浙江省不同生態(tài)條件對小麥產量和品質的影響

施德云,徐 波,王其飛,華 為,沈華中,張良成,朱靖環(huán)

(1.浙江省農業(yè)科學院作物與核技術利用研究所,浙江杭州 310021;2.縉云縣農業(yè)農村局,浙江縉云 321400;3.嘉興市勤豐種業(yè)有限公司, 浙江嘉興,314016;4.浙江農藝師學院, 浙江杭州,310021)

小麥是世界和我國主要糧食作物之一[1,2]。浙江省目前的小麥年種植面積13.3萬hm2,雖然不及20世紀80年代種植面積的一半(32.5萬hm2),但依然是該省第二大糧食作物[3,4]。因此,重視小麥生產和研究對浙江省農業(yè)可持續(xù)發(fā)展至關重要。

作物產量取決于基因型、環(huán)境及基因型與環(huán)境互作的綜合效應,不同小麥品種的產量在不同地區(qū)不同年度會表現(xiàn)出一定的差異[5-8]。對河南省47個縣(市)的降水量、溫度和日照對小麥產量的影響進行系統(tǒng)分析,結果顯示,小麥產量對氣候變化非常敏感,氣候對河南省小麥產量影響的南北過渡性特征很明顯[8]。 對2018—2020年度河南省區(qū)域試驗中8個小麥品種產量方差分析表明,年份、地點和品種及其互作中除了年份×品種以外,對小麥產量的影響均達極顯著水平(P<0.01)[5]。小麥產量構成三因素均屬于多基因控制的數(shù)量性狀,相互間存在制約關系,只有三者關系協(xié)調才能提高產量。不同的生態(tài)條件下小麥有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重對產量形成的作用不同[9-10]。例如,北京市小麥產量與其構成三要素間均呈正相關,其中千粒重對產量的貢獻最大,其次是穗粒數(shù),有效穗數(shù)的貢獻最小[11];淮南小麥產量構成因素與產量均呈正相關,其中千粒重與產量呈極顯著正相關,而淮北小麥穗數(shù)與產量呈極顯著正相關,穗粒數(shù)與產量呈顯著負相關,千粒重與產量呈不顯著正相關[12]。

小麥加工品質主要指籽粒和面粉對制作不同食品的適合性。強筋小麥蛋白質和面筋含量高,延展性好,適于制作面包;弱筋小麥蛋白質和面筋含量低,強度弱,延展性差,適于制作餅干、糕點;中強筋和中筋小麥蛋白質和面筋含量中等,延展性較好,適于制作面條或饅頭[13-15]。小麥的品質表現(xiàn)不僅受遺傳控制,而且受氣候、土壤、栽培措施等環(huán)境條件,特別是氣候條件的影響[16-19]。降水量大、氣溫高和光照不足對蛋白質含量有較大的負向影響,由此也決定了我國小麥品質南北差異明顯的分布特征[15]。對2018—2020年河南省審定的178個小麥品種進行品質性狀分析發(fā)現(xiàn),籽粒蛋白質含量、容重、濕面筋含量和吸水率的變異系數(shù)較小,穩(wěn)定時間、拉伸面積和最大拉伸阻力平均值較小且變異系數(shù)較大[20]。甘肅省9個市州的316份小麥樣品品質測定結果中,不同地區(qū)小麥樣品蛋白質、粉質、拉伸等品質參數(shù)在區(qū)域間差異極顯著[21]。在低溫、陰雨、寡照條件下,弱筋小麥蛋白含量、濕面筋含量、穩(wěn)定時間等品質指標降低[22]。

浙江省地處東南沿海,屬季風性濕潤氣候,氣溫適中,四季分明,光照充足,雨水較多[23];年降水量由東北向西南遞增,≥25 mm 降水比例南部高于北部,年日照時數(shù)南少北多,年均氣溫由南向北遞減[23-25]。氣候條件對浙江省小麥的產量和品質均有影響[26,27]。目前對浙江省不同地區(qū)的小麥產量和品質,尤其是品質的研究報道相對較少。本研究選擇育成的12個小麥品種(系),種植在浙江省3個具有代表性的生態(tài)區(qū)域,分析評價生態(tài)環(huán)境對小麥產量和品質的影響,以期為浙江小麥新品種的選育和推廣應用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗品種(系)12個,包括育成品種浙麥1號、浙華1號、浙豐麥11和浙農麥1號,以及后備品系20ZW002、20ZW004、20ZW007、20ZW016、20ZW021、20ZW035和20ZW040,對照品種為揚麥20。所有小麥材料由浙江省農業(yè)科學院作物與核技術利用研究所小麥育種團隊收集、繁存。

1.2 試驗設計

試驗共設3個生態(tài)點,分別位于嘉興市秀洲區(qū)王江涇鎮(zhèn)(杭嘉湖平原)、紹興市上虞區(qū)豐惠鎮(zhèn)(寧紹平原)和麗水市縉云縣新建鎮(zhèn)(河谷盆地)。在小麥生育期內,嘉興秀洲的日照時數(shù)、日平均溫度和降水量分別為886.9 h、12.7 ℃和474.4 mm;紹興上虞的日照時數(shù)、日平均溫度和降水量分別為867.4 h、13.3 ℃和577.2 mm; 麗水縉云的日照時數(shù)、日平均溫度和降水量分別為763.4 h、13.8 ℃和794.2 mm。三個生態(tài)點不同月份氣象數(shù)據(jù)見表1,具體來源于當?shù)貧庀缶?。試驗田土地平?排灌方便,肥力中等,四周設保護行且無蔭蔽。試驗采用隨機區(qū)組設計,小區(qū)面積13.34 m2,3次重復;小麥作畦條播,每畦地寬2 m,行距25 cm。三個試驗點均于2022年11月10日播種,播種密度為2.25×106株·hm-2。栽培管理措施基本一致,主要參照浙江省地方標準《小麥機械化生產技術規(guī)程(DB33/T 2479-2022)》,施用60 kg P2O5·hm-2、60 kg K2O ·hm-2和純150 kg N·hm-2,其中磷肥和鉀肥全部基施,氮肥基追比為7∶3,追肥時期為返青期。

表1 小麥生育期氣候因子Table 1 Characteristics of climatic factors during wheat growth period

1.3 測定指標和方法

1.3.1 性狀調查

觀察記載小麥出苗期、抽穗期和成熟期。成熟期調查有效穗數(shù)。收獲后調查株高、穗長、穗粒數(shù)和千粒重,并按小區(qū)收獲曬干,測定產量。

1.3.2 品質測定

根據(jù)2017年印發(fā)的《國家主要農作物品種審定標準(國家級)》規(guī)定的小麥品質分類指標,測定供試品種(系)蛋白質(干基)和濕面筋(14%水分基)含量及面團物理特性指標(吸水率、穩(wěn)定時間、最大拉伸阻力、拉伸面積)。同一試驗點每個小區(qū)取曬干的籽粒1 000 g,同一品種(系)的樣品混合后采用小型實驗磨粉機(880101,Brabender)磨粉。根據(jù) GB/T24899-2010采用FOSS公司1241型近紅外谷物品質分析儀測定蛋白質(干基)含量;采用Perten公司GM2200面筋質測定系統(tǒng)測定濕面筋含量;粉質參數(shù)根據(jù)GB/T14614-2019采用Brabender公司810130型粉質儀測定;拉伸參數(shù)根據(jù)GB/T14615-2019采用Brabender公司860704型拉伸儀測定。品質分類參照2017年印發(fā)的《國家主要農作物品種審定標準(國家級)》規(guī)定的小麥品質分類指標規(guī)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2007和SPSS 22.0對數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同生態(tài)環(huán)境下小麥的產量表現(xiàn)

經(jīng)方差分析,生態(tài)環(huán)境、品種(系)及其互作對小麥產量的影響均極顯著(P<0.01),三者對產量的貢獻率分別為80.54%、14.72%和4.73%,說明生態(tài)環(huán)境對小麥產量的影響最大(表2)。

表2 小麥產量多因素方差分析結果Table 2 Variance analysis result of wheat yield with multiple factors

不同生態(tài)點間小麥平均產量存在顯著差異,秀洲的平均產量最高(6.34 t·hm-2),縉云最低(4.08 t·hm-2),上虞居中(5.68 t·hm-2)。在同一地區(qū),不同品種(系)產量也表現(xiàn)出一定的差異,縉云、秀洲和上虞的產量變化范圍分別為3.12～4.66、5.26～6.8和4.94～6.26 t·hm-2,變異系數(shù)分別為12.9%、8.8%和7.7%(表3)。在品種(系)中,20ZW040、浙華1號、20ZW035、浙豐麥11和浙農麥1號的平均產量均極顯著高于對照,且表現(xiàn)為20ZW040>浙華1號>20ZW035>浙豐麥11>浙農麥1號,但相互間差異不顯著。20ZW016和20ZW001的平均產量高于對照,但差異不顯著。在不同生態(tài)點,品種(系)產量表現(xiàn)也不同,如浙華1號在縉云最高,但在其他兩個點不是最高的。

表3 3個生態(tài)環(huán)境下小麥品種(系)的產量Table 3 Yield of the tested wheat varieties(lines) under three different experimental conditions

2.2 不同生態(tài)環(huán)境下小麥生育期、株高及穗部性狀的特點

由表4可見,小麥平均生育期以秀洲最長(188.4 d),上虞次之(178.2 d),縉云最短(168.4 d);平均株高以秀洲最高(86.1 cm),上虞次之(78.6 cm),縉云最低(74.1 cm);平均穗長以秀洲最大(8.7 cm),上虞次之(7.8 cm),縉云最小(7.2 cm)。這表明小麥生育期、株高和穗長受環(huán)境影響較大。但在同一環(huán)境下參試品種(系)的生育期變異系數(shù)較小,為0.8%～1.2%;株高和穗長的變異系數(shù)相對較大,分別為6.6%～7.4%和10.3%～12.6%。由此表明,小麥不同性狀受環(huán)境和遺傳影響的程度不同。

表4 3個生態(tài)環(huán)境下小麥品種(系)農藝性狀及產量構成因素Table 4 Agronomic traits and yield components of wheat varieties(lines) under three different experimental conditions

在產量構成三因素中,小麥平均有效穗數(shù)在秀洲(4.19×106·hm-2)和上虞(4.17×106·hm-2)間差異較小,縉云的平均有效穗數(shù)低一些(3.69×106·hm-2);秀洲的平均穗粒數(shù)最大(39.7粒),上虞次之(35.7粒),縉云最小(33.6粒);秀洲和上虞的平均千粒重相同(47.8 g),均高于縉云(40.9 g)。在同一環(huán)境下有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重的變異系數(shù)均較大。其中,上虞有效穗數(shù)的變異系數(shù)最大(12.6%),縉云(9.4%)和秀洲(9.5%)相近;上虞和秀洲穗粒數(shù)的變異系數(shù)相當(分別為20.8%和20.7%),均顯著大于縉云(13.2%);千粒重變異系數(shù)以秀洲最大(11.7%),上虞次之(9.1%),縉云較小(8.8%)。每個生態(tài)點的穗粒數(shù)變異系數(shù)都大于有效穗數(shù)和千粒重,表明不同性狀的遺傳變異程度不同。

進一步的相關分析(表5)表明,在三個生態(tài)點,小麥有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重與產量均呈正相關。其中,縉云只有有效穗數(shù)與產量的相關性達到顯著水平,而上虞和秀洲均只有千粒重與產量的相關性顯著。這說明不同生態(tài)環(huán)境下小麥產量構成因素對產量形成的作用不同,縉云的小麥有效穗數(shù)影響較大,其他兩個環(huán)境下千粒重的作用較突出。

表5 3個生態(tài)環(huán)境下小麥品種(系)產量與其構成因素相關性Table 5 Correlation between yield and yield components of wheat varieties(lines) under three different experimental conditions

2.3 不同生態(tài)環(huán)境下小麥品質特點

從測定結果(表6)看,在小麥品質指標中,面團穩(wěn)定時間、拉伸阻力和拉伸面積的變異系數(shù)較大,其中縉云、上虞和秀洲的穩(wěn)定時間變異系數(shù)分別為34.8%、29.1%和38.7%,拉伸阻力變異系數(shù)分別為19.2%、22.2%和33.1%,拉伸面積變異系數(shù)分別為15.8%、21.6%和22.4%。蛋白質含量和濕面筋含量變異系數(shù)相對較小,其中縉云、上虞和秀洲蛋白質含量變異系數(shù)分別為10.8%、6.7%和7.5%,濕面筋含量變異系數(shù)分別為14.2%、8.9%和8.6%。吸水率變異系數(shù)最小,在縉云、上虞和秀洲分別為4.3%、5.2%和7.4%。平均蛋白質含量、濕面筋含量、面團吸水率和穩(wěn)定時間在縉云分別為10.4%、22.5%、51.3%和2.3 min,在上虞分別為10.6%、23.3%、51.7%和1.6 min,均達到弱筋小麥標準。12個品種(系)在3個生態(tài)點的品質綜合表現(xiàn)均未能達到中強筋及以上品質標準。縉云、上虞和秀洲分別有8、6和1個品種(系)符合弱筋小麥標準,秀洲有4個品種(系)符合中筋小麥標準,在3個生態(tài)點種植的其余品種(系)品質指標數(shù)值部分符合弱筋、中筋和中強筋指標。浙華1號在3個試驗點都表現(xiàn)為弱筋,20ZW002、20ZW004和浙農麥1號在縉云和上虞表現(xiàn)為弱筋,20ZW040在縉云和秀洲分別表現(xiàn)為弱筋和中筋,20ZW035和浙豐麥11在縉云表現(xiàn)為弱筋,20ZW007和20ZW021在秀洲表現(xiàn)為中筋。這說明縉云和上虞適合弱筋小麥生產,而秀洲適合中筋小麥生產。

3 討論

本世紀初,浙江省由于種植業(yè)結構調整和工業(yè)化發(fā)展迅速,小麥種植面積大幅度下滑[4]。近年來,由于國家政策引導,各級政府對糧食安全十分重視,出臺各項糧食生產的保障措施,大力開展“非農化”和“非糧化”整治,浙江省小麥種植面積大幅度恢復性增長,目前已達到13.3萬hm2,種植范圍遍及浙江省各個區(qū)域。因此,了解生態(tài)條件對小麥產量和品質的影響,可為浙江省小麥品種的合理布局和有效利用提供科學依據(jù),會對該省小麥的產質同增起到積極的推動作用[28]。目前,浙江省有關這方面的報道較少,缺乏系統(tǒng)性的研究。本研究選擇浙江省具有代表性3個生態(tài)點(嘉興秀洲、紹興上虞和麗水縉云),其分別位于浙江北部、中部和南部,其中嘉興為浙江省小麥的主產區(qū),其種植面積和產量均占浙江省的一半;12個供試品種(系)(包括對照品種揚麥20)為近年來浙江省審定的小麥品種和表現(xiàn)較好的后備品系。本研究結果顯示,小麥生育期、株高、穗長、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重等產量相關性狀和最終產量均由北向南逐漸降低。王妍等認為,對小麥產量影響最大的生育期是抽穗至成熟期,而該時期的主要限制因子為日照時數(shù)、氣溫和降水量[7]。本研究選擇的3個生態(tài)點間小麥抽穗—成熟期(4—5月)生態(tài)氣象條件差異顯著,嘉興秀洲的日平均氣溫和降水量均最低,分別為19.7 ℃和229.3 mm;而麗水縉云的日平均氣溫和降水量均最高,分為20.55 ℃和581.7 mm;日照時數(shù)嘉興秀洲和紹興上虞相當(分別是256.6和258.9 h),麗水縉云的日照時數(shù)最少(222.7 h)。這說明在小麥抽穗—成熟期較長日照時數(shù)、較低溫度和合適的降水有利于小麥產量的提高;抽穗期雨水過多,容易引起赤霉病等病害的發(fā)生;成熟期高溫容易使小麥逼熟、籽粒不飽滿,這些因素都會導致小麥低產。不同參試品種(系)的產量也表現(xiàn)出顯著的差異,9個品種(系)產量在不同生態(tài)點的位次差異不大,3個品種(系)差異較大,這主要由品種的遺傳特性和在不同地區(qū)的適應性所決定的,與臧賀藏等、崔同霞等[5,29]的研究報道相一致。小麥產量構成的三要素為有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重,了解不同地區(qū)小麥品種(系)產量與三個因素的相關性,對于不同地區(qū)的品種(系)引進和高產育種性狀選擇具有一定的指導意義[9,11]。本試驗結果顯示,小麥產量在縉云與有效穗數(shù)呈顯著正相關,在秀洲和上虞均與千粒重呈顯著的正相關,表明縉云選擇分蘗強、有效穗多的小麥品種可能易于取得高產,而秀洲和上虞選擇籽粒大、千粒重高的小麥品種可能易于取得高產。

降水量大、氣溫高和光照不足不利于小麥籽粒蛋白質含量提升,因而我國小麥品質總體表現(xiàn)為北方小麥蛋白和面筋含量高,適合強筋和中強筋小麥生產,而南方小麥蛋白和面筋含量較低,適合中筋和弱筋小麥生產[15]。 對安徽33個小麥主產縣的主栽小麥品種進行品質測定發(fā)現(xiàn),達到中強筋小麥標準的樣品主要來自淮北麥區(qū),弱筋小麥主要來自淮南麥區(qū)[30]。從中國小麥主產省不同筋型冬小麥品質形成的氣候條件分析結果看,環(huán)境條件對小麥品質影響大于基因型;小麥抽穗-成熟期是籽粒形成的關鍵期,該時期的溫度、光照、降雨等氣候因素對小麥籽粒品質優(yōu)劣至關重要,其中溫熱和水濕條件是冬小麥品質的主導氣候因子[31]。本試驗中,縉云、上虞和秀洲的小麥平均蛋白質含量、濕面筋含量、吸水率和面團穩(wěn)定時間變化范圍分別為10.4%～12.7%、22.5%～28.6%、51.3%～54.5%和1.6～2.7 min,四個指標的數(shù)值皆相對較低,基本未達到中強筋和強筋小麥品質指標。在供試的12個小麥品種(系)中只有秀洲有4個品種(系)品質達到中筋水平,其他品種(系)皆表現(xiàn)弱筋或品質指標數(shù)值介于弱筋與中筋之間。另外,供試小麥品種(系)蛋白質和濕面筋含量、面團吸水率從北向南逐漸升高,品質完全符合弱筋小麥標準的品種數(shù)也在減少,縉云有8個品種(系)為弱筋小麥,到秀洲只有1個品種(系)為弱筋小麥。這可能與在小麥抽穗—成熟期秀洲日平均溫度較低、降水較少,而縉云日平均溫度較高、降水較多有關。不同品種(系)在不同生態(tài)點的品質有一定的差異,12個品種(系)中僅浙華1號在3個生態(tài)點皆達到弱筋小麥標準。由此可見,浙北地區(qū)可作為浙江省中筋小麥產區(qū),生產的小麥可用于制作面條和饅頭等;而浙中和浙南地區(qū)為浙江省弱筋小麥產區(qū),生產的小麥可用于餅干、蛋糕等。浙江省小麥品質性狀形成受到品種的遺傳、生態(tài)環(huán)境、栽培措施等多因素影響,其機制有待于進一步的試驗分析。