摘 要：为明确豫南麻区广泛种植红麻品种中杂红368的抗倒伏性能，设置了5个种植密度处理，系统研究不同种植密度下中杂红368茎秆形态指标、力学特征及倒伏率的变化。结果表明：随着密度的增加，红麻的株高、重心高度和茎节总数先升高后降低，均在密度18万株/hm2时达最高，重心所在茎节、茎粗、地上部干物重、节间干物重、单位长度干物重、节间粗长比逐渐降低，茎节间长度逐渐升高；茎秆机械强度和穿刺强度逐渐降低；根倒率和站秆率下降，但茎倒率和折断率增加；倒伏率与株高、重心高度、茎节总数、重心所在茎节、外皮穿刺强度、地上部物重、节间干物重和单位长度干物重呈显著负相关关系，与茎节间长度呈显著正相关关系。株高、重心高度、茎粗、节间长度、茎粗长比和茎穿刺强度是评价红麻抗倒伏能力的重要指标，特别是节间长度和茎穿刺强度可在育种和生产中作为抗倒伏的重要参考指标。生产中密度尽量控制在18～21万株/hm2，以确保红麻的高产和稳产。
关键词：密度；红麻；茎秆性状；力学性状；抗倒伏性能
红麻（Hibiscus cannabinus L.）是一年生纤维类植物，具有耐旱、耐盐碱、耐贫瘠、速生、高产等特点，除传统的纺织用途外，还广泛应用于麻碳、麻塑、造纸、板材、医药、饲料、能源、环保等领域[1]。当前，中国红麻种植向岗岭薄地、荒漠化土地、重金属地、盐碱地和滩涂地等边际土地转移[1]。由于种植空间有限，单产提升成为产业发展的关键。合理密植是提高作物产量的重要栽培措施之一[2]，但倒伏的风险也随密度的增加而增加[3-4]，倒伏作为限制作物高产、稳产、优质、高效的重要因素之一[5]，不仅会造成植株损伤，加重病害，降低作物产量和影响产品品质，还会影响收获效率，增加收获难度和成本，制约机械化生产进程。对玉米[6]、小麦[7]、藜麦[8]和胡麻[9]等作物的研究表明，倒伏与作物自身的形态特征和力学性能有关，而种植密度显著影响了作物的形态特征、力学特性及倒伏性能。红麻株高一般可达到3~4m，高的可达6m以上，是典型的高秆类纤维作物[10]，倒伏的风险远大于矮秆作物，而种植密度对红麻的影响方面，前人研究主要集中在种植密度对红麻纤维产量、品质和主要经济性状方面[11-13]，对红麻的茎秆性状、力学特性及抗倒性能的研究报道较少。探索红麻在不同密度下的倒伏机制，优化密度管理，对于提高红麻的生产效率和经济效益具有重要意义。本文结合红麻的生长特征，分析不同种植密度对红麻茎秆性状、力学特征和抗倒伏性能的影响，旨在为红麻的高效栽培提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2021—2023年连续3年在信阳市农业科学院陆庙现代农业产业园种植（32°24'N，114°18'E），前茬光叶苕子。土壤养分情况：pH5.6、有机质25.32g/kg、碱解氮95.87mg/kg、有效磷14.21mg/kg、速效钾77.76mg/kg。红麻倒伏和气候有一定关系，特别是中后期倒伏极难恢复，会给产量造成不可逆的影响，3年试验期间的降水量和平均气温列举如下：
表1 2021—2023年4-9月降水量和平均气温
1.2 试验材料
品种：中杂红368，由中国农业科学院麻类研究所提供，为豫南麻区目前广泛种植的品种之一，主要优点为生长快，产量高，综合抗性强。
1.3 试验设计
红麻的种植密度因品种、种植方式、土壤肥力等因素而异，通常在18~30万株/hm2，生产上常采用种子撒播的方式，且管理粗放，最后的成苗数（有效株）在9~45万株/hm2。为确保试验的科学性和代表性，本试验设5个密度处理，依次为：M1 12万株/hm2、M2 18万株/hm2、M3 24万株/hm2、M4 30万株/hm2、M5 36万株/hm2。起垄条播，垄宽1.2m，垄面80cm，沟宽40cm，垄上双行，行距40cm，密度由株距调节，小区面积12m2。小区随机区组排列，3次重复。试验周边设保护行，田间管理措施同大田生产。
1.4 测定项目和方法
1.4.1 植株茎秆性状的测定及方法
株高、重心高度：于红麻工艺成熟期，在每小区随机取样10株，用卷尺在田间直接测量。株高为植株茎基部至植株生长点高度（m），重心高度为植株茎基部与其平衡支点之间的距离(cm)。平衡支点测定方法：首先固定两个高1m以上的三脚架，三脚架之间的距离在1～2m，将一根细铁丝两端固定在这两个三脚架顶上，绷直，然后将麻株含叶横放在铁丝上，前后挪动使麻株平衡，量出平衡点，以此点为中心测量茎基、茎梢各自的距离，并计算出各自的相对位置，此点到茎基部的高度为重心高度。
茎粗：工艺成熟期用游标卡尺测定红麻株高1/3处茎粗，代表平均茎粗[14]，精确到0.01mm。
称单株干重；数红麻茎节总数、重心高度所在茎节。计算平均节间长度、茎节间粗长比、节间干物重、单位长度干物重、重心以下节间长度。
茎节间长度=株高/茎节总数；茎节粗长比=平均节间粗/平均节间长；节间干物重=单株干物重/红麻茎节总数；单位长度干物重=节间干物重/节间长度；重心以下节间长度=重心高度/重心所在茎节数。
1.4.2 倒伏程度和面积的测定
记录各处理生育后期实际倒伏的发生程度和株数，计算根倒率（%）、茎倒率（%）、折断率（%）和站杆率（%）。记录一般在生育后期雨后3d进行。
1.4.3 工艺成熟期茎秆机械强度的测定
红麻工艺成熟期，在每小区随机取样10株，用数字式测力仪（浙江托普仪器有限公司生产的YYD-1型）测株高1/3处外皮穿刺强度（茎秆节间中部穿透茎秆表皮的最大值）和弯折强度（茎秆折断最大值）。外皮穿刺强度（茎秆节间中部穿透茎秆表皮的最大值）和弯折强度（茎秆折断最大值）的测定，是基于田间倒伏现象的发生而启动的针对性机制研究。2021年所有处理均未观察到倒伏。2022年仍未发生倒伏，为揭示其生物力学成因，开始对当年及此后年份的茎秆样本进行机械强度测试。希望通过这项测定反映在可能或实际发生倒伏的环境条件下，各处理间茎秆力学性能的差异。
1.5 数据分析与处理
利用WPS 2019和SAS 8.0软件对试验数据进行处理和统计分析。
2 结果与分析
2.1 种植密度对红麻茎秆性状的影响
2.1.1 种植密度对红麻株高、重心高度和茎节数等性状的影响
红麻的株高、重心高度和茎节总数均随着种植密度的增加先升高后降低（表2），表现为M2>M1>M3>M4>M5，其中，M5处理的株高、重心高度和茎节总数和M1、M2比差异达到显著水平，较M2处理分别降低了51.0、18.0cm和18.8个，和M3、M4相比差异不显著。重心所在茎节随密度的增加逐渐减少（表1），M5和M1比降了6.7个茎节(22.0%)，达显著水平，密度每增加6万株/hm2，平均下降了1.68个茎节。
表2 不同种植密度下红麻株高和重心高度的变化
注：表中数据为2021—2023年3年数据的平均值。同列不同小写字母表示处理间差异显著（p<0.05）。下同
2.1.2 种植密度对红麻节间长、节间粗和节间粗长比的影响
由表3可见，在红麻茎秆性状上，M1与M2处理效果一致，均表现为茎节较短、节间较粗、粗长比高、重心以下节间短，且两者在各指标上均无显著差异，但与M5处理存在显著差异。M3与M4处理在各指标上亦无显著差异，表现为稳定的过渡状态，其节间长度与节间粗与M1、M2及M5均无显著差异，但其粗长比显著低于M1、M2而高于M5，其重心以下节间长度则显著长于M1而短于M5。红麻的茎节间长度和重心以下节间长度均随密度的增加而增加，M5的茎节间长度和重心以下节间长度较M1分别增加0.58、1.51cm，密度每增加6万株/hm2，红麻的茎节间长度和重心以下节间长度分别平均增加0.14、0.38cm。节间粗和节间粗长比随密度的增加而降低，其中，M5的节间粗和节间粗长比较M1降低了2.79mm和0.091，密度每增加6万株/hm2，红麻的节间粗和节间粗长比平均降低0.70mm和0.023。同一密度下的重心以下节间长度大于整株平均，且随着密度的增加，变化幅度也大于整株平均，表明密度增加对重心以下的红麻茎节间影响较大。
表3 不同种植密度下红麻节间性状的变化
2.1.3 种植密度对红麻干物质累积的影响
随着种植密度的增加，红麻的地上部干物质重、节间干物质重、单位长度干物质重均逐渐下降（表4），与M1相比，M2、M3、M4和M5的地上部干物质重分别降低12.5、24.0、26.6、42.9g/株，节间干物质分别降低0.132、0.166、0.182、0.289g/节，单位长度干物重分别降低了0.030、0.049、0.054、0.082g/cm，密度每增加6万株/hm2，地上部干物重、节间干物重和单位长度干物重平均降低10.7g/株、0.072g/节和0.021g/cm。
表4 不同种植密度下红麻节间干物质的变化
2.2 种植密度对红麻茎秆机械强度和抗倒性能的影响
2.2.1 种植密度对红麻茎秆机械强度的影响
随着密度的增加，红麻同一位置的弯折强度和茎穿刺强度逐渐下降（表5），M5与M1、M2、M3、M4相比，弯折强度分别下降了19.7%、14.0%、3.2%和1.8%，茎穿刺强度分别降低了19.5%、17.2%、12.5%和9.4%，弯折强度M1和M2之间不显著，但显著高于其他3个处理，茎穿刺强度M5处理显著低于前4个处理，密度每增加6万株/hm2，弯折强度和茎穿刺强度平均降低21.83、1.40N。
表5 不同种植密度下红麻机械强度的变化
注：表中数据为2021—2022年2年数据的平均。
2.2.2 种植密度对红麻倒伏情况的影响
随着种植密度的增加，根倒率和站杆率均逐渐降低，而茎倒率和折断率逐渐升高，总的倒伏率也逐渐升高（表6）。密度每增加6万株/hm2，根倒率和站杆率分别平均降低1.56%和8.59%，茎倒率、折断率和总倒伏率平均增加9.32%、0.83%和8.359%。
表6 不同种植密度下红麻倒伏率和倒伏指数的变化
注：表中数据为2023年数据，2021年和2022年红麻未倒伏。
2.3 红麻种植密度与茎秆性状、机械强度和倒伏率的相关分析
种植密度与茎秆性状、机械强度和倒伏率的相关性分析表明（表7）：种植密度与红麻的茎秆性状、机械强度和倒伏性能均表现为显著或极显著相关，其中，种植密度除和茎节间长度、茎倒率、折断率和总倒伏率呈显著正相关外，和其他茎秆性状和机械强度均呈显著负相关。根倒率和站杆率与除茎节间长度外的其他茎秆性状和机械强度均呈正相关关系，茎倒率、折断率和总倒伏率与除茎节间长度外的其他茎秆性状和机械强度均呈负相关关系；茎秆性状中，弯折强度和茎外皮穿刺强度均与茎节间长度呈显著负相关，茎外皮穿刺强度与除茎节间长度外的所有茎秆性状均呈显著或极显著正相关，而弯折强度仅与重心所在茎节、节间粗长比、单株干物重、节间干物重和单位长度干物重呈显著正相关，且茎外皮穿刺强度与茎秆性状的相关系数均大于弯折强度与茎秆性状的相关系数，说明茎外皮穿刺强度和茎秆性状的相关度更高，评价红麻抗倒伏能力更有说服力。此外，茎节间长度与红麻的茎秆性状和机械强度均呈显著或极显著负相关，在抗倒伏评价中也起着至关重要的作用。
表7 红麻茎秆性状、力学特性和倒伏率的相关性
备注：x1代表株高；x2代表重心高度；x3代表茎节总数；x4代表重心所在茎节；x5代表茎节间长度；x6代表茎粗；x7代表节间粗长比；x8代表单株干物重；x9代表节间干物重；x10代表单位长度干物重；x11代表弯折强度；x12代表茎穿刺强度；x13代表根倒率%；x14代表茎倒率%；x15代表折断率%；x16代表站杆率%；x17代表总倒伏率%；y代表种植密。“*”和“**”分别表示两考察指标间相关（p<0.05）或极相关（p<0.01）。
3 讨论
红麻植株高大、叶层较多[15]，旺长前后，茎秆充实度不够，植株的负荷较大，茎秆承受的压力也较大，遭遇强对流天气，极易倒伏[4]。导致作物倒伏的原因有很多，不仅受气候环境影响，作物自身遗传特性及栽培措施也是重要因素[3]，密度过大是栽培措施中的主要原因之一[16]。大量研究表明，随着种植密度的增加，作物的植株形态和茎秆抗倒伏能力发生变化，虽然作物不同，株高和重心高度的变化不同[2,6,17-18]，但总体表现为茎秆变细，干物质累积量减少，抗折力下降[2-3,19]。本试验中，随着密度的增加，红麻株高和重心高度先升高后降低，茎粗、地上部干物重、节间干物重、单位长度干物重、节间粗长比逐渐减低，茎节间长度逐渐升高，这与郑迎霞等[6]和凌莉等[20]在玉米上的研究结论相似，茎节总数逐渐减少（密度>18万株/hm2）与林海波等[21]对大豆的研究结论类似；根倒率和站杆率下降，但茎倒率和折断率增加，与杨治伟等[9]在胡麻中的研究结果相似；红麻茎秆弯折强度和外皮穿刺强度逐渐降低，和张永平等[8]在藜麦中的研究相同；重心越高，抗倒性越差，与周文银等[18]在小麦上的研究一致。可见种植密度对倒伏的影响在不同的作物中基本一致。
张勇等[22]对160份大豆资源进行鉴定发现，不倒伏群体的表型性状表现为：茎秆强度强、株高偏矮、重心高度低、节间长度短。鲁晓民等[23]对不同密度下玉米的抗倒性研究也表明，株高较低、基部节间长度较短，茎粗、粗长比和茎穿刺强度较大的品种抗倒伏性强。因此，株高、重心高度、茎粗、节间长度、粗长比和茎穿刺强度等可作为反映红麻抗倒伏能力的重要指标。本试验中，株高、重心高度、茎粗、粗长比和茎穿刺强度和倒伏率呈显著负相关关系，节间长度和倒伏率呈显著正相关关系，说明株高和重心高度低、节间长度短、粗长比和茎外皮穿刺强度较大、茎粗较粗的情况下红麻更抗倒。
本试验中，红麻的株高和重心高度先升高后降低，在密度18万株/hm2时达到最高，超过18万株/hm2，株高随密度增加逐渐降低，在拓宽了密度范围情况下，仍与吕玉虎等[13]的研究结论一致。林海波等[21]和郑迎霞等[6]在大豆和玉米上的研究表明，重心高度随着密度的增加而增加，这和本文的研究结论不同，而周文银等[18]在小麦上的研究表明，重心高度随密度的增加先增加后降低，这和本试验的研究结论一致。这可能与作物自身的遗传特性、环境适应性和田间管理措施等有关。本试验还发现，随密度增加，红麻株高及绝对重心高度虽呈下降趋势，但其重心相对位置（重心高度/株高）却明显上升。数据显示，密度从12万株/hm2升至36万株/hm2时，重心相对位置升高了1.57%，相当于密度每增加6万株/hm2,相对位置增高0.39%。这表明植株的结构趋于“头重脚轻”，显著增大了茎秆基部的倾倒力矩[24]，从而削弱了植株的整体稳定性。与此同时，在高密度条件下，红麻茎秆因资源竞争加剧而明显变细，单株及节间干物质积累不足，导致茎秆机械强度显著下降。因此，在外界风雨等外力作用下，强度已然劣化的茎秆难以承受因重心相对位置上移而增大的倾倒力矩，最终导致倒伏率随种植密度上升而增加。
水稻的节间长度越短，抗倒伏能力越强[25]，谭石林等[15]在红麻植株形态性状与倒伏关系中也发现，红麻的茎节间长度超过5.0cm的品种不抗倒。本试验中，当密度>30万株/hm2时，平均茎节间长度超过5.0cm，随密度增加，节间长度持续变长，因此，为减少倒伏率的发生，生产中建议密度控制在30万株/hm2以下。前人[11,26-27]研究表明，密度控制在18~27万株/hm2时可获得更高的纤维产量，结合中杂红368本身栽培特征[28]，可把密度控制在18~21万株/hm2。
红麻的倒伏率与株高、重心高度、茎节总数、重心所在茎节、外皮穿刺强度、地上部物重、节间干物重、单位长度干物重和茎节间长度均显著相关。这表明种植密度主要通过影响红麻茎秆的形态特性、干物质累积量和机械强度来影响红麻的抗倒伏能力[18]。随着密度的增加，红麻茎秆变得细长，单位长度干物重变少，茎秆的机械强度降低，从而增加了倒伏的风险。同时，密度增加也导致了红麻株高降低、茎节总数减少、重心下移，这在一定程度上有助于提高红麻整体的平衡性和稳定性，但是，单位长度干物重的变少和茎节间长度的变长，特别是重心以下节间长度的变长，在一定程度上抵消了该优势。因此，生产中建议根据当地气候特点和所选品种自身特征特性进行合理密植，选择茎秆柔韧性强、重心低、节间长度短，适合密植的品种，以有效提高抗倒伏能力，确保红麻获得高产和稳产。
针对本研究中所用数据呈现方式不一致问题，主要是基于各性状表达的稳定性和环境特异性而选择的。本研究对茎秆形态性状进行了连续3年的系统观测，以评估栽培措施的长期效应。而茎秆机械性状的测定则采取了更有针对性的策略，2021年气候适宜，各处理均未发生倒伏，表明在理想条件下机械强度未成为限制成因；2022年生长后期遭遇干旱，植株虽未倒伏，但形态变化提示有必要探究其内在力学响应，因此自该年起系统开展了茎秆强度测定；2023年降雨增多引发倒伏，这些力学数据为解析倒伏成因提供了关键依据。因此，机械性状采用2022―2023两年的平均值，更能反映在旱、涝条件下各处理间真实的抗倒伏性能差异。倒伏仅发生在第3年，这突显了水分模式年际变异的主导作用。2021年水分均衡，植株在形态与生理上达成较优平衡，茎秆结构强健，足以抵御常规风雨。2022年中后期干旱少雨，可能对红麻整体生长产生了一定的抑制作用，诱导红麻茎秆木质化增强与节间缩短，从而提升了单位机械强度，因此在无强风雨条件下未发生倒伏。2023年雨量充沛，尤其是生长后期持续强降雨，导致土壤松软、根系固着力下降、茎秆充水软化，同时前期旺盛生长使植株重心升高，最终在风雨叠加作用下发生倒伏。该结果表明，本研究所采用的种植模式和品种在正常或干旱年份抗倒伏效果很好，但在极端湿润条件下仍显脆弱。这警示我们，农业技术适应性必须充分考虑气候变化，特别是低频高强度的极端天气事件。未来研究可聚焦于通过品种改良、水肥管理优化、关键农艺落实和生长调节剂使用等措施，提升该试验结论在全气候条件下的稳定性。
4 结论
在本试验设定的密度范围内，随着密度的增加，中杂红368的株高、重心高度和茎节总数先升高后降低，在18万株/hm2密度时达到最大值；茎粗、节间粗长比、单株干物重、节间干物重、单位节间干物重、弯折强度、茎穿刺强度和站秆率均逐渐降低，均在36万株/hm2密度下降至最低值，而节间长度逐渐增加，在36万株/hm2密度下达最高值。红麻的倒伏率与节间长度呈显著正相关，与其他茎秆性状和机械强度呈负相关。经过对比和相关性分析，株高、重心高度、茎粗、节间长度、茎粗长比和茎穿刺强度可作为评价红麻抗倒伏能力的重要指标。本试验中，随着密度的增加，红麻茎节间明显增长，茎粗变细，节间干物质量减少，节间粗长比变小，弯折强度和穿刺强度降低，导致红麻植株抗倒伏能力急剧下降，倒伏率增加，而且，当密度达30万株/hm2时，红麻的茎节间长度超过5.02cm，不符合抗倒伏的标准，结合前人研究结论，生产上建议把密度控制在18～21万株/hm2，以达到高产、优质、多抗的效果。
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文章摘自：张丽霞，史鹏飞，刘耀，程捷，张琳，丁丽，杜光辉，聂良鹏，吕玉虎，杨光，李梅，陈应霞，汪丽平，凌敬伟，丁迎欣，张威．种植密度对红麻品种中杂红368抗倒伏性能的影响[J/OL]．中国麻业科学.https://link.cnki.net/urlid/43.1467.S.20260211.1901.010
