒。本研究结果可为河北夏玉米光热资源限制区推广机械粒收提供理论参考。