浙江省不同生态条件对小麦产量和品质的影响

施德云,徐 波,王其飞,华 为,沈华中,张良成,朱靖环

(1.浙江省农业科学院作物与核技术利用研究所,浙江杭州 310021;2.缙云县农业农村局,浙江缙云 321400;3.嘉兴市勤丰种业有限公司, 浙江嘉兴,314016;4.浙江农艺师学院, 浙江杭州,310021)

小麦是世界和我国主要粮食作物之一[1,2]。浙江省目前的小麦年种植面积13.3万hm2,虽然不及20世纪80年代种植面积的一半(32.5万hm2),但依然是该省第二大粮食作物[3,4]。因此,重视小麦生产和研究对浙江省农业可持续发展至关重要。

作物产量取决于基因型、环境及基因型与环境互作的综合效应,不同小麦品种的产量在不同地区不同年度会表现出一定的差异[5-8]。对河南省47个县(市)的降水量、温度和日照对小麦产量的影响进行系统分析,结果显示,小麦产量对气候变化非常敏感,气候对河南省小麦产量影响的南北过渡性特征很明显[8]。 对2018—2020年度河南省区域试验中8个小麦品种产量方差分析表明,年份、地点和品种及其互作中除了年份×品种以外,对小麦产量的影响均达极显著水平(P<0.01)[5]。小麦产量构成三因素均属于多基因控制的数量性状,相互间存在制约关系,只有三者关系协调才能提高产量。不同的生态条件下小麦有效穗数、穗粒数和千粒重对产量形成的作用不同[9-10]。例如,北京市小麦产量与其构成三要素间均呈正相关,其中千粒重对产量的贡献最大,其次是穗粒数,有效穗数的贡献最小[11];淮南小麦产量构成因素与产量均呈正相关,其中千粒重与产量呈极显著正相关,而淮北小麦穗数与产量呈极显著正相关,穗粒数与产量呈显著负相关,千粒重与产量呈不显著正相关[12]。

小麦加工品质主要指籽粒和面粉对制作不同食品的适合性。强筋小麦蛋白质和面筋含量高,延展性好,适于制作面包;弱筋小麦蛋白质和面筋含量低,强度弱,延展性差,适于制作饼干、糕点;中强筋和中筋小麦蛋白质和面筋含量中等,延展性较好,适于制作面条或馒头[13-15]。小麦的品质表现不仅受遗传控制,而且受气候、土壤、栽培措施等环境条件,特别是气候条件的影响[16-19]。降水量大、气温高和光照不足对蛋白质含量有较大的负向影响,由此也决定了我国小麦品质南北差异明显的分布特征[15]。对2018—2020年河南省审定的178个小麦品种进行品质性状分析发现,籽粒蛋白质含量、容重、湿面筋含量和吸水率的变异系数较小,稳定时间、拉伸面积和最大拉伸阻力平均值较小且变异系数较大[20]。甘肃省9个市州的316份小麦样品品质测定结果中,不同地区小麦样品蛋白质、粉质、拉伸等品质参数在区域间差异极显著[21]。在低温、阴雨、寡照条件下,弱筋小麦蛋白含量、湿面筋含量、稳定时间等品质指标降低[22]。

浙江省地处东南沿海,属季风性湿润气候,气温适中,四季分明,光照充足,雨水较多[23];年降水量由东北向西南递增,≥25 mm 降水比例南部高于北部,年日照时数南少北多,年均气温由南向北递减[23-25]。气候条件对浙江省小麦的产量和品质均有影响[26,27]。目前对浙江省不同地区的小麦产量和品质,尤其是品质的研究报道相对较少。本研究选择育成的12个小麦品种(系),种植在浙江省3个具有代表性的生态区域,分析评价生态环境对小麦产量和品质的影响,以期为浙江小麦新品种的选育和推广应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验品种(系)12个,包括育成品种浙麦1号、浙华1号、浙丰麦11和浙农麦1号,以及后备品系20ZW002、20ZW004、20ZW007、20ZW016、20ZW021、20ZW035和20ZW040,对照品种为扬麦20。所有小麦材料由浙江省农业科学院作物与核技术利用研究所小麦育种团队收集、繁存。

1.2 试验设计

试验共设3个生态点,分别位于嘉兴市秀洲区王江泾镇(杭嘉湖平原)、绍兴市上虞区丰惠镇(宁绍平原)和丽水市缙云县新建镇(河谷盆地)。在小麦生育期内,嘉兴秀洲的日照时数、日平均温度和降水量分别为886.9 h、12.7 ℃和474.4 mm;绍兴上虞的日照时数、日平均温度和降水量分别为867.4 h、13.3 ℃和577.2 mm; 丽水缙云的日照时数、日平均温度和降水量分别为763.4 h、13.8 ℃和794.2 mm。三个生态点不同月份气象数据见表1,具体来源于当地气象局。试验田土地平整,排灌方便,肥力中等,四周设保护行且无荫蔽。试验采用随机区组设计,小区面积13.34 m2,3次重复;小麦作畦条播,每畦地宽2 m,行距25 cm。三个试验点均于2022年11月10日播种,播种密度为2.25×106株·hm-2。栽培管理措施基本一致,主要参照浙江省地方标准《小麦机械化生产技术规程(DB33/T 2479-2022)》,施用60 kg P2O5·hm-2、60 kg K2O ·hm-2和纯150 kg N·hm-2,其中磷肥和钾肥全部基施,氮肥基追比为7∶3,追肥时期为返青期。

表1 小麦生育期气候因子Table 1 Characteristics of climatic factors during wheat growth period

1.3 测定指标和方法

1.3.1 性状调查

观察记载小麦出苗期、抽穗期和成熟期。成熟期调查有效穗数。收获后调查株高、穗长、穗粒数和千粒重,并按小区收获晒干,测定产量。

1.3.2 品质测定

根据2017年印发的《国家主要农作物品种审定标准(国家级)》规定的小麦品质分类指标,测定供试品种(系)蛋白质(干基)和湿面筋(14%水分基)含量及面团物理特性指标(吸水率、稳定时间、最大拉伸阻力、拉伸面积)。同一试验点每个小区取晒干的籽粒1 000 g,同一品种(系)的样品混合后采用小型实验磨粉机(880101,Brabender)磨粉。根据 GB/T24899-2010采用FOSS公司1241型近红外谷物品质分析仪测定蛋白质(干基)含量;采用Perten公司GM2200面筋质测定系统测定湿面筋含量;粉质参数根据GB/T14614-2019采用Brabender公司810130型粉质仪测定;拉伸参数根据GB/T14615-2019采用Brabender公司860704型拉伸仪测定。品质分类参照2017年印发的《国家主要农作物品种审定标准(国家级)》规定的小麦品质分类指标规定。

1.4 数据分析

用Excel 2007和SPSS 22.0对数据进行整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同生态环境下小麦的产量表现

经方差分析,生态环境、品种(系)及其互作对小麦产量的影响均极显著(P<0.01),三者对产量的贡献率分别为80.54%、14.72%和4.73%,说明生态环境对小麦产量的影响最大(表2)。

表2 小麦产量多因素方差分析结果Table 2 Variance analysis result of wheat yield with multiple factors

不同生态点间小麦平均产量存在显著差异,秀洲的平均产量最高(6.34 t·hm-2),缙云最低(4.08 t·hm-2),上虞居中(5.68 t·hm-2)。在同一地区,不同品种(系)产量也表现出一定的差异,缙云、秀洲和上虞的产量变化范围分别为3.12～4.66、5.26～6.8和4.94～6.26 t·hm-2,变异系数分别为12.9%、8.8%和7.7%(表3)。在品种(系)中,20ZW040、浙华1号、20ZW035、浙丰麦11和浙农麦1号的平均产量均极显著高于对照,且表现为20ZW040>浙华1号>20ZW035>浙丰麦11>浙农麦1号,但相互间差异不显著。20ZW016和20ZW001的平均产量高于对照,但差异不显著。在不同生态点,品种(系)产量表现也不同,如浙华1号在缙云最高,但在其他两个点不是最高的。

表3 3个生态环境下小麦品种(系)的产量Table 3 Yield of the tested wheat varieties(lines) under three different experimental conditions

2.2 不同生态环境下小麦生育期、株高及穗部性状的特点

由表4可见,小麦平均生育期以秀洲最长(188.4 d),上虞次之(178.2 d),缙云最短(168.4 d);平均株高以秀洲最高(86.1 cm),上虞次之(78.6 cm),缙云最低(74.1 cm);平均穗长以秀洲最大(8.7 cm),上虞次之(7.8 cm),缙云最小(7.2 cm)。这表明小麦生育期、株高和穗长受环境影响较大。但在同一环境下参试品种(系)的生育期变异系数较小,为0.8%～1.2%;株高和穗长的变异系数相对较大,分别为6.6%～7.4%和10.3%～12.6%。由此表明,小麦不同性状受环境和遗传影响的程度不同。

表4 3个生态环境下小麦品种(系)农艺性状及产量构成因素Table 4 Agronomic traits and yield components of wheat varieties(lines) under three different experimental conditions

在产量构成三因素中,小麦平均有效穗数在秀洲(4.19×106·hm-2)和上虞(4.17×106·hm-2)间差异较小,缙云的平均有效穗数低一些(3.69×106·hm-2);秀洲的平均穗粒数最大(39.7粒),上虞次之(35.7粒),缙云最小(33.6粒);秀洲和上虞的平均千粒重相同(47.8 g),均高于缙云(40.9 g)。在同一环境下有效穗数、穗粒数和千粒重的变异系数均较大。其中,上虞有效穗数的变异系数最大(12.6%),缙云(9.4%)和秀洲(9.5%)相近;上虞和秀洲穗粒数的变异系数相当(分别为20.8%和20.7%),均显著大于缙云(13.2%);千粒重变异系数以秀洲最大(11.7%),上虞次之(9.1%),缙云较小(8.8%)。每个生态点的穗粒数变异系数都大于有效穗数和千粒重,表明不同性状的遗传变异程度不同。

进一步的相关分析(表5)表明,在三个生态点,小麦有效穗数、穗粒数和千粒重与产量均呈正相关。其中,缙云只有有效穗数与产量的相关性达到显著水平,而上虞和秀洲均只有千粒重与产量的相关性显著。这说明不同生态环境下小麦产量构成因素对产量形成的作用不同,缙云的小麦有效穗数影响较大,其他两个环境下千粒重的作用较突出。

表5 3个生态环境下小麦品种(系)产量与其构成因素相关性Table 5 Correlation between yield and yield components of wheat varieties(lines) under three different experimental conditions

2.3 不同生态环境下小麦品质特点

从测定结果(表6)看,在小麦品质指标中,面团稳定时间、拉伸阻力和拉伸面积的变异系数较大,其中缙云、上虞和秀洲的稳定时间变异系数分别为34.8%、29.1%和38.7%,拉伸阻力变异系数分别为19.2%、22.2%和33.1%,拉伸面积变异系数分别为15.8%、21.6%和22.4%。蛋白质含量和湿面筋含量变异系数相对较小,其中缙云、上虞和秀洲蛋白质含量变异系数分别为10.8%、6.7%和7.5%,湿面筋含量变异系数分别为14.2%、8.9%和8.6%。吸水率变异系数最小,在缙云、上虞和秀洲分别为4.3%、5.2%和7.4%。平均蛋白质含量、湿面筋含量、面团吸水率和稳定时间在缙云分别为10.4%、22.5%、51.3%和2.3 min,在上虞分别为10.6%、23.3%、51.7%和1.6 min,均达到弱筋小麦标准。12个品种(系)在3个生态点的品质综合表现均未能达到中强筋及以上品质标准。缙云、上虞和秀洲分别有8、6和1个品种(系)符合弱筋小麦标准,秀洲有4个品种(系)符合中筋小麦标准,在3个生态点种植的其余品种(系)品质指标数值部分符合弱筋、中筋和中强筋指标。浙华1号在3个试验点都表现为弱筋,20ZW002、20ZW004和浙农麦1号在缙云和上虞表现为弱筋,20ZW040在缙云和秀洲分别表现为弱筋和中筋,20ZW035和浙丰麦11在缙云表现为弱筋,20ZW007和20ZW021在秀洲表现为中筋。这说明缙云和上虞适合弱筋小麦生产,而秀洲适合中筋小麦生产。

3 讨论

本世纪初,浙江省由于种植业结构调整和工业化发展迅速,小麦种植面积大幅度下滑[4]。近年来,由于国家政策引导,各级政府对粮食安全十分重视,出台各项粮食生产的保障措施,大力开展“非农化”和“非粮化”整治,浙江省小麦种植面积大幅度恢复性增长,目前已达到13.3万hm2,种植范围遍及浙江省各个区域。因此,了解生态条件对小麦产量和品质的影响,可为浙江省小麦品种的合理布局和有效利用提供科学依据,会对该省小麦的产质同增起到积极的推动作用[28]。目前,浙江省有关这方面的报道较少,缺乏系统性的研究。本研究选择浙江省具有代表性3个生态点(嘉兴秀洲、绍兴上虞和丽水缙云),其分别位于浙江北部、中部和南部,其中嘉兴为浙江省小麦的主产区,其种植面积和产量均占浙江省的一半;12个供试品种(系)(包括对照品种扬麦20)为近年来浙江省审定的小麦品种和表现较好的后备品系。本研究结果显示,小麦生育期、株高、穗长、有效穗数、穗粒数和千粒重等产量相关性状和最终产量均由北向南逐渐降低。王妍等认为,对小麦产量影响最大的生育期是抽穗至成熟期,而该时期的主要限制因子为日照时数、气温和降水量[7]。本研究选择的3个生态点间小麦抽穗—成熟期(4—5月)生态气象条件差异显著,嘉兴秀洲的日平均气温和降水量均最低,分别为19.7 ℃和229.3 mm;而丽水缙云的日平均气温和降水量均最高,分为20.55 ℃和581.7 mm;日照时数嘉兴秀洲和绍兴上虞相当(分别是256.6和258.9 h),丽水缙云的日照时数最少(222.7 h)。这说明在小麦抽穗—成熟期较长日照时数、较低温度和合适的降水有利于小麦产量的提高;抽穗期雨水过多,容易引起赤霉病等病害的发生;成熟期高温容易使小麦逼熟、籽粒不饱满,这些因素都会导致小麦低产。不同参试品种(系)的产量也表现出显著的差异,9个品种(系)产量在不同生态点的位次差异不大,3个品种(系)差异较大,这主要由品种的遗传特性和在不同地区的适应性所决定的,与臧贺藏等、崔同霞等[5,29]的研究报道相一致。小麦产量构成的三要素为有效穗数、穗粒数和千粒重,了解不同地区小麦品种(系)产量与三个因素的相关性,对于不同地区的品种(系)引进和高产育种性状选择具有一定的指导意义[9,11]。本试验结果显示,小麦产量在缙云与有效穗数呈显著正相关,在秀洲和上虞均与千粒重呈显著的正相关,表明缙云选择分蘖强、有效穗多的小麦品种可能易于取得高产,而秀洲和上虞选择籽粒大、千粒重高的小麦品种可能易于取得高产。

降水量大、气温高和光照不足不利于小麦籽粒蛋白质含量提升,因而我国小麦品质总体表现为北方小麦蛋白和面筋含量高,适合强筋和中强筋小麦生产,而南方小麦蛋白和面筋含量较低,适合中筋和弱筋小麦生产[15]。 对安徽33个小麦主产县的主栽小麦品种进行品质测定发现,达到中强筋小麦标准的样品主要来自淮北麦区,弱筋小麦主要来自淮南麦区[30]。从中国小麦主产省不同筋型冬小麦品质形成的气候条件分析结果看,环境条件对小麦品质影响大于基因型;小麦抽穗-成熟期是籽粒形成的关键期,该时期的温度、光照、降雨等气候因素对小麦籽粒品质优劣至关重要,其中温热和水湿条件是冬小麦品质的主导气候因子[31]。本试验中,缙云、上虞和秀洲的小麦平均蛋白质含量、湿面筋含量、吸水率和面团稳定时间变化范围分别为10.4%～12.7%、22.5%～28.6%、51.3%～54.5%和1.6～2.7 min,四个指标的数值皆相对较低,基本未达到中强筋和强筋小麦品质指标。在供试的12个小麦品种(系)中只有秀洲有4个品种(系)品质达到中筋水平,其他品种(系)皆表现弱筋或品质指标数值介于弱筋与中筋之间。另外,供试小麦品种(系)蛋白质和湿面筋含量、面团吸水率从北向南逐渐升高,品质完全符合弱筋小麦标准的品种数也在减少,缙云有8个品种(系)为弱筋小麦,到秀洲只有1个品种(系)为弱筋小麦。这可能与在小麦抽穗—成熟期秀洲日平均温度较低、降水较少,而缙云日平均温度较高、降水较多有关。不同品种(系)在不同生态点的品质有一定的差异,12个品种(系)中仅浙华1号在3个生态点皆达到弱筋小麦标准。由此可见,浙北地区可作为浙江省中筋小麦产区,生产的小麦可用于制作面条和馒头等;而浙中和浙南地区为浙江省弱筋小麦产区,生产的小麦可用于饼干、蛋糕等。浙江省小麦品质性状形成受到品种的遗传、生态环境、栽培措施等多因素影响,其机制有待于进一步的试验分析。