近10年黃淮冬麥區(qū)北片水地區(qū)試品種產(chǎn)量及主要農(nóng)藝性狀分析

陳貴菊，閆璐，王福玉，邵敏敏，黃玲，趙凱，楊本洲，張玉丹，孫雷明，王霖

（濟寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東 濟寧 272031）

小麥?zhǔn)俏覈闹饕Z食作物，其產(chǎn)量豐歉直接影響到國家的糧食安全。品種更替是小麥生產(chǎn)發(fā)展的必要手段和必然趨勢，而品種的更替過程則是品種農(nóng)藝性狀的優(yōu)化過程［1］。小麥區(qū)域試驗的目的是為了鑒定小麥新品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性、適應(yīng)性、抗逆性、品質(zhì)以及綜合農(nóng)藝性狀，為品種審定提供依據(jù)［2，3］，是小麥品種進入生產(chǎn)推廣的重要途徑。黃淮冬麥區(qū)北片區(qū)覆蓋山東省的全部、河北省的中南部和山西省的南部區(qū)域，在全國小麥生產(chǎn)中起著重要作用。分析黃淮冬麥區(qū)北片小麥區(qū)試品種產(chǎn)量與其構(gòu)成因素及重要農(nóng)藝性狀的關(guān)聯(lián)，對確定該片區(qū)今后小麥育種方向、保障小麥安全生產(chǎn)具有重要意義。

近年來有不少關(guān)于小麥區(qū)域試驗的分析報道，涉及北部冬麥區(qū)、黃淮冬麥區(qū)、晉南地區(qū)等區(qū)域，涵蓋山西、陜西、山東、四川等省份［1，4-16］，包括單區(qū)試點單年份［5，6］、單區(qū)試點多年份［1，9，10，14］以及多區(qū)試點多年份數(shù)據(jù)分析［4，7，8，11-13，15，16］，但是有關(guān)黃淮冬麥區(qū)北片水地區(qū)試的分析較少［6，8，9，10-12］，且由于分析的樣本類型、大小不同，來源地區(qū)的生態(tài)類型、氣候條件和栽培條件等存在差異，研究結(jié)果不盡相同，對于產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的變化規(guī)律及相互關(guān)系沒有一個統(tǒng)一的結(jié)論。本研究以2011—2020年（2011年即2010—2011年度，2020年即2019—2020年度，下同）我國黃淮冬麥區(qū)北片水地組區(qū)域試驗的289個參試小麥新品種為材料，分析近10年該區(qū)域小麥產(chǎn)量及主要農(nóng)藝性狀的變化趨勢和規(guī)律，探討主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的相互關(guān)系及其對產(chǎn)量的貢獻率，以期為黃淮北片小麥高產(chǎn)育種提供參考。

1 材料與方法

本研究數(shù)據(jù)來源于2011—2020年國家冬小麥品種黃淮北片水地組區(qū)域試驗總結(jié)，10年共計289個品種。參試品種在各個試點均采用完全隨機區(qū)組排列，重復(fù)3次。小區(qū)面積13.3 m2。管理措施參照國家黃淮北片水地組小麥試驗要求，成熟后收獲、測產(chǎn)和考種。選取各參試品種的產(chǎn)量、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、容重、最大分蘗數(shù)、株高和生育期8個性狀為研究對象，每個品種的各個性狀值為每年度各區(qū)試點匯總得出的平均值。將每年參試品種的性狀值取平均值，比較年度間各性狀變化趨勢和規(guī)律；將10年所有參試品種的性狀數(shù)據(jù)整理成矩陣，對其產(chǎn)量及主要農(nóng)藝性狀進行相關(guān)性和通徑分析。

利用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與作圖，用DPS 7.05進行相關(guān)性和通徑分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量及主要農(nóng)藝性狀的變異分析

表1顯示，2011—2020年10年間產(chǎn)量及主要農(nóng)藝性狀總變異為最大分蘗數(shù)＞千粒重＞產(chǎn)量＞穗粒數(shù)＞有效穗數(shù)＞株高＞容重＞生育期。變異規(guī)律各年份不一致，如2012年變異為最大分蘗數(shù)＞千粒重＞穗粒數(shù)＞株高＞有效穗數(shù)＞產(chǎn)量＞容重＞生育期，2016年變異則為最大分蘗數(shù)＞有效穗數(shù)＞千粒重＝穗粒數(shù)＞株高＞產(chǎn)量＞容重＞生育期，說明氣候和栽培管理等條件變化對產(chǎn)量及主要農(nóng)藝性狀的作用發(fā)生了不同程度的變化。產(chǎn)量的總變異系數(shù)與每年的變異系數(shù)差異較大，最大分蘗數(shù)整體變異較大，生育期和容重變異系數(shù)最小，最穩(wěn)定。

表1 2011—2020年黃淮北片水地區(qū)試品種主要農(nóng)藝性狀的變異系數(shù) （%）

2.2 產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的變化趨勢

2.2.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成三要素的變化 表2和圖1A顯示，黃淮北片水地區(qū)試品種的產(chǎn)量已達到相對較高水平，10年平均產(chǎn)量為8 377.3 kg／hm2，高產(chǎn)年份平均產(chǎn)量近9 000 kg／hm2，隨區(qū)試年份的推進產(chǎn)量呈上升趨勢，受特殊氣候影響，年際間偶有波動。另外，產(chǎn)量較低的2012、2013年和2018年，主要是受氣候條件影響：2011—2012年度冬前降溫早，春季溫度回升晚，導(dǎo)致最大分蘗數(shù)和有效穗數(shù)整體偏少，拔節(jié)至揚花歷時縮短，莖基部充實度不足，倒伏較重，平均千粒重降低，導(dǎo)致產(chǎn)量明顯偏低；2013年灌漿后期降水過多，雨后高溫，加速了小麥個體的衰亡，造成千粒重低，產(chǎn)量明顯偏低；2017—2018年度秋種時雨水過多，播期推遲導(dǎo)致群體偏小，且2018年春季倒春寒嚴(yán)重，使穗粒數(shù)減少，產(chǎn)量明顯偏低。

圖1B顯示，近10年黃淮北片參試品種有效穗數(shù)隨區(qū)試年份的推進呈增加趨勢。由表2知，10年間參試品種有效穗數(shù)平均為668.2萬／hm2，平均值最高年份出現(xiàn)在2017年，為718.6萬／hm2。黃淮冬麥區(qū)多穗型小麥品種的有效穗數(shù)一般在675萬／hm2以上，中間型525萬／hm2左右，大穗型450萬／hm2左右［17-19］。本研究結(jié)果顯示近10年黃淮北片水地的參試品種多穗型、中間型和大穗型的品種占比分別為50.2%、49.5%和0.03%。

由表2和圖1C知，10年間黃淮北片水地參試品種穗粒數(shù)平均為34.5粒，變化范圍為32.5～36.1粒，隨區(qū)試年份的推進呈逐年減少趨勢。穗粒數(shù)極低值出現(xiàn)在2018年和2020年，2018年穗粒數(shù)減少主要是受倒春寒影響，2020年有部分地區(qū)發(fā)生輕微倒春寒，對穗粒數(shù)有一定程度的影響。

表2 2011—2020年黃淮北片水地區(qū)試品種主要農(nóng)藝性狀平均值

圖1 2011—2020年黃淮北片水地小麥區(qū)試品種產(chǎn)量及三要素變化趨勢

由圖1D和表2知，10年間千粒重隨區(qū)試年份的推進呈上升趨勢。2013年灌漿后期高溫多雨，不利于籽粒灌漿，后期大風(fēng)或暴雨引起倒伏，導(dǎo)致千粒重明顯偏低。

2.2.2 其它主要農(nóng)藝性狀的變化趨勢 由圖2A和表2知，10年間黃淮北片水地參試品種的容重逐年升高，平均值為798.0 g／L，達到我國小麥一級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 1354—2008）。

由圖2B和表2知，10年間區(qū)試品種株高呈上升趨勢，平均值為79.1 cm，變化范圍在74.5～83.0 cm之間，最低和最高值分別出現(xiàn)在2018年和2020年。2017—2018年度秋季播種晚，冬前群體偏小，2018年4月上旬的倒春寒影響到節(jié)間生長，整體株高偏低；2020年春季氣溫回升較早且持續(xù)時間較長，并有較明顯降水，小麥生長明顯加快，株高偏高。

由圖2C和表2知，10年間參試品種的生育期隨區(qū)試年份的推進明顯縮短，平均生育期為240.0 d，最長和最短生育期相差16.1 d。試驗資料顯示，近些年黃淮北片水地試驗播期推遲、成熟期提前，導(dǎo)致該區(qū)域生育期逐年縮短，其中氣候條件的影響是主要原因之一。

由表2和圖2D可知，10年間最大分蘗數(shù)平均值為1 685.7萬／hm2，變化范圍為1 438.5萬～1 900.0萬／hm2，年際間波動較大，變化趨勢不明顯。

2.3 產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)分析

近10年黃淮北片水地區(qū)試小麥主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)分析結(jié)果（表3）表明，產(chǎn)量與7個主要農(nóng)藝性狀均呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)性表現(xiàn)為千粒重＞容重＞生育期＞株高＞最大分蘗數(shù)＞穗粒數(shù)＞有效穗數(shù)。產(chǎn)量三要素有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，兩兩之間極顯著或顯著負相關(guān)；有效穗數(shù)與最大分蘗數(shù)、株高和容重極顯著或顯著正相關(guān)；穗粒數(shù)與生育期極顯著正相關(guān)，與最大分蘗數(shù)極顯著負相關(guān)；容重與千粒重、生育期極顯著正相關(guān)，與有效穗數(shù)、最大分蘗數(shù)顯著正相關(guān)，與千粒重相關(guān)系數(shù)最大；株高和最大分蘗數(shù)極顯著正相關(guān)。

2.4 產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀的多元回歸與通徑分析

為了進一步明確產(chǎn)量與7個主要農(nóng)藝性狀的關(guān)系，本研究以這7個性狀為自變量（Xi），單產(chǎn)為因變量（Y）進行多元線性回歸分析，篩選出的最優(yōu)回歸模型為：Y＝-18136.55244＋9.526417056X1＋172.45985219X2＋141.92875889X3＋6.925578158X4＋11.291001575X7（R＝0.8743，R2＝0.76433，F(xiàn)＝182.2723，P＝0.0001）。表明，有效穗數(shù)（X1）、穗粒數(shù)（X2）、千粒重（X3）、容重（X4）、生育期（X7）為產(chǎn)量的主要決定因素，決定產(chǎn)量76.433%的變異，同時還有其它因素的影響。

圖2 2011—2020年黃淮北片水地小麥區(qū)試品種其它主要農(nóng)藝性狀變化趨勢

表3 2011—2020年黃淮北片水地區(qū)試品種產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)系數(shù)

通徑分析結(jié)果（表4）顯示，直接通徑系數(shù)均為正值，說明這5個性狀對產(chǎn)量的貢獻均為正向效應(yīng)，貢獻大小為千粒重＞有效穗數(shù)＞穗粒數(shù)＞容重＞生育期。產(chǎn)量三要素之間的間接通徑系數(shù)均為負值，說明通過提高產(chǎn)量三要素任意一個因素來提高產(chǎn)量，另外兩因素都起到負向效應(yīng)，其中有效穗數(shù)通過穗粒數(shù)、穗粒數(shù)通過有效穗數(shù)對產(chǎn)量的負效應(yīng)最大，說明同時提高有效穗數(shù)和穗粒數(shù)來提高產(chǎn)量有一定難度。

表4 2011—2020年黃淮北片水地區(qū)試品種產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀的通徑分析

綜合分析可知，近10年決定黃淮北片水地組小麥品種產(chǎn)量的主要因素依然是產(chǎn)量構(gòu)成三要素，其中千粒重的作用最大。黃淮北片水地小麥產(chǎn)量遺傳改良的重點應(yīng)放在保證現(xiàn)有足夠多有效穗數(shù)的基礎(chǔ)上，重點提高千粒重，其次提高穗粒數(shù)，同時也要注意對容重、生育期和株高的選擇。

3 討論

3.1 產(chǎn)量構(gòu)成三要素

高產(chǎn)一直是小麥育種的重要目標(biāo)，小麥產(chǎn)量是多種性狀共同作用的結(jié)果［20］。本研究結(jié)果表明產(chǎn)量三要素與小麥產(chǎn)量均呈正相關(guān)，三要素間則呈負相關(guān)趨勢，與前人研究結(jié)果一致。三要素中千粒重與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)最大，對產(chǎn)量直接貢獻最大，這與高國良［8］、高輝明［4］等部分結(jié)論相同，均認為提高千粒重是提高小麥產(chǎn)量的關(guān)鍵；與張俊靈［1］、孫軍偉［7］、張運校［10］黃興蛟［14］等的結(jié)果不同，他們認為有效穗數(shù)在產(chǎn)量中起的作用最大，這可能與研究樣本來源的生態(tài)區(qū)域、氣候條件和栽培管理不同有關(guān)，尚有待做更深入的比較研究。隨著全球氣候變暖，適合于黃淮北片的冬小麥品種產(chǎn)量結(jié)構(gòu)類型也在發(fā)生改變［21］，該研究顯示近10年黃淮北片水地區(qū)試參試品種主要是中多穗類型為主，這與崔黨群［19］、付慶云［22］等的結(jié)果一致。群體穗數(shù)是小麥高產(chǎn)的基礎(chǔ)，黃淮北片水地區(qū)域?qū)儆诟叻仕愋?，需要足夠的群體才可以滿足高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的需求，本研究發(fā)現(xiàn)近年育成品種的有效穗數(shù)已達到或接近最大群體穗數(shù)極限，這與黃興蛟等［14］的結(jié)果一致。高肥力條件下，小麥品種特別是多穗型品種，群體過大造成田間郁蔽，會使光合產(chǎn)物不足，導(dǎo)致小花分化不好或幼粒退化，最終導(dǎo)致穗粒數(shù)減少［18］。本研究中，近10年黃淮北片水地參試品種中多穗類型增多，且隨群體的增大穗粒數(shù)逐年減少，與前人研究結(jié)果一致。

因此，今后高產(chǎn)育種遺傳改良的重點應(yīng)在現(xiàn)有足夠群體的基礎(chǔ)上，重點提高千粒重，其次提高穗粒數(shù)。可以通過選擇灌漿期長、灌漿速率高的品種來提高品種的千粒重［19，23］，選育結(jié)實性好的品種來提高穗粒數(shù)［1］。

3.2 其它主要農(nóng)藝性狀

容重越高，小麥的品質(zhì)質(zhì)量越好。本研究相關(guān)和通徑分析表明，容重在產(chǎn)量方面的貢獻僅次于產(chǎn)量三要素。相關(guān)分析顯示容重與株高極顯著正相關(guān)，這說明通過提高株高來提高容重，進而提高小麥產(chǎn)量和品質(zhì)質(zhì)量在理論上是可行的。另外，小麥株高也會隨肥力提高變得越來越高。近些年育種者們在品種選育中也注意到了栽培措施在育種中的重要性，育成品種的品質(zhì)越來越好。

本研究結(jié)果顯示，近10年黃淮北片水地組小麥品種的生育期明顯縮短，生育期與產(chǎn)量極顯著正相關(guān)，對產(chǎn)量也是正向效應(yīng)。理論上分析，生育期越長產(chǎn)量越高，但是實際生產(chǎn)中，小麥的生育期受當(dāng)?shù)貧夂驐l件和播種期早晚的影響較大。高輝明等［4］認為，隨著氣候變暖小麥生育期逐漸縮短，與本研究結(jié)果一致。近些年黃淮北片受氣候變化的影響，部分地區(qū)或年份小麥播期推遲、成熟期提早，晚熟品種發(fā)揮不出產(chǎn)量優(yōu)勢而被淘汰。因此，在品種選擇過程中要考慮到氣候和栽培管理條件的變化，選育生育期較短、灌漿時間相對較長的小麥品新種，是黃淮北片區(qū)未來適應(yīng)氣候變暖的品種改良方向。

株高雖然不直接影響小麥產(chǎn)量，但在品種選擇過程中也應(yīng)該引起足夠重視。有研究表明，單株產(chǎn)量與株高呈正相關(guān)，并且株高在70～80 cm間與單株產(chǎn)量的相關(guān)性達到顯著水平，說明增加株高有利于增產(chǎn)，但株高并不是越高越好［20］；趙倩等［13］認為，小麥育種應(yīng)強化對株高的選擇，選育株高在75～80 cm的高產(chǎn)半矮稈品種；蔣云等［15］認為，在品種選擇過程中，株高選擇以不易倒伏為原則，無需過多考慮株高對產(chǎn)量的影響。本研究結(jié)果也顯示，株高與產(chǎn)量極顯著正相關(guān)，說明在一定范圍內(nèi)株高越高產(chǎn)量越高。因此，筆者認為，在高肥水地塊上進行的品種選育中，選擇莖稈彈性好的品種時，其株高上限在保證不發(fā)生倒伏條件下可提高到82 cm左右。

4 結(jié)論

近10年黃淮北片水地區(qū)試參試品種以中多穗類型為主，產(chǎn)量已達到較高水平，大部分穩(wěn)定在8 000～9 000 kg／hm2之間，且隨區(qū)試年份推進緩慢上升；主要農(nóng)藝性狀的變化總趨勢是有效穗數(shù)、千粒重增加，穗粒數(shù)減少，容重、株高增加，生育期明顯縮短，最大分蘗數(shù)變化不明顯。產(chǎn)量與千粒重等7個主要農(nóng)藝性狀均顯著或極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為千粒重＞容重＞生育期＞株高＞最大分蘗數(shù)＞穗粒數(shù)＞有效穗數(shù)；產(chǎn)量構(gòu)成三要素兩兩之間負相關(guān)；千粒重等5個主要農(nóng)藝性狀對產(chǎn)量的直接效應(yīng)均為正向，直接貢獻率為千粒重＞有效穗數(shù)＞穗粒數(shù)＞容重＞生育期。高產(chǎn)育種遺傳改良的重點應(yīng)該在現(xiàn)有足夠群體的基礎(chǔ)上，重點提高千粒重，其次提高穗粒數(shù)，可以通過選擇灌漿期長、灌漿速率高的品種來提高品種的千粒重，通過選育結(jié)實性好的品種來提高穗粒數(shù)。

氣候條件的變化要求育成品種有更好的適應(yīng)性和抗逆性。為了適應(yīng)黃淮北片當(dāng)前氣候變化和栽培管理的變化，選育生育期適當(dāng)縮短、灌漿時間相對較長、莖稈抗倒伏且彈性好、穗部結(jié)實性好、有效穗數(shù)650萬／hm2以上、穗粒數(shù)35粒左右、千粒重45 g以上、株高75～82 cm的小麥品種，會更有利于該地區(qū)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的提升。