白銀市主栽大田小麥加工品質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究及環(huán)境影響評(píng)估

強(qiáng)生軍，劉玉榮，張禮軍,魯清林，楊繼忠

(1.甘肅省白銀市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，甘肅 白銀 730900；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省白銀市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，甘肅 白銀 730900)

小麥作為三大谷物之一，是世界播種面積最大、產(chǎn)量最多、分布最廣的糧食作物，目前全球每年種植面積超過220萬hm2，年產(chǎn)量近7.5億t，占世界糧食總產(chǎn)量的1/3[1-4].當(dāng)前我國小麥供給與生產(chǎn)間的結(jié)構(gòu)性矛盾依然嚴(yán)峻，一方面我國小麥連年豐收，庫存量不斷攀升，國內(nèi)供給總量充足；另一方面，優(yōu)質(zhì)專用小麥生產(chǎn)能力嚴(yán)重不足，每年仍需進(jìn)口400萬t左右的優(yōu)質(zhì)專用小麥[5-6].普通小麥供過于求，優(yōu)質(zhì)小麥供給不足是目前我國小麥產(chǎn)業(yè)面臨的現(xiàn)實(shí)困境，在保證國內(nèi)市場供需穩(wěn)定的條件下，優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)、改良品種品質(zhì)成為了當(dāng)前小麥產(chǎn)業(yè)加速轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵[7].

白銀市位于黃河上游、甘肅省中東部，地處黃土高原西北邊緣及祁連山東延余脈向騰格里沙漠過渡地帶，海拔1 275～3 321 m，屬溫帶大陸性氣候，具有氣候干燥、氣溫日較差大、光照充足、自然災(zāi)害種類多、頻率高、范圍廣等氣候特征[8].小麥?zhǔn)前足y市最主要的糧食作物，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2020年白銀市小麥種植面積達(dá)4萬hm2，占糧食種植面積(26.55萬hm2)的15.1%，其中旱地小麥約占70%，水地小麥約占30%[9].南部旱作區(qū)以冬小麥為主，種植品種主要有靜寧8號(hào)、莊浪11號(hào)、隴中3號(hào)等；中部及北部旱作區(qū)集中種植春小麥，種植品種主要有定西24號(hào)、會(huì)寧18號(hào)、銀春9號(hào)、隴春27號(hào)、定西36號(hào)等；白銀市三大引黃高揚(yáng)程提灌區(qū)(景電灌區(qū)、興電灌區(qū)和靖會(huì)灌區(qū))小麥生產(chǎn)多為單種模式，而灌溉條件較好的沿黃灌區(qū)分布有少量小麥套種模式，套種作物包括玉米、大豆、結(jié)球甘藍(lán)等經(jīng)濟(jì)作物，種植品種包括寧春4號(hào)、寧春18號(hào)、永良15號(hào)等寧夏品種以及銀春8號(hào)、銀春10號(hào)、隴春33號(hào)等.

優(yōu)化小麥品種、提升作物品質(zhì)對(duì)于白銀市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、脫貧攻堅(jiān)工作具有重要作用，由于域內(nèi)地形復(fù)雜，自然災(zāi)害、病蟲害頻發(fā)，加之多年來小麥品質(zhì)改良缺乏合理、有序的規(guī)劃與指導(dǎo)，種植品種雜亂、品質(zhì)退化、生產(chǎn)和加工失衡等問題日益突出，亟需對(duì)小麥品質(zhì)總體狀況進(jìn)行全面梳理與評(píng)估[10].鑒于此，本研究基于大田抽樣統(tǒng)計(jì)方法，以白銀市轄景泰、會(huì)寧、平川3個(gè)縣(區(qū))的27份小麥樣品為試驗(yàn)材料，系統(tǒng)測定籽粒蛋白質(zhì)和面團(tuán)流變學(xué)參數(shù)，以期掌握近年來白銀市大田小麥品質(zhì)現(xiàn)狀，為小麥品質(zhì)改良及產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2018年夏季(小麥成熟期)在白銀市小麥主產(chǎn)區(qū)景泰縣、會(huì)寧縣、平川區(qū)依次開展，每個(gè)縣(區(qū))隨機(jī)選擇3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，以大田抽樣的方式從每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)基本農(nóng)田中抽取3份小麥籽粒樣品，合計(jì)27份、13個(gè)品種.其中包括春小麥品種11個(gè)(寧春11號(hào)、寧春13號(hào)、寧春15號(hào)、寧春18號(hào)、寧春39號(hào)、永良4號(hào)、永良15號(hào)、定西24號(hào)、會(huì)寧18號(hào)、花培764、地方老品種和尚頭)和冬小麥品種2個(gè)(靜麥3號(hào)、莊浪11號(hào))，上述品種為白銀市主力小麥品種，占小麥總產(chǎn)量的80%以上.所獲待試小麥籽粒樣品經(jīng)曬干后，依次進(jìn)行篩理、除雜、熏蒸、殺蟲等處理，再經(jīng)后熟兩個(gè)月后，進(jìn)行籽粒品質(zhì)檢測.

1.2 檢測方法

品質(zhì)檢測由新疆農(nóng)墾科學(xué)院作物研究所谷物品質(zhì)與遺傳改良兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成.籽粒硬度參照AACC55-31方法，采用瑞典PERTEN公司生產(chǎn)的4100型SKCS儀檢測；籽粒蛋白質(zhì)含量參照AACC39-11方法，采用丹麥FOSS公司1241型近紅外谷物成分分析儀檢測；粉質(zhì)參數(shù)參照GB/T 14614-2006，采用德國BRABENDER公司810110電子型粉質(zhì)儀檢測；拉伸參數(shù)參照GB/T 14615-2006，采用德國BRABENDER公司860033.002電子型拉伸儀檢測；濕面筋含量以及面筋指數(shù)參照GB/T 14608-2006，采用瑞典PERTEN公司2200型面筋數(shù)量/質(zhì)量測定系統(tǒng)檢測；沉降值參照AACC 56-61A的方法，采用中國農(nóng)業(yè)大學(xué)BAU-I

型沉淀值測定儀檢測；降落數(shù)值參照GB/T 10361-2008，采用瑞典PERTEN公司生產(chǎn)的1500真菌型降落數(shù)值儀檢測.

1.3 數(shù)據(jù)分析

所采集檢測結(jié)果數(shù)據(jù)均利用SPSS 25.0進(jìn)行分析(SPSS institute，Cary，NC)，處理間多重比較采用LSD法.

2 結(jié)果與分析

2.1 白銀市小麥籽粒品質(zhì)特性

白銀市小麥籽粒17項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)檢測結(jié)果列于表1，非整數(shù)數(shù)據(jù)保留2位小數(shù).由于各品質(zhì)指標(biāo)測量范圍與量綱存在較大差異，故引入變異系數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之比)以衡量對(duì)應(yīng)品質(zhì)指標(biāo)檢測結(jié)果的離散程度，該值越大，說明數(shù)據(jù)變異程度越大.

由表1可知，所抽取的27份、13個(gè)品種的小麥籽粒中，僅吸水率變異系數(shù)小于10%，說明不同小麥品種的吸水率基本保持穩(wěn)定，且受環(huán)境因素的影響較??；籽粒硬度、籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、延伸度對(duì)應(yīng)變異系數(shù)介于10%～20%，說明變異程度相對(duì)較小，不同品種間存在一定差異，由于上述指標(biāo)是反映小麥品質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù)，后文將進(jìn)一步闡述；其余指標(biāo)變異系數(shù)均大于20%，各小麥品種之間存在明顯的品質(zhì)差異，說明白銀市小麥主產(chǎn)區(qū)小麥品種雜亂，種植較為盲目，同一產(chǎn)區(qū)內(nèi)不同品種“插花”現(xiàn)象非常普遍，盡管種植面積可觀，但大田小麥品質(zhì)參差不齊，無法滿足糧食企業(yè)對(duì)于優(yōu)質(zhì)小麥的加工需求，不利于形成區(qū)域化規(guī)模優(yōu)勢(shì).

表1 白銀市小麥品質(zhì)指標(biāo)變異度分析

2.1.1 蛋白質(zhì)特性 蛋白質(zhì)含量是小麥品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)，根據(jù)其溶解性大致分為清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白與麥谷蛋白，蛋白質(zhì)的特殊結(jié)構(gòu)性質(zhì)賦予了小麥谷物香味[11].小麥蛋白質(zhì)含量直接決定了其加工品質(zhì)，進(jìn)而影響食品品質(zhì)，最終通過相對(duì)固化的飲食結(jié)構(gòu)影響人體健康與體質(zhì)[12].由表1可知，白銀市小麥主產(chǎn)區(qū)各主力品種平均蛋白質(zhì)含量為14.96%，變幅為12%～18%，變異系數(shù)為10.40%.其中變幅與變異系數(shù)相對(duì)較小，說明各小麥品種間蛋白質(zhì)含量差異不明顯，小麥蛋白質(zhì)特性相對(duì)接近；平均蛋白質(zhì)含量略低于全國平均水平(15.10%)，說明白銀市種植小麥整體品質(zhì)不佳，在樣品包含冬小麥(冬小麥蛋白質(zhì)含量一般均高于春小麥)的情況下仍低于全國平均值[13-14]；中高端面粉用小麥一般要求蛋白質(zhì)含量接近18%，而白銀市大田小麥蛋白質(zhì)含量距該水平還存在較大差距，由此說明白銀市小麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展程度較低，資源利用率不高，種植技術(shù)落后，仍以粗放式農(nóng)戶個(gè)體自主經(jīng)營為主，在品種選擇、標(biāo)準(zhǔn)化種植、組織化程度等方面急需專業(yè)指導(dǎo)與科學(xué)規(guī)劃，而白銀市自然環(huán)境與周邊省、市不存在明顯差異，有理由推測白銀市小麥產(chǎn)業(yè)面臨的困境是甘肅省乃至我國西北地區(qū)小麥產(chǎn)區(qū)所面臨的共性問題.

2.1.2 粉質(zhì)特性 粉質(zhì)用于衡量小麥(面粉)的耐揉程度，主要指標(biāo)包括面團(tuán)吸水率、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、弱化度與粉質(zhì)評(píng)價(jià)值.由表1可知，除面團(tuán)吸水率外，其余品質(zhì)指標(biāo)變異系數(shù)均超過25%，說明不同品種小麥的品質(zhì)差異化明顯.白銀市大田小麥面團(tuán)吸水率平均值為62.5%，且變異程度不大，該指標(biāo)表現(xiàn)良好，基本達(dá)到優(yōu)質(zhì)小麥的標(biāo)準(zhǔn).形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間均反映了小麥(面粉)的加工性質(zhì)，上述時(shí)間越長，表明強(qiáng)度、韌性、加工性質(zhì)越好，白銀市大田小麥對(duì)應(yīng)形成時(shí)間(3.5 min)、穩(wěn)定時(shí)間(3.7 min)均高于全國平均值，但是變異系數(shù)較大、變幅范圍寬，變幅下限距平均水平相差較大，由此說明白銀市小麥主產(chǎn)區(qū)品種選擇不當(dāng)，優(yōu)質(zhì)小麥與普通小麥“插花”種植，既無法通過農(nóng)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)滿足糧食企業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)小麥的旺盛需求，實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)民增收的目的，還由于不同品種小麥相互串粉，導(dǎo)致品質(zhì)退化、地力徒費(fèi)，此外優(yōu)質(zhì)小麥種植規(guī)模有限、產(chǎn)量較低，導(dǎo)致收購價(jià)格與普通小麥接近，進(jìn)一步打擊了農(nóng)戶種植小麥的積極性，轉(zhuǎn)而種植玉米、中藥材、胡麻等收益較高的經(jīng)濟(jì)作物，這一現(xiàn)象若長時(shí)間無法得到扭轉(zhuǎn)，將有可能危及我國糧食安全.

2.1.3 拉伸特性 拉伸特性是小麥流變學(xué)特性的重要組成部分，用于衡量小麥(面粉)的彈性、延展性，主要指標(biāo)包括拉伸面積、拉伸阻力、延伸度、拉伸比例、最大拉伸阻力與最大拉伸比例[15].由表1可知，上述品質(zhì)指標(biāo)中除延伸度變異系數(shù)小于20%，其余均超過25%，同樣說明白銀市小麥品種品質(zhì)差異化十分顯著.與蛋白質(zhì)特性、粉質(zhì)特性不同的是，拉伸特性更強(qiáng)調(diào)小麥加工適宜性，無絕對(duì)的優(yōu)劣之分.白銀市大田小麥拉伸特性普遍偏弱，總體呈中弱筋小麥形態(tài)，更適合加工餅干、代餐粉等，便于擠壓成型、粉碎研磨，不適于作為優(yōu)質(zhì)小麥烘烤面包、西點(diǎn).

2.1.4 總體評(píng)價(jià) 本研究結(jié)果表明，白銀市產(chǎn)出小麥濕面筋含量36.28%、沉降值35 mL，均高于甘肅省和全國平均值；籽粒蛋白含量14.96%、形成時(shí)間3.5 min、穩(wěn)定時(shí)間3.7 min、拉伸面積平均值57 cm2、延伸度212 mm、最大拉伸阻力134 BU，均高于甘肅省平均水平，但低于全國平均水平，參照《優(yōu)質(zhì)小麥-強(qiáng)筋小麥》(GB/T 17892-1999)和《優(yōu)質(zhì)小麥-弱筋小麥》(GB/T 17893-1999)[16-17]，白銀市大田小麥主要以滿足中筋和弱筋面粉為主.

此外在抽樣過程中對(duì)和尚頭地方品種的品質(zhì)指標(biāo)也進(jìn)行了系統(tǒng)測定，結(jié)果表明除了穩(wěn)定時(shí)間外，和尚頭的面團(tuán)延伸性顯著優(yōu)于其他品種，這也是老百姓一直以來偏愛該品種的原因之一.

2.2 白銀市小麥蛋白質(zhì)品質(zhì)指標(biāo)與流變學(xué)特性的相關(guān)性分析

蛋白質(zhì)特性與流變學(xué)特性是衡量小麥(面粉)品質(zhì)的重要指標(biāo)，基于檢測結(jié)果，通過相關(guān)性分析，研究白銀市大田小麥蛋白質(zhì)特性與流變學(xué)特性的交互作用，相關(guān)性分析結(jié)果見表2.

由表2可知，白銀市大田小麥面筋指數(shù)、沉降值與流變學(xué)特性之間相關(guān)性最高，其次為籽粒硬度、蛋白質(zhì)含量與濕面筋含量，而降落數(shù)值的相關(guān)性最低.進(jìn)一步分析表明，面筋指數(shù)與形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、評(píng)價(jià)值、拉伸面積、延伸度、最大拉伸阻力、最大拉伸比例均呈極顯著正相關(guān)，與弱化度呈極顯著負(fù)相關(guān)；沉降值與形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、評(píng)價(jià)值、拉伸面積、延伸度、最大拉伸阻力呈極顯著正相關(guān)，與最大拉伸比例呈顯著正相關(guān)，與弱化度呈極顯著負(fù)相關(guān)；籽粒硬度與延伸度呈極顯著正相關(guān)，與吸水率、形成時(shí)間、評(píng)價(jià)值呈顯著正相關(guān)，與弱化度呈極顯著負(fù)相關(guān)；蛋白質(zhì)含量與吸水率、形成時(shí)間、評(píng)價(jià)值、延伸度呈極顯著正相關(guān)，與穩(wěn)定時(shí)間、拉伸面積呈顯著正相關(guān)，與弱化度呈極顯著負(fù)相關(guān)；濕面筋含量與吸水率、延伸度呈極顯著正相關(guān)，與形成時(shí)間呈顯著正相關(guān)，與弱化度、最大拉伸比例呈極顯著負(fù)相關(guān)；降落數(shù)值與吸水率、形成時(shí)間呈顯著正相關(guān)，與弱化度呈顯著負(fù)相關(guān).

表2 白銀市大田小麥蛋白質(zhì)特性與流變學(xué)特性的相關(guān)性分析

2.3 白銀市小麥品質(zhì)在樣點(diǎn)縣間的差異化分布特性

遺傳因素(品種)是小麥籽粒品質(zhì)的決定性因素，此外降水量、日照時(shí)長、環(huán)境溫度、空氣濕度、晝夜溫差、土壤等環(huán)境因素均會(huì)影響小麥蛋白質(zhì)和面筋含量，進(jìn)而對(duì)小麥品質(zhì)產(chǎn)生重要影響[18].結(jié)合白銀市干旱/半干旱氣候條件，研究小麥品質(zhì)在樣點(diǎn)縣間差異化分布特性，評(píng)估自然環(huán)境對(duì)小麥品質(zhì)的影響，指導(dǎo)旱地優(yōu)質(zhì)小麥育種、合理規(guī)劃小麥主產(chǎn)區(qū)選種、因地制宜最大限度利用自然資源，最終實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)小麥穩(wěn)定高效生產(chǎn)、農(nóng)民增收、鞏固脫貧攻堅(jiān)工作成果、配套產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大的中長期目標(biāo).白銀市大田小麥品質(zhì)在樣點(diǎn)縣間分布特性見表3.

由表3可知，在小麥籽粒17項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)中，白銀市會(huì)寧縣有13項(xiàng)指標(biāo)(籽粒硬度、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、面筋指數(shù)、降落數(shù)值、沉降值、吸水率、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、評(píng)價(jià)值、拉伸面積、延伸度、最大拉伸阻力)均明顯低于平川區(qū)與景泰縣，僅弱化度明顯高于平川區(qū)與景泰縣，其余面筋指數(shù)、拉伸比例與最大拉伸比例3項(xiàng)指標(biāo)無明顯地域傾向性特征.

表3 白銀市大田小麥品質(zhì)在樣點(diǎn)縣間分布特性

2.3.1 緯度與海拔對(duì)小麥品質(zhì)的影響 樣點(diǎn)縣地理氣候參數(shù)示于表4，白銀市地理行政區(qū)劃示于圖1.

表4 試驗(yàn)樣點(diǎn)縣地理氣候參數(shù)

圖1 白銀市地理行政區(qū)劃Figure 1 Geographical administrative division of Baiyin City

由圖1可見，本試驗(yàn)所選取樣點(diǎn)縣在經(jīng)度范圍基本保持一致，而緯度存在明顯差異，其中會(huì)寧縣緯度、平均海拔均最低.結(jié)合表3、表4，認(rèn)為小麥籽粒硬度、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、面筋指數(shù)、降落數(shù)值、沉降值、吸水率、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、評(píng)價(jià)值、拉伸面積、延伸度、最大拉伸阻力均與海拔、緯度呈正相關(guān)關(guān)系，即海拔、緯度越高，小麥蛋白質(zhì)含量、主要流變學(xué)特性呈提升趨勢(shì)，本研究評(píng)估結(jié)果與文獻(xiàn)[19-21]結(jié)論一致.

2.3.2 降水量對(duì)小麥品質(zhì)的影響 降水量直接決定小麥根系發(fā)育、營養(yǎng)物質(zhì)輸送、蛋白質(zhì)合成與積累等生物學(xué)過程，進(jìn)而影響小麥蛋白質(zhì)與流變學(xué)特性.會(huì)寧縣作為甘肅省連片特困縣之一，自然條件惡劣，水資源極度匱乏，曾被冠以“苦瘠甲天下”的標(biāo)簽，年降水量僅185 mm，較景泰縣、平川區(qū)分別低26%與31%.由表3可知，降水量對(duì)于小麥品質(zhì)的影響十分顯著，大體而言，降水量越大，小麥蛋白質(zhì)含量、流變學(xué)特性顯著提升.

2.3.3 溫度與光照對(duì)小麥品質(zhì)的影響 由表4可知，會(huì)寧縣年平均氣溫較平川區(qū)、景泰縣高1 ℃，氣溫對(duì)于農(nóng)作物生長發(fā)育具有重要影響，尤其影響小麥成熟期灌漿過程，一般認(rèn)為較高的溫度會(huì)提高小麥蛋白質(zhì)含量，與表4溫度數(shù)據(jù)趨勢(shì)相反.究其原因，由于會(huì)寧縣海拔、緯度均低于平川區(qū)、景泰縣，故年平均氣溫相對(duì)較高，但年平均氣溫?zé)o法有效反映小麥抽穗至成熟期的溫度水平，而短期內(nèi)的平均溫度無法合理統(tǒng)計(jì).

日照時(shí)長與小麥光合作用強(qiáng)弱、蛋白質(zhì)合成息息相關(guān)，總體而言，日照時(shí)長越長，有利于蛋白質(zhì)含量的提升.由表4，樣點(diǎn)縣年平均日照時(shí)長十分接近，無明顯差異化特征，故本研究中溫度、光照對(duì)小麥品質(zhì)的影響不明.

綜上，白銀市沿黃灌區(qū)具有優(yōu)越的灌溉條件，但受制于深處內(nèi)陸，且位于干旱半干旱沙漠氣候帶，域內(nèi)以旱地小麥為主.得益于充足的光、熱資源，晝夜溫差大，有利于小麥蛋白質(zhì)積累與品質(zhì)提升，白銀市可圍繞甘肅省優(yōu)質(zhì)中、弱筋小麥生產(chǎn)基地加以推廣、引導(dǎo)、規(guī)劃小麥產(chǎn)業(yè).

3 結(jié)論

1) 白銀市小麥主產(chǎn)區(qū)各小麥品種之間存在明顯的品質(zhì)差異，同一產(chǎn)區(qū)內(nèi)不同品種“插花”現(xiàn)象嚴(yán)重，小麥產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展程度較低，種植較為盲目，在品種選擇、標(biāo)準(zhǔn)化種植、組織化程度等方面急需專業(yè)指導(dǎo)與科學(xué)規(guī)劃.

2) 白銀市產(chǎn)出大田小麥多項(xiàng)指標(biāo)均高于甘肅省或全國平均值，主要以滿足中筋和弱筋面粉為主，可基于甘肅省優(yōu)質(zhì)中、弱筋小麥生產(chǎn)基地的定位推進(jìn)小麥產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、發(fā)展.

3) 研究了白銀市大田小麥蛋白質(zhì)特性與流變學(xué)特性的交互作用.

4) 小麥品質(zhì)在樣點(diǎn)縣間呈明顯差異化分布，自然環(huán)境對(duì)小麥品質(zhì)存在顯著影響，海拔、緯度、降水量越高，小麥蛋白質(zhì)含量、主要流變學(xué)特性呈提升趨勢(shì)，溫度、光照對(duì)小麥品質(zhì)的影響不明.