白銀市主栽大田小麥加工品質實驗研究及環境影響評估

強生軍，劉玉榮，張禮軍,魯清林，楊繼忠

(1.甘肅省白銀市農業農村局，甘肅 白銀 730900；2.甘肅省農業科學院小麥研究所，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省白銀市農業科學研究所，甘肅 白銀 730900)

小麥作為三大谷物之一，是世界播種面積最大、產量最多、分布最廣的糧食作物，目前全球每年種植面積超過220萬hm2，年產量近7.5億t，占世界糧食總產量的1/3[1-4].當前我國小麥供給與生產間的結構性矛盾依然嚴峻，一方面我國小麥連年豐收，庫存量不斷攀升，國內供給總量充足；另一方面，優質專用小麥生產能力嚴重不足，每年仍需進口400萬t左右的優質專用小麥[5-6].普通小麥供過于求，優質小麥供給不足是目前我國小麥產業面臨的現實困境，在保證國內市場供需穩定的條件下，優化種植結構、改良品種品質成為了當前小麥產業加速轉型的關鍵[7].

白銀市位于黃河上游、甘肅省中東部，地處黃土高原西北邊緣及祁連山東延余脈向騰格里沙漠過渡地帶，海拔1 275～3 321 m，屬溫帶大陸性氣候，具有氣候干燥、氣溫日較差大、光照充足、自然災害種類多、頻率高、范圍廣等氣候特征[8].小麥是白銀市最主要的糧食作物，統計數據顯示，2020年白銀市小麥種植面積達4萬hm2，占糧食種植面積(26.55萬hm2)的15.1%，其中旱地小麥約占70%，水地小麥約占30%[9].南部旱作區以冬小麥為主，種植品種主要有靜寧8號、莊浪11號、隴中3號等；中部及北部旱作區集中種植春小麥，種植品種主要有定西24號、會寧18號、銀春9號、隴春27號、定西36號等；白銀市三大引黃高揚程提灌區(景電灌區、興電灌區和靖會灌區)小麥生產多為單種模式，而灌溉條件較好的沿黃灌區分布有少量小麥套種模式，套種作物包括玉米、大豆、結球甘藍等經濟作物，種植品種包括寧春4號、寧春18號、永良15號等寧夏品種以及銀春8號、銀春10號、隴春33號等.

優化小麥品種、提升作物品質對于白銀市農業經濟發展、脫貧攻堅工作具有重要作用，由于域內地形復雜，自然災害、病蟲害頻發，加之多年來小麥品質改良缺乏合理、有序的規劃與指導，種植品種雜亂、品質退化、生產和加工失衡等問題日益突出，亟需對小麥品質總體狀況進行全面梳理與評估[10].鑒于此，本研究基于大田抽樣統計方法，以白銀市轄景泰、會寧、平川3個縣(區)的27份小麥樣品為試驗材料，系統測定籽粒蛋白質和面團流變學參數，以期掌握近年來白銀市大田小麥品質現狀，為小麥品質改良及產業經濟發展提供理論依據.

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2018年夏季(小麥成熟期)在白銀市小麥主產區景泰縣、會寧縣、平川區依次開展，每個縣(區)隨機選擇3個鄉鎮，以大田抽樣的方式從每個鄉鎮基本農田中抽取3份小麥籽粒樣品，合計27份、13個品種.其中包括春小麥品種11個(寧春11號、寧春13號、寧春15號、寧春18號、寧春39號、永良4號、永良15號、定西24號、會寧18號、花培764、地方老品種和尚頭)和冬小麥品種2個(靜麥3號、莊浪11號)，上述品種為白銀市主力小麥品種，占小麥總產量的80%以上.所獲待試小麥籽粒樣品經曬干后，依次進行篩理、除雜、熏蒸、殺蟲等處理，再經后熟兩個月后，進行籽粒品質檢測.

1.2 檢測方法

品質檢測由新疆農墾科學院作物研究所谷物品質與遺傳改良兵團重點實驗室完成.籽粒硬度參照AACC55-31方法，采用瑞典PERTEN公司生產的4100型SKCS儀檢測；籽粒蛋白質含量參照AACC39-11方法，采用丹麥FOSS公司1241型近紅外谷物成分分析儀檢測；粉質參數參照GB/T 14614-2006，采用德國BRABENDER公司810110電子型粉質儀檢測；拉伸參數參照GB/T 14615-2006，采用德國BRABENDER公司860033.002電子型拉伸儀檢測；濕面筋含量以及面筋指數參照GB/T 14608-2006，采用瑞典PERTEN公司2200型面筋數量/質量測定系統檢測；沉降值參照AACC 56-61A的方法，采用中國農業大學BAU-I

型沉淀值測定儀檢測；降落數值參照GB/T 10361-2008，采用瑞典PERTEN公司生產的1500真菌型降落數值儀檢測.

1.3 數據分析

所采集檢測結果數據均利用SPSS 25.0進行分析(SPSS institute，Cary，NC)，處理間多重比較采用LSD法.

2 結果與分析

2.1 白銀市小麥籽粒品質特性

白銀市小麥籽粒17項品質指標檢測結果列于表1，非整數數據保留2位小數.由于各品質指標測量范圍與量綱存在較大差異，故引入變異系數(標準差與平均值之比)以衡量對應品質指標檢測結果的離散程度，該值越大，說明數據變異程度越大.

由表1可知，所抽取的27份、13個品種的小麥籽粒中，僅吸水率變異系數小于10%，說明不同小麥品種的吸水率基本保持穩定，且受環境因素的影響較小；籽粒硬度、籽粒蛋白質含量、濕面筋含量、延伸度對應變異系數介于10%～20%，說明變異程度相對較小，不同品種間存在一定差異，由于上述指標是反映小麥品質的關鍵參數，后文將進一步闡述；其余指標變異系數均大于20%，各小麥品種之間存在明顯的品質差異，說明白銀市小麥主產區小麥品種雜亂，種植較為盲目，同一產區內不同品種“插花”現象非常普遍，盡管種植面積可觀，但大田小麥品質參差不齊，無法滿足糧食企業對于優質小麥的加工需求，不利于形成區域化規模優勢.

表1 白銀市小麥品質指標變異度分析

2.1.1 蛋白質特性 蛋白質含量是小麥品質的關鍵指標，根據其溶解性大致分為清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白與麥谷蛋白，蛋白質的特殊結構性質賦予了小麥谷物香味[11].小麥蛋白質含量直接決定了其加工品質，進而影響食品品質，最終通過相對固化的飲食結構影響人體健康與體質[12].由表1可知，白銀市小麥主產區各主力品種平均蛋白質含量為14.96%，變幅為12%～18%，變異系數為10.40%.其中變幅與變異系數相對較小，說明各小麥品種間蛋白質含量差異不明顯，小麥蛋白質特性相對接近；平均蛋白質含量略低于全國平均水平(15.10%)，說明白銀市種植小麥整體品質不佳，在樣品包含冬小麥(冬小麥蛋白質含量一般均高于春小麥)的情況下仍低于全國平均值[13-14]；中高端面粉用小麥一般要求蛋白質含量接近18%，而白銀市大田小麥蛋白質含量距該水平還存在較大差距，由此說明白銀市小麥產業發展程度較低，資源利用率不高，種植技術落后，仍以粗放式農戶個體自主經營為主，在品種選擇、標準化種植、組織化程度等方面急需專業指導與科學規劃，而白銀市自然環境與周邊省、市不存在明顯差異，有理由推測白銀市小麥產業面臨的困境是甘肅省乃至我國西北地區小麥產區所面臨的共性問題.

2.1.2 粉質特性 粉質用于衡量小麥(面粉)的耐揉程度，主要指標包括面團吸水率、形成時間、穩定時間、弱化度與粉質評價值.由表1可知，除面團吸水率外，其余品質指標變異系數均超過25%，說明不同品種小麥的品質差異化明顯.白銀市大田小麥面團吸水率平均值為62.5%，且變異程度不大，該指標表現良好，基本達到優質小麥的標準.形成時間、穩定時間均反映了小麥(面粉)的加工性質，上述時間越長，表明強度、韌性、加工性質越好，白銀市大田小麥對應形成時間(3.5 min)、穩定時間(3.7 min)均高于全國平均值，但是變異系數較大、變幅范圍寬，變幅下限距平均水平相差較大，由此說明白銀市小麥主產區品種選擇不當，優質小麥與普通小麥“插花”種植，既無法通過農業規模化生產滿足糧食企業對優質小麥的旺盛需求，實現當地經濟發展、農民增收的目的，還由于不同品種小麥相互串粉，導致品質退化、地力徒費，此外優質小麥種植規模有限、產量較低，導致收購價格與普通小麥接近，進一步打擊了農戶種植小麥的積極性，轉而種植玉米、中藥材、胡麻等收益較高的經濟作物，這一現象若長時間無法得到扭轉，將有可能危及我國糧食安全.

2.1.3 拉伸特性 拉伸特性是小麥流變學特性的重要組成部分，用于衡量小麥(面粉)的彈性、延展性，主要指標包括拉伸面積、拉伸阻力、延伸度、拉伸比例、最大拉伸阻力與最大拉伸比例[15].由表1可知，上述品質指標中除延伸度變異系數小于20%，其余均超過25%，同樣說明白銀市小麥品種品質差異化十分顯著.與蛋白質特性、粉質特性不同的是，拉伸特性更強調小麥加工適宜性，無絕對的優劣之分.白銀市大田小麥拉伸特性普遍偏弱，總體呈中弱筋小麥形態，更適合加工餅干、代餐粉等，便于擠壓成型、粉碎研磨，不適于作為優質小麥烘烤面包、西點.

2.1.4 總體評價 本研究結果表明，白銀市產出小麥濕面筋含量36.28%、沉降值35 mL，均高于甘肅省和全國平均值；籽粒蛋白含量14.96%、形成時間3.5 min、穩定時間3.7 min、拉伸面積平均值57 cm2、延伸度212 mm、最大拉伸阻力134 BU，均高于甘肅省平均水平，但低于全國平均水平，參照《優質小麥-強筋小麥》(GB/T 17892-1999)和《優質小麥-弱筋小麥》(GB/T 17893-1999)[16-17]，白銀市大田小麥主要以滿足中筋和弱筋面粉為主.

此外在抽樣過程中對和尚頭地方品種的品質指標也進行了系統測定，結果表明除了穩定時間外，和尚頭的面團延伸性顯著優于其他品種，這也是老百姓一直以來偏愛該品種的原因之一.

2.2 白銀市小麥蛋白質品質指標與流變學特性的相關性分析

蛋白質特性與流變學特性是衡量小麥(面粉)品質的重要指標，基于檢測結果，通過相關性分析，研究白銀市大田小麥蛋白質特性與流變學特性的交互作用，相關性分析結果見表2.

由表2可知，白銀市大田小麥面筋指數、沉降值與流變學特性之間相關性最高，其次為籽粒硬度、蛋白質含量與濕面筋含量，而降落數值的相關性最低.進一步分析表明，面筋指數與形成時間、穩定時間、評價值、拉伸面積、延伸度、最大拉伸阻力、最大拉伸比例均呈極顯著正相關，與弱化度呈極顯著負相關；沉降值與形成時間、穩定時間、評價值、拉伸面積、延伸度、最大拉伸阻力呈極顯著正相關，與最大拉伸比例呈顯著正相關，與弱化度呈極顯著負相關；籽粒硬度與延伸度呈極顯著正相關，與吸水率、形成時間、評價值呈顯著正相關，與弱化度呈極顯著負相關；蛋白質含量與吸水率、形成時間、評價值、延伸度呈極顯著正相關，與穩定時間、拉伸面積呈顯著正相關，與弱化度呈極顯著負相關；濕面筋含量與吸水率、延伸度呈極顯著正相關，與形成時間呈顯著正相關，與弱化度、最大拉伸比例呈極顯著負相關；降落數值與吸水率、形成時間呈顯著正相關，與弱化度呈顯著負相關.

表2 白銀市大田小麥蛋白質特性與流變學特性的相關性分析

2.3 白銀市小麥品質在樣點縣間的差異化分布特性

遺傳因素(品種)是小麥籽粒品質的決定性因素，此外降水量、日照時長、環境溫度、空氣濕度、晝夜溫差、土壤等環境因素均會影響小麥蛋白質和面筋含量，進而對小麥品質產生重要影響[18].結合白銀市干旱/半干旱氣候條件，研究小麥品質在樣點縣間差異化分布特性，評估自然環境對小麥品質的影響，指導旱地優質小麥育種、合理規劃小麥主產區選種、因地制宜最大限度利用自然資源，最終實現優質小麥穩定高效生產、農民增收、鞏固脫貧攻堅工作成果、配套產業發展壯大的中長期目標.白銀市大田小麥品質在樣點縣間分布特性見表3.

由表3可知，在小麥籽粒17項品質指標中，白銀市會寧縣有13項指標(籽粒硬度、蛋白質含量、濕面筋含量、面筋指數、降落數值、沉降值、吸水率、形成時間、穩定時間、評價值、拉伸面積、延伸度、最大拉伸阻力)均明顯低于平川區與景泰縣，僅弱化度明顯高于平川區與景泰縣，其余面筋指數、拉伸比例與最大拉伸比例3項指標無明顯地域傾向性特征.

表3 白銀市大田小麥品質在樣點縣間分布特性

2.3.1 緯度與海拔對小麥品質的影響 樣點縣地理氣候參數示于表4，白銀市地理行政區劃示于圖1.

表4 試驗樣點縣地理氣候參數

圖1 白銀市地理行政區劃Figure 1 Geographical administrative division of Baiyin City

由圖1可見，本試驗所選取樣點縣在經度范圍基本保持一致，而緯度存在明顯差異，其中會寧縣緯度、平均海拔均最低.結合表3、表4，認為小麥籽粒硬度、蛋白質含量、濕面筋含量、面筋指數、降落數值、沉降值、吸水率、形成時間、穩定時間、評價值、拉伸面積、延伸度、最大拉伸阻力均與海拔、緯度呈正相關關系，即海拔、緯度越高，小麥蛋白質含量、主要流變學特性呈提升趨勢，本研究評估結果與文獻[19-21]結論一致.

2.3.2 降水量對小麥品質的影響 降水量直接決定小麥根系發育、營養物質輸送、蛋白質合成與積累等生物學過程，進而影響小麥蛋白質與流變學特性.會寧縣作為甘肅省連片特困縣之一，自然條件惡劣，水資源極度匱乏，曾被冠以“苦瘠甲天下”的標簽，年降水量僅185 mm，較景泰縣、平川區分別低26%與31%.由表3可知，降水量對于小麥品質的影響十分顯著，大體而言，降水量越大，小麥蛋白質含量、流變學特性顯著提升.

2.3.3 溫度與光照對小麥品質的影響 由表4可知，會寧縣年平均氣溫較平川區、景泰縣高1 ℃，氣溫對于農作物生長發育具有重要影響，尤其影響小麥成熟期灌漿過程，一般認為較高的溫度會提高小麥蛋白質含量，與表4溫度數據趨勢相反.究其原因，由于會寧縣海拔、緯度均低于平川區、景泰縣，故年平均氣溫相對較高，但年平均氣溫無法有效反映小麥抽穗至成熟期的溫度水平，而短期內的平均溫度無法合理統計.

日照時長與小麥光合作用強弱、蛋白質合成息息相關，總體而言，日照時長越長，有利于蛋白質含量的提升.由表4，樣點縣年平均日照時長十分接近，無明顯差異化特征，故本研究中溫度、光照對小麥品質的影響不明.

綜上，白銀市沿黃灌區具有優越的灌溉條件，但受制于深處內陸，且位于干旱半干旱沙漠氣候帶，域內以旱地小麥為主.得益于充足的光、熱資源，晝夜溫差大，有利于小麥蛋白質積累與品質提升，白銀市可圍繞甘肅省優質中、弱筋小麥生產基地加以推廣、引導、規劃小麥產業.

3 結論

1) 白銀市小麥主產區各小麥品種之間存在明顯的品質差異，同一產區內不同品種“插花”現象嚴重，小麥產業整體發展程度較低，種植較為盲目，在品種選擇、標準化種植、組織化程度等方面急需專業指導與科學規劃.

2) 白銀市產出大田小麥多項指標均高于甘肅省或全國平均值，主要以滿足中筋和弱筋面粉為主，可基于甘肅省優質中、弱筋小麥生產基地的定位推進小麥產業規劃、發展.

3) 研究了白銀市大田小麥蛋白質特性與流變學特性的交互作用.

4) 小麥品質在樣點縣間呈明顯差異化分布，自然環境對小麥品質存在顯著影響，海拔、緯度、降水量越高，小麥蛋白質含量、主要流變學特性呈提升趨勢，溫度、光照對小麥品質的影響不明.