降低播种密度并改变种植模式可以提高硬粒小麦的抗倒伏能力，同时保持产量

《Plant Production Science》：Reducing sowing density and changing the planting pattern increases the lodging resistance in durum wheat while maintaining yields

硬质小麦抗倒伏栽培技术研究显示，降低播种密度（4 vs 8 g/m2）可使穗节长度减少6.0%，干重/单位长度增加9.8%，同时撒播模式通过增大穗外径和转动惯量提升抗倒性达9.2%-19%。产量保持稳定（+8.6% kernel number/+3.9%千粒重），但2023年因水分过多导致穗数减少（-23%）和氮积累下降（-6 g/m2）。研究表明，适度稀植和撒播模式能有效协调抗倒与产量，但需注意排水防涝。

　　### 持续性干旱与高降雨地区的栽培挑战

在许多农业地区，特别是干旱地区，小麦种植面临着诸如倒伏、穗腐病和收获前发芽等多重挑战。这些病害和生理问题不仅影响作物的健康生长，还会对最终产量造成严重损害。倒伏是影响小麦产量和品质的重要因素之一，尤其在高降雨地区，如日本，由于降水充足，小麦更容易发生倒伏。然而，小麦品种的选择和栽培方法的优化对于缓解这些风险至关重要。在本研究中，我们探讨了降低播种密度和改变种植模式对小麦倒伏抗性以及产量的影响，旨在为高降雨地区的耐倒伏小麦栽培提供科学依据。

### 研究背景与意义

日本作为全球重要的小麦消费国之一，主要依赖进口供应其对小麦的需求。由于本地缺乏适合日本气候条件的耐倒伏小麦品种，且国外引进的品种往往成熟期较长，难以适应日本的种植周期，因此，小麦在该国的自给率几乎为零。近年来，科研人员致力于开发适应日本环境的耐倒伏小麦品种，例如‘Setodure’，这是一种早熟品种，能够在日本的生长条件下完成整个生命周期。然而，尽管‘Setodure’具有一定的适应性，它仍然表现出对穗腐病和收获前发芽的高度敏感性，尤其是在高降雨季节，这些病害的发生率显著上升。

因此，如何在不牺牲产量的前提下提高小麦的倒伏抗性，成为当前农业研究的重点。传统的栽培方法通常以高密度播种和行间种植为主，但这些方法可能导致植株间的竞争加剧，从而影响植株的生长形态，进而增加倒伏的风险。因此，研究者开始探索降低播种密度和改变种植模式的可行性，希望通过减少植株间的竞争，提高植株个体的稳定性，从而增强其对倒伏的抵抗能力。

### 降低播种密度与改变种植模式的效果

本研究在两个不同的实验田中进行了为期三年的田间试验，分别位于日本香川大学和香川县的下岛町。试验采用完全随机区组设计，结合两种播种密度（4或8克/平方米）和两种种植模式（行间种植与散播种植）。结果显示，降低播种密度能够显著缩短植株的下部节间长度，同时增加节间干重每单位长度。这表明，在减少植株数量的情况下，剩余植株的茎秆结构变得更加稳固，从而降低了倒伏的可能性。

此外，改变种植模式为散播种植的试验田，其节间干重每单位长度也显著增加，尽管节间长度没有明显变化。这种增加主要归因于茎秆外径的扩大，而外径的增加则提高了茎秆的抗弯能力，即面积惯性矩。因此，散播种植不仅提高了茎秆的物理强度，还可能改善植株间的光照分布，从而减少因竞争而导致的生长异常。

### 产量维持机制

尽管降低播种密度和改变种植模式可能会影响植株数量，从而对产量产生负面影响，但研究发现，这些措施在一定程度上能够维持甚至提高小麦的总产量。产量的维持主要依赖于两个因素：穗数和单穗粒数。当播种密度降低时，虽然穗数减少，但单穗粒数和千粒重却显著增加。这种现象被称为“补偿效应”，即通过提高单穗的生产力来弥补穗数的减少。

然而，这一补偿效应在不同小麦品种中的表现并不一致。例如，普通小麦通常能够通过增加穗数和粒数来维持产量，而耐倒伏小麦（如‘Setodure’）由于其生物学特性，例如每穗仅能产生2至3粒，其补偿能力相对较弱。因此，对于耐倒伏小麦而言，提高单穗粒数和千粒重是维持产量的关键策略。

### 环境因素的影响

在研究过程中，我们还观察到环境因素对试验结果的影响。例如，在2023/24年的实验中，由于降雨量显著增加，导致部分田块出现水涝现象，进而影响了植株的萌发率和分蘖数量。这种水涝不仅降低了植株的生长效率，还可能导致茎秆干重每单位长度的下降，从而削弱了其抗倒伏能力。因此，在高降雨地区，如何在播种密度和种植模式的选择上兼顾产量和抗倒伏性，成为研究的重点。

此外，不同年份的气候条件对试验结果也产生了影响。例如，在2021/22年，香川大学实验田的温度比正常气候条件高出约2°C，而降雨量则略低于正常水平。这种气候差异可能对植株的生长节奏和形态特征产生一定影响，但总体而言，降低播种密度和改变种植模式的效果较为稳定。在2022/23年，实验田的降雨量显著增加，但通过合理的种植方式，仍然能够维持较高的产量和较好的倒伏抗性。

### 未来研究方向

尽管本研究取得了一定的成果，但仍有多个方面需要进一步探讨。首先，需要明确不同播种密度和种植模式对茎秆结构的具体影响机制，特别是节间长度和节间干重每单位长度之间的关系。其次，应关注环境因素，如光照强度、降雨量和土壤条件，如何与播种密度和种植模式相互作用，从而影响倒伏抗性和产量。此外，还需进一步研究不同小麦品种对这些栽培措施的响应差异，以便为特定地区提供更精准的栽培建议。

最后，研究还指出，散播种植虽然在一定程度上提高了茎秆的抗倒伏能力，但由于播种不均匀，其效果可能因季节和地点的不同而有所波动。因此，未来的研究应关注如何优化散播种植的均匀性，以确保其在不同环境条件下的稳定性。同时，还需要探索如何在不牺牲产量的前提下，进一步提高茎秆的物理强度，例如通过调整氮肥施用时间和方式，以改善植株的营养状况。

综上所述，降低播种密度和改变种植模式是提高耐倒伏小麦抗性的重要手段，同时也能在一定程度上维持产量。然而，这些措施的效果受到多种因素的影响，包括气候条件、土壤状况以及品种特性。因此，未来的农业研究应更加注重多因素的综合分析，以制定更加科学和可持续的栽培策略。