我國主要麥區(qū)小麥籽粒和面粉鐵含量的影響因素

摘要： 【目的】明確主要麥區(qū)小麥籽粒鐵含量，查明影響籽粒鐵向面粉分配的主要因素，為提升我國小麥鐵營養(yǎng)提供科學(xué)依據(jù)?！痉椒ā坑?020—2021 和2021—2022 年兩個(gè)小麥生長季，在我國17 個(gè)小麥主產(chǎn)省/區(qū)采集424 份小麥植株和土壤樣品，研究小麥籽粒、面粉和麩皮鐵含量與小麥產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成、土壤pH 以及土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀和有效態(tài)微量元素含量的關(guān)系?！窘Y(jié)果】我國小麥籽粒、面粉和麩皮鐵含量平均分別為38.8、13.9 和86.7 mg/kg，其中90.3% 的籽粒和93.9% 的面粉樣本鐵含量未達(dá)到分別為50 和21 mg/kg 的推薦含量。春麥區(qū)，較高的土壤有機(jī)質(zhì)（37.4 g/kg） 和全氮（1.90 g/kg） 含量提高了土壤鐵的有效性，促進(jìn)了小麥對(duì)鐵的吸收和鐵向籽粒的轉(zhuǎn)移，使得小麥籽粒和面粉鐵含量相對(duì)較高，分別為41.5 和15.4 mg/kg；鐵含量適中組小麥?zhǔn)斋@指數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重分別比低鐵組減少13.1 個(gè)百分點(diǎn)、32.2% 和31.3%。旱作區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)（19.7g/kg） 和有效鐵含量（8.9 mg/kg） 在4 個(gè)麥區(qū)中最低，不利于小麥對(duì)鐵元素的吸收和累積，使得籽粒與面粉鐵含量較低，分別為39.2 和14.3 mg/kg。麥玉區(qū)（小麥–玉米區(qū)） 的小麥產(chǎn)量顯著高于其他麥區(qū)，受產(chǎn)量“稀釋效應(yīng)”的影響，籽粒和面粉鐵含量最低，分別為36.7 和12.7 mg/kg。稻麥區(qū)（水稻–小麥區(qū)），較高的土壤有效鐵含量（133.4 mg/kg） 和較低的pH 值（6.6） 使得小麥籽粒鐵含量在4 個(gè)麥區(qū)中最高，籽粒中的鐵更易于向面粉轉(zhuǎn)移和累積，籽粒與面粉鐵含量分別為41.3 和15.6 mg/kg；鐵含量適中組的小麥穗粒數(shù)比低鐵組增加了15.7%，千粒重降低了14.7%。【結(jié)論】適宜的土壤pH 和較高的有機(jī)質(zhì)、全氮及有效鐵含量是小麥籽粒和面粉鐵含量的關(guān)鍵影響因素。此外，還需通過管理措施優(yōu)化穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，避免可能的稀釋效應(yīng)。

關(guān)鍵詞： 小麥； 籽粒； 面粉； 麩皮； 鐵含量； 土壤pH； 有效鐵

綠色革命以來，小麥產(chǎn)量提高的同時(shí)，籽粒中的養(yǎng)分含量卻在下降，其中微量營養(yǎng)元素含量下降最為明顯，“隱性饑餓”問題日趨嚴(yán)峻[1?2]。微量元素鐵對(duì)植物、動(dòng)物和人類的生長、發(fā)育和繁殖起著重要作用，但全球超過60%～80% 的人口面臨鐵缺乏[3]，缺鐵引起的貧血癥已成為普遍問題，影響世界40%的孕婦和42% 的兒童[4]。小麥作為世界三大糧食作物之一，2022 年全球產(chǎn)量達(dá)7.95 億t[5]。我國是世界上最大的小麥生產(chǎn)和消費(fèi)國[6]，35% 的人口以小麥為主食[ 7 ]。我國小麥籽粒鐵含量平均為38.8 mg/kg，低于人體健康推薦范圍50～140 mg/kg[8]，小麥籽粒鐵含量亟需進(jìn)一步提升。通過碾磨，小麥籽粒分為麩皮和面粉，它們分別占籽粒全重的14%～16% 和84%～86%[9]。因籽粒中的鐵主要分布在麩皮中，面粉中鐵含量較低，因此提高面粉鐵含量成了小麥鐵生物強(qiáng)化的關(guān)鍵。在塞爾維亞的研究表明，小麥面粉鐵含量6.8～20.1 mg/kg [10]，麩皮鐵含量12.0～240.5 mg/kg；英國的研究表明，面粉鐵含量12.0～22.0 mg/kg[11]；克羅地亞以小麥粉為基礎(chǔ)制作的餅干鐵含量9.3～24.8 mg/kg[12]；2010 年對(duì)我國48 家面粉企業(yè)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，小麥面粉鐵含量2.2～29.4 mg/kg[13]?？梢姡鲊←溍娣坭F含量存在一定差異。

已有研究表明，籽粒鐵含量受產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素影響。對(duì)比不同國家150 個(gè)小麥品種發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)量較低的品種鐵含量較高[14]。瑞士蘇黎世的研究表明，增施氮肥促使小麥產(chǎn)量顯著增加，籽粒鐵含量卻顯著降低[15]。西班牙的研究發(fā)現(xiàn)，小麥籽粒鐵含量隨產(chǎn)量和千粒重的增加而降低，但分年份的分析發(fā)現(xiàn)，籽粒鐵含量與產(chǎn)量并沒有顯著相關(guān)性[16]。河南新鄉(xiāng)的地方品種籽粒鐵含量均隨收獲指數(shù)、千粒重的增加而顯著降低[17]。在伊朗，干旱脅迫下的小麥籽粒鐵含量與千粒重、穗粒數(shù)均不相關(guān)[18]。此外，土壤pH 值和有機(jī)質(zhì)含量也會(huì)影響土壤鐵的有效性，進(jìn)而影響小麥籽粒鐵含量[ 1 9 ]。巴基斯坦石灰性土壤的高pH 值限制了鐵的有效性，導(dǎo)致小麥籽粒鐵含量顯著降低[ 2 0 ]。陜西長武長期定位試驗(yàn)結(jié)果表明，較高的有機(jī)質(zhì)含量可以降低氧化還原電位和土壤pH 值，促使鐵還原，增加鐵的有效性，促進(jìn)小麥對(duì)鐵的吸收[21]。

可見，小麥籽粒鐵含量高低及面粉和麩皮的鐵分配已有研究，但關(guān)于我國各小麥主產(chǎn)區(qū)小麥籽粒、面粉和麩皮鐵含量，鐵在面粉和麩皮的分配與小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成、鐵吸收、土壤肥力和養(yǎng)分供應(yīng)之間的關(guān)系還缺乏研究。因此，本研究依托國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系，對(duì)我國17 個(gè)主產(chǎn)省/區(qū)的小麥種植戶開展調(diào)研和取樣分析，研究了小麥籽粒、面粉和麩皮中鐵含量，明確了影響鐵在小麥面粉和麩皮中分配的作物和土壤因素，以期為優(yōu)化小麥田間管理，提高小麥籽粒鐵的生物有效性，滿足我國人民的鐵營養(yǎng)需求提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

于2020—2021 和2021—2022 年兩個(gè)小麥種植季，依托國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系，與全國50 個(gè)綜合試驗(yàn)站合作，在全國17 個(gè)小麥主產(chǎn)省/區(qū)進(jìn)行調(diào)研取樣，共采集小麥植株及相應(yīng)地塊土壤樣品各424份。根據(jù)小麥種植制度，采樣區(qū)分為4 個(gè)區(qū)域：春麥區(qū)、旱作區(qū)、麥玉區(qū)（小麥–玉米區(qū)） 和稻麥區(qū)。春麥區(qū)包括新疆、內(nèi)蒙古、黑龍江和寧夏，春小麥單作，3—4 月份播種，7—8 月份收獲；旱作區(qū)包括山西、陜西、甘肅東部，小麥單作，9 月下旬至10 上旬播種，次年6 月中旬到7 月中旬收獲；麥玉區(qū)包括山東、河南、河北、江蘇和安徽北部，小麥–玉米輪作，小麥10 月上中旬播種，次年5 月末至6 月初收獲；稻麥區(qū)包括湖北、重慶、云南、四川、江蘇、河南西南部、浙江和安徽南部，小麥–水稻輪作，小麥每年10 月下旬至11 月上旬播種，次年4 月末至5 月初收獲。各區(qū)域采樣點(diǎn)數(shù)量依據(jù)小麥種植面積大小確定，分別有44、46、212 和122 個(gè)。由2020—2022 兩個(gè)小麥生長季各采樣點(diǎn)的平均值，得到各麥區(qū)0—20 cm 土層土壤的理化性狀（表1）。

1.2 樣品采集與測定

1.2.1 植物樣品采集與測定

于小麥?zhǔn)斋@前3～5天，在采樣田塊選擇能代表整個(gè)田塊小麥長勢區(qū)域作為采樣區(qū)（10 m×5 m）。在采樣區(qū)內(nèi)隨機(jī)選擇10 個(gè)樣點(diǎn)采集共100 穗的對(duì)應(yīng)小麥全株，在根莖結(jié)合處剪除根部，作為化學(xué)分析和考種樣品。將莖葉和穗分開，風(fēng)干后手工脫粒，測定各器官生物量及千粒重。稱取50 g 籽粒用自來水和蒸餾水分別快速清洗3 次后，65℃ 烘干至恒重，測定含水量。另取50 g風(fēng)干籽粒用Brabender （布拉本德） 小型試驗(yàn)?zāi)シ蹤C(jī)進(jìn)行研磨、烘干，所得面粉和麩皮儲(chǔ)存至已標(biāo)記好的自封袋保存。

烘干的莖葉、穎殼和籽粒用研磨儀（MM400，德國，氧化鋯罐） 磨細(xì)后，用濃H2SO4–H2O2 消解，連續(xù)流動(dòng)分析儀（AA3，德國） 測定磷含量；用濃HNO3 –H2O2 微波消解，電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，美國） 測定鐵含量[22]。千粒重、生物量、產(chǎn)量、收獲指數(shù)和磷養(yǎng)分含量均用烘干重表示[23]。

1.2.2 土壤樣品的采集與測定

在采樣區(qū)隨機(jī)選擇5 個(gè)樣點(diǎn)，采集0—20 cm 土壤樣品，混合均勻后取500 g 作為1 個(gè)分析樣品。土壤樣品風(fēng)干后用盤式研磨儀（DP100，北京） 磨細(xì)過 1 mm 篩。土壤pH 用pH 自動(dòng)測量系統(tǒng)（S400，瑞士） 測定，水土比為2.5∶1。有效磷用0.5 mol/L 的NaHCO3 浸提，浸提液中的氮磷含量用連續(xù)流動(dòng)分析儀（AA3，德國） 測定。速效鉀采用1 mol/L 的NH4OAc 浸提，火焰光度計(jì)測定。有效態(tài)鐵錳銅鋅采用DTPA 浸提，原子吸收分光光度計(jì)測定[24]。將過1 mm 篩的土壤再次碾磨過0.15 mm 篩，使用全自動(dòng)碳氮分析儀（PrimacsSNC100-IC-E，荷蘭） 測定土壤全氮和有機(jī)碳含量，有機(jī)碳含量乘以1.724 得到有機(jī)質(zhì)含量。

1.3 數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析

籽粒鐵含量分級(jí)基于保證人體健康所需的小麥籽粒鐵含量推薦值（50 mg/kg）[25]，將小麥籽粒鐵含量分為低、偏低和適中3 個(gè)組，對(duì)應(yīng)籽粒鐵含量分別為lt;40、40～50 和≥50 mg/kg。

采用 Microsoft Excel 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析，采用Origin 2020 繪圖，采用IBM SPSSStatistics 25.0 進(jìn)行相關(guān)性分析，利用ArcGIS 10.7 軟件進(jìn)行地圖繪制，地圖底圖來源于http：//bzdt.ch.mnrgov.cn/index.html，審圖號(hào)：GS（2023）2767。相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式如下：

器官（組織） 鐵吸收量=器官（組織） 生物量×器官（組織） 鐵含量/1000

地上部鐵吸收量=籽粒鐵吸收量+莖葉鐵吸收量+穎殼鐵吸收量

器官（組織） 鐵分配指數(shù)=器官（組織） 鐵吸收量/地上部鐵吸收量

式中：器官（組織） 鐵吸收量指莖葉、穎殼、籽粒、面粉和麩皮的鐵吸收量，單位為g/hm2；器官（組織） 生物量指相應(yīng)器官或組織的生物量，單位kg/hm2；器官（組織） 鐵含量指相應(yīng)器官或組織的鐵含量，單位mg/kg。

2 結(jié)果與分析

2.1 我國主要麥區(qū)小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

對(duì)2020—2021 和2021—2022 年我國主要麥區(qū)小麥生產(chǎn)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，我國小麥的平均產(chǎn)量為6.9 t/hm2，麥玉區(qū)小麥產(chǎn)量最高，春麥區(qū)產(chǎn)量最低；小麥生物量全國平均13.6 t/hm2，麥玉區(qū)最高，春麥區(qū)最低；小麥?zhǔn)斋@指數(shù)全國平均51.7%，麥玉和稻麥區(qū)較高，春麥區(qū)和旱作區(qū)較低。穗數(shù)和千粒重與籽粒產(chǎn)量情況一致，全國平均分別為440.5×104/hm2 和44.7 g；穗粒數(shù)全國平均31.1，旱作區(qū)最高，春麥區(qū)最低（圖1）。

2.2 我國主要麥區(qū)小麥籽粒、面粉和麩皮鐵含量

從全國范圍看，90.3% 的籽粒和93.9% 的面粉樣本鐵含量未達(dá)到分別為50 和21 mg/kg 推薦含量。小麥籽粒鐵含量介于21.5～71.4 mg/kg，平均38.8 mg/kg（圖2a， 圖3a）。春麥區(qū)和稻麥區(qū)小麥籽粒鐵含量較高，平均分別為41.4 和41.3 mg/kg，旱作區(qū)次之，麥玉區(qū)較低，平均分別為39.4 和36.6 mg/kg。小麥面粉鐵含量與籽粒鐵含量規(guī)律一致（圖2b， 圖3b）。全國小麥面粉鐵含量介于5.0～50.4 mg/kg，平均13.9 mg/kg。春麥、旱作、麥玉和稻麥區(qū)平均分別為15.4、14.3、12.7 和15.6 mg/kg。麩皮鐵含量則不同（圖2c， 圖3c），全國小麥麩皮鐵含量介于35.5～143.6 mg/kg，平均86.7 mg/kg。春麥區(qū)和旱作區(qū)高于稻麥區(qū)和麥玉區(qū)，鐵含量平均分別為91.4、93.0、87.7和83.8 mg/kg?？梢姡←溩蚜５拿娣坭F含量低于麩皮，春麥區(qū)和稻麥區(qū)面粉鐵含量較高，旱作區(qū)次之，麥玉區(qū)較低。

2.3 我國小麥籽粒、面粉和麩皮鐵含量之間的關(guān)系

相關(guān)與回歸分析表明，就全國范圍而言，小麥面粉與籽粒鐵含量極顯著正相關(guān)，籽粒鐵每增加1.0 mg/kg，面粉鐵增加0.45 mg/kg （圖4）。從不同區(qū)域看，籽粒鐵每增加1.0 mg/kg，各麥區(qū)面粉鐵增加0.31～0.60 mg/kg，稻麥區(qū)增加最多，麥玉區(qū)增加最少。全國范圍內(nèi)，麩皮與籽粒鐵含量也呈極顯著正相關(guān)，籽粒鐵每增加1.0 mg/kg，麩皮鐵增加1.97mg/kg。不同麥區(qū)，籽粒鐵含量每增加1.0 mg/kg，麩皮鐵增加1.70～2.21 mg/kg，春麥區(qū)增加最多，稻麥區(qū)增加最少。面粉與麩皮鐵含量顯著正相關(guān)。全國范圍內(nèi)，麩皮鐵每增加1.0 mg/kg，面粉鐵含量增加0.10 mg/kg。區(qū)域之間，麩皮鐵含量每增加1.0 mg/kg，面粉鐵含量增加0.07～0.14 mg/kg，旱作區(qū)增加最多，稻麥區(qū)增加最少?？梢?，隨著籽粒鐵含量的增加，面粉和麩皮鐵含量都增加，面粉鐵含量比麩皮增加慢，說明鐵更容易在麩皮中累積。

2.4 我國小麥籽粒、面粉和麩皮鐵含量與鐵吸收分配的關(guān)系

按小麥籽粒鐵含量（低、偏低、適中）進(jìn)行分組分析，結(jié)果表明，在全國范圍內(nèi)適中組面粉和麩皮鐵含量分別比低鐵組高96.6% 和47.9%；適中組麩皮鐵吸收量比低鐵組高16.2% （表2）。適中組鐵在面粉的分配增加7.3 個(gè)百分點(diǎn)，在麩皮的分配減少7.3 個(gè)百分點(diǎn)。春麥區(qū)，適中組莖葉與穎殼鐵含量分別比低鐵組低50.6% 和41.5%，面粉與麩皮鐵含量分別高73.3% 和70.3%；適中組莖葉、穎殼和籽粒鐵吸收量分別比低鐵組高69.0%、46.5% 和36.0%，面粉和麩皮鐵吸收量分別高30.5% 和34.4%。旱作、麥玉和稻麥區(qū)與全國結(jié)果一致，適中組面粉鐵含量比低鐵組分別高90.4%、63.2% 和92.1%，麩皮鐵含量分別高20.4%、45.2% 和43.3%，鐵在適中組面粉的分配比例分別比低鐵組增加10.1 個(gè)百分點(diǎn)、6.3 個(gè)百分點(diǎn)和8.1 個(gè)百分點(diǎn)，在麩皮的分配比例分別減少10.1個(gè)百分點(diǎn)、6.3 個(gè)百分點(diǎn)和8.1 個(gè)百分點(diǎn)。其中，旱作區(qū)適中組面粉與麩皮鐵吸收量分別比低鐵組低69.2% 和41.9%，麥玉區(qū)適中組莖葉和穎殼鐵吸收量分別比低鐵組高83.7% 和58.8%?？梢?，隨著籽粒鐵含量升高，春麥區(qū)莖葉和穎殼鐵含量升高，但各器官鐵吸收量均顯著降低，旱作、麥玉和稻麥區(qū)小麥營養(yǎng)器官鐵含量沒有變化，但在籽粒中鐵向面粉的分配增加，向麩皮的分配減少。

2.5 我國小麥籽粒、面粉和麩皮鐵含量與產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的關(guān)系

從籽粒鐵含量分組來看，春麥區(qū)鐵含量適中組小麥?zhǔn)斋@指數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重分別比低鐵組減少13.1 個(gè)百分點(diǎn)、32.2% 和31.3%。旱作區(qū)和麥玉區(qū)，適中組收獲指數(shù)比低鐵組分別低8.5 和6.6 個(gè)百分點(diǎn)，麥玉區(qū)適中組穗數(shù)比低鐵組高30.4%；稻麥區(qū)，適中組的穗粒數(shù)比低鐵組增加15.7%，千粒重低14.7%，收獲指數(shù)低8.3 個(gè)百分點(diǎn)（表3）?？梢?，隨著籽粒鐵含量升高，各麥區(qū)小麥產(chǎn)量和生物量沒有顯著差異，但收獲指數(shù)顯著降低，產(chǎn)量構(gòu)成要素的變化因麥區(qū)而異。

從全國范圍看，籽粒、面粉和麩皮鐵含量與產(chǎn)量顯著負(fù)相關(guān)，產(chǎn)量每增加1.0 t/hm2，籽粒鐵含量降低0.9 mg/kg，面粉鐵含量降低0.5 mg/kg，麩皮鐵含量降低1.0 mg/kg；籽粒鐵含量與穗數(shù)和穗粒數(shù)顯著正相關(guān)，與收獲指數(shù)和千粒重顯著負(fù)相關(guān)。面粉鐵含量與穗粒數(shù)顯著正相關(guān)，與生物量、收獲指數(shù)和千粒重顯著負(fù)相關(guān)。麩皮鐵含量與收獲指數(shù)和千粒重顯著負(fù)相關(guān)（圖5）。

2.6 我國小麥籽粒、面粉和麩皮鐵含量與土壤主要肥力因素的關(guān)系

籽粒鐵含量分組分析表明，春麥區(qū)，適中組pH比低鐵組低30.1%，有機(jī)質(zhì)和全氮分別高223.0% 和182.9%，有效鐵和有效錳分別高940.2% 和126.4%；旱作區(qū)，適中組pH 比低鐵組低1.9%。麥玉區(qū)，鐵含量適中組土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀比低鐵組分別高20.2% 和36.6%。稻麥區(qū)，適中與低鐵組間土壤主要肥力因素均無顯著差異（表4）。全國范圍內(nèi)，籽粒鐵含量與有機(jī)質(zhì)、全氮、有效鐵、有效錳和有效銅顯著正相關(guān)，與pH 顯著負(fù)相關(guān)（圖6）。面粉鐵含量與有機(jī)質(zhì)、全氮、有效鐵、有效錳和有效銅顯著正相關(guān)。麩皮鐵含量與有機(jī)質(zhì)、全氮和有效鐵顯著正相關(guān)，與pH 顯著負(fù)相關(guān)。可見，適中組與低鐵組土壤主要肥力因素的差異因麥區(qū)而異，pH、有機(jī)質(zhì)和全氮的變化較為顯著，有效鐵和錳的影響因麥區(qū)而異，有效磷、速效鉀和有效銅、鋅沒有顯著變化。

3 討論

3.1 我國主要麥區(qū)小麥面粉鐵含量與豐缺評(píng)價(jià)

本研究表明，我國小麥籽粒鐵含量介于21.5～71.4 mg/kg，平均為38.8 mg/kg，其中90.3% 的樣品未達(dá)到推薦含量下限50 mg/kg （圖3）。與墨西哥37.2 mg/kg 和加拿大41.2 mg/kg 的結(jié)果相似，與阿根廷23.3 mg/kg[ 2 6 ]、法國35.0 mg/kg[ 2 7 ]、匈牙利35.5 mg/kg[ 2 8 ]等南美洲和歐洲國家以及中亞地區(qū)38.0 mg/kg[29]的結(jié)果相比，相對(duì)較高。我國面粉鐵含量介于5.0～50.4 mg/kg，平均13.9 mg/kg，其中93.9%的樣品未達(dá)到澳大利亞推薦含量21 mg/kg[16]，但高于匈牙利9.3 mg/kg[28]、塞爾維亞9.4 mg/kg[10]等歐洲國家以及埃塞俄比亞9.4 mg/kg[30]、阿根廷9.6 mg/kg[26]和巴西10.0 mg/kg[31]等非洲和南美洲國家。相較于巴西伯南布哥州土壤有效鐵10.8～21.4 mg/kg[32]、阿根廷57.0 mg/kg[33]，我國土壤有效鐵平均含量 （62.4 mg/kg，表1） 相對(duì)較高，可能是引起籽粒和面粉鐵含量高于這些國家的原因[34]。本研究（2020—2022 年） 中籽粒鐵含量相較于2016—2020 年田間調(diào)研的43.8 mg/kg[35]降低了11.4%；面粉鐵含量相較于2003—2009 年的15.3 mg/kg[13]降低了9.2%，這可能是因?yàn)榻鼉赡戤a(chǎn)量提高引起的養(yǎng)分“稀釋效應(yīng)”所導(dǎo)致?；诒狙芯康幕貧w分析結(jié)果（圖4） 推算，即使我國小麥籽粒鐵含量提高到50 mg/kg 時(shí)，面粉鐵含量將為19 mg/kg，仍比歐洲推薦的21 mg/kg 低2 mg/kg[16]，還需進(jìn)一步提高。

我國各麥區(qū)小麥籽粒、面粉和麩皮鐵含量存在區(qū)域差異，各麥區(qū)籽粒鐵含量表現(xiàn)為春麥區(qū)和稻麥區(qū)較高，旱作區(qū)次之，麥玉區(qū)最低，平均分別為41.4、41.3、39.4 和36.6 mg/kg。面粉鐵含量與其規(guī)律一致，分別為15.4、15.6、14.3 和12.7 mg/kg （圖2）。麥玉區(qū)小麥產(chǎn)量比旱作區(qū)、稻麥區(qū)和春麥區(qū)分別高32.8%、39.7% 和55.8% （圖1），可能是導(dǎo)致其籽粒與面粉鐵含量低的原因。旱作區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)和有效鐵含量在4 個(gè)麥區(qū)中最低（表1），不利于小麥對(duì)鐵元素的吸收和累積，進(jìn)而影響籽粒與面粉鐵含量。稻麥區(qū)為偏酸性土壤，研究表明，當(dāng)pHlt;7.5 時(shí)，pH 值每降低一個(gè)單位，F(xiàn)e3+的溶解度增加1000 倍，因此稻麥區(qū)土壤鐵的有效性較高。本研究中，稻麥區(qū)土壤有效鐵含量在4 個(gè)麥區(qū)中最高，有利于小麥對(duì)鐵的吸收并向籽粒的轉(zhuǎn)移，進(jìn)而增加鐵在籽粒與面粉中的積累。麩皮鐵含量的區(qū)域分布規(guī)律與籽粒、面粉不一致，表現(xiàn)為旱作區(qū)和春麥區(qū)高于稻麥區(qū)和麥玉區(qū)，平均分別為93.0、91.4、87.7 和83.8 mg/kg。旱作區(qū)麩皮鐵含量高的原因可能是鐵從種皮到胚乳轉(zhuǎn)移過程受溫度影響，由于旱作區(qū)進(jìn)入灌漿期后溫度較低使韌皮部發(fā)育變緩，不利于養(yǎng)分向胚乳的運(yùn)輸，引起麩皮中鐵等養(yǎng)分累積和含量升高[36]。綜上，調(diào)控我國小麥籽粒與面粉鐵含量需因地制宜。

3.2 影響我國主要麥區(qū)小麥面粉鐵含量的作物因素

本研究發(fā)現(xiàn)，隨籽粒鐵含量的增加，鐵更容易在麩皮中累積。從全國范圍看，籽粒鐵含量每增加1.0 mg/kg，面粉鐵增加0.45 mg/kg，麩皮鐵增加1.97 mg/kg （圖4），面粉鐵累積占籽?？偭康?0%。這與2020 年對(duì)我國4 省20 個(gè)小麥品種籽粒鐵研究[37]結(jié)果一致。隨著籽粒鐵含量增加，稻麥區(qū)麩皮鐵含量增加最低，面粉鐵含量增加最高?？赡苁且?yàn)榈钧渽^(qū)適中組麩皮磷含量顯著低于低鐵組。麩皮中磷含量低會(huì)導(dǎo)致其中植酸含量降低，螯合鐵的能力下降，相反面粉中的鐵含量會(huì)較快增加[38]。春麥區(qū)，適中組麩皮磷含量高于低鐵組，麩皮中植酸含量增加，促進(jìn)了鐵在麩皮中的累積，阻礙向面粉的轉(zhuǎn)運(yùn)，所以隨籽粒鐵含量增加，春麥區(qū)面粉鐵含量增加最低。本研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，隨籽粒鐵含量升高，鐵在面粉中的分配增加，在麩皮中的分配降低，說明可以通過篩選高鐵品種來提高面粉鐵含量。

本研究還發(fā)現(xiàn)，小麥產(chǎn)量每增加1.0 t/hm2，籽粒鐵含量降低0.9 mg/kg，面粉鐵含量降低0.5 mg/kg（圖5）。2018—2019 年美國中部大平原和2009—2011 年我國主要麥區(qū)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)量每增加1.0 t/hm2，籽粒鐵含量分別降低2.3 mg/kg[ 3 9 ]和1.3 mg/kg[ 4 0 ]。在4 個(gè)麥區(qū)，麥玉區(qū)產(chǎn)量顯著高于其余麥區(qū)，其面粉鐵含量則最低，說明產(chǎn)量對(duì)籽粒鐵含量存在“稀釋效應(yīng)”，也對(duì)面粉鐵含量存在“稀釋效應(yīng)”。小麥產(chǎn)量受穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重的影響，與收獲指數(shù)也密切相關(guān)[41]。本研究中，面粉鐵含量與收獲指數(shù)顯著負(fù)相關(guān)，與產(chǎn)量也顯著負(fù)相關(guān)，這是由于產(chǎn)量與收獲指數(shù)呈正相關(guān)，收獲指數(shù)增加引起的產(chǎn)量提高對(duì)面粉鐵含量產(chǎn)生了“稀釋效應(yīng)”[42]。本研究中，從全國范圍看，面粉鐵含量與穗粒數(shù)顯著正相關(guān)，與千粒重顯著負(fù)相關(guān)，但春麥區(qū)適中組穗粒數(shù)顯著低于低鐵組，稻麥區(qū)適中組穗數(shù)和穗粒數(shù)顯著高于低鐵組。說明在這兩個(gè)麥區(qū)，除了穗粒數(shù)和千粒重外，還應(yīng)關(guān)注其他產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)面粉鐵含量的影響。旱作區(qū)面粉鐵含量與產(chǎn)量構(gòu)成要素均無顯著相關(guān)，可能是由于地上部的鐵主要分布在葉片和莖鞘中[43]，旱作區(qū)干旱的氣候條件會(huì)影響籽粒灌漿[16]，限制鐵向籽粒轉(zhuǎn)移和累積。因此，協(xié)調(diào)鐵在麩皮和面粉中的分配，提高面粉鐵含量，需在保證高產(chǎn)前提下，協(xié)調(diào)水肥供應(yīng)，優(yōu)化產(chǎn)量構(gòu)成要素對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)，協(xié)同提升小麥產(chǎn)量和籽粒與面粉鐵含量。

3.3 影響我國主要麥區(qū)小麥面粉鐵含量的土壤因素

土壤因素也是影響籽粒和面粉鐵含量的關(guān)鍵。從全國范圍看，籽粒和面粉鐵含量均與土壤有效鐵顯著正相關(guān)（圖6）。另有研究也表明，較高的土壤有效鐵含量可以促進(jìn)作物吸收鐵，提高籽粒鐵含量[44?45]。與前人研究不同的是，本研究還發(fā)現(xiàn)籽粒和面粉鐵含量還與土壤有效錳和銅顯著正相關(guān)。土壤中鐵和錳具有相似的轉(zhuǎn)化、遷移與富集規(guī)律，在鐵和錳與土壤膠體形成的復(fù)合物表面，對(duì)銅也有較強(qiáng)吸附作用，所以三者在土壤中通常呈顯著正相關(guān)[46]，但土壤有效錳和銅能否促進(jìn)小麥對(duì)鐵的吸收，還有待進(jìn)一步研究。在本研究中，籽粒和面粉鐵含量還與全氮和有機(jī)質(zhì)顯著正相關(guān)，其原因是適當(dāng)?shù)耐寥赖┙o可以增加鐵從根部向地上部的轉(zhuǎn)移[47?48]，有機(jī)質(zhì)可以改善土壤理化性質(zhì)，使高價(jià)鐵以絡(luò)合態(tài)存在，或促進(jìn)其還原，提高鐵的有效性[49]。此外，籽粒和面粉鐵含量與pH 顯著負(fù)相關(guān)，主要是由于高pH 值會(huì)引起土壤中低價(jià)鐵的氧化，降低鐵的生物有效性[50]，影響作物吸收。因此，春麥區(qū)適中組土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和有效鐵均高于低鐵組，pH 低于低鐵組（表4）。旱作區(qū)適中組的土壤pH 也顯著低于低鐵組，麥玉區(qū)適中組的土壤有機(jī)質(zhì)顯著高于低鐵組。總之，適宜的土壤pH，較高的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮及有效鐵含量，是提高小麥籽粒與面粉鐵含量的前提。

4 結(jié)論

我國不同麥區(qū)籽粒和面粉鐵含量存在顯著差異，平均含量分別為38.8 和13.9 mg/kg，春麥區(qū)和稻麥區(qū)較高，旱作區(qū)和麥玉區(qū)較低，均低于推薦含量下限，有明顯的提升潛力。影響小麥籽粒鐵含量在面粉中分配的主要土壤因素為土壤pH 及有機(jī)質(zhì)、全氮及有效鐵含量。優(yōu)化產(chǎn)量構(gòu)成要素也有利于協(xié)同提升小麥產(chǎn)量和籽粒及面粉鐵含量。

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基金項(xiàng)目：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng) （CARS-3）；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021YED1900700，2018YFD0200400）。