臧賀藏，曹廷杰，張 杰，趙 晴，邸佳穎，張建濤，莊家煜，陳丹丹，劉海礁，鄭國清，李國強(qiáng)

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與信息研究所，河南 鄭州 450002；2.河南省智慧農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450002；3.河南省智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 鄭州 450002；4.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 小麥研究所，河南 鄭州 450002；5.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)信息研究所，北京 100081)

河南省是我國小麥主產(chǎn)區(qū)，近5 a來種植面積穩(wěn)定在566.67萬hm2以上，占全國小麥種植總面積近1/4，總產(chǎn)3 753.15萬t，對(duì)扛穩(wěn)我國糧食安全重任具有重要的保障作用[1-2]。作物產(chǎn)量的形成主要取決于基因型、環(huán)境及基因型與環(huán)境的互作效應(yīng)，而基因型與環(huán)境的互作效應(yīng)決定了品種在生產(chǎn)中的穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性[3-4]。品種區(qū)域試驗(yàn)旨在對(duì)育成新品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性進(jìn)行全面鑒定，是品種審定的重要依據(jù)[5-6]。由于品種的遺傳背景不同，地區(qū)間產(chǎn)量差異懸殊，精準(zhǔn)鑒定出適應(yīng)性好、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的新品種相對(duì)困難。因此，在保證小麥高產(chǎn)的基礎(chǔ)上，同步提高品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性，是育種工作者長期聚焦的熱點(diǎn)問題。

在科學(xué)評(píng)價(jià)區(qū)域試驗(yàn)中品種的穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性方面，GGE雙標(biāo)圖(Genotype main effects and genotype-environment interaction effects)模型分析結(jié)果不僅可以用圖形直觀展示，還可解析區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)的內(nèi)在成分[7]。近年來，國內(nèi)外專家學(xué)者已將GGE雙標(biāo)圖應(yīng)用到小麥[8]、水稻[9]、玉米[10]、棉花[11]、花生[12]、油菜[13]、谷子[14]、大豆[15]等作物品種的穩(wěn)產(chǎn)性分析、品種適宜種植區(qū)域劃分研究中，且均基于1 a試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在河南省小麥新品種區(qū)域試驗(yàn)中，目前關(guān)于不同生態(tài)條件下小麥新品種產(chǎn)量的基因型與環(huán)境互作的穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性尚不清楚。鑒于此，應(yīng)用2018-2020年不同生態(tài)條件下河南省小麥區(qū)域試驗(yàn)的8個(gè)小麥新品種產(chǎn)量數(shù)據(jù)，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)小麥新品種的豐產(chǎn)性進(jìn)行分析，采用GGE雙標(biāo)圖對(duì)小麥新品種的穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為河南省小麥新品種的推廣和利用提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料為2018-2020年連續(xù)2 a參加河南省小麥區(qū)域試驗(yàn)的8個(gè)小麥新品種，以百農(nóng)207為對(duì)照，見表1。試驗(yàn)設(shè)置在河南省不同生態(tài)條件下的3個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行，包括商丘市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)地、洛陽市農(nóng)林科學(xué)院試驗(yàn)地和新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)地。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)小麥新品種種植6行，面積不小于13 m2，種植密度270萬株/hm2，按照試驗(yàn)方案要求在適播期內(nèi)播種，田間管理措施高于普通大田。成熟期后全區(qū)收獲計(jì)產(chǎn)。

1.2 氣象條件

各地點(diǎn)小麥生育期間10月份到次年5月份的降水?dāng)?shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/)。由圖1可看出，隨著生育進(jìn)程遞進(jìn)，2 a小麥季降水量均呈現(xiàn)“鋸齒形”變化且幅度較大，3個(gè)地點(diǎn)2019-2020年降水量明顯高于2018-2019年。商丘市、洛陽市、新鄉(xiāng)市小麥生育期間2 a平均降水量分別為199.8，181.3，112.1 mm，新鄉(xiāng)市降水量均低于商丘市和洛陽市。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2013進(jìn)行處理，地理空間分布圖采用ArcGIS 10.7制作，方差分析和相關(guān)分析使用SAS統(tǒng)計(jì)軟件完成，參試品種的穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性采用GGE-biplot軟件進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥產(chǎn)量的多因素方差分析

對(duì)2018-2020年3個(gè)地點(diǎn)8個(gè)小麥新品種產(chǎn)量進(jìn)行方差分析(表2)。年份、地點(diǎn)、品種及其之間的互作中除年份×品種對(duì)小麥產(chǎn)量的影響均達(dá)極顯著水平(P<0.01)。在各因素對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率上，以年份和地點(diǎn)的貢獻(xiàn)率較大，分別為38.63%和32.86%，年份×品種對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率最小，僅為1.31%。因此，充分發(fā)揮育成小麥新品種的產(chǎn)量潛力應(yīng)重視年份和地點(diǎn)的影響。

表2 小麥產(chǎn)量多因素的方差分析Tab.2 Multiple factors variance analysis of yield for wheat

2.2 不同生態(tài)條件下小麥品種的豐產(chǎn)性分析

2.2.1 不同年份、地點(diǎn)對(duì)小麥產(chǎn)量的影響 由表3可以看出，在2 a試驗(yàn)中商丘平均產(chǎn)量最低，顯著低于洛陽和新鄉(xiāng)平均產(chǎn)量；其中2018-2019年洛陽平均產(chǎn)量最高，與新鄉(xiāng)的平均產(chǎn)量相當(dāng)，均顯著高于商丘平均產(chǎn)量；2019-2020年新鄉(xiāng)的平均產(chǎn)量最高，顯著高于商丘和洛陽平均產(chǎn)量。2019-2020年3個(gè)地點(diǎn)的平均產(chǎn)量均低于2018-2019年，洛陽減產(chǎn)15.75%，新鄉(xiāng)和商丘分別減產(chǎn)7.16%,5.66%。

表3 不同年份、地點(diǎn)對(duì)小麥產(chǎn)量的影響Tab.3 Effects of different years and locations on yield of wheat

2.2.2 不同年份、品種對(duì)小麥產(chǎn)量的影響 由表4可知，泰禾896在2 a試驗(yàn)中的平均產(chǎn)量為8 168.81

表4 不同年份、品種對(duì)小麥產(chǎn)量的影響Tab.4 Effects of different years and cultivars on yield of wheat

kg/hm2，在8個(gè)品種中位居首位，與除百農(nóng)207的其他6個(gè)品種的產(chǎn)量差異不顯著；百農(nóng)207在2 a試驗(yàn)中的平均產(chǎn)量為7 629.99 kg/hm2，在8個(gè)品種中產(chǎn)量最低，與其他7個(gè)品種的產(chǎn)量差異均達(dá)到顯著水平。在2 a 3點(diǎn)試驗(yàn)中偃亳369、智優(yōu)33號(hào)和禾麥53產(chǎn)量變幅最大，變異系數(shù)為8.68%，8.20%，8.08%；濮大1030的產(chǎn)量變幅最小，變異系數(shù)為4.29%。

2018-2019年試驗(yàn)中，智優(yōu)33號(hào)的平均產(chǎn)量最高，顯著高于百農(nóng)207、禾麥53、農(nóng)科大888、濮大1030和偃亳369，與其他2個(gè)品種產(chǎn)量差異不顯著；百農(nóng)207的平均最低，與其他7個(gè)品種的產(chǎn)量差異均達(dá)到顯著水平；偃亳369在3個(gè)地點(diǎn)中的產(chǎn)量變幅最大，變異系數(shù)為11.81%，濮大1030的變幅最小，變異系數(shù)為5.21%。

2019-2020年試驗(yàn)中，農(nóng)科大888平均產(chǎn)量最高，與其他7個(gè)品種的產(chǎn)量差異均達(dá)到顯著水平，除農(nóng)科大888和百農(nóng)207外其他6個(gè)品種平均產(chǎn)量差異不顯著；百農(nóng)207的平均產(chǎn)量最低，與除濮大1030和智優(yōu)33號(hào)外其他5個(gè)品種的產(chǎn)量差異均達(dá)到顯著水平；智優(yōu)33號(hào)在3個(gè)地點(diǎn)中產(chǎn)量變幅最大，變異系數(shù)9.56%，濮大1030和泰禾896變幅較小，變異系數(shù)分別為3.37%和4.22%。

2.2.3 不同年份、地點(diǎn)、品種對(duì)小麥產(chǎn)量的影響 由表5可知，2018-2019年試驗(yàn)中，商丘濮大1030產(chǎn)量最高，顯著高于偃亳369、百農(nóng)207和禾麥53，與其他4個(gè)品種的產(chǎn)量差異不顯著；偃亳369的產(chǎn)量最低，與禾麥53和百農(nóng)207產(chǎn)量差異不顯著，與其他5個(gè)品種的產(chǎn)量差異達(dá)到顯著水平。洛陽泰禾896產(chǎn)量最高，顯著高于盛科188和百農(nóng)207，與其他5個(gè)品種的產(chǎn)量差異不顯著；百農(nóng)207的產(chǎn)量最低，與除盛科188外的其他6個(gè)品種產(chǎn)量差異均達(dá)到顯著水平。新鄉(xiāng)盛科188產(chǎn)量最高，與除偃亳369和智優(yōu)33號(hào)外的其他5個(gè)品種產(chǎn)量差異均達(dá)到顯著水平；百農(nóng)207的產(chǎn)量最低，與除濮大1030和農(nóng)科大888之外的其他5個(gè)品種產(chǎn)量差異均達(dá)到顯著水平。

表5 不同年份、地點(diǎn)、品種對(duì)小麥產(chǎn)量的影響Tab.5 Effects of different years，locations and cultivars on yield of wheat kg/hm2

2019-2020年試驗(yàn)中，商丘盛科188的產(chǎn)量最高，智優(yōu)33的產(chǎn)量最低，但8個(gè)品種的產(chǎn)量差異不顯著。洛陽泰禾896產(chǎn)量最高，與除了濮大1030外其他品種的產(chǎn)量差異均顯著；百農(nóng)207的產(chǎn)量最低，顯著低于濮大1030和泰禾896，與其他品種的產(chǎn)量差異均不顯著。新鄉(xiāng)農(nóng)科大888的產(chǎn)量最高，與除了禾麥53外的其他品種產(chǎn)量差異均達(dá)到顯著水平；百農(nóng)207的產(chǎn)量最低，與除了濮大1030和泰禾896外其他品種的產(chǎn)量差異均達(dá)到顯著水平。

2.3 不同生態(tài)條件下小麥品種的穩(wěn)產(chǎn)性分析

由圖2可看出，采用GGE雙標(biāo)圖的“穩(wěn)產(chǎn)性”功能圖對(duì)2018-2019年，試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，第1主成分(PC1)的效應(yīng)為54.81%，第2主成分(PC2)的效應(yīng)為31.32%，基因型和環(huán)境互作效應(yīng)為86.13%。2018-2019年各參試品種的穩(wěn)產(chǎn)性表現(xiàn)：智優(yōu)33號(hào)(Zy33)、禾麥53(Hm53)和百農(nóng)207(Bn207)穩(wěn)產(chǎn)性最好，泰禾896(Th896)和農(nóng)科大888(Nkd888)穩(wěn)產(chǎn)性較好，濮大1030(Pd1030)和盛科188(Sk188)穩(wěn)產(chǎn)性較差，而偃亳369(Yb369)穩(wěn)產(chǎn)性最差。

2019-2020年參試品種的穩(wěn)產(chǎn)性分析結(jié)果表明，第1主成分(PC1)的效應(yīng)為50.61%，第2主成分(PC2)的效應(yīng)為36.55%，基因型和環(huán)境互作效應(yīng)為87.16%。2019-2020年各參試品種的穩(wěn)產(chǎn)性表現(xiàn)：偃亳369和百農(nóng)207穩(wěn)產(chǎn)性最好，禾麥53、農(nóng)科大888、智優(yōu)33號(hào)和盛科188穩(wěn)產(chǎn)性較好，泰禾896和濮大1030穩(wěn)產(chǎn)性較差。

綜合2018-2019年、2019-2020年區(qū)域試驗(yàn)中參試品種的穩(wěn)產(chǎn)性表現(xiàn)，百農(nóng)207、禾麥53、農(nóng)科大888和智優(yōu)33號(hào)穩(wěn)產(chǎn)性較好。

+SQ.商丘試點(diǎn)位置；+LY.洛陽試點(diǎn)位置；+XX.新鄉(xiāng)試點(diǎn)位置。帶×的圖標(biāo)為品種簡稱。圖4同。+SQ.The Shangqiu location position；+LY.The Luoyang location position；+XX.The Xinxiang location position.The marks prefixed with asterisk(×)are cultivar abbreviations for the full name.The same as Fig.4.

2.4 不同生態(tài)條件下小麥品種區(qū)域適應(yīng)性分析

GGE雙標(biāo)圖的“品種區(qū)域適應(yīng)性”功能圖主要用于確定品種的適宜種植區(qū)。由圖3可以看出，2018-2019年各參試品種中位于多邊形角頂?shù)钠贩N為智優(yōu)33號(hào)、泰禾896、濮大1030、農(nóng)科大888、百農(nóng)207、偃亳369和盛科188。其中智優(yōu)33號(hào)和泰禾896適宜種植區(qū)域?yàn)槁尻柺?LY)，濮大1030和農(nóng)科大888的適宜種植區(qū)域?yàn)樯糖鹗?SQ)，盛科188的適宜種植區(qū)域?yàn)樾锣l(xiāng)市(XX)。

圖3 基于GGE雙標(biāo)圖分析小麥品種在2018-2019年(左)和2019-2020年(右)的適應(yīng)性Fig.3 Adaptability analysis of yield data from wheat regional trials based on GGE biplot in 2018-2019 (left)and 2019-2020(right)

2019-2020年各參試品種中位于多邊形角頂?shù)钠贩N為農(nóng)科大888、泰禾896、濮大1030、百農(nóng)207和盛科188。農(nóng)科大888的適宜種植區(qū)域?yàn)樾锣l(xiāng)市和商丘市，泰禾896和濮大1030的適宜種植區(qū)域?yàn)槁尻柺小?/p>

綜合2018-2019年、2019-2020年品種區(qū)域適應(yīng)性表現(xiàn)，農(nóng)科大888、泰禾896和盛科188是適應(yīng)性較好的品種。

3 討論與結(jié)論

3.1 環(huán)境對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

區(qū)域試驗(yàn)不僅是鑒定品種優(yōu)劣的試驗(yàn)，也是氣候類型、栽培管理方式、品種互作試驗(yàn)，每年有大量的觀察記載數(shù)據(jù)，是研究良種良法配套最好的參考依據(jù)。在區(qū)域試驗(yàn)中，基因型與環(huán)境互作效應(yīng)普遍存在，環(huán)境因素對(duì)作物產(chǎn)量的影響較大[16-17]，而基因型也是造成作物產(chǎn)量差異的主要原因。前人研究發(fā)現(xiàn)[7]，河南、山西和陜西的中西部旱地的小麥全生育期總降水表現(xiàn)出增加趨勢(shì)，而出苗-抽穗期總降水有助于提高產(chǎn)量。Nicholls[18]研究認(rèn)為，相同地區(qū)、相同作物產(chǎn)量的年際變化主要由氣候因素導(dǎo)致。本研究條件下，年份、地點(diǎn)及其互作對(duì)小麥產(chǎn)量的影響均達(dá)到極顯著水平；2019-2020年3個(gè)地點(diǎn)小麥平均產(chǎn)量均低于2018-2019年，洛陽減產(chǎn)15.75%，新鄉(xiāng)和商丘分別減產(chǎn)7.16%，5.66%；產(chǎn)量降低主要是由于降水時(shí)間分布不均、春季發(fā)生倒春寒、開花期赤霉病發(fā)生嚴(yán)重、灌漿期連續(xù)高溫和持續(xù)降水引起。

3.2 基因型對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

小麥產(chǎn)量不僅受氣候因素、土壤因素、生態(tài)條件、栽培管理措施的影響，更重要的是受品種自身基因型的控制[19-22]；品種因素對(duì)產(chǎn)量的影響較大，由品種更新導(dǎo)致的全球小麥總體產(chǎn)量的增加量平均每年可達(dá)產(chǎn)量潛力的1%[23]。品種更替對(duì)小麥產(chǎn)量增長的貢獻(xiàn)率為45.60%，栽培管理對(duì)小麥產(chǎn)量提升的貢獻(xiàn)率為34.34%[24]，而氣候因素對(duì)小麥產(chǎn)量增加的貢獻(xiàn)率為11.03%[25]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，年份、地點(diǎn)對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為38.63%，32.86%，而品種對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率僅占6.25%；與外界環(huán)境條件相比，品種對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率相對(duì)較小，而年份、地點(diǎn)的波動(dòng)對(duì)小麥產(chǎn)量的影響較大。

3.3 小麥新品種的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性

小麥區(qū)域試驗(yàn)參試品種的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性是選育優(yōu)良品種的基本依據(jù)，是新品種審定和推廣的重要依據(jù)。在品種審定過程中，對(duì)小麥產(chǎn)量性狀的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性也有要求，主要依據(jù)參試品種在不同生態(tài)環(huán)境下的綜合表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。封清明等[26]研究認(rèn)為，地點(diǎn)效應(yīng)是影響小麥豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性的主要因素，而豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性沒有相關(guān)性。本研究表明，小麥新品種的穩(wěn)產(chǎn)性主要由基因型控制，同時(shí)還受不同生態(tài)條件的影響，穩(wěn)產(chǎn)性在豐產(chǎn)性前提下才有意義，穩(wěn)定的低產(chǎn)沒有實(shí)際意義。本研究中，禾麥53、農(nóng)科大888和智優(yōu)33號(hào)具有較好的豐產(chǎn)性穩(wěn)產(chǎn)性，而百農(nóng)207可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)但其豐產(chǎn)性較差。

從2018年開始，在國家區(qū)域試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)中，百農(nóng)207已成為河南省和黃淮南片小麥新品種區(qū)域試驗(yàn)的對(duì)照品種。近年來，在育種工作者的不斷努力下，小麥育種水平逐漸提高，育成的小麥品種不僅產(chǎn)量更高，而且綜合抗性更好，因此，大部分參試新品種的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性均比對(duì)照品種百農(nóng)207好。百農(nóng)207是10 a前審定的品種，作為目前生產(chǎn)上的主導(dǎo)品種，與其同時(shí)代審定的品種相比，豐產(chǎn)性穩(wěn)產(chǎn)性突出；與目前生產(chǎn)上其他品種相比優(yōu)勢(shì)明顯，推廣面積較大，可能再過幾年之后，隨著新品種層出不窮，百農(nóng)207會(huì)被目前區(qū)試中表現(xiàn)優(yōu)異的新品種取代。

3.4 小麥新品種的適應(yīng)性

在區(qū)域試驗(yàn)中，基因型與環(huán)境互作效應(yīng)是影響作物品種適應(yīng)性的關(guān)鍵因素，對(duì)提高作物育種目標(biāo)至關(guān)重要[27-28]。在評(píng)價(jià)小麥新品種的適應(yīng)性方面，GGE雙標(biāo)圖具有直觀清晰、圖文并茂的特性，可為其他作物品種的綜合評(píng)價(jià)提供借鑒。在品種區(qū)域適應(yīng)性劃分中，由于不同品種的適宜種植區(qū)存在差異，因此對(duì)品種的適應(yīng)性要求較高，對(duì)育種工作者提出新的挑戰(zhàn)。在實(shí)際試驗(yàn)中研究發(fā)現(xiàn)，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)兼?zhèn)鋸V適性的品種很少。本試驗(yàn)研究表明，綜合2 a品種區(qū)域適應(yīng)性表現(xiàn)，農(nóng)科大888、泰禾896和盛科188具有較好的適應(yīng)性。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，年份、地點(diǎn)、品種以及年份×地點(diǎn)、地點(diǎn)×品種等對(duì)小麥產(chǎn)量的影響較大；不同年份、地點(diǎn)小麥新品種產(chǎn)量存在較大差異，泰禾896、農(nóng)科大888、盛科188、禾麥53、智優(yōu)33號(hào)、偃亳369和濮大1030的豐產(chǎn)性表現(xiàn)較好。通過GGE雙標(biāo)圖分析了2018-2020年不同生態(tài)條件下河南省小麥區(qū)域試驗(yàn)的產(chǎn)量數(shù)據(jù)，穩(wěn)產(chǎn)性結(jié)果表明，百農(nóng)207、禾麥53、農(nóng)科大888、智優(yōu)33號(hào)穩(wěn)產(chǎn)性較好；適應(yīng)性結(jié)果表明，農(nóng)科大888、泰禾896和盛科188的適應(yīng)性較好。研究結(jié)果為小麥新品種的合理利用提供了科學(xué)依據(jù)，具有一定的參考價(jià)值。