本研究由山东农业大学农学院的JiYu Zhao、WenJie Geng、YuQi Xue等（共同第一作者）与通讯作者Jiwang Zhang等人完成，发表于 Journal of Integrative Agriculture 2026年第25卷第10期。研究针对密植条件下玉米倒伏风险增加与产量稳定性不足的问题，以三个株型与抗倒伏性差异显著的夏玉米杂交种为材料，连续三年开展田间试验，系统探讨了种植密度对冠层光分布、基部节间力学特性及产量的影响，并揭示了“智能”株型在协同提高密植玉米抗倒伏能力与籽粒产量中的作用机制。

研究背景与目的

玉米倒伏是全球生产中造成减产的主要因素之一，每年至少导致5%的产量损失。倒伏多发生在基部第三节间，尤其在灌浆期最为普遍。随着种植密度增加，冠层下部光环境恶化，光合同化物供应减少，基部节间机械强度下降，倒伏风险显著上升。传统抗倒伏品种通常通过降低株高和穗位高来降低重心，但这种方式在密植条件下会限制穗位叶受光，制约产量潜力的发挥。因此，如何在提高密植群体光能利用效率的同时增强茎秆抗倒伏能力，成为现代玉米高产稳产研究的关键问题。该研究假设优化株型能够改善冠层光分布，从而同步提高密植玉米的抗倒伏性与产量。为验证这一假设，作者选用对倒伏敏感的浚单20（XD20）与抗倒伏性较强的登海605（DH605）和登海618（DH618），设置6.0万、7.5万和9.0万株/公顷三个密度水平，在2020—2022年进行了三年田间试验。

研究流程与方法

试验在山东农业大学实验农场及泰安登丰种业有限公司试验田进行，采用随机区组设计，每个小区行长9米、宽6米、行距0.6米，重复三次。供试肥料为控释肥（N:P₂O₅:K₂O=28:6:6），播种前一次性施入。整个生育期保持充足供水并严格防控病虫害。在乳熟期（R3）开始记录自然倒伏植株数量，生理成熟期计算倒伏率。产量测定时从每个小区中间三行连续选取30个果穗，籽粒含水量统一折算至14.0%。在抽雄期（VT）测定株高、穗位高、叶片夹角及群体透光率，其中透光率分别测定穗位层（穗位上方10 cm）和底层（地表上方10 cm）的光合有效辐射（PAR），并计算其占入射总辐射的比例。在V12、VT、R3和生理成熟期（R6）测定植株重心高度。基部第三节间的形态与力学指标于R3期采集，包括节间长度、直径、扁平率、充实度、穿刺强度、压碎强度和弯曲强度。茎秆弯曲强度通过将植株推至与地面成45°角时记录的峰值力确定。节间纤维素和木质素含量分别采用蒽酮-硫酸法与改良Sancho半定量法测定。解剖结构方面，取第三节间中部约3 cm组织经FAA固定、番红染色后，在Olympus BX51荧光显微镜下观察并拍照，利用ImageJ软件量化厚壁组织厚度、木质化薄壁组织厚度、维管束面积和数量。根系指标在VT后15天测定，包括气生根数、地下根数及垂直根拔阻力。统计分析在Excel 2021和SPSS 21.0中完成，采用单因素及多因素方差分析、LSD多重比较，并通过Pearson相关与冗余分析（RDA）解析各指标间关系。

主要研究结果

随着种植密度增加，DH605产量显著上升，而XD20和DH618的产量先升后稳。与低密度处理相比，DH605在中、高密度下产量分别提高9.5%和15.4%。同一密度下，DH605和DH618产量显著高于XD20。密度增加使各品种倒伏率上升，其中XD20对密植最敏感，中、高密度下倒伏率分别增加174.7%和423.3%。DH605与DH618在各处理下倒伏率均低于5%，显著低于XD20。

株型指标显示，密植显著提高株高、穗位高和重心高度，并降低穗位系数。DH605和DH618的穗位高分别比XD20低12.3%和30.3%，重心高度分别低2.4%和12.1%。叶片夹角随密度增加逐渐减小，DH605上部叶片夹角显著小于XD20和DH618，而下部叶片夹角较大，形成“上挺、中适、下平”的冠层结构。叶面积随密度增加而增大，其中穗位叶附近增幅最大，DH605穗位叶面积显著大于其他两个品种。透光率随密度增加显著下降，底层降幅大于穗位层。高密度下XD20底层透光率降低59.7%，DH605降低43.2%，DH618降低51.6%。同一密度下各层透光率排序为DH605＞XD20＞DH618。回归分析显示，籽粒产量与底层透光率呈显著正相关，且高密度下回归斜率最大，说明密植条件下底层光环境对产量的制约作用更强。

基部第三节间性状分析表明，随密度增加，节间长度和长径比上升，直径、充实度、纤维素和木质素含量均下降。三者中DH605的节间充实度、纤维素、木质素含量最高，XD20最低。纤维素和木质素在节间外侧的积累量均显著高于内侧，XD20外侧纤维素比内侧高37.6%，DH605高30.4%，DH618高28.1%；木质素相应差值分别为44.5%、28.0%和28.0%。解剖结构方面，高密度显著降低厚壁组织厚度、木质化薄壁组织厚度及小、大维管束面积，维管束数量先降后稳。DH605的上述解剖指标总体优于XD20和DH618。力学测试显示，密度增加显著降低穿刺强度、压碎强度和弯曲强度。与低密度相比，高密度下穿刺强度降低12.0%，压碎强度降低13.6%，弯曲强度降低35.1%。同一处理下穿刺和压碎强度排序为DH605＞DH618＞XD20，而弯曲强度排序为DH618＞DH605＞XD20。根系性状与倒伏率呈显著负相关，且高密度下回归斜率最大，说明密植条件下根系质量对倒伏的调控作用更为突出。

相关性分析表明，倒伏率与基部节间力学强度显著负相关，与穗位高、重心高度及其系数显著正相关。冗余分析显示，基部节间形态、干物质组成和解剖结构共同解释了机械强度84.3%的变异，其中基部节间纤维素含量和外层维管束总面积贡献超过61%。底层透光率单独解释了节间机械强度变异的55.0%，是影响节间发育的最主要生态因子。

结论与意义

研究证实，高密度种植通过降低冠层底部光合有效辐射，抑制基部节间纤维素和木质素积累，削弱厚壁组织和维管束发育，最终降低茎秆机械强度并增加倒伏风险。优化株型（如DH605所表现的“智能”冠层结构）能够显著改善穗位层和底层光分布，促进基部节间干物质积累与解剖结构优化，从而在提高籽粒产量的同时降低倒伏率。DH605在高密度处理下产量较XD20提高10.68%—34.11%，倒伏率降低72.66%—92.29%。该研究系统揭示了密植玉米“光环境—节间发育—力学性能—倒伏”的级联调控路径，并为通过株型改良实现玉米密植高产抗倒协同提升提供了理论依据和应用方向。在应用层面，研究为选择适宜密植的品种类型及构建高光效冠层结构提供了具体指标，如上部叶片直立、下部叶片平展的叶夹角配置，以及较高的基部节间充实度和纤维素含量等，可作为密植玉米品种选育和栽培调控的重要参考。