楊建平,呂釗彥,張龍龍,盧偉鵬,刁 明,李衛(wèi)華,姜 東

(1.石河子大學農(nóng)學院，新疆 石河子 832000；2.安徽農(nóng)業(yè)大學園藝學院，安徽 合肥 230000；3.南京農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，江蘇 南京 210000)

小麥是新疆最重要的糧食作物，從2009年開始新疆小麥年生產(chǎn)面積超過107×104hm2，單產(chǎn)超過5 325 kg·hm-2[1-2]。隨著經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高，對優(yōu)質(zhì)小麥的需要量呈增加趨勢，促使小麥生產(chǎn)由單純注重高產(chǎn)向高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)多目標協(xié)同轉(zhuǎn)變[3]。小麥品質(zhì)的優(yōu)劣不僅由品種本身的遺傳特性所決定,而且受氣候、栽培措施等條件的影響。新疆的水資源極度匱乏，降雨與地表水分散失極端失衡[4-6]，品種選育與灌溉技術成為影響小麥品質(zhì)的主要因素。

近年來，許多學者在灌溉技術、品種對小麥產(chǎn)量與品質(zhì)的影響方面做了大量研究，如雷鈞杰等[7]研究表明，隨著滴灌量的增加，籽粒容重、蛋白質(zhì)含量、出粉率、濕面筋含量、面團穩(wěn)定時間、弱化度及面團拉伸阻力和拉伸比均呈“先增后降”的變化趨勢。馬俊永等[8]研究表明，小麥主要品質(zhì)指標蛋白質(zhì)和沉降值均與春季灌水量呈二次曲線關系,即灌溉量較低時,小麥籽粒品質(zhì)隨灌溉量的增加而提高,當提高到最大值之后,隨灌溉量的增加而出現(xiàn)降低趨勢。王小燕等[9]、周曉燕等[10]的研究均表明，小麥籽粒蛋白質(zhì)含量隨著灌水量的增加而改善，但超過一定供水限度后則表現(xiàn)為降低。申孝軍等[11]研究指出，冬小麥在拔節(jié)-抽穗前期受到水分脅迫時能顯著降低其籽粒出粉率和蛋白質(zhì)含量，同時也縮短了面團的形成時間和穩(wěn)定時間。Tari[12]研究表明乳熟期水分虧缺會顯著提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量。張華文等[13]、李英楓等[14]研究均指出不同品種的蛋白質(zhì)含量與濕面筋、沉降值均呈正相關。以上研究大多是在特定地區(qū)常規(guī)灌溉條件下進行的，而新疆近年來大面積推廣應用了滴灌灌溉技術，主要推廣相對成熟的“1管4行”(TR4)滴灌模式，但這種模式存在因滴灌毛管用量大、用水量偏大等導致的成本偏高、水分利用效率相對較低等問題。擴大管行比(滴灌毛管與小麥行數(shù)比值)是解決這一問題的重要途徑，目前，針對生產(chǎn)實際，在“一管6行”(TR6)與“一管8行”(TR8)滴灌模式下，不同品種小麥籽粒品質(zhì)的品種間以及行間差異亟需進行研究。為此，本試驗選用來自新疆、內(nèi)蒙古、寧夏等春小麥生產(chǎn)區(qū)20個春小麥品種(系)，研究TR6與TR8滴灌模式下，不同品種的籽粒蛋白質(zhì)含量、沉降值、濕面筋含量、直鏈淀粉含量差異，以期明確滴灌的行位效應對不同小麥品種籽粒品質(zhì)的影響，為新疆滴灌專用小麥新品種選育和高效滴灌栽培技術構建提供理論與技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況與試驗設計

試驗于2018年、2019年在石河子大學試驗場(85°48′E, 44°44′N)進行，海拔450 m，屬典型的溫帶大陸性氣候，年平均氣溫在6.6℃～7.1℃之間，最高氣溫出現(xiàn)在7月―8月初，最低氣溫出現(xiàn)在1月；年均降雨量在189.1～200.3 mm，年蒸發(fā)量在1 517.5～1 563.8 mm，相對濕度在65%左右，最多日照時間為3 264.9 h。試驗田土壤類型為壤土,其土壤有機質(zhì)16.05 g·kg-1、堿解氮42.05 mg·kg-1、速效磷13.69 mg·kg-1、速效鉀225.96 mg·kg-1。于4月3日播種，播種前每公頃施基肥P2O5和K2O各105 kg。選用20個在生產(chǎn)中有一定種植面積的春小麥品種(系),包括：來自新疆的新春37號、新春51號、新春6號、新春11號、新春22號、新春31號、新春35號、新春38號、新春39號、新春44號、新春45號、新春29號、來自內(nèi)蒙古的農(nóng)麥2號，黑龍江的克春11號、天津的津強7號、青海的高原506號、以及來自寧夏的寧春4號、寧春53號、14-2品系、西藏的阿勃。試驗采用TR6與TR8的灌溉毛管配置方式，小麥行距為15 cm，滴灌模式圖見圖1?；久?50萬株·hm-2。灌水量為4 500 m·hm-2，滴頭流量為2.6 L·h-1；施氮量300 kg·hm-2，灌水施氮量與時間見表1。小區(qū)寬4.5 m,長7 m,每品種重復3次,隨機區(qū)組排列。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 水分與氮素供應量 選取空余地塊，按照圖1布置試驗，每次灌溉剛結(jié)束時各行(TR6中為R1、R2、R3；TR8中為R1、R2、R3、R4)4個土層(0～20、20～40、40～60、60～100 cm)土體的含水量或氮素含量與該次灌溉開始時土體含水量或氮素含量之差乘以土體體積得到當次R1～R3與R1～R4各行不同土層的水分和氮素供應量，全生育期累加為該土體水分和氮素供應總量。水分與氮素供應量計算方法參見公式(1)[15-16]：

(1)

式中,RIW為水分供應量；i是土層數(shù)；n為4；γi是第i個土層的干容重(g· cm-3)；Hi是第i個土層的體積(cm3)；θi1和θi2分別是每次灌溉開始和結(jié)束時第i個土壤層的土壤水分含量。

氮素供應量(RIN)與水分供應量計算公式類似：

(2)

式中，ρi1和ρi2分別是每次灌溉開始和結(jié)束時第i個土壤層的氮素供應量。氮素供應量與水分供應量行間變異系數(shù)(CV)參見公式(3)：

CV=StdevR1-Ri/AverageR1-Ri×100%

(3)

式中，StdevR1-Ri為R1～R3或R1～R4氮素供應量與水分供應量的標準差，AverageR1-Ri為R1～R3或R1～R4氮素供應量與水分供應量的平均值。

表1 試驗不同時期灌水施氮量

1.2.2 制粉及品質(zhì)測定 從每處理(TR6中為R1、R2、R3；TR8中為R1、R2、R3、R4)收獲的小麥籽粒中隨機取3 kg，在室溫下將小麥籽粒存放3個月后潤麥24 h，參照AACC 26-20布勒氏法[17]，用德國Brabender公司Quandrmat Junior磨粉機磨制面粉。在室溫條件下存放面粉1周后進行品質(zhì)測定。蛋白質(zhì)含量測定：采用GB55U-85方法，用凱氏微量定氮儀測定[18]，蛋白質(zhì)含量為凱氏定氮法測定的氮含量乘以5.7(小麥面粉換算系數(shù))。濕面筋含量測定：參照GB/T5506.2-2008/IS021415-2:2006手洗法[19]，用瑞典Perten2000型面筋儀測定。沉降值測定：參照AACC56-62方法[20]，用德國Brabender公司專用設備測定。直鏈淀粉含量測定：碘比色法測定淀粉含量[17]。不同品種籽粒品質(zhì)行間變異系數(shù)(SV)參見公式(4)：

SV=StdevR1-Ri/AverageR1-Ri×100%

(4)

式中,StdevR1-Ri為某一品種R1～R3或R1～R4蛋白質(zhì)、濕面筋、沉降值、直鏈淀粉含量的標準差，AverageR1-Ri為某一品種R1～R3或R1～R4蛋白質(zhì)、濕面筋、沉降值、直鏈淀粉含量的平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2010進行統(tǒng)計分析，SPSS 19.0進行單因素方差分析(ANOVA)，p<0.05的統(tǒng)計檢驗是差異顯著的，運用Origin 2018與RStudio作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同小麥行土壤水分和氮素供應量的差異

圖2所示，2018年和2019年，TR6與TR8滴灌模式下，各行小麥水分和氮素的供應量均相對于R1減少，各行小麥間水分供應量的變異幅度大于氮素供應量，同時，TR6滴灌模式下各行小麥間的水分與氮素供應量的變異幅度低于TR8滴灌模式下對應的變異幅度。2018年，TR6滴灌模式下，R2、R3小麥行水分供應量相對于R1分別減少33.08%和61.51%，土壤氮素供應量相對于R1分別減少20.76%和55.80%。2019年，TR6滴灌模式下，R2、R3小麥行水分供應量相對于R1分別減少32.40%和60.52%，土壤氮素供應量相對于R1分別減少21.63%和56.25%。2018年，TR8滴灌模式下，R2、R3、R4小麥行水分供應量相對于R1分別減少35.57%、61.00%、83.29%，土壤氮素供應量相對于R1分別減少22.72%、54.67%、80.16%；2019年， TR8滴灌模式下，R2、R3、R4小麥行水分供應量相對于R1分別減少37.17%、60.70%、83.42%，土壤氮素供應量相對于R1分別減少26.18%、57.09%、80.88%。

2018年和2019年，TR6滴灌模式下，R2、 R3小麥行土壤氮素供應減少幅度與水分減少幅度呈正相關，但氮素供應減少量低于水分供應減少量，僅在 R3 行水分供應量較R1 降低近 80%～90%時，氮素供應量降低幅度才接近水分供應量降低幅度。2018年和2019年，TR8滴灌模式下，R2、R3、 R4小麥行土壤氮素供應減少幅度與水分減少幅度呈正相關，但氮素供應減少量低于水分供應減少量，僅在 R4行水分供應量較R1 降低近 80%～90%時，氮素供應量降低幅度才接近水分供應量降低幅度。

2.2 兩種滴灌模式下不同品種小麥的籽粒品質(zhì)

表2所示，2018年和2019年，津強7號、克春11號、高原506號、新春37號、新春38號、阿勃在兩種滴灌模式下蛋白質(zhì)含量均高于15.3%；寧春53號、新春31號、新春35號、新春11號、新春45號蛋白質(zhì)含量均低于15.2%。新春38號、克春11號、新春39號、新春22號、津強7號在兩種滴灌模式下沉降值均高于33.7 ml；新春35號、新春31號、新春11號在兩種滴灌模式下沉降值均低于30.2 ml。新春37號、新春38號、新春44號、高原506號、津強7號在兩種滴灌模式下濕面筋含量均高于33.7%；新春11號、新春29號、新春31號、新春35號、新春45號、寧春53號、寧春4號、農(nóng)麥2號濕面筋含量均低于33.5%。新春37號、新春38號、新春44號、津強7號、高原506號、阿勃在兩種滴灌模式下直鏈淀粉含量均高于33.1%；新春11號、新春31號、新春35號、新春45號直鏈淀粉含量均低于31.4%。

2018年，阿勃TR8與TR6的蛋白質(zhì)含量無顯著差異(p>0.05)，其余品種籽粒蛋白質(zhì)含量均顯著高于(p<0.05)TR6滴灌模式的。2019年，新春31號、新春37號、新春38號TR8與TR6的蛋白質(zhì)含量無顯著差異(p>0.05)，其余品種籽粒蛋白質(zhì)含量均顯著高于(p<0.05)TR6滴灌模式的。2018年與2019年，阿勃TR8濕面筋含量顯著低于TR6的(p<0.05)，其余品種濕面筋含量均顯著高于TR6的(p<0.05)。

圖3所示，2018年，TR6 與TR8滴灌模式下，試驗品種的籽粒蛋白質(zhì)含量與沉降值、濕面筋、淀粉含量均呈正相關，其決定系數(shù)分別為0.52、0.89、0.91; 2019年，試驗品種的籽粒蛋白質(zhì)含量與沉降值、濕面筋、淀粉含量均呈正相關，其決定系數(shù)分別為0.38、0.56、0.82。

2.3 兩種滴灌模式下不同品種籽粒品質(zhì)的降維分析

表3所示，2018年和2019年，TR6滴灌模式下，主成分1的方差貢獻率分別為75.2%與67.9%，主成分2的方差貢獻率分別為17.9%與19.8%，TR8滴灌模式下，主成分1的方差貢獻率分別為75.7%與65.3%，主成分2的方差貢獻率分別為17.9%與24.2%。主成分1與主成分2的累積方差貢獻率均高于80%，可反映大部分的籽粒品質(zhì)特性。2018年和2019年，兩種滴灌模式下，蛋白質(zhì)含量、沉降值、濕面筋、直鏈淀粉含量與主成分1之間均為正相關，其相關系數(shù)均大于0.685，沉降值與主成分1的相關系數(shù)最小。蛋白質(zhì)含量、濕面筋、直鏈淀粉含量與主成分2之間均為負相關，相關系數(shù)均小于-0.067，沉降值與主成分2呈正相關，相關系數(shù)均大于0.284。兩種滴灌模式下，蛋白質(zhì)含量、沉降值、濕面筋、直鏈淀粉含量對主成分1的貢獻率均在14.97%～30.79%之間，沉降值對主成分2的貢獻率最高，在63.03%～82.64%之間。

表3 兩種滴灌模式下籽粒品質(zhì)與主成分間的相關系數(shù)及對主成分的貢獻率

圖4a中1聚類群的蛋白質(zhì)含量、沉降值、濕面筋、直鏈淀粉含量最高，其平均值分別為15.63%，34.82 ml， 33.78%與33.44%，2、4、3聚類群依次降低。圖4b中4聚類群的蛋白質(zhì)含量、沉降值、濕面筋、直鏈淀粉含量最高，其平均值分別為16.81%，38.94 ml， 35.92%與35.54%，3、2、1聚類群依次降低。圖4c所示，1聚類群的蛋白質(zhì)含量、沉降值、濕面筋、直鏈淀粉含量最高，其平均值分別為15.99%，32.22 ml， 34.58%與35.10%，2、4、3聚類群依次降低。圖4d所示，4聚類群的蛋白質(zhì)含量、沉降值、濕面筋、直鏈淀粉含量最高，其平均值分別為17.50%，38.86 ml， 36.37%與38.02%，3、2、1聚類群依次降低。

2.4 兩種滴灌模式下不同品種籽粒品質(zhì)行間變異系數(shù)的降維分析

表4所示，TR6滴灌模式下，各品種蛋白質(zhì)含量，沉降值、濕面筋、淀粉含量的行間變異系數(shù)均顯著低于TR8滴灌模式的(p<0.05)，兩種滴灌模式下所有品種籽粒品質(zhì)的行間變異系數(shù)最大為9.12%，小于水分與氮素供應量最小行間變異系數(shù)37.87%(圖2)。

2018年和2019年不同品種籽粒品質(zhì)行間變異系數(shù)趨勢一致，現(xiàn)以2018年數(shù)據(jù)進行分析和說明。如表5所示， TR6滴灌模式下，主成分1的方差貢獻率為32.0%，主成分2的方差貢獻率分別為與24.9%。TR8滴灌模式下，主成分1的方差貢獻率分別為39.9%，主成分2的方差貢獻率分別為27.8%。主成分1與2的累積方差貢獻率高于50%，可反映大部分的籽粒品質(zhì)行間變異系數(shù)特性。兩種滴灌模式下，蛋白質(zhì)含量、沉降值、濕面筋、直鏈淀粉含量行間變異系數(shù)與主成分1之間均為正相關，沉降值行間變異系數(shù)與主成分1的相關系數(shù)最小。蛋白質(zhì)含量、濕面筋、直鏈淀粉含量行間變異系數(shù)與主成分2之間均為負相關，沉降值行間變異系數(shù)與主成分2呈正相關。蛋白質(zhì)含量、沉降值、濕面筋、直鏈淀粉含量行間變異系數(shù)對主成分1的貢獻率均在12.50%～30.28%之間，沉降值對主成分2的貢獻率在73.92%～86.67%之間。

圖5a所示，2聚類群的蛋白質(zhì)含量變異系數(shù)最小，其平均值為0.57%，1、3、4聚類群依次升高。1聚類群的沉降值含量變異系數(shù)最小，其平均值為0.17%，4、2、3聚類群依次升高。4聚類群的濕面筋含量變異系數(shù)最小，其平均值為0.22%，1、3、2聚類群依次升高。3聚類群的直鏈淀粉含量變異系數(shù)最小，其平均值為2.38%，1、4、2聚類群依次升高。

圖5b所示，4聚類群的蛋白質(zhì)含量變異系數(shù)最小，其平均值為2.42%，2、1、3聚類群依次升高。4聚類群的沉降值含量變異系數(shù)最小，其平均值為0.27%，2、1、3聚類群依次升高。4聚類群的濕面筋含量變異系數(shù)最小，其平均值為0.37%，1、2、3聚類群依次升高。1聚類群的直鏈淀粉含量變異系數(shù)最小，其平均值為3.59%，4、3、2聚類群依次升高。

3 討 論

水分與氮素是影響小麥產(chǎn)量與品質(zhì)的主要因素，Zhao等[21]與Noorka等[22]均研究發(fā)現(xiàn)水分脅迫會減少籽粒中水分含量和脂肪含量，而增加蛋白質(zhì)、灰分和面筋含量。雷鈞杰等[23]研究發(fā)現(xiàn)隨著施氮量的増加，小麥籽粒容重、出粉率、濕面筋含量、沉降值呈“先増后減”的變化趨勢。新疆小麥生產(chǎn)是運用滴灌水肥一體化種植，但是滴灌種植存在行位效應(不同小麥行距離滴灌帶出水口位置不同)，小麥行間水分、氮素供應量對小麥籽粒產(chǎn)量與品質(zhì)有重要的影響。隋娟等[24]與鄭彩霞等[25]均研究發(fā)現(xiàn)隨著離滴灌帶距離的增加，水分與氮素均呈減小的趨勢。本研究發(fā)現(xiàn)兩種滴灌條件下，R2、R3與R4小麥行土壤氮素供應減少幅度與水分減少幅度平行，但氮素供應減少量低于水分供應減少量，僅在R3行(TR6)與R4行(TR8)水分供應量較R1降低近80%～90%時，氮素供應量降低幅度才接近水分供應量降低幅度，這與土壤水分嚴重缺乏，根系吸水困難導致的氮肥利用效率降低有關[26-28]。Lv等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在TR5與TR6滴灌模式下，R2與R3相對于R1干物質(zhì)量、葉面積指數(shù)及產(chǎn)量的減少比率均低于截獲水減少的比例。本研究發(fā)現(xiàn)TR6滴灌模式下水分與氮素供應量的行間變異系數(shù)分別為44.96%與33.87%，TR8滴灌模式下水分與氮素供應量的行間變異系數(shù)為分別為64.97%與58.14%，兩種滴灌模式下，所有品種的籽粒蛋白質(zhì)含量、沉降值、濕面筋含量、直鏈淀粉含量行間變異系數(shù)均低于10%，TR6與TR8滴灌模式下，籽粒品質(zhì)的行間變異系數(shù)遠低于水分與氮素供應量的行間變異系數(shù)。

優(yōu)質(zhì)是小麥育種工作所追求的目標，小麥籽粒品質(zhì)性狀間存在相關性。Noorka等[29]研究發(fā)現(xiàn)水分脅迫與正常條件下，蛋白質(zhì)含量與濕面筋含量和沉降值呈正相關。本研究表明不同品種的籽粒蛋白質(zhì)含量與沉降值、濕面筋、直鏈淀粉含量均呈正相關，主成分分析結(jié)果表明籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋、直鏈淀粉含量與主成分1呈正相關，其相關系數(shù)均大于0.685，與第二主成分呈負相關。沉降值與主成分2呈正相關，相關系數(shù)均大于0.284。不同小麥品種的抗旱性不同影響其對應的品質(zhì)性狀[30-31]，本研究聚類分析結(jié)果表明，新春37號、新春38號與津強7號在不同年度與滴灌模式下，均位于1聚類群，該聚類群的沉降值、濕面筋、直鏈淀粉含量最高。新春51號、新春31號、新春39號、寧春4號、寧春53號的沉降值在不同滴灌模式下均位于變異系數(shù)最小的聚類群，新春22號、高原506號的濕面筋在不同滴灌模式下均位于變異系數(shù)最小的聚類群。

4 結(jié) 論

因滴灌小麥種植存在行位效應，TR6與TR8滴灌模式下，隨著與滴灌帶距離的增加，小麥行氮素與水分供應量同步遞減，氮素供應量的行間變異系數(shù)均低于對應的水分供應量行間系數(shù)。兩種滴灌模式下所有品種籽粒品質(zhì)的行間變異系數(shù)最大為9.12%，小于水分與氮素供應量最小行間變異系數(shù)37.87%，TR6滴灌模式下，各品種的蛋白質(zhì)含量、沉降值、濕面筋、淀粉含量行間變異系數(shù)均顯著低于TR8滴灌模式的行間變異系數(shù)(p<0.05)。

不同年度與滴灌模式下，新春37號、新春38號與津強7號位于沉降值、濕面筋、直鏈淀粉含量最高的聚類群，新春51號、新春31號、新春39號、寧春4號、寧春53號的沉降值在不同滴灌模式下位于變異系數(shù)最小的聚類群，新春22號、高原506號的濕面筋在不同滴灌模式下位于變異系數(shù)最小的聚類群。