黑龍港低平原地區(qū)綠豆高產(chǎn)品種篩選

王上，鄭瑛，楊國(guó)威，聶江文，馮喜梅，王希全，曾昭海*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，北京 100193；2.常德市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖南 常德 415000）

黑龍港低平原地區(qū)地處我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地——華北平原的中東部[1]，該區(qū)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植模式主要是冬小麥-夏玉米一年兩熟制。近年來(lái)，由于種植模式過(guò)于單一，加上其他因素的影響，導(dǎo)致該區(qū)出現(xiàn)了一系列水、肥資源問(wèn)題，如水資源匱乏、土壤質(zhì)量下降、農(nóng)田生態(tài)環(huán)境惡化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本增加等[2～5]。因此，應(yīng)在黑龍港地區(qū)探索豐富多樣的種植制度，以解決水肥資源惡化的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)黑龍港平原地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

綠豆 （Vigna radiata L.） 屬于豆科 （Leguminosae）蝶形花亞科（Papilionaceae）菜豆族（Phaseoleae）豇豆屬（Vigna），富含蛋白質(zhì)和各種礦質(zhì)元素，具有增強(qiáng)食欲、降血脂、抗菌和清熱解毒等作用，是一種重要的醫(yī)食兩用作物，也是河北省主要種植的食用類豆科作物之一[6，7]。綠豆適應(yīng)性廣，生育期短，播期彈性大，具有固氮養(yǎng)地的作用，且屬于抗旱 作 物[8，9]， 可 以 搭 配夏 玉 米 種 植[10，11]， 即 春 綠 豆-夏玉米，作為華北平原一種新的豆禾輪作模式。馮喜梅等[12]和段會(huì)軍等[13]篩選了適宜華北平原種植的大豆品種；姜瑤等[14]篩選了適宜黑龍港低平原地區(qū)直播種植的花生品種；劉振興等[15]和章淑艷等[16]篩選了適宜華北平原地區(qū)種植的紅小豆品種，并開展了施肥對(duì)小豆生長(zhǎng)及養(yǎng)分利用的研究。但截至目前，有關(guān)適宜黑龍港地區(qū)種植的綠豆品種篩選及其高產(chǎn)特性分析的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

豆科作物與禾本科作物輪作是我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華，也是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一，對(duì)于減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)化學(xué)氮肥和農(nóng)藥的依賴、保護(hù)農(nóng)田生物多樣性、提高資源利用效率具有重要意義[17]。前人研究表明，在沒(méi)有水分虧缺的條件下，華北平原傳統(tǒng)冬小麥-夏玉米模式生產(chǎn)的年均耗水量為876 mm[18]，超過(guò)了當(dāng)?shù)氐哪昃邓浚?87 mm）[19]；夏玉米季的化肥氮素投入量約為263 kg/hm2[20]，是綠豆獲得最優(yōu)產(chǎn)量氮素投入量（約84 kg/hm2）[21]的3倍以上。張凱等[22～24]研究發(fā)現(xiàn)，在華北平原采用冬小麥-夏花生輪作模式替代傳統(tǒng)的冬小麥-夏玉米輪作模式，可降低每年的地下水足跡。周嵐等[25，26]研究發(fā)現(xiàn)，玉米-大豆輪作可以減少玉米對(duì)化學(xué)氮肥的依賴。此外，還有一些學(xué)者探討了兩年三熟豆禾輪作模式如冬小麥-夏玉米-春花生、冬小麥-夏玉米-春大豆等[27～30]的節(jié)水效應(yīng)。但是截至目前，有關(guān)黑龍港地區(qū)推廣的春綠豆-夏玉米輪作模式報(bào)道較少。因此，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)科研人員在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)吳橋?qū)嶒?yàn)站引進(jìn)32份綠豆資源進(jìn)行品種篩選試驗(yàn)，以期篩選出適宜當(dāng)?shù)胤N植的高產(chǎn)綠豆品種，并明確綠豆的高產(chǎn)特性，為黑龍港低平原地區(qū)構(gòu)建多樣化輪作種植模式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2015年在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)吳橋?qū)嶒?yàn)站前李村實(shí)驗(yàn)基地 （東經(jīng) 116°37′，北緯 37°41′） 進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)域年均氣溫12.6℃，全年≥0℃積溫4 862.9℃，年均降水量562 mm。試驗(yàn)地土壤為沙壤土，肥力優(yōu)，前茬作物為冬小麥，0～20 cm耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為全氮0.98 g/kg、堿解氮65.2 mg/kg、有效磷124.9 mg/kg、速效鉀15.3 mg/kg、有機(jī)質(zhì)14.5 g/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)綠豆品種為白綠6號(hào)、白綠8號(hào)、白綠9號(hào)、白綠10號(hào)、白綠11號(hào)、白綠12號(hào)、白綠13號(hào)、綠豆522、大鸚哥綠925、大鸚哥綠935、大鸚哥綠985、JL2012-15、BL98519-3-1、BL13-615、BL13-635、BL13-637、BL13-645、BL13-653、BL13-667、BL13-693、吉綠3號(hào)、吉綠4號(hào)、吉綠5號(hào)、吉綠6號(hào)、吉綠7號(hào)、吉綠8號(hào)、洮綠218、中綠1號(hào)、科綠1號(hào)、鑫綠1號(hào)、蒙清綠豆、大民綠豆，共32個(gè)，由選育單位提供或自市場(chǎng)購(gòu)買。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)32個(gè)品種處理。每小區(qū)種植1個(gè)品種，小區(qū)面積14 m2（4.0 m×3.5 m），完全隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。綠豆播種前，基施磷酸二銨375 kg/hm2、硫酸鉀 300 kg/hm2和尿素 225 kg/hm2。6月21日人工開溝點(diǎn)播綠豆，行距40cm，穴距12cm，播種量3粒/穴；7月13日間苗，留苗1株/穴；9月15日收獲。綠豆其他栽培管理措施同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)。

1.3.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法 收獲前，觀察各綠豆品種的感病性狀[31]；每小區(qū)選長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的植株10株，測(cè)定收獲指數(shù)、株高、主莖節(jié)數(shù)、主莖分枝數(shù)、莢長(zhǎng)、單株莢數(shù)、單莢粒數(shù)，莢果曬干放入室內(nèi)平衡10 d后測(cè)定500粒重。田間取3 m單行收獲，脫粒風(fēng)干后至恒重，測(cè)定產(chǎn)量。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理與分析 利用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；利用SPSS Statistics 21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的多重比較、相關(guān)性分析和聚類分析；利用Origin 2017軟件做圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠豆的產(chǎn)量及品種特性

9月15日收獲時(shí)，所有參試綠豆品種均正常成熟。參試品種的成熟期基本一致，生育期86 d，均適合在黑龍港低平原地區(qū)前茬冬小麥?zhǔn)斋@后播種。調(diào)查結(jié)果顯示，感病性除白綠13號(hào)為重，白綠12號(hào)和JL2012-15為中等外，其他品種均較輕（表1）。

參試綠豆品種的產(chǎn)量為901.56～1 913.34 kg/hm2，品種之間差異較大。其中，吉綠8號(hào)產(chǎn)量最高，BL13-693產(chǎn)量最低，但是吉綠8號(hào)僅與BL13-635和BL13-693差異達(dá)到了顯著水平（P＜0.05）。根據(jù)產(chǎn)量多重比較結(jié)果，可以將參試綠豆品種分為3組（表2）。其中，A組包括30個(gè)品種，其平均產(chǎn)量最高，達(dá)到了1 523.41 kg/hm2，具有明顯的高產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。大部分綠豆品種產(chǎn)量差異不顯著，與綠豆屬于低產(chǎn)作物有關(guān)。

參試綠豆品種的收獲指數(shù)為0.14～0.50，品種之間差異較大。其變化趨勢(shì)與產(chǎn)量的變化趨勢(shì)基本相同，高產(chǎn)品種大多為高收獲指數(shù)品種。

表1 參試綠豆品種的產(chǎn)量、收獲指數(shù)和感病性Table 1 The yield，harvest index and susceptibility to disease of different mungbean varieties

表2 不同綠豆品種的產(chǎn)量多重比較分組結(jié)果Table 2 Grouping of different mungbean varieties based on the multiple comparison of yield

2.2 綠豆的農(nóng)藝性狀及其相關(guān)性分析

參試綠豆品種的500粒重、株高、主莖分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、單莢粒數(shù)和莢長(zhǎng)差異均達(dá)到了顯著水平（表3）。表明不同品種的農(nóng)藝性狀存在較大差異。

參試綠豆品種的株高為68.47～110.53 cm，其中，鑫綠1號(hào)、吉綠3號(hào)、洮綠218、科綠1號(hào)和吉綠6號(hào)的株高超過(guò)了100 cm，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化采收。白綠9號(hào)、綠豆522、大鸚哥綠935、BL98519-3-1、吉綠4號(hào)、吉綠5號(hào)、吉綠7號(hào)、蒙清綠豆和大民綠豆的株高為90～100 cm，具有實(shí)現(xiàn)機(jī)械化采收的潛力。

參試綠豆品種的500粒重為22.93～37.22 g，主莖分枝數(shù)為1.45～4.55個(gè)，主莖節(jié)數(shù)為7.45～11.78節(jié)，單株莢數(shù)為11.44～35.78個(gè)，單莢粒數(shù)為8.27～11.40粒，莢長(zhǎng)為6.61～12.44 cm，6項(xiàng)指標(biāo)值均適中。

進(jìn)一步對(duì)最高產(chǎn)量品種吉綠8號(hào)的農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其500粒重（22.93 g）和莢長(zhǎng)（6.61 cm）為所有參試品種最低，主莖分枝數(shù)（4.55個(gè)）和單株莢數(shù)（35.78個(gè)）為所有參試品種最高，且單株莢數(shù)顯著＞其他品種，表明吉綠8號(hào)高產(chǎn)的主要原因是結(jié)莢數(shù)量多。高產(chǎn)品種BL13-637、BL13-645、BL13-653、JL2012-15、白綠12號(hào)和BL13-667的株高較低，僅70 cm左右，生產(chǎn)上可以通過(guò)增加種植密度來(lái)挖掘其高產(chǎn)潛力。

對(duì)參試綠豆品種主要農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果（表4）顯示，產(chǎn)量、收獲指數(shù)和單株莢數(shù)兩兩之間呈極顯著正相關(guān)；500粒重、株高和主莖節(jié)數(shù)兩兩之間呈極顯著正相關(guān)；單株莢數(shù)、主莖節(jié)數(shù)和主莖分枝數(shù)兩兩之間呈極顯著正相關(guān)；主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)和單莢粒數(shù)兩兩之間呈極顯著正相關(guān)；莢長(zhǎng)與單莢粒數(shù)、株高、主莖節(jié)數(shù)和500粒重呈極顯著正相關(guān)，與產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)；生物量與收獲指數(shù)、主莖節(jié)數(shù)和單株莢數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，與株高和單莢粒數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)。

表猿 參試綠豆品種的主要農(nóng)藝性狀Table 3 The main agronomic traits of mungbean varieties tested

表4 參試綠豆品種主要農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)系數(shù)Table 4 The correlation coefficients of main agronomic traits of mungbean varieties tested

2.3 綠豆品種的聚類分析

根據(jù)產(chǎn)量和主要農(nóng)藝性狀指標(biāo)計(jì)算參試綠豆品種間的歐氏距離，采用平方Euclidean距離法進(jìn)行聚類分析。由于500粒重和株高2項(xiàng)指標(biāo)與產(chǎn)量、收獲指數(shù)、單株莢數(shù)均相關(guān)不顯著，因此在以篩選高產(chǎn)品種為目的的聚類分析時(shí)，可以不考慮這2項(xiàng)指標(biāo)而予以剔除，以提高聚類分析的精準(zhǔn)度。聚類分析結(jié)果（圖1）顯示，在歐式距離為10時(shí)，可將參試綠豆品種分為高、中、低產(chǎn)3組（表5）。

圖1 參試綠豆品種的聚類分析結(jié)果Fig.1 Cluster analysis of mungbean varieties tested

表5 參試綠豆品種的類群劃分Table 5 Grouping of the tested mungbean varieties according to cluster analysis result

進(jìn)一步對(duì)不同類群的綠豆產(chǎn)量進(jìn)行分析，結(jié)果（圖2）顯示，高產(chǎn)組品種的平均產(chǎn)量和中產(chǎn)組品種的平均產(chǎn)量均顯著高于低產(chǎn)組品種，但中產(chǎn)組與高產(chǎn)組之間差異不顯著。其中，高產(chǎn)組品種與表2中A組品種基本一致，其平均生物量顯著低于低產(chǎn)組品種（圖3），平均收獲指數(shù)和平均主莖分枝數(shù)顯著高于低產(chǎn)組品種（圖4和5），平均主莖節(jié)數(shù)、平均單株莢數(shù)、平均單莢粒數(shù)和平均莢長(zhǎng)均適中（圖6～9）。

圖2 不同產(chǎn)量類群綠豆的產(chǎn)量比較Fig.2 Comparison of yield of mungbean from different yield groups

圖3 不同產(chǎn)量類群綠豆的生物量比較Fig.3 Comparison of biomass yield of mungbean from different yield groups

圖4 不同產(chǎn)量類群綠豆的收獲指數(shù)比較Fig.4 Comparison of harvest index of mungbean from different yield groups

圖5 不同產(chǎn)量類群綠豆的主莖分枝數(shù)比較Fig.5 Comparison of main stem branches number of mungbean from different yield groups

圖6 不同產(chǎn)量類群綠豆的主莖節(jié)數(shù)比較Fig.6 Comparison of main stalk pitch number of mungbean from different yield groups

圖7 不同產(chǎn)量類群綠豆的單株莢數(shù)比較Fig.7 Comparison of pods per plant of mungbean from different yield groups

圖8 不同產(chǎn)量類群綠豆的單莢粒數(shù)比較Fig.8 Comparison of grain number per pod of mungbean from different yield groups

圖9 不同產(chǎn)量類群綠豆的莢長(zhǎng)比較Fig.9 Comparison of pod length of mungbean from different yield groups

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，通過(guò)聚類分析得到的高產(chǎn)組綠豆品種與經(jīng)過(guò)多重比較得到的高產(chǎn)組品種基本一致。聚類分析結(jié)果顯示，高產(chǎn)組綠豆品種有白綠11號(hào)、白綠13號(hào)、綠豆522、大鸚哥綠935、大鸚哥綠985、JL2012-15、BL13-615、BL13-637、BL13-645、BL13-653、BL13-667、吉綠3號(hào)、吉綠4號(hào)、洮綠218、中綠1號(hào)和蒙清綠豆，其平均產(chǎn)量為1563.39kg/hm2，最高產(chǎn)量為1 912.20kg/hm2，且具有主莖分枝數(shù)多，主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、單莢粒數(shù)、莢長(zhǎng)均適中的高產(chǎn)特性。本研究中，實(shí)際測(cè)產(chǎn)中產(chǎn)量最高的吉綠8號(hào)，在經(jīng)聚類分析時(shí)被分入中產(chǎn)組，原因可能與其500粒重、單莢粒數(shù)、莢長(zhǎng)等農(nóng)藝性狀均顯著低于其他品種有關(guān)。

前人研究表明，當(dāng)前河北省主推綠豆品種有保綠942[32]、冀綠7號(hào)[33]和冀綠10號(hào)[34]，這些品種夏播區(qū)域試驗(yàn)的平均產(chǎn)量在1 519.5～1 696.00 kg/hm2。本研究結(jié)果顯示，與目前河北省主推綠豆品種相比，篩選到的適宜黑龍港地區(qū)種植的高產(chǎn)組綠豆品種具有較大的增產(chǎn)潛力，可以作為高產(chǎn)品種在黑龍港地區(qū)推廣種植。主莖分枝數(shù)多、結(jié)莢集中是綠豆的高產(chǎn)特性之一[35]，本研究篩選得到的高產(chǎn)組綠豆品種的品種特性與之相符。今后，可將提高主莖分枝數(shù)、促進(jìn)結(jié)莢集中作為綠豆高產(chǎn)育種的目標(biāo)之一。

黑龍港地區(qū)屬于華北平原上極度缺水的地區(qū)，地下水超采現(xiàn)象嚴(yán)重，水資源缺乏是制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素之一。白綠及BL 13系列綠豆品種具有較強(qiáng)的耐旱性[36，37]，所以，在黑龍港地區(qū)擴(kuò)大綠豆栽培面積，可能會(huì)減少農(nóng)業(yè)耗水量，有助于緩解黑龍港地區(qū)缺水的現(xiàn)狀。綠豆具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，但是不同綠豆品種的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值差異較大，因此，今后應(yīng)針對(duì)不同綠豆品種的品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，以及黑龍港地區(qū)種植綠豆的節(jié)水效應(yīng)進(jìn)行深入研究。在黑龍港地區(qū)引入綠豆品種，可以實(shí)現(xiàn)豆科作物與禾本科作物輪作，增加農(nóng)田種植模式的多樣性，但是近年來(lái)全球氣候變化加劇，因此，在保證產(chǎn)量的前提下，選育不同抗逆性狀的綠豆品種很有必要。