不同生长期小麦茎秆力学性质与形态特性的相关性（简报）

为了研究小麦茎秆生物力学性质指标与小麦优种特性的相关性,以正在优种选育过程中的4个北方小麦品种为研究对象,试验测定了开花期、乳熟期及蜡熟期茎秆基部第二节间的惯性矩、拉伸强度、弯曲强度、剪切强度、弹性模量、抗弯刚度等生物力学指标及小麦形态、生理特性指标值;应用SAS软件进行相关性分析,筛选出了开花期主要生物力学评价指标为弯曲强度,乳熟期为抗弯刚度.并且确定了与相应生物力学相关度较大的形态、生理特性指标,开花期为:外径、茎秆干质量、株高、节间距、含水率、壁厚、穗质量;乳熟期为穗质量、外径、株高、叶鞘高、茎秆干质量.并且随着生长期的不同,相关度也不同,尤其是与含水率的相关度逐渐减小.该研究为建立生物力学指标评价体系提供了选择依据.     

不同产量水平下小麦倒伏与茎秆力学特性的关系

为探讨晋中晚熟冬麦区高产与倒伏的矛盾,研究小麦基部茎节形态结构与抗倒力学的关系,该文采用SAN-CMT6104微机控制电子万能材料测试仪,对大田不同产量水平及倒伏程度下的小麦基部第2茎节进行了弯折力、惯性矩、弹性模量、抗弯刚度和弯曲强度等生物力学指标的测定。结果表明：不同产量水平随基本苗的过量增加,拔节期最高分蘖峰值的增加,群体倒伏时间提早,面积加大。虽然成穗数差异不大,但穗粒数降低,特别是千粒质量明显降低,产量递减。表明受该地区自然条件与种植制度的制约,合理的基本苗（450万/hm2左右）,通过返青后适期适量的水肥调控,保持稳健的最高分蘖数是关系高产不倒的两个重要的群体临界指标。研究明确了倒伏与基部第2茎节形态结构、株高、节间距与力学指标弯折力、惯性矩、弹性模量、抗弯刚度、弯曲强度都呈负相关。而茎秆干质量、茎秆外径、壁厚与弯折力、惯性矩、弹性模量、抗弯刚度、弯曲强度都呈正相关。说明随着基本苗的过量增加与拔节最高茎蘖数的增加,基部茎秆力学负荷降低,就会发生倒伏。研究筛选出与茎节抗倒、群体质量、植株形态结构以及产量结构关系密切的两个力学指标,即“弯曲强度”与“弹性模量”,可作为抗倒育种或株型育种以及高产群体架构设计的参考指标。     

施钾量对川中丘陵区春玉米基部节间特性及抗倒伏能力的影响

为探明提高川中丘陵区春玉米抗倒伏能力的适宜施钾量,2013—2014年开展田间试验,采用单因素随机区组设计,设置5个施钾量：0、45、90、135和180 kg·hm-2,测定吐丝期和灌浆期玉米基部节间物质积累特征、化学组分、力学指标、倒伏率以及籽粒产量。结果表明,相比无钾肥处理,施钾处理增产1.19%～8.43%(2013年)、1.75%～9.19%(2014年),植株倒伏率降低11.11%～44.44%(2013年)、12.50%～52.10%(2014年)。玉米倒伏率与吐丝期和灌浆期基部第2节至第5节的硬皮穿刺强度、茎秆压碎强度、茎秆折断强度和纤维素含量呈显著负相关,与吐丝期基部第2节至第3节的鲜重和鲜密度、灌浆期基部第2节至第5节钾含量呈显著负相关,与灌浆期基部第2节至第5节可溶性糖含量和淀粉含量呈显著正相关。施用钾肥能提高玉米茎秆基部第2节间至第5节间的鲜重和干重。基部第2节至第5节的纤维素含量、硬皮穿刺强度、茎秆压碎强度和折断强度随着施钾量的增加呈现先增加后下降的趋势,其中钾肥用量为90 kg·hm-2时的数值最大。综上所述,施用95.0～121.0kg·hm^-2...     

茎秆作物抗倒伏生物力学评价研究及关联分析

研究茎秆作物的生物力学性质可为相关作物机械化生产及产品深加工等作业装备提供设计参数,还能对茎秆作物优种筛选进行评价指标。该文在高秆、中秆和矮秆3个品种,4个不同生长期的小麦茎秆弯折性能试验,2个玉米品种灌浆高峰期弯折性能试验,2个高粱品种灌浆高峰期弯折性能试验,2个大豆品种结荚鼓粒期弯折性能试验数据的基础上,进行了茎秆作物抗倒伏特性的生物力学评价指标研究及关联分析。采用灰色关联法分析了不同生长期惯性矩、弹性模量、抗弯刚度、抗弯强度等与弯折性能有关的各生物力学指标与抗倒性之间的关系,并以小麦茎秆为例对评价指标进行了权重数确定和检验。结果表明：茎秆作物不同品种茎秆生物力学性能指标中的弹性模量、抗弯折强度和惯性矩对倒伏的影响程度基本相当,抗弯刚度对倒伏影响较小。该结论为茎秆作物生物力学评价提供了新的途径和方法。     

作物茎秆生物力学性质与形态特性相关性研究

为了应用生物力学性质指标对茎秆作物进行评价,进而指导作物优种筛选和选育,该文以北方优种选育的高粱、玉米、大豆、谷子等作物为研究对象,试验测试了作物的株高、节间距、含水率、茎秆干质量等形态特性指标,和茎秆各节间的弯曲强度、弹性模量、抗弯刚度、惯性矩等生物力学性质指标,并从宏观力学层面分析了生物力学性质指标沿高度的变化趋势,针对各生物力学性质指标及试验结果进行了力学机理分析,利用SAS分析软件对形态特性指标与生物力学性质指标进行了相关性分析.结果表明:不同作物形态指标与茎秆生物力学性质指标相关度不同,形态指标多数都与弯曲强度或弹性模量相关,并在此基础上确定了与力学指标相关度较大的形态特性指标.为应用生物力学方法评价作物抗倒伏及茎秆优势性状等优种特性奠定了基础.     

杂交粳稻茎秆力学性状与理化特征对抗倒伏能力的影响

倒伏严重影响着水稻的产量和品质,为探究田间自然栽培条件下杂交粳稻茎秆力学性状与理化特征对抗倒伏能力的影响,研究选取北方地区生产上主要推广的弯曲穗型杂交粳稻品种辽优2006（LY2006）、辽优5218（LY5218）、辽优5273（LY5273）为供试对象,易倒伏常规粳稻品种农林313（NL313(CK)）为对照,测量其农艺性状和微观组织构成等理化指标,并通过弯曲试验及拉伸试验,测定其茎秆最大抗折力、断裂弯矩、抗弯截面系数、单茎自重质量矩、弯曲强度、杨氏弹性模量、惯性矩等力学指标,并研究测量的理化指标及力学指标与倒伏指数之间的相关关系。结果表明：供试对象的倒伏指数和对照之间存在极显著差异（P<0.01）,供试对象抗倒伏性显著高于对照。供试对象和对照在株高、基部节间长度、组织构成等理化指标及力学指标间均存在极显著差异（P<0.01）,供试对象的株高、单穗鲜质量均大于对照,因此,在相同的栽培条件下,并不是株高越矮、穗越轻,抗倒伏能力就越强。缩短基部节间长度、延长叶鞘长度、提高组织厚度及维管束面积、增加纤维素、木质素及钾元素含量等均能有效提升水稻植株的抗倒伏能力。研究还发现,水稻植株的抗倒伏能力与其茎秆最大抗折力、断裂弯矩、抗弯截面系数、弯曲强度、杨氏弹性模量之间存在显著正相关（P<0.01）,与单茎自重质量矩、惯性矩之间存在显著负相关（P<0.01）,选取其作为水稻植株抗倒伏能力的参考指标是可行的。研究结果可为北方杂交粳稻抗倒伏品种选育、改良及抗倒伏农艺性状调控提供综合的数据支持和理论支撑。     

施钾量对寒地粳稻抗倒伏能力的影响

以东农425、东农427和松粳6号为试验材料,研究不同施钾量对寒地粳稻抗倒伏能力的影响。结果表明,在适当钾肥用量处理下,水稻株高增加,重心上移,基部第1、2节间长缩短,第3节间长伸长,各节间粗度、充实度、茎壁厚、抗折力和弯曲力矩都增加,倒伏指数减小,抗倒伏能力增强,茎鞘可溶性总糖含量增多,产量增加。基部各节间抗折力与节间粗度、充实度、茎壁厚和茎鞘可溶性总糖含量呈极显著正相关,与株高、重心高度和产量相关性不显著。第1、2节间抗折力与节间长呈极显著负相关,第3节间抗折力与节间长相关性不显著。东农425和东农427在K2O施用量为75 kg/hm2抗倒伏性最好,松粳6号在K2O施用量为100 kg/hm2抗倒伏性最好。     

推迟灌拔节水条件下种植模式对冬小麦抗倒伏特性和产量的影响

华北平原冬小麦在粮食生产中占据重要地位,受到灌溉用水短缺影响以及生育后期易倒伏减产的制约,冬小麦供需矛盾日益突出。该研究探究了推迟灌拔节水条件下不同种植模式对冬小麦抗倒伏特性的影响,设置宽幅精播（W）与常规种植（C）2种种植模式,每种种植模式设置灌拔节水60 mm（I1）和推迟10 d灌拔节水60 mm（I2）2种灌溉处理,研究冬小麦关键生育期茎秆物理指标,倒数第2节间茎杆力学、抗倒伏指数、蠕变变形量、产量及其组成等指标,探究冬小麦抗倒伏特性综合调优的种植模式和灌溉制度。结果表明,宽幅精播模式下推迟灌拔节水对抽穗期倒数第2节间茎杆抗折力有显著提升的趋势,显著提高了抗弯刚度,显著降低了蜡熟期倒数第2节间茎杆抗折力和抗弯刚度,以及植株蜡熟期鲜质量;宽幅精播模式下推迟灌拔节水显著提高了抽穗期抗倒伏指数,并提升了灌浆期抗倒伏指数,该处理在抽穗期、灌浆期和蜡熟期的抗倒伏指数平均值分别为2.03、1.58和1.87 N/(m·g)。冬小麦倒数第2节间茎杆在施加小于其极限抗折力的不同比例荷载时具有蠕变特性,宽幅精播模式下推迟灌拔节水茎杆蠕变极值平均值在抽穗期最大,灌浆期表现仍然较好,均由减速蠕变过渡到稳定蠕变阶段,蠕变极值范围介于0.6%～3.7%,蠕变极值平均值介于0.7%～2.5%。综合考虑抗倒伏指数和蠕变试验结果,冬小麦在宽幅精播模式下结合推迟10 d灌拔节水处理的抗倒伏特性最优。研究结果可为华北平原冬小麦节水高产提供理论依据和技术支持。     

垄作稻-鱼-鸡共生对水稻茎秆倒伏、穗部性状及产量的影响

为了探究水稻垄作栽培和稻-鱼-鸡共生模式的结合对水稻茎秆倒伏、穗部性状及产量的影响,本文通过设计常规水稻垄作栽培(CK)、水稻垄作养鱼(RF)、水稻垄作养鸡(RC)和水稻垄作养鸡养鱼(RFC)的田间对比试验,研究垄作稻-鱼-鸡共生模式下水稻茎秆倒伏、穗部性状和实际产量的变化。结果表明:2年中4个处理的水稻株高、株鲜重、重心高度和节间长的均值整体无显著性差异。与CK处理相比, RFC和RC处理水稻茎秆节间外径、节间壁厚、穗长和穗鲜重虽呈增加趋势,但均值整体也无显著性差异;水稻产量也保持稳定。RF处理水稻茎秆节间外径、壁厚、穗长和穗鲜重均呈降低趋势,且2019年穗鲜重达显著降低(P0.05);水稻产量2年平均降低为29.98%(P0.05),其余均值整体无显著性差异。2年中RFC和RC较CK处理水稻节间茎秆抗折力平均增加19.69%和8.10%,且2年中RFC的第4和第5节间茎秆抗折力显著增加(P0.05);而RF处理茎秆抗弯截面模量和抗折力整体均呈降低趋势,但均值整体变化不显著。RFC和RC较CK处理水稻茎秆节间最大应力均值降低为17.85%和15.08%,倒伏指数均值降低为4.35%和4.26%,但未达显著水平;RF处理茎秆节间倒伏指数平均增加11.47%,且2018年第3和2019年第2～5节间均达显著性差异(P0.05)。综上所述,垄作稻-鱼-鸡共生和垄作稻-鸡共生模式能够提高水稻穗长和穗鲜重,稳定水稻产量,增加水稻茎秆节间外径和壁厚,提高茎秆抗折力和抗弯截面模量,降低茎秆最大应力和倒伏指数,从而具有一定的壮秆效应和抗倒伏能力。     

玉米不同耐密植品种茎秆穿刺强度的变化特征

以耐密抗倒性不同的品种（稀植大穗品种JK 518和JK 519、耐密抗倒品种XY335和CS 1;中等耐密品种ND 108）为材料,设5个密度处理,研究玉米茎秆的穿刺强度（RPS）的变化特点及其对群体种植密度的响应。结果表明玉米茎秆穿刺强度随生育期递进而增强,不同耐密性品种间随种植密度变化有较大差异。茎秆基部节间的穿刺强度随群体密度增加呈线性递减。茎秆节间RPS随着节位的上升而呈二次函数递减;不同耐密性品种间RPS以抽雄-吐丝期差异明显,以穗位以下节间,尤其第3～6节间表现差异较大。玉米抽雄前茎壁增厚早、     

钾肥用量对夏玉米干物质和钾素积累、分配及抗倒性的影响

为合理施用钾肥,稳定夏玉米产量,减少倒伏,采用田间试验法,以河北省黑龙港低平原区冬小麦/夏玉米粮田为研究对象,研究钾肥用量对夏玉米产量及其构成因素、体内干物质和钾素积累与分配、茎秆抗倒性的影响。结果表明,增施钾肥促进干物质和钾素在植株体内各器官的运输和分配,植株干物质积累直到成熟期。成熟期,各施钾肥处理籽粒中干物重和钾素分别占整株的51.1%~57.0%和15.8%~20.7%,各处理籽粒干物质和钾积累量分别是灌浆期的1.33~1.61和0.70~0.97倍,整株干物质和钾积累量分别是灌浆期的0.98~1.15和0.75~1.00倍,说明钾和干物质在玉米体内的运输和分配不同步,在施用其他养分时应合理分期调控。施用钾肥增加玉米茎秆抗拉力、抗折力和穿刺强度,以K225处理最大,且茎秆抗拉力和抗折力均在灌浆期最强。同一植株随节位上升茎秆抗折力和穿刺强度下降,基部第3节作用最强。因此,钾肥用量225 kg·hm-2时,不仅促进玉米体内干物质和钾素有效运输、积累和利用,增强其抗倒性,还可提高玉米产量,节约钾肥资源。     

表征冬小麦倒伏强度敏感冠层结构参数筛选及光谱诊断模型

针对倒伏胁迫下冬小麦冠层结构变化规律不清、冠层光谱响应机理不明的问题,以灌浆期倒伏冬小麦为研究对象,分析不同倒伏强度下冬小麦冠层结构参数变化规律,通过光谱探测视场内的茎、叶、穗面积比率与倒伏角度的相关性分析,筛选出表征倒伏强度的敏感冠层结构参数,采用传统光谱变换方法与连续小波变换方法对倒伏冬小麦冠层高光谱数据进行处理分析,筛选冠层结构参数的敏感波段和小波系数,采用偏最小二乘法构建冠层结构参数与高光谱特征参量的响应模型,并利用野外实测样本验证模型精度(建模集样本28个,验证集样本13个)。研究结果表明:倒伏后的冬小麦茎叶比与倒伏角度的相关性最高(-0.687,P0.01),能较好地表征冬小麦倒伏强度,且茎叶比随着倒伏角度的减小而增加;基于连续小波变换的冬小麦倒伏灾情诊断模型优于常规光谱变换方法,检验样本的决定系数为0.632(P0.01);以冠层茎叶比预测结果进行倒伏灾情等级划分的精度可达84.6%。因此,不同倒伏强度的冠层茎叶比与冬小麦冠层光谱之间的响应规律可以有效区分倒伏灾情等级,有助于为区域尺度的冬小麦倒伏灾情遥感监测提供先验知识。     

植株氮营养状况与冬小麦倒伏的关系

【目的】 研究不同施氮量下的植株氮素营养状况与小麦倒伏的内在联系,揭示施氮影响小麦倒伏的机制。 【方法】 以豫麦49-198和周麦16两个品种为试材,在河南省禹州市布置了田间试验。设0、120、180、240、360 kg/hm2 5个氮肥用量处理,于返青、拔节和开花期测定小麦植株含氮量,收获期调查倒伏情况,测定小麦植株茎秆性状和籽粒产量,并对小麦倒伏与植株氮素营养指标进行相关性分析。 【结果】 随氮肥用量增加,周麦16、豫麦49-198小麦倒伏率和倒伏指数都呈上升趋势,当两个品种小麦的施氮量分别达到180 kg/hm2和240 kg/hm2 时,继续增加施氮量,两个品种的倒伏率和倒伏指数增加不显著,豫麦49-198最高倒伏率为61.8%,周麦16为23.3%;随氮肥用量增加,两品种小麦株高、茎长、穗长、基部节间长度,以及返青、拔节、开花期植株氮浓度和茎基部硝酸盐含量也呈增加趋势。豫麦49-198倒伏率和倒伏指数及茎秆参数均高于周麦16。倒伏后,随着氮肥用量增加,豫麦49-198和周麦16千粒重及产量下降幅度逐渐增加,千粒重平均降幅分别为11.3%和6.3%。相关分析显示,豫麦49-198和周麦16倒伏率都与小麦株高、穗长和基部节间长度呈极显著正相关;两个品种小麦不同生育期整株、茎鞘和根系氮浓度以及茎基部硝酸盐含量均与小麦倒伏率呈显著正相关。 【结论】 施氮量超过180 kg/hm2时,倒伏导致小麦千粒重和产量下降幅度加大,且倒伏所造成的减产负效应大于氮肥的增产作用。因此,应控制施氮量以确保小麦高产稳产。      

后期倒伏对冬小麦干物质分配和产量的影响

2014-2015年利用人工模拟方法开展冬小麦倒伏试验。在冬小麦抽穗期、灌浆初期和灌浆中后期3个时段均设定与竖直方向成30o(T1)、60o(T2)、90o(T3)3种倒伏程度和自然正常生长(CK)4个处理,观测比较冬小麦各器官的干物质量和产量构成要素。结果表明,冬小麦干物质分配格局因倒伏时段和倒伏程度的不同而发生改变。与对照CK相比,抽穗期和灌浆初期冬小麦倒伏造成茎和鞘干物质迅速向穗部转移,导致其干物质累积量迅速降低,叶片干物质发生改变略有滞后,同时受到光照不足和转移速率改变的共同作用,各器官干物质量分配格局不断发生变化,茎、叶和鞘生长速率无明显变化规律;灌浆中后期倒伏造成冬小麦不同器官干物质含量均明显下降,随着生育时期推进其减幅缩小。倒伏对冬小麦产量构成要素的影响表现为,抽穗期和灌浆初期倒伏主要造成冬小麦不孕小穗增加、穗粒数和千粒重减少,进而导致产量下降;灌浆中后期倒伏主要导致冬小麦千粒重减小,而穗粒数无明显变化。各处理冬小麦产量降低表现为灌浆初期最大、抽穗期次之、灌浆中后期最小。     

旱涝交替胁迫增强水稻抗倒伏性能

茎倒伏是水稻减产的重要影响因素。本文采用小区试验,分析了旱涝交替胁迫下旱后浅蓄（T1）、旱后深蓄（T2）与目前常用的浅水勤灌（CK,对照）模式下,水稻茎秆生长指标和抗倒伏指标的差异,并结合水稻茎秆的细观特征,对水稻抗倒伏能力的影响机制进行了探讨。结果表明,与对照相比,适宜的旱涝交替胁迫处理（T1）基部节间长度降低,茎粗、茎杆截面面积增加,但差异不显著;茎杆的抗弯截面模量和累积破坏能量分别增加12.4%和9.4%,差异达到显著水平;茎杆壁厚、维管束数量、维管束面积增加,维管束细胞趋于密实,使得茎杆的抗折力增加,倒伏指数下降。但旱后淹水深度过深（T2）,水稻抗倒伏指标下降。地上部分鲜重增加是 T2处理倒伏指数增加的主要原因。上述情况表明,适宜的干旱胁迫能够拮抗淹水胁迫造成的抗倒伏能力下降,提高后期抗倒伏能力。现有节水模式下适当加大雨后蓄水深度不会增加倒伏风险。     

小麦茎秆抗弯性能研究

该文以小麦茎为研究对象,建立了有限元计算模型。通过非线性屈曲分析,发现通过改变几何或者物理参数能够模拟出小麦茎不同的失稳形式,其中最明显的影响因素为壁厚和横、纵向弹性模量比。以此为参考,对两个生长期的小麦茎进行四点弯曲试验,研究不同节位茎的抗弯能力,曲率与惯性矩之间的关系和失稳模式。研究表明Brazier屈曲是小麦茎失稳的主要原因。从开花期到成熟期茎抗弯刚度下降,发生Brazier屈曲的几率增加。