跨生态区超高产品种产量受温度驱动的差异：通过氮素管理和品种选择的缓解

为何稻谷收成取决于高温与肥料

水稻养活了全球一半以上人口，因此即便是适度的产量变化也会影响粮价和粮食安全。本研究探讨为何相同的“超”杂交稻品种在中国相邻的两个地区表现出截然不同的产量，以及更明智的施肥与品种选择如何在气温升高时保护稻米产量。

两块田、相同稻、不同天气

研究人员对湖南省两个地点两年间种植的三种现代超高产品种进行了比较：龙辉（Longhui），一个较凉爽的山区，素以很高产著称；以及长沙（Changsha），一个较温暖的低地盆地，经常遭遇热胁迫。两处均采用相同的三种品种和四个氮肥水平，范围从不施氮到与或超过典型农户做法的重施氮。这样的设计使他们能够分离出温度、施氮和遗传性状如何共同影响最终谷物收成。

高温如何削减收成

尽管管理相同，龙辉的产量始终更高：2021年高约17%，2022年高约27%，超过长沙。主要原因是水稻生殖期的高温。在长沙，抽穗扬花期和灌浆期的温度更频繁超过35 °C，这一阈值已知会损伤稻花并缩短籽粒灌浆时间。结果，长沙的植株每穗形成的小花（小穗数）更少，能成熟为实粒的比例（结实率）较低，单粒重也略轻。相比之下，龙辉较凉且更稳定的气候支持更多的小穗、更高的结实率和更重的粒重，从而带来更大的收成。

浓密的叶片、强健的生长与氮的作用

研究还表明，较凉的地点使水稻能够积累更多的绿色“工厂”面积和生物量。龙辉植株的叶面积指数更高——单位地面上的叶面积更多——在抽穗到成熟期间积累了更多的干物质。该期作物生长速率通常明显领先于长沙，这意味着有更多的糖和淀粉用于灌浆。在长沙，更高的温度限制了叶片伸展和整体生长，使植株更偏“库重”: 它们相对于叶面积有很多籽粒但缺乏足够的光合能力将其灌满。氮肥在两地均有助益。中到高水平的氮提升了叶面积、植株生物量以及诸如小穗数和结实率等关键产量成分。重要的是，施氮可以将两地的产量差距从不施氮时超过40%缩小到施肥时约14–15%，在一定程度上弥补了高温造成的损失。

选择有韧性的超高产品种

并非所有超杂交稻对温度和氮的响应都相同。一种名为Y-liangyou-900的品种总体上产量最高，尤其在有利的较凉地点，通过产生大量生物量和大穗子表现优异；但其在更热环境中的表现下降更明显。另一品种Y-liangyou-1虽不总是达到最高产，但在不同地点和施肥水平间表现最为稳定。其生长速率和生物量随环境变化较小，使其在多变天气下更可靠。通过将田间测量与统计模型结合，作者发现成熟时的总干重、抽穗时的叶面积以及抽穗后生长速率等性状强烈影响了两地间的产量差异，因为这些性状支持更多的小穗和更高的结实率。

对未来稻田的启示

对非专业读者而言，核心信息很直接：当水稻关键发育阶段遇上高温时，收成可能大幅下降，即便是先进的高产品种也不例外。然而，农民与育种者并非束手无策。以恰当的速率施用氮并选择生长稳定、填粒性好的品种可抵消大量与高温相关的损失，而无需无限制地增加肥料使用。在气候变暖且类似长沙的地区，结合气候智能型氮管理与有韧性的超杂交稻品种，能够在限制环境影响的同时帮助保持粮食供应充足。

引用: Li, J., Zhang, X., Guo, Z. et al. Temperature-driven yield variation of super hybrid rice across ecological regions: mitigation by nitrogen management and genotype selection. Sci Rep 16, 7671 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35957-w

关键词: 水稻产量, 热胁迫, 氮肥, 杂交稻, 气候适应作物