滿(mǎn)本菊,李國(guó)志,李 伊,崔 靜,2
(1.石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院,新疆石河子 832003;2 .新疆兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆石河子 832003)
【研究意義】小麥?zhǔn)鞘澜缟戏N植面積最大,分布最廣,總產(chǎn)最高的糧食作物,其種植面積與產(chǎn)量均占谷物產(chǎn)量的1/4以上,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位[1]。北方是小麥的主產(chǎn)區(qū)[2],新疆作為水資源不足的北方小麥產(chǎn)區(qū)之一,如何在節(jié)水基礎(chǔ)上提高小麥產(chǎn)量并改善小麥品質(zhì),是需要解決的問(wèn)題。研究和確定滴灌小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的最佳灌溉水平,對(duì)新疆糧食生產(chǎn)有實(shí)際意義?!厩叭搜芯窟M(jìn)展】小麥品質(zhì)是指小麥籽粒對(duì)其加工消費(fèi)過(guò)程中外觀、工藝、營(yíng)養(yǎng)要求的滿(mǎn)足程度,是衡量小麥品種優(yōu)劣的依據(jù)[3]。通過(guò)提高籽粒的容重、出粉率,增加面粉的沉降值、穩(wěn)定時(shí)間,能夠改善小麥籽粒品質(zhì)[4]。賈殿勇[5]研究認(rèn)為,小麥籽粒品質(zhì)易受環(huán)境條件影響,作為主要生態(tài)因子的土壤水分對(duì)小麥籽粒品質(zhì)具有明顯的影響。關(guān)于水分對(duì)小麥籽粒品質(zhì)影響的研究很多,李金才[6]認(rèn)為降水量或土壤含水量與籽粒蛋白質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)。張永麗等[7]研究表明容量,濕面筋含量,吸水率,沉降值,和面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間隨著灌水量的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。雷鈞杰等[8]研究認(rèn)為隨著滴灌量的增加,容重、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間呈“先增后降”的變化趨勢(shì),而面團(tuán)吸水率“先降后增”的變化趨勢(shì),沉降值逐漸增大,面團(tuán)形成時(shí)間逐漸變短。周曉燕[9]也在研究中指出適量的水分才能使得小麥的品質(zhì)達(dá)到最優(yōu),水分含量過(guò)多或過(guò)少都對(duì)籽粒品質(zhì)的改善不利,而且對(duì)籽粒產(chǎn)量的提高也有一定的影響,合適的水分含量既可改善籽粒品質(zhì),又可提高籽粒產(chǎn)量?!颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前關(guān)于水分對(duì)小麥籽粒品質(zhì)的影響研究仍存在一定的分歧,特別是新疆滴灌條件下灌水量對(duì)小麥品質(zhì)的影響研究仍顯不足。研究滴灌小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的最佳灌溉水平?!緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】通過(guò)設(shè)置多水平灌量試驗(yàn),分析灌量對(duì)滴灌冬小麥籽粒品質(zhì)的影響,為滴灌冬小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)于2016~2017年和2017~2018年在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行,石河子大學(xué)實(shí)驗(yàn)站位于E 44.18°N 86.00°,種植方式為大田栽培。所有處理人工條播,播種量為525×104粒/hm2,采用15 cm等行距種植,毛管配置為1管4行,小區(qū)面積為5 m×8 m=40 m2。基施尿素150 kg/hm2、磷酸二銨375 kg/hm2,追施尿素450 kg/hm2,分別在越冬期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、灌漿期按照10%~30%~20%~30%~10%的比例隨水滴施。追施磷酸二氫鉀60 kg/hm2,分別于拔節(jié)期和抽穗期均勻滴施。設(shè)置5個(gè)灌水處理,225 mm(W1)、375 mm(W2)、525 mm(W3)、675 mm(W4),825 mm(W5)),整個(gè)生育期灌水10次,播種后各處理均滴出苗水60 mm,冬前均灌越冬水90 mm,各處理從返青后開(kāi)始進(jìn)行水分處理,返青至拔節(jié)共灌水8次,每10 d灌一次,分別灌水9.38、28.13、46.88、65.63和84.38 mm,用水表控制灌量。表1
表1 不同灌溉處理灌溉量
Table 1 Irrigation amounts under different irrigation treatments(mm)
處理Treatment灌水定額Irrigationquota12345678910總計(jì)W160.0090.009.389.389.389.389.389.389.389.38225.00W260.0090.0028.1328.1328.1328.1328.1328.1328.1328.13375.00W360.0090.0046.8846.8846.8846.8846.8846.8846.8846.88525.00W460.0090.0065.6365.6365.6365.6365.6365.6365.6365.63675.00W560.0090.0084.3884.3884.3884.3884.3884.3884.3884.38825.00
1.2.1 品質(zhì)測(cè)定
采用波通DA7250型近紅外分析儀測(cè)定容重,籽粒蛋白含量,面團(tuán)形成時(shí)間,面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間,吸水率,沉降值以及濕面筋含量。
1.2.2 產(chǎn)量測(cè)定
在收獲前調(diào)查各處理田間總穗數(shù),然后選取各處理距離滴灌帶不同行位麥穗20株,露天后晾曬后考種測(cè)定穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、總小穗數(shù)、千粒重,并估算產(chǎn)量。
研究表明,不同灌水量對(duì)兩品種蛋白質(zhì)含量的影響整體趨勢(shì)基本一致,隨著灌水量的增加蛋白質(zhì)含量逐漸減少。除了新冬22號(hào)2017年表現(xiàn)為W1>W2>W3>W5>W4,兩品種兩年均表現(xiàn)為W1>W2>W3>W4>W5。新冬43號(hào)和新冬22號(hào)蛋白質(zhì)含量最大值均為W1處理,分別為17.63%、16.58%(2017)和16.63%、17.25%(2018)。最低值分別較最高值低1.27%、0.85%(2017)和1.07%、0.91%(2018)。新冬22號(hào)W1處理顯著高于W4和W5,但與W2、W3之間差異不顯著。新冬43號(hào)W1顯著高于其它各處理,而W3、W4、W5之間差異不顯著。表明干旱脅迫有利于蛋白質(zhì)含量的提高,不同的品種的反應(yīng)會(huì)因?yàn)閷?duì)水分的敏感性不同而存在一定的差異性,新冬22號(hào)在W3處理開(kāi)始表現(xiàn)出蛋白質(zhì)含量顯著增加,而新冬43號(hào)在W2處理才表現(xiàn)出來(lái)蛋白質(zhì)含量顯著增加的特性,新冬22號(hào)對(duì)水分更敏感。
兩品種產(chǎn)量隨著灌水量的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì),兩年均表現(xiàn)為W3>W4>W5>W2>W1。新冬43號(hào)和新冬22號(hào)最高產(chǎn)量分別較最低產(chǎn)量高出78.2%、76.2%(2017年)和33.21%、40.59%(2018年)除2018年新冬43號(hào)W3處理與W4處理差異不顯著外,其余各處理間均表現(xiàn)差異顯著。較高和較低的水分均不利于產(chǎn)量的提高。
兩品種蛋白質(zhì)產(chǎn)量均表現(xiàn)為隨灌水量的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。除2018年新冬43號(hào)處理間表現(xiàn)為W3>W4>W2>W5>W1,其余均表現(xiàn)為W3>W4>W5>W2>W1,各處理間基本表現(xiàn)為W3顯著高于其它處理;新冬43號(hào)和新冬22號(hào)最高蛋白質(zhì)產(chǎn)量較最低值分別高出77.00%、75.77%(2017)和38.70%、26.90%(2018)。蛋白質(zhì)產(chǎn)量與產(chǎn)量的最優(yōu)處理一致,均為W3處理。
W1有利于籽粒蛋白含量的提高,但由于產(chǎn)量最低,因此不利于蛋白質(zhì)產(chǎn)量的提高。W5不利于籽粒蛋白含量的提高,同時(shí)產(chǎn)量也較低,也不利于蛋白質(zhì)產(chǎn)量的提高。W3籽粒蛋白含量相對(duì)較高,籽粒產(chǎn)量最高,能夠獲得較高的蛋白質(zhì)產(chǎn)量。表2
表2 不同灌水量下產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量及蛋白質(zhì)產(chǎn)量變化
Table 2 Effects of irrigation water amount on protein content and protein yield
年份Year品種Varieties處理Treatment蛋白質(zhì)含量Proteincontent(%)產(chǎn)量Yield(kg/hm2)蛋白質(zhì)產(chǎn)量Proteinyield(kg/hm2)2017新冬43號(hào)W117.63±0.10a3078.64±335.8e542.66±301.99dW216.84±0.06b6578.15±647.3d1107.76±375.97cW316.70±0.37bc14140.3±518.03a2360.96±5232.98aW416.36±0.06c11790.8±469.08b1929.37±747.79bW516.37±0.09c9824.92±272.67c1608.34±904.04b新冬22號(hào)W116.58±0.04a3463.7±247.32e574.18±155.76dW216.43±0.00a6596.2±482.72d1083.99±31.10cW316.29±0.01a14545.63±505.63a2369.48±118.76aW415.82±0.01b13376.10±539.71b2116.10±189.17bW515.73±0.30b7882.57±578.64c1239.93±2327.70c2018新冬43號(hào)W117.25±0.10a7674.53±325.8d1324.11±354.59dW216.78±0.06b9285.65±616.4c1555.25±365.25cW316.71±0.37bc11474.98±498.03a1811.13±556.97aW416.59±0.06c11182.09±454.24a1743.66±765.87bW516.34±0.09c10022.79±254.67b1537.28±879.59b新冬22號(hào)W116.63±0.05a6673.87±247.32e1110.31±198.46dW216.14±0.02a9428.97±482.72d1522.46±112.08cW315.89±0.01ab11232.73±505.63a1811.14±135.74aW415.64±0.03b10609.73±539.71b1743.66±198.47bW515.56±0.06b9929.06±578.64c1537.82±274.59c
研究表明,兩品種的濕面筋含量均隨灌水量的增加而降低,且均以W1處理最高,W5處理最低。除2017年新冬22號(hào)表現(xiàn)為W1>W3>W2>W4>W5,其它均表現(xiàn)為W1>W2>W3>W4>W5。新冬22號(hào)W1至W3處理降幅最小,且W3處理與其它各處理差異不顯著。新冬43號(hào)濕面筋含量下降幅度均高于新冬22號(hào),且W1顯著高于其它各處理。兩品種濕面筋含量其它各處理與W1處理相比較,新冬22號(hào)分別下降了0.60%、0.58%、0.72%、1.84%(2017年)和0.68%、1.1%、1.9%、2.23%(2018年);新冬43號(hào)分別下降了1.37%、1.46%、2.14%、3.04%(2017年)和1.57%、1.66%、2.34%、3.12%(2018年)。減少灌量有利于該品種濕面筋含量的提高。水分脅迫有利于濕面筋含量的提高,但水分對(duì)濕面筋含量的影響存在品種差異性。濕面筋含量隨灌水量的增加而降低,但不同品種的增降幅不同,各處理間也存在差異。圖1
圖1 不同灌水量下濕面筋含量變化
Fig. 1 Influence of irrigation amount on wet gluten content
研究表明,兩品種沉降值隨灌水量的增加沉降值下降,且均以W1處理最高,W5處理最低。各處理間除了新冬43號(hào)2017年表現(xiàn)為W1>W2>W4>W3>W5,其它均表現(xiàn)為W1>W2>W3>W4>W5。新冬22號(hào)和新冬43號(hào)最大值分別較最低值增加了4.53%、5.42%(2017)和6.9%、7.6%(2018)。水分脅迫有利于沉降值的提高,但水分對(duì)沉降值的影響存在品種差異性。圖2
圖2 不同灌水量下沉降值變化
Fig. 2 Influence of irrigation amount on settlement value
研究表明,出吸水率、面團(tuán)形成時(shí)間和面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間兩年均隨著灌水量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),且均為W3處理為最高值。吸水率除了新冬43號(hào)2017年表現(xiàn)為W3>W5>W4>W1>W2,其他均表現(xiàn)為W3>W4>W5>W2>W1。各處理間差異不顯著。面團(tuán)形成時(shí)間兩品種均以W3處理最高,最低值大都為W5處理。新冬22號(hào)和新冬43號(hào)最大值較最小值分別延長(zhǎng)了0.36、0.31 min(2017年)和0.43、0.40 min(2018年)。面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間品種間存在差異,新冬22號(hào)兩年均表現(xiàn)為W3>W4>W5>W2>W1,新冬43號(hào)兩年均表現(xiàn)為W3>W2>W1>W4>W5。且新冬22號(hào)和新冬43號(hào)的面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間最大值分別為9.18、7.77 min(2017年)和8.58、7.47 min(2018年);最小值分別為W1處理和W5處理,最大值較最小值分別延長(zhǎng)了0.87、1.43 min(2017年)和1.39、1.03 min(2018年)。水分對(duì)吸水率的影響相對(duì)較小,適宜的水分處理W3處理能夠有效的延長(zhǎng)面團(tuán)形成時(shí)間和面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間。表3
表3 不同灌水量下粉質(zhì)儀參數(shù)變化
Table 3 Influence of irrigation amount on parameters of the powder analyzer
年份Year品種Varieties處理Treatment吸水率Waterabsorption(%)面團(tuán)形成時(shí)間Doughdevelopmenttime(min)面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間Doughstabilizationtime(min)2017新冬22號(hào)W155.35±0.59a4.43±0.04c8.31±0.05bW255.40±0.46a4.52±0.03c8.34±0.66bW356.42±0.29a4.76±0.03a9.18±0.09aW456.21±0.14a4.62±0.06b8.84±0.09abW556.06±1.06a4.40±0.01d8.54±0.07ab新冬43號(hào)W158.18±0.55a4.28±0.01b6.88±0.27bW258.15±0.30a4.31±0.03b7.44±0.16aW359.04±0.73a4.48±0.01a7.77±0.02aW458.24±0.57a4.22±0.04bc6.52±0.11cW558.28±0.32a4.17±0.09c6.34±0.07c2018新冬22號(hào)W164.17±0.15a5.36±0.005b7.19±0.05bW264.28±0.19a5.44±0.05b7.37±0.66bW364.56±0.29a5.51±0.03a8.58±0.09aW464.40±0.38a5.14±0.06c8.26±0.09abW564.36±0.32a5.08±0.01c8.18±0.07ab新冬43號(hào)W164.38±0.27a5.27±0.01b6.87±0.27bW264.43±0.38a5.35±0.05b6.94±0.16bW364.55±0.29a5.67±0.06a7.47±0.02aW464.51±0.38a5.59±0.09bc6.52±0.11bW564.45±0.32a5.45±0.07c6.44±0.07b
研究表明,兩品種容量?jī)赡昃尸F(xiàn)“先增后減”的趨勢(shì),最小值均為W1,最大值均為W4處理。新冬22號(hào)兩年均表現(xiàn)為W4>W3>W5>W2>W1,新冬43號(hào)分別表現(xiàn)為W4>W5>W3>W2>W1(2017年)和W4>W3>W2>W5>W1(2018年)。新冬22號(hào)和新冬43號(hào)最大值分別較最小值高1.6%和1.61%(2017年)和0.87%和0.71%(2018年)。新冬22號(hào)W4處理除顯著高于W1處理外,與其它各處理差異均不顯著;新冬43號(hào)兩年分別表現(xiàn)為W4處理顯著高于W1處理,但與其他各處理間差異不顯著(2017年)和W4處理與W5處理差異顯著,與其它處理差異不顯著(2018年)。籽粒容量對(duì)水分的敏感度較低并無(wú)顯著性變化。圖3
研究表明,兩年內(nèi)新冬22號(hào)和新冬43號(hào)品種整體上都呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律。籽粒蛋白與濕面筋含量、沉降值顯著正相關(guān),與其它各指標(biāo)無(wú)顯著相關(guān)。在適宜的水分條件下沉降值和濕面筋含量在一定的程度上能夠反映小麥籽粒蛋白的質(zhì)量與含量。吸水率和面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間與產(chǎn)量以及蛋白質(zhì)產(chǎn)量呈顯著正相關(guān),吸水率和面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間能夠較好地反映產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量??梢詫⒊两抵?、蛋白質(zhì)含量、以及濕面筋含量作為衡量小麥籽粒品質(zhì)的參考指標(biāo),將面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間和吸水率作為反映小麥產(chǎn)量的參考指標(biāo)。表4
圖3 不同灌水量下籽粒容量變化
Fig.3 Effect of irrigation amount on grain capacity
3.1 趙廣才等[10]認(rèn)為,水分是影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素之一,適宜的水分既可提高小麥產(chǎn)量,又有利于改善籽粒品質(zhì)。姜東燕等[11]認(rèn)為高水分對(duì)品質(zhì)性狀有不利影響,表現(xiàn)為水分對(duì)小麥品質(zhì)有稀釋效應(yīng),如籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和沉降值等均隨灌水量的增加而呈遞減趨勢(shì)。李金才等[6]研究表明,水分與蛋白質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,研究結(jié)果與之一致。研究中籽粒蛋白含量隨著灌水量的增加總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì),干旱顯著提高了各品種籽粒蛋白質(zhì)含量[12]。五個(gè)滴灌處理下,與水分虧缺和過(guò)多相比,適宜的滴灌量有助于改善小麥的品質(zhì)和提高產(chǎn)量[13],隨著滴灌量的增加,水分對(duì)不同品種的冬小麥品質(zhì)和產(chǎn)量的影響具有差異性。干旱脅迫有利于蛋白含量、濕面筋含量、沉降值的提高[14]。
3.2 此外,姜東燕等[11,15]研究認(rèn)為水分影響著小麥的光合作用從而決定著籽粒干物質(zhì)的形成,水分虧缺和過(guò)多都會(huì)抑制籽粒產(chǎn)量的形成。研究結(jié)果與之結(jié)論一致。研究中產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量都在W3處理時(shí)達(dá)到最大值,且顯著高于其它各水分處理。W3處理有利于籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量的提高。姜東燕等[11,16]研究認(rèn)為,濕面筋含量和沉降值是隨著灌水量的增加而遞減,研究結(jié)果與之基本一致。研究中濕面筋含量和沉降值隨著灌水量的增加而呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),但是從W1到W3降幅較小。表現(xiàn)出水分對(duì)兩品種濕面筋含量影響較小,這應(yīng)該是品種對(duì)水分的敏感性不同所造成的。灌水處理對(duì)濕面筋含量和沉降值的影響因品種而異[17]。
3.3 雷鈞杰等[8,18]研究表明吸水率、面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間、面團(tuán)形成時(shí)間隨灌水量的增加而下降,研究與之研究結(jié)果不一致。研究中兩品種吸水率在W3處理時(shí)達(dá)到最大值,但處理間差異不顯著,表明水分對(duì)吸水率的影響較小。研究中面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間和面團(tuán)形成時(shí)間最大值均為W3處理,且顯著高于其它處理。這可能由于吸水率、面團(tuán)形成時(shí)間、面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間受品種基因遺傳的因素較大有關(guān),存在品種間差異[19]。研究結(jié)果表明此處理有效的延長(zhǎng)了面團(tuán)形成時(shí)間和面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間[20]。但兩品種對(duì)水分的敏感度不同,研究中新冬22號(hào)較為敏感。
3.4 李玲燕等[21]認(rèn)為蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量及沉降值與小麥烘焙品質(zhì)指標(biāo)均呈顯著相關(guān),可以作為衡量小麥烘焙品質(zhì)的參考指標(biāo)。李英楓等[22]也認(rèn)為不同品種間粗蛋白含量與濕面筋含量、沉降值呈極顯著正相關(guān)。這與研究結(jié)果相一致,研究表明,蛋白質(zhì)含量與濕面筋含量以及沉降值呈現(xiàn)顯著正相關(guān),能更好的表現(xiàn)小麥的籽粒品質(zhì),以及吸水率、面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間與產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量呈現(xiàn)顯著正相關(guān),其能夠在一定程度上反映小麥的產(chǎn)量。
保證產(chǎn)量的情況下,適當(dāng)減少灌量更有利于籽粒品質(zhì)的改善,以525 mm灌量表現(xiàn)最好,在該灌量條件下各品質(zhì)指標(biāo)均能達(dá)到較優(yōu)的結(jié)果。新冬22號(hào)和新冬43號(hào)產(chǎn)量均達(dá)11 232.73~14 545.63 kg/hm2、11 474.98~14 140.3 kg/hm2,蛋白質(zhì)產(chǎn)量分別為1 811.14~2 369.48 kg/hm2、1 811.13~2 360.96 kg/hm2,面團(tuán)形成時(shí)間4.76~5.51 min、4.48~5.69 min,面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間8.58~9.18 min、7.47~7.77 min。