张广新等作者在 Journal of Integrative Agriculture 2023年第22卷第10期发表了一项题为“Combining controlled-release urea and normal urea with appropriate nitrogen application rate to reduce wheat stem lodging risk and increase grain yield and yield stability”的研究。该研究由山西农业大学农学院、山西农业大学省部共建黄土高原特色作物优质高效生产省部共建协同创新中心、西北农林科技大学农学院等单位合作完成。研究通过2017至2021年连续四个生长季的田间试验，系统分析了氮肥类型（控释尿素与普通尿素掺混，CRUNU；普通尿素，NU）和施氮量（低氮135 kg ha⁻¹、中氮180 kg ha⁻¹、高氮225 kg ha⁻¹）对小麦群体抗倒伏能力、基部第二节间强度、木质素含量及其合成酶活性、茎秆抗倒伏性、籽粒产量和产量稳定性的影响。结果显示，两种氮肥类型在高施氮量下倒伏率最高，而中氮水平下CRUNU处理倒伏率最低。与NU相比，CRUNU在三个施氮水平下均提高了小麦群体抗倒伏能力，这主要与改善群体性状和提高基部第二节间抗折力有关。相关分析表明，基部第二节间抗折力与其物理性状、化学组分和微观结构密切相关。与NU相比，CRUNU在低、中、高施氮量下分别使小麦籽粒产量提高4.47%、14.62%和3.12%。此外，CRUNU在中氮与高氮水平下产量无显著差异，但在中氮水平下表现出最高的产量稳定性。研究认为，CRUNU配合中氮施用量是小麦生产中的一项高效农艺管理策略。

该研究属于单一原创研究。研究背景是，小麦养活了全球40%以上的人口，在人口持续增长背景下，提高小麦籽粒产量和产量稳定性对保障粮食安全至关重要。氮肥管理是提高小麦生产力的重要手段，但生产中普遍存在不遵循“4R”原则（适宜用量、适宜来源、适宜位置、适宜时间）的问题，导致产量不稳。控释尿素（controlled-release urea, CRU）被认为是一种高效氮肥，可控制氮素释放速率，改善作物需氮与土壤供氮的同步性。然而，CRU前期氮释放较慢，可能无法满足小麦早期分蘖对氮的需求。将控释尿素与普通尿素掺混（CRUNU）可解决这一问题，同时降低生产成本。此外，倒伏是小麦生产中常见的自然灾害之一，茎倒伏是最常见的类型，主要与基部第二节间的物理性状、机械强度、微观结构和化学组分有关。不当的氮肥管理尤其是过量施用普通尿素会加大小麦倒伏风险。已有研究表明CRUNU可促进小麦茎秆干物质积累和强度，并减少无效分蘖，但关于CRUNU对小麦茎倒伏、产量和产量稳定性的长期效应研究较少。因此，本研究旨在探讨CRUNU和施氮量对小麦茎倒伏抗性及其机制的影响，并阐明其对籽粒产量和产量稳定性的作用。

研究在陕西杨凌曹新庄试验站开展，土壤类型为人为土。试验采用双因素随机区组设计，氮肥类型包括普通尿素（NU）和控释尿素与普通尿素掺混（CRUNU，氮素贡献比例为1：1），施氮量设低氮（135 kg ha⁻¹）、中氮（180 kg ha⁻¹）和高氮（225 kg ha⁻¹）三个水平，共六个处理，每处理重复三次，共18个小区，小区面积40 m²。供试小麦品种为小偃22，播种量为172.5 kg ha⁻¹。所有肥料均作为基肥一次性施入，磷肥和钾肥用量各处理一致。测定流程包括：在开花期测定株高、重心高度和茎数；收获前按倒伏面积占小区总面积比例计算倒伏率；在开花期和花后30天测定群体抗倒伏力（横向力F1和纵向力F2），采用改良的茎秆强度测定仪，仪器前加装小木棒并贴双面胶以防止推压时重心高度偏移；在开花期、花后15天和花后30天取标记茎秆测定基部第二节间抗折力，并计算茎秆倒伏指数（culm lodging resistance index, CLRI）；在花后15天测定第二节间长度、直径、壁厚和质量密度；在2018–2019和2019–2020生长季测定开花期、花后15天和花后30天基部第二节间木质素含量，并在2018–2019生长季测定酪氨酸解氨酶（tyrosine ammonia-lyase, TAL）、苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia-lyase, PAL）和过氧化物酶（peroxidase, POD）活性；在2018–2019生长季花后15天制作基部第二节间石蜡切片，经番红-固绿染色后观察并统计大、小维管束数量和面积；成熟期收获2 m²植株测定籽粒产量，并以产量可持续性指数（yield sustainability index, YSI）和变异系数（coefficient of variation, CV）评价产量稳定性。数据分析采用SPSS 16.0进行双因素方差分析、最小显著差异检验和Pearson相关分析。

研究结果显示，2019–2020生长季未发生倒伏，其余三个生长季均发生不同程度倒伏，其中2020–2021生长季倒伏最严重。高氮水平下两种氮肥类型倒伏率均显著高于低氮和中氮水平；在中氮水平下，CRUNU显著降低倒伏率。群体抗倒伏力F1和F2在花后30天低于开花期；三个生长季中，无论氮肥类型如何，中氮水平下群体抗倒伏力最强，高氮次之，低氮最弱；与NU相比，CRUNU在低、中、高施氮量下分别提高F1 8.30%、10.50%和3.41%，提高F2 3.07%、8.31%和4.86%。基部第二节间抗折力和CLRI在花后随生育进程先升后降；中氮水平下最高，高氮水平下最低；与NU相比，CRUNU在三个施氮水平下均提高抗折力和CLRI。株高和重心高度主要受施氮量影响，随施氮量增加而升高，氮肥类型影响不显著；茎数也随施氮量增加而增加。第二节间长度随施氮量增加而增加，直径、壁厚和质量密度在中氮水平下最大，高氮水平下最小；氮肥类型在多数情况下对直径和壁厚无显著影响，但CRUNU在三个施氮水平下平均提高壁厚6.52%、8.00%和2.17%，提高质量密度8.25%、5.76%和12.90%。维管束数量与面积在中氮水平下最高，其次是低氮，高氮最低；相同施氮量下CRUNU多提高了大小维管束数量和面积。木质素含量在中氮水平下最高，低氮次之，高氮最低；相同施氮量下CRUNU提高了木质素含量，尤其中氮水平下最明显。PAL、TAL和POD活性在开花期以中氮水平最高，低氮次之，高氮最低；花后30天PAL和TAL活性以高氮水平最高，而POD活性以低氮水平最高，这可能与低氮下小麦后期缺氮早衰有关。相关性分析显示，木质素含量与PAL、TAL和POD活性呈显著正相关；F1、F2、抗折力和CLRI与茎粗、壁厚、质量密度、木质素含量和维管束结构正相关，而与茎长及部分群体性状负相关。

产量结果表明，四个生长季中以2018–2019生长季产量最高，2020–2021生长季最低。四年平均来看，与NU相比，CRUNU在低、中、高氮水平下分别增产4.47%、14.62%和3.12%，但仅在中氮水平下达显著差异。中氮CRUNU产量与高氮处理无显著差异，甚至高于高氮NU处理。YSI方面，NU、低氮CRUNU、中氮NU、中氮CRUNU、高氮NU和高氮CRUNU分别为68.16%、69.89%、65.05%、73.31%、62.59%和67.12%。CRUNU在三个施氮水平下的YSI均高于NU，CV均低于NU。NU在高氮水平下CV最高（7.70%），低氮水平下最低（3.04%）；CRUNU在高氮水平下CV最低（5.98%），中氮水平下产量变异最小（1.89%）。总体而言，两种氮肥类型在高氮水平下产量稳定性最低。回归分析显示，YSI随倒伏率增加而降低，CV随倒伏率增加而升高，表明高倒伏率群体的产量稳定性较差。

研究结论认为，CRUNU配合中氮施用量（180 kg ha⁻¹）在保持产量的同时提高抗倒伏能力，降低茎倒伏风险主要归因于改善群体抗倒伏力，这与基部第二节间更好的物理性状、化学组成和微观结构有关。因此，该策略可作为小麦生产中高效的氮肥管理措施。研究的科学价值在于揭示了氮肥类型和施氮量对小麦茎倒伏及产量稳定性的协同调控机制，尤其是基部第二节间木质素合成酶活性与维管束结构在其中的作用；应用价值在于为小麦生产中通过优化氮肥管理实现高产稳产和降低倒伏风险提供了具体依据。研究的亮点包括：采用控释尿素与普通尿素掺混这一新型氮肥管理方式，通过连续四年田间试验系统评估了其对倒伏和产量稳定性的长期效应，并利用改良的群体抗倒伏力测定装置和茎秆力学-化学-解剖结构多尺度分析揭示了机制。研究的局限性在于仅使用一个小麦品种，未来需在更多基因型中验证结论的普适性。