利用逻辑模型的临界点描述台湾稻株株高的生长

为何稻株高度与我们息息相关

稻米养活了超过一半的全球人口，台湾在育种与栽培上已有百年以上的经验。单株的长势看似微小，但高度会影响可收获的产量、抗倒伏的能力，以及农民决定施肥和灌溉时机的判断。本研究使用一种称为逻辑（Logistic）模型的数学生长曲线，将台湾产区数十年的株高记录转化为实用的指南，以便理解不同季节与品种的稻株如何生长。

跟随稻株的一生

研究者利用近百年中台湾中部的田间试验资料，涵盖在春季与秋季栽培的18个稻米品种。对每个品种和季节，他们从移栽后不久开始记录株高直到成熟。随后用一条“S”形曲线拟合这些数据，描述生长如何先缓后快，再在接近定植高度时逐渐趋缓。由此曲线提取出五个关键时间点，这些点与田间农民熟悉的生育阶段相对应：秧苗定植、分蘖开始、分蘖最有效期、抽穗分蘖转向穗形成（穗分化起始），以及抽穗期即穗颈露出。

春季与秋季的生长差异

通过比较两个季节的五个关键时点，团队发现秋稻通常比春稻更早经过各个生长阶段。平均而言，秋季作物达到最快生长速率及后续关键阶段的时间，比春季提早数天到超过一个月不等。尽管两季的最终株高相近——平均约110厘米——生长曲线的形状有所不同。秋稻不仅更早达到最高生长速率，且在峰值时的生长速度也略高。这意味着从秧苗稳固后到抽穗前的主要“增高”期，在秋季发生得更早且更为集中。

过去的高秆稻与近代的矮秆稻

历史记录也反映出育种目标随时间的转变。早期在台湾广泛栽培的多为籼稻类型，植株偏高——许多超过120厘米。高大的植株在风雨时更易倒伏，因穗重与茎秆高度导致屈倒。自20世纪中叶起，育种者引入了茎秆更结实、植株更矮的粳稻品种，以增强抗倒伏性并适应机械收割。分析证实了这一趋势：近代品种成熟时明显矮于过去，但其株高增长的时序与最高生长速率与早期高秆品系出奇地相近。换言之，育种降低了株高，却并未大幅改变通过关键发育阶段的时间点。

将曲线转化为田间决策

由于株高曲线的五个临界点对应实际的生育阶段，它们可用于精细化田间管理。当曲线达到与分蘖相关的早期加速点时，农民便可安排第一次追肥以支持新分蘖的爆发。随着曲线接近中点、标志着有效分蘖结束，精心的水分管理可促使根系更深更强。随后，当曲线进入与穗形成相关的阶段时，追加肥料有助于增加每穗的粒数。最后，在曲线接近顶端的抽穗期，保持较深的灌溉有利于将叶片中的糖分转移到灌浆的籽粒中。尽管逻辑模型无法涵盖所有生理细节，它提供了一种基于数据、可读稻株“生物钟”的简明方法。

这对稻米与农民意味着什么

本研究表明，相对简单的生长曲线能够将长期的株高测量转化为清晰的生育时间表。研究发现台湾秋稻倾向于生长更快并更早进入关键阶段，而现代育种培育出的矮壮品种在生长时序上并未发生重大改变。对于农民和农业顾问而言，这些见解有助于将施肥与灌溉更准确地匹配到植株的实际需求，从而提升产量与稳定性并减少浪费。就像稻米这样关键的农作物，了解它何时达到何种株高这一基本特征，能对粮食安全与可持续农业产生深远影响。

引用: Hsieh, CY., Chen, H., Wu, YC. et al. Using critical points of logistic model to describe the growth of rice plant height in Taiwan. Sci Rep 16, 10081 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41295-8

关键词: 稻米生长, 植株高度, 作物建模, 台湾农业, 逻辑曲线