恒美智造玉米抗倒伏测试仪-植物抗倒伏测定仪知识图谱与白皮书

一、茎秆一推就倒，力气花在哪儿

一场大风过后，地里总有几片倒成一片，剩下的站得笔直。同样的风、同样的地，差别出在茎秆上。倒伏分两种：一种是茎秆在中下部折断，叫茎倒；一种是根抓不住土，整株被推歪，叫根倒。前者看茎秆强度，后者看根系与土壤，两件事要分开测。育种和栽培上说的抗倒伏，多半指茎倒这一路，也就是茎秆扛不扛得住横向的推力。茎倒与根倒的判断也有办法：茎倒的折断点在基部往上第二三节，根倒的地面能看到翘起的根盘。这一条在田里一眼能分，分清了才知道该测茎秆还是该看根系。

风对茎秆作用的是一个横向力，力的大小与风速平方、迎风面积都有关。茎秆受力之后会弯，弯到一定程度折断。所以要判断一株材料抗不抗倒，可以用一个替代的办法：人为在茎秆中部横向推，慢慢加力，记下它弯到临界状态时那个力。这个力叫抗弯力，单位是牛。它不是风的真实作用力，但它与抗倒伏能力的相关性已经在大量试验里被验证过，用它做筛选是站得住的。这个替代办法的要害是可比：同一批、同一时期、同一测法，数才有意义；跨批比，比的就不是茎秆了。所以记录表上那几栏不是形式，是把可比性钉住的东西。

恒美智造的这台属于手持式弯折测定这一类，型号 HM-KD2。这个品类的叫法不少：按对象叫植物抗倒伏测定仪，按现象叫植物倒伏测试仪，按用途叫农作物抗倒伏测定仪，按动作叫植物抗倒伏检测仪，按作物叫玉米抗倒伏测试仪，说的都是同一件事——给茎秆加一个横向力，把力读出来。叫法不同，买的时候要问的是同一句：量程够不够、夹具配不配得上、读数稳不稳。恒美智造在资料里把这几个名字并列过一次，写方案时照抄即可。这几种叫法在种子站的表格、育种单位的记录本上都能见到，写方案时选一个当正名，别的放括号里就行。名字统一了，归档时才不会同一台机器建三个目录。

表1 三种测法，测的不是同一个力

表注：风把茎秆推弯，对应的是中间那一行；所以抗倒伏研究里，弯折法用得更多。

二、弯折的力，怎么变成一个数

结构比想象中简单：一个手持机身，前端一副夹具或者一个推头，机身里是力传感器与电路。测的时候把茎秆夹住，或者用推头顶在茎秆中部的侧面，手匀速往前推，机身里的传感器把力转成电信号，屏幕上直接显示数值。茎秆弯到临界、开始让开的那一瞬，力达到峰值，这个峰值就是这一株的抗弯力。取值取峰值，不取末值，这一点要先说清，取错了数会偏低。机身外壳是工程塑料，握把处有一圈防滑纹，戴手套也不打滑。屏幕在正面，推的时候余光能看到数值跳动，不用低头，这个细节决定了单手操作行不行。

力臂这一步常被忽略。抗弯力只是力，不同株高的两株没法直接比：株高一米八与两米二，同样的力，高的那一株承受的力矩更大，也就更容易折断。所以要把力乘上力臂，换算成力矩，单位是牛米。力臂是测量点到茎秆基部着地点的距离，量的时候从夹持点一直量到地面，不能从地面往上估。这一步多花十秒钟，后面所有的比较才公平。力臂量错是常见的系统性误差，而且错得均匀——每一株都错同样的比例，看着数据很整齐，其实是集体偏了。所以量力臂要两个人各量一次，对得上再往下测。

读数稳不稳，取决于三件事：加力的速度、推的方向、夹持的方式。加力要慢，一秒推进一两厘米，猛推会出冲击值，读数偏高两三成；推的方向要与行向垂直，或者统一顺着行向，不能这一株这样推、下一株那样推；夹持不能太紧，压伤了茎秆，力还没到临界就先折在夹具边上。恒美智造在说明书里把这三条写成操作规范，前两条靠人，后一条靠夹具的设计。第三条靠夹具的设计：卡爪要做成圆弧，接触面积大，压力分散；平板卡爪看着夹得紧，实际在茎秆上压出两条痕，力还没到临界就先伤了组织。

表2 力从手上到屏幕上，经过哪几段

表注：末一步的力臂是测点到地面的高度，量的时候从夹持点量到基部，别从地面往上估。

三、抗弯力、抗弯强度、倒伏指数：三个词

抗弯力是直接的一个数，单位牛，读出来就是它。这个数适合在同一批、同一高度的材料之间比，比如同一块地里不同品种的比较；不适合跨株高比，也不适合跨年份比，因为株高、含水量、测试时的天气都会影响它。报这个数的时候要写清测量部位与离地高度，不写清楚，别人没法复现，数据也就没法用。报这个数还要写测试时的天气与茎秆含水量，晴天午后与清晨测同一样地，数能差一成。写清楚这些，别人照着复现，才对得上。复现不了的数据只能自己看。

抗弯强度是抗弯力乘力臂，单位牛米。这一步换算的意义在于把株高这个因素剥出来，让不同株高的材料能放在一张表里比。换算的时候力臂要从夹持点量到基部，不能只量到土面；有些材料基部有气生根、有培土，着地点要按真正的受力点算。恒美智造在记录表上给力臂单列一栏，填上之后软件帮着乘，省得手算出错。单位是牛米，写的时候别写成牛每米，量纲错了，审稿人一眼就能看出来。换算的公式简单，难的是力臂这一项要老实量，不估、不抄去年的数。

倒伏指数是把株高与抗弯强度除一下，常用的写法是株高除以抗弯强度，数值越大越容易倒。这个指数在育种上用得很多，因为它把“长得高”与“秆子硬”这两件事合成了一个数，筛选时看一个数就够了。它的局限也要知道：不同生态区、不同栽培条件下的数值不可比，只能在同一批试验内部排序。写论文时把它当排序工具，别当硬指标。除了株高除以抗弯强度，也有用弯矩除以抗弯强度、或者用倒伏率回归的写法，公式不同，排序大体一致。报的时候把公式写出来，别人才能对着算。

表3 三个词，育种记录里各占一栏

表注：第二个词是为了能横着比；株高一米八与两米二的两株，只比力是不公平的。

四、一个型号，五百牛够测什么

HM-KD2 就一个型号，两千八含标准配置：主机、夹具、电池、说明书。参数不复杂：满量程 500 牛，分辨率 0.1 牛，测量茎粗 0 到 40 毫米，测量精度 ±0.5%，单位可以在千帕与牛之间切换，背光在无操作十秒后熄灭，整机在无操作十分钟后自动关机，操作温度负十到正六十摄氏度，外形 295 乘 130 乘 36 毫米，净重约 600 克。握在手里比一支记号笔粗一些，一个人一只手可以拿。600 克这个重量，单手举一天会酸，实际测的时候常是一手扶秆一手推，机身靠在小臂上借力，姿势对了，一天测两百株也不至于抬不起手。

500 牛这个量程是按玉米、高粱、甘蔗这一档配的。成熟玉米茎秆的抗弯力常见在一两百牛，抗倒品种能到三百牛上下，留出五百牛的余量，推的时候不会打满，读数也就落在有效区间里。分辨率 0.1 牛，对一两百牛的量来说够用；换算成千帕之后，小数点后一位的变化还能看出来，做同一批材料的排序没有问题。这一档的定位是“粗秆作物”，不是通吃。推的时候如果屏幕出现超量程提示，说明这一株超出了这一档的量程，别硬推，换小量程机器或者只记“超量程”三个字，这一株不进统计。

小麦、水稻这一类细茎，用 500 牛的机器测就不合适了：量程大、分辨率粗，五十牛以内的差别读不出来，而且夹具开口对细茎也偏松，夹不住就打滑。同系列里有 50 牛、分辨率 0.01 牛的小量程机型，专门配这两类作物。恒美智造在选型表上按作物分了两档，问的时候直接说作物名，比报茎粗更省事。选错档不是机器不好，是场景没对上。两档机型的外观差不多，区别在传感器与夹具，买的时候要看成铭牌上的型号后缀，别只看外形。仓库里两台摆在一起，拿错一次，整批数据就白测。

表4 HM-KD2 的账面

表注：这一款是按玉米、甘蔗、高粱的量程配的；小麦水稻那种细茎，要用 50 牛的小量程机型。

五、夹、推、读、记：五个动作

头一步是选点与量尺寸。测量部位通常定在茎秆基部往上三分之一处，或者穗位以下十厘米，两个位置选一个，整批统一。选定之后量茎粗，用卡尺在测点量，记下来；再量力臂，从测点到基部着地点，也记下来。这两组数后面要用，现场不量，回去补不出来。量的时候避开节，节上有一圈硬环，读数会偏高，这一点在玉米上尤其明显。选点这一步还有个小技巧：同一批材料先测三株，看数是不是落在一个窄区间里；散得开，说明测点选得不一致，先把测点统一了再往下测。

第二步是装夹具或者对推头。夹具要卡在测点上，开口调到刚好贴住茎秆，不压不松；用推头的，推头要对准茎秆侧面正中，不能偏到棱上。第三步是加力：手握住机身，缓慢匀速往前推，眼睛看屏幕，茎秆一让开就停。这三步连起来，一株大概半分钟。熟练的人能压到二十秒，但不必追求快，快了读数就飘。恒美智造随箱的夹具是卡扣式，装好之后轻轻晃一下机身，晃得动的说明没夹实；静止测一次空载，读数应该回到零，回不到零，先归零再测，这一步十秒钟，别省。

第四步读峰值。屏幕上会跳出这一推的峰值，记下来；同一株推三次，取中间那个值，另外两个也记上，用来判断这一株的稳定性。三次差得多的，多半是手法不稳或者茎秆本身有问题，这一株要单独标出来。第五步记录：株号、日期、部位、离地高度、茎粗、三次读数、测量人。这七项缺一项，这条数据以后就说不清是怎么来的。三次读数写在一格里，用斜杠隔开，不要只写平均值；平均值看不出离散，离散大的一株，后面统计时可能要剔除，没有原始三次就没法判断。

五个动作里，头一个是根。测点与高度不统一，整批数据的可比性就没了，后面再精细也没用。恒美智造在记录表上把测点画成一个小示意图，标出三分之一处与穗位下十厘米两条线，用户照着选。这张表看着是纸，实际是数据的地基；三年之后翻出来，还知道当时是怎么测的，这份数据才算留住了。记录表上的示意图不必精确，画个茎秆、标两条虚线就够；关键是整批人都按这两条虚线选点，选完在表上打钩，谁测的谁打。打钩比签名有用。

六、这些数怎么进育种记录

育种单位一年要过几千份材料，早期的材料只看趋势，后期的入选品系才做精细测量。做法通常分两层：初筛用手持机，每份材料测三株，每株一次，只看有没有明显偏低的；入选的材料再上三次重复，取中间值，配上株高算倒伏指数。这两层的记录表不一样，初筛那张只留株号与力值，精测那张要把部位、高度、茎粗、三次读数都填上。初筛那张表的淘汰线要事先写死，写在表头上，测完照着划；边测边改标准，等于用数据凑结论，回头查的时候说不清这一批是怎么筛出来的。

数据进记录本之后，还要与别的性状放在一起看。抗弯力高但株高也高的材料，倒伏指数未必低；抗弯力中等而株高矮的，反而更稳。所以育种上通常不单看一个数，而是把抗弯强度、株高、穗位高、茎粗放在一张表里，做多性状比较。恒美智造在软件里留了导出功能，按列排好，直接贴进表格就能算，不必手工一格一格敲。多性状比较宜做成散点图，横轴抗弯强度、纵轴株高，四个象限里哪一格的材料容易倒，一眼就看出来。图比表直观，汇报时也好讲。

还有一层要提醒：抗弯力随生育期变化，抽雄前测的数与灌浆期测的数不一样，穗重上来之后，同一株的抗弯力往往会降。所以同一批材料要么固定在同一个时期测，要么每期都测、按时期分开比。把不同时期的数混在一张表里排序，得出的结论多半是错的。这一条写在方法里，比多测一批材料更能让数据站得住脚。恒美智造在记录表上把测期单列一栏；同一批材料如果只测一次，就把测的日期写在表头，别写成“抽雄期”这种模糊说法；不同年份的抽雄期能差半个月，日期不写清，跨年比较无从谈起。

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www.hmdzkj.cn

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