混播對黃淮海8個主推小麥品種產(chǎn)量、農(nóng)藝性狀和籽粒鋅濃度的影響

蔣曦龍，王瀾，喬月彤，李曉靖，薛燕慧，張榮亭，夏海勇，5

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所／山東省作物遺傳改良與生態(tài)生理重點實驗室／小麥玉米國家工程實驗室，山東濟南 250100；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193；3.山東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 濟南 250014；4.濟南市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東 濟南 250316；5.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山東 青島 266109）

黃淮海地區(qū)是我國小麥主產(chǎn)區(qū)之一，也是倒春寒多發(fā)地區(qū)，冬小麥春化后對低溫抵抗力下降，遭遇倒春寒天氣易發(fā)生大面積凍害，對產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損失［1］。目前，生產(chǎn)中小麥品種具有不同形態(tài)特征、生理特性、品質(zhì)特性，單一品種種植易發(fā)生病害、凍害、倒伏、品質(zhì)指標(biāo)不均衡等現(xiàn)象，影響其產(chǎn)量和食用品質(zhì)［2］。

相比于單一品種種植模式，不同品種混播具有充分利用光、溫、水、氣等自然資源和品種間性狀互補、提高群體穩(wěn)定性、安全性等優(yōu)勢［3］。前人研究表明，不同小麥品種混播具有易形成復(fù)合群體、增加小麥葉面積、增進群體通風(fēng)透光、增加光合作用的特點［4］；其品種多樣性同時可以抑制病害發(fā)展［5］，增強群體抗逆能力，提高小麥穩(wěn)產(chǎn)性［6］。混播能夠增強時間和空間上的互補和協(xié)同效應(yīng)，增強小麥混作系統(tǒng)力的彈性，對于增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、提高小麥品質(zhì)與環(huán)境保護方面具有一定的正向效應(yīng)［7］。

目前，大多數(shù)研究表明，小麥混播具有增產(chǎn)效果，可提升籽粒蛋白質(zhì)含量、筋力等品質(zhì)指標(biāo)［8］，但有關(guān)不同小麥品種混播后對其籽粒鋅營養(yǎng)的影響鮮有報道。為此，本試驗選用黃淮海地區(qū)8個主推小麥品種為材料，研究其單播和混播兩種方式對產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成和籽粒鋅含量的影響，以期為進一步提高小麥產(chǎn)量和籽粒鋅營養(yǎng)品質(zhì)找出一條新的技術(shù)途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所試驗站（36°42′N，117°4′E；海拔48 m）大田進行。該地屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫13.6℃，年均降水量625 mm。試驗地土壤基本理化性質(zhì)見表1。

表1 0～20 cm土層土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗材料

供試黃淮海地區(qū)8個主推小麥品種分別為矮抗58、百農(nóng)207、百農(nóng)419、周麥27、開麥21、濟麥22、濟南17和魯原502。

1.3 試驗設(shè)計

2016年10月至2018年6月兩年度試驗均設(shè)單播和混播兩種方式，共11個處理，其中單播處理8個、混播處理3個，如表2所示。隨機區(qū)組排列，重復(fù)3次，共計33個小區(qū)。小區(qū)面積17 m2（5 m×3.4 m），種植12行，行距25 cm。

666.7m2播種量為15 kg，混播品種按照種子質(zhì)量1／4、1／6與1／8比例混勻裝袋，分別于2016年10月28日、2017年10月25日人工開溝條播。666.7m2基施純氮7.5 kg、純鉀（K2O）2 kg，拔節(jié)期追施純氮7.5 kg。其它田間管理措施同一般大田。

表2 試驗處理

1.4 樣品采集與測定

分別于2017年6月10日與2018年6月13日收獲各小區(qū)中間1.0 m2樣方，進行人工測產(chǎn)、考種、脫粒。籽粒用去離子水清洗后于60～65℃烘箱中烘至恒重測干重。取部分烘干樣品于不銹鋼研磨機中磨碎，用HNO3-H2O2法消解（EPA，1996），再用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定Zn濃度。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)處理，用SAS（9.0）軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析（ANOVA），并在5%水平上用最小顯著性差異法比較平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 8個小麥品種單播的農(nóng)藝、產(chǎn)量性狀及籽粒鋅濃度分析

由表3看出，年份對小麥產(chǎn)量的影響達極顯著水平。2017年，開麥21的單產(chǎn)（666.7m2產(chǎn)量，下同）最高為484.7 kg，較其它品種增產(chǎn)6.90%～33.16%，但差異不顯著；2018年百農(nóng)207的單產(chǎn)最高為314.5 kg，其次為濟麥22、魯原502，均顯著高于濟南17。2017年不同品種小麥單產(chǎn)均高于2018年，這與2018年小麥倒春寒凍害后生長受到抑制有關(guān)。

產(chǎn)量構(gòu)成及農(nóng)藝性狀方面，年份、品種及其互作效應(yīng)對小麥穗長、千粒重的影響均達到極顯著水平，年份對群體穗數(shù)（666.7m2的穗數(shù)，下同）的影響達極顯著水平；年份、品種對小麥株高的影響也均達極顯著水平；品種對單穗重的影響也達極顯著水平。2017年，濟南17、濟麥22與魯原502株高顯著高于其它品種，2018年的結(jié)果表現(xiàn)基本一致。2017年，濟麥22的群體穗數(shù)最高為50.7萬，但穗粒數(shù)僅為30.7粒，后者顯著低于魯原502和百農(nóng)207，2018年各品種穗粒數(shù)與群體穗數(shù)差異不顯著。2017年開麥21千粒重最高為46.3 g，顯著高于其它品種，濟麥22、百農(nóng)207、矮抗58次之；2018年魯原502、濟麥22、周麥27千粒重顯著高于濟南17、開麥21。綜合來看，濟麥22、百農(nóng)207、開麥21產(chǎn)量性狀優(yōu)于其它品種。

年份對小麥籽粒鋅濃度影響達極顯著水平，品種、品種與年份的交互作用未達到顯著水平。2017年魯原502、2018年開麥21籽粒鋅濃度最高，分別為42.8 mg／kg與48.1 mg／kg，較其它品種分別增加30.09%～75.41%、16.75%～39.42%；2018年小麥籽粒鋅濃度平均值高于2017年，這可能與2018年小麥?zhǔn)艿降勾汉鞖庥绊懞螽a(chǎn)量普遍降低、產(chǎn)量與籽粒濃度的稀釋效應(yīng)有關(guān)。

表3 不同小麥品種單播產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成、農(nóng)藝性狀及籽粒鋅濃度

2.2 不同小麥品種混播的產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成及籽粒鋅濃度分析

為了便于比較，根據(jù)混播各組成品種的單作產(chǎn)量、群體穗數(shù)、千粒重、籽粒鋅含量及其混播占比計算得出它們的單作加權(quán)對照產(chǎn)量、群體穗數(shù)、千粒重和籽粒鋅含量。由表4可知，方差分析顯示，年份間差異對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響均達極顯著水平，小麥混播品種數(shù)量、種植模式分別對千粒重、產(chǎn)量影響顯著，年份與種植模式的交互作用對小麥群體穗數(shù)、籽粒鋅含量影響顯著。

三種混播方式比較，2017年六品種混播處理單產(chǎn)高于理論產(chǎn)量，達443.0 kg，較四品種、八品種及單作加權(quán)對照產(chǎn)量增加2.99% ～16.55%，處理間差異不顯著；2018年四品種、六品種與八品種處理小麥單產(chǎn)較單作加權(quán)對照降低14.78%～25.86%，這與2018年小麥遭受倒春寒與干熱風(fēng)災(zāi)害有關(guān)，混播產(chǎn)量略低于單作加權(quán)理論平均產(chǎn)量，混播優(yōu)勢未體現(xiàn)。

小麥混播對群體穗數(shù)影響明顯。2017年四品種、六品種及八品種處理小麥群體穗數(shù)較單作加權(quán)對照增加10.86% ～20.92%，六品種小麥混播最高為47.4萬穗；2018年降低8.00% ～14.16%，不同混播處理間差異均不顯著。可見，小麥混播群體穗數(shù)受氣候因素影響明顯，較好氣候條件下，混播可促進分蘗、提高群體穗數(shù)。

混播有助于提高小麥籽粒鋅濃度。2017年六品種、八品種小麥混播籽粒鋅濃度較四品種、單作加權(quán)對照顯著增加至85.77%、64.15%和68.68%、53.40%，這可能與混播后小麥群體根系分泌量增大，繼而促進鋅的根吸收有關(guān)。2018年混播小麥籽粒鋅含量與對照相比差異不顯著。

混播小麥群體穗數(shù)、單產(chǎn)受氣候因素影響明顯，相比于單作加權(quán)對照變幅較大。三種混播處理中，六品種混播優(yōu)勢明顯，小麥群體穗數(shù)、單產(chǎn)及籽粒鋅含量均高于對照，且其與單作加權(quán)處理的平均值分別為43.3萬穗、436.5 kg、42.0 mg／kg，均高于四品種、八品種處理的平均值。這說明混播的品種數(shù)量應(yīng)適度，過高過低均會影響小麥的生長發(fā)育及產(chǎn)量構(gòu)成。

混播優(yōu)勢與混播品種的冬春性、抗逆性有關(guān)，品種間合理搭配混種可豐富群體的遺傳基礎(chǔ)、增加根系分泌物、提高群體對逆境的緩沖性和順境下群體優(yōu)勢的表現(xiàn)度。品種混播理論上可以增強株型和群體之間的補償性，通過改善群體的受光狀態(tài)，充分利用空間和自然資源，最終達到提高群體產(chǎn)量的目的。

表4 不同品種混播下小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成及籽粒鋅濃度

3 討論與結(jié)論

小麥混播為通過不同品種適當(dāng)組合增加小麥對光能和土地的利用率，提高小麥周年產(chǎn)量，減輕自然災(zāi)害和病蟲害影響，達到穩(wěn)產(chǎn)保收的作用［9］。本研究中，2017年小麥單作開麥21、百農(nóng)207、濟麥17、百農(nóng)419產(chǎn)量均高于品種混播處理，不同品種數(shù)量混播對小麥增產(chǎn)效果不明顯，這與前人研究得出的混作小麥比單作增產(chǎn)2.28% ～16.11%的結(jié)果有所區(qū)別［10，11］。一般認為，小麥混作增產(chǎn)機理主要有三個方面：一是小麥混作形成復(fù)合群體，可增加群體內(nèi)通風(fēng)透光，提高光合作用；二是小麥混作可增強抗逆能力，提高小麥穩(wěn)產(chǎn)性；三是小麥品種混作可以利用種內(nèi)多樣性提高群體抗病能力［9］。本研究中，選用濟麥22、魯原502等高株型與其它低矮品種混播，可以形成株高差，增強邊際效應(yīng)。復(fù)合群體光能利用率優(yōu)于單作，光合時間增加，提高群體光合效率，達到增產(chǎn)的目的［6］。本研究結(jié)果顯示，混播處理中六品種混播處理產(chǎn)量最高，高于四品種、八品種混播，這可能與不同品種混播比例有關(guān)，應(yīng)進一步調(diào)整優(yōu)化不同品種混播比例。前人研究也表明混播比例不適宜，不但起不到增產(chǎn)作用，還會導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低［12］。因此，可通過生態(tài)學(xué)de Wit替代系列實驗，明確不同品種混播時的相互競爭力與單播之間的關(guān)系［13］，可以最大限度地發(fā)揮不同小麥品種的特點，獲取最大經(jīng)濟效益，這值得進一步研究。本研究還發(fā)現(xiàn)，多品種混播處理可提高小麥群體穗數(shù)，雖同高分蘗品種濟麥22、濟南17差異不顯著，但普遍高于其它小麥單作，這可能與復(fù)合群體增加群體內(nèi)通風(fēng)透光、促進小麥群體生長發(fā)育有關(guān)。

我國冬小麥主產(chǎn)區(qū)黃淮海地區(qū)，小麥生長期間易發(fā)生旱災(zāi)、低溫凍害、干熱風(fēng)等災(zāi)害性天氣，影響小麥增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。前人研究認為，災(zāi)害發(fā)生時小麥混作可增強抗逆能力，提高小麥穩(wěn)產(chǎn)性［14］。本試驗中，2018年小麥?zhǔn)艿勾汉c夏季干熱風(fēng)影響，單作與混作產(chǎn)量普遍低于2017年，其中三種混作處理產(chǎn)量降幅更為明顯，且低于單作，這同前人研究結(jié)果有所不同［15，16］。原因可能為，本試驗所選混播品種未能彌補某些抗性品種產(chǎn)量偏低的缺陷。同時，本研究中六品種混作產(chǎn)量穩(wěn)定性高于四品種、八品種，這與前人研究相一致［17，18］。小麥混作品種數(shù)量多于3個時，隨混作品種的增加，空間上的互補和協(xié)同效應(yīng)逐步增加，增強混作作物系統(tǒng)力的彈性，對于增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有一定的效應(yīng)［7］。小麥品種混播是通過栽培技術(shù)控制條銹病等病蟲害，降低殺蟲殺菌劑使用，達到穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的效果［18，19］。本研究中，兩年試驗僅受氣象因素顯著影響，且田間試驗條件下均未出現(xiàn)條銹病等病蟲害，這也是本研究混播沒有體現(xiàn)出穩(wěn)產(chǎn)與增產(chǎn)優(yōu)勢的一個重要原因。

鋅是小麥生長所需的重要微量元素，對生長發(fā)育及籽粒營養(yǎng)品質(zhì)有重要作用［20］。魯璐等［21］研究表明小麥基因型能夠影響不同品種小麥的鋅含量；張明艷等［22］研究也認為，不同基因型品種籽粒中Zn含量的變異范圍較寬，品種間存在極顯著差異；李莎莎等［23］研究發(fā)現(xiàn)，高產(chǎn)品種中，無論施肥與否高鋅品種的籽粒鋅含量均顯著高于低鋅品種，可見不同品種小麥對鋅響應(yīng)存在差異。本研究中，8個品種單作小麥籽粒鋅含量為24.4～48.1 mg／kg，存在較大變異，處理間達顯著差異。這也與前人研究相一致，即不同品種小麥對土壤鋅的響應(yīng)、吸收程度有所不同［24］。2018年小麥?zhǔn)艿勾汉葰夂蛴绊懀蚜．a(chǎn)量普遍偏低，導(dǎo)致平均籽粒鋅濃度高于2017年，這與產(chǎn)量“稀釋效應(yīng)”存在一定關(guān)系。王巧艷等［25］研究發(fā)現(xiàn)，小麥鋅濃度與小麥產(chǎn)量、籽粒蛋白質(zhì)及營養(yǎng)品質(zhì)存在重要關(guān)系，鄭麥9023和矮抗58兩個小麥品種，在鋅質(zhì)量分數(shù)為10 mg／kg時產(chǎn)量、籽粒蛋白質(zhì)含量達到最大，不同品質(zhì)類型小麥對鋅的需求量不同。本研究中，不同品種小麥混播能夠有效提高群體小麥籽粒鋅含量水平，2017年六品種、八品種混播處理籽粒鋅濃度分別達到52.2 mg／kg與47.4mg／kg，顯著高于單作加權(quán)對照。這與前人對小麥混播能夠改善小麥籽粒品質(zhì)的研究結(jié)果相一致［3，8］。其原因可能是，多品種小麥混播時品種間往往存在親緣識別或種間競爭，種間競爭力強的個體占有更多資源生長和繁殖［26］，造成一定的“生長冗余”，會促使根系分泌物增多，群體根系增大，繼而提高對鋅的吸收能力。

綜上所述，不同品種小麥混播相比于單作、單作加權(quán)平均值未顯示出顯著增產(chǎn)作用，六品種混播效果優(yōu)于四品種、八品種混播。一般年份不同品種小麥混播能夠顯著提高群體小麥籽粒鋅含量，六品種混播與八品種混播籽粒鋅含量均顯著高于單作，能改善小麥籽粒營養(yǎng)品質(zhì)，可為提升小麥籽粒鋅品質(zhì)提供一定借鑒意義。未來研究中，應(yīng)充分考慮不同品種選擇、混播品種數(shù)量、混播品種比例對產(chǎn)量及籽粒鋅的綜合影響，其增產(chǎn)增效機理也有待進一步探討。