在中国热带地区，氮素管理不当与高种植密度会破坏光照分布和支撑根系的发育，从而加剧夏季甜玉米的根倒伏现象

《Field Crops Research》：Split nitrogen management and high planting density exacerbate root lodging in summer sweet corn by disrupting light distribution and brace root development in tropical China

甜玉米抗倒伏机制研究：分次施氮与密植对光分布、根系分化及根-冠互作的影响。采用三季田间试验，分析不同氮肥（BN200、SN200、SN150）和种植密度（D20、D25、D30）下，冠层光分布、根系分化和根-冠互作对倒伏率（增加10%-12.1%）的影响。发现密植导致下层冠层光照受限，抑制基节发育；分次施氮通过内源激素调控，促进茎部纤维素和木质素积累，但高密度下根冠失衡加剧倒伏。上层冠层光照优化可维持光合效率，部分抵消倒伏产量损失。

　　在热带中国地区，甜玉米（Zea mays L.）作为一种重要的经济作物，其种植面积已达到20万公顷，占全国总产量的50%。然而，甜玉米生产面临着严峻的挑战，尤其是在夏季生长期间，由于台风和高温等极端气候条件，茎秆和根部倒伏问题尤为突出。这种倒伏不仅影响作物的生长状态，还可能造成严重的产量损失。为了应对这一问题，许多农户采用“分氮施肥”与“密植”相结合的种植策略，以期提高产量。然而，这一策略在实际应用中也暴露出一些潜在的风险，尤其是在根部倒伏方面的表现。

本研究旨在深入探讨甜玉米在不同氮肥管理方式和种植密度条件下，其根系抗倒伏能力的变化机制。研究从冠层结构、根系分化、根系形态以及根与茎的相互作用等多个方面入手，分析这些因素如何影响甜玉米的抗倒伏能力。同时，研究还关注氮肥管理对光分布和光合性能的影响，以及这些因素如何共同作用，影响作物的最终产量。通过系统的田间试验，研究人员希望为甜玉米在热带地区的高产抗倒栽培提供科学依据。

甜玉米是一种对肥料需求较高的作物，尤其对氮肥的依赖性较强。在整个生长周期中，甜玉米都需要持续的营养供应，而氮肥是其中最为关键的元素之一。然而，当前的氮肥使用方式存在一定的问题。据统计，超过一半的施用氮肥被作物吸收利用，其余则通过挥发、硝化或淋溶等方式损失。因此，如何提高氮肥的利用效率，减少其对环境的负面影响，同时确保作物的正常生长，成为农业研究的重要课题。

在北方地区，分氮施肥已经被广泛应用于小麦-玉米轮作系统中。这种施肥方式通常将氮肥分为基肥和追肥两部分，以满足作物在不同生长阶段对养分的需求。北方地区的夏季生长季节平均温度在23-25℃，降水量在600-800毫米之间，这些条件为玉米的生长提供了较为适宜的环境。然而，在热带中国地区，夏季生长季节的平均温度和降水量显著高于北方，分别达到28-30℃和1000-1500毫米。这种高温高湿的环境对甜玉米的生长提出了更高的要求，也使得倒伏问题更加复杂。

研究发现，分氮施肥与密植相结合的种植策略虽然在某些条件下能够提高甜玉米的产量，但同时也增加了根部倒伏的风险。具体而言，这种策略导致甜玉米的根系倒伏率提高了10%-12.1%。研究进一步分析了这一现象背后的多种因素，包括冠层结构对光分布的影响、根系分化与形态的变化，以及根与茎之间的相互作用。

首先，冠层结构对光分布具有显著影响。冠层的密集程度会改变光的穿透性，进而影响植株的光合效率。研究指出，在密植条件下，冠层的下层光合有效辐射（PAR）减少，这会限制植株基部茎节的发育。基部茎节的发育对于增强植株的抗倒伏能力至关重要，因为它们是支撑整个植株的重要结构。因此，密植和分氮施肥的结合可能会导致基部茎节发育受限，从而降低植株的抗倒伏能力。

其次，分氮施肥可能会影响根系的分化和形态。根系分化受到植物体内内源激素网络的调控，包括生长素（IAA）、细胞分裂素（CK）、脱落酸（ABA）和茉莉酸甲酯（JA-me）等。这些激素在不同生长阶段的合成和运输会对根系的发育产生重要影响。研究发现，在分氮施肥条件下，冠根的发育可能会被促进，而支撑根的发育则受到限制。这种根系分化和形态的不平衡可能进一步加剧植株的倒伏风险。

第三，根与茎之间的相互作用对植株的抗倒伏能力也有重要影响。根系不仅负责吸收水分和养分，还通过其物理结构支撑植株。研究表明，植株的根系与茎之间的干物质分配和积累是影响抗倒伏能力的重要因素。在分氮施肥和密植的条件下，植株可能会将更多的干物质分配到上部器官，如叶片和穗部，而根系的干物质积累则相对减少。这种干物质分配的不平衡可能削弱根系对植株的支撑作用，进而增加倒伏的可能性。

此外，研究还发现，分氮施肥能够显著提高甜玉米穗部叶片的光合性能。这主要体现在上层和中层冠层的光吸收能力增强，从而提高了植株的整体光合效率。较高的光合性能意味着植株能够更有效地进行光合作用，产生更多的干物质，进而维持较高的群体产量。这种群体产量的提高可以在一定程度上弥补由于根部倒伏导致的产量损失。然而，这一增产效果的前提是根系的发育和支撑能力必须保持在合理水平，否则可能无法实现预期的增产目标。

研究还指出，甜玉米的根系结构和分化能力在不同氮肥管理方式和种植密度条件下表现出显著差异。在高密度种植和分氮施肥的条件下，甜玉米的根系可能更倾向于发展冠根，而支撑根的形成则受到抑制。这种根系结构的变化可能影响植株的稳定性，尤其是在强风和高温等极端气候条件下，植株更容易发生倒伏。因此，如何在保证产量的同时，优化氮肥管理方式和种植密度，以增强甜玉米的抗倒伏能力，成为研究的重要方向。

本研究的实验设计采用了三种不同的氮肥管理方式和三种不同的种植密度，进行了为期两年的田间试验。实验地点位于海南省三亚市崖州区的研究所试验田，该地区的土壤类型为红壤，其基本理化性质包括pH值6.73，有机质含量1.22%，碱解氮含量62.44毫克/千克，速效磷含量未明确给出。实验过程中，研究人员对冠层结构、光分布、光合性能以及根系分化和形态等指标进行了系统的测量和分析。

在光分布和光合性能方面，研究发现，不同的氮肥管理方式和种植密度会对甜玉米的光分布和光合性能产生显著影响。在密植条件下，冠层的下层光合有效辐射减少，这可能限制植株基部茎节的发育。而在分氮施肥的条件下，尤其是在收获期，穗部叶片的SPAD值和氮含量显著提高，这表明光合性能得到了增强。这种增强的光合性能有助于维持较高的群体产量，从而在一定程度上弥补由于根部倒伏造成的产量损失。

在根系分化和形态方面，研究发现，分氮施肥和密植的结合会导致根系分化和形态的不平衡。具体而言，分氮施肥可能促进冠根的发育，而抑制支撑根的形成。这种根系结构的变化可能会影响植株的稳定性，尤其是在高温和强风条件下，植株更容易发生倒伏。此外，根系与茎之间的相互作用也受到氮肥管理方式和种植密度的影响。研究指出，较高的根系与茎之间的干物质分配比例与植株的抗倒伏能力呈正相关。因此，如何在保证产量的同时，优化根系与茎的干物质分配比例，成为提高甜玉米抗倒伏能力的关键。

研究还强调了内源激素在根系分化和形态调控中的作用。内源激素如生长素、细胞分裂素、脱落酸和茉莉酸甲酯等，通过调节根系的生长和分化，影响植株的稳定性。在分氮施肥和密植的条件下，这些激素的合成和运输可能会发生变化，从而影响根系的发育。例如，生长素的增加可能会促进冠根的形成，而脱落酸的增加可能会抑制支撑根的发育。这种激素调控的不平衡可能会进一步加剧植株的倒伏风险。

此外，研究还探讨了不同氮肥管理方式和种植密度对甜玉米产量的影响。在分氮施肥和密植的条件下，虽然群体产量可能有所提高，但根部倒伏的风险也随之增加。因此，如何在提高产量的同时，降低倒伏风险，成为本研究的核心问题。研究指出，合理的氮肥管理方式和种植密度是实现这一目标的关键。例如，适当减少氮肥的施用量，或者调整施肥的时间和方式，可能会在一定程度上缓解倒伏问题。

在实际应用中，分氮施肥和密植的结合策略虽然能够提高产量，但也需要考虑到其对植株抗倒伏能力的潜在影响。特别是在热带中国地区，高温和强风等极端气候条件可能会加剧倒伏问题。因此，研究人员建议，在制定氮肥管理方案和种植密度时，应充分考虑当地的气候条件和土壤特性，以确保作物的健康生长和稳定产量。

本研究的结果表明，分氮施肥和密植的结合策略在提高甜玉米产量的同时，也增加了根部倒伏的风险。因此，未来的研究需要进一步探索如何优化氮肥管理方式和种植密度，以实现产量与抗倒伏能力的平衡。此外，研究还指出，甜玉米的根系分化和形态变化与内源激素的代谢密切相关，因此，调控这些激素的合成和运输可能成为提高植株抗倒伏能力的新途径。

总之，甜玉米在热带中国地区的种植面临诸多挑战，尤其是根部倒伏问题。通过分析氮肥管理方式和种植密度对冠层结构、光分布、光合性能以及根系分化和形态的影响，本研究为提高甜玉米的抗倒伏能力提供了科学依据。未来的研究应进一步探索如何在保证产量的同时，优化氮肥管理方式和种植密度，以实现可持续的高产栽培。