余維寶，李楠，寇一泓，曹新有，司紀(jì)升，韓守威，李豪圣，張賓，王法宏，張海林，趙鑫，李華偉

山東省強(qiáng)筋小麥品質(zhì)評價及與氣象因子關(guān)系分析

余維寶1, 2，李楠3，寇一泓1, 2，曹新有1，司紀(jì)升1，韓守威1, 2，李豪圣1，張賓1，王法宏1，張海林2，趙鑫2，李華偉1

1山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所/小麥玉米國家工程研究中心/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黃淮北部小麥生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/山東省小麥技術(shù)創(chuàng)新中心/濟(jì)南市小麥遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250100；2中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，北京 100193；3山東省氣象局，濟(jì)南 250031

【目的】明確山東省強(qiáng)筋小麥品質(zhì)分布特征，分析關(guān)鍵氣象因子對小麥品質(zhì)參數(shù)的影響?！痉椒ā恳詢?yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥濟(jì)麥44為材料，2018—2020年在山東省44個縣區(qū)獲取296組籽粒樣品，評價了其品質(zhì)參數(shù)在山東省的分布特征，采用逐步回歸的方法分析了不同生育期光、溫、水等氣象因子與小麥品質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）對品質(zhì)參數(shù)及其影響因子進(jìn)行了空間可視化分析，并探究了優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥在山東省可能性優(yōu)勢分布區(qū)域?！窘Y(jié)果】不同年份，不同區(qū)域間各品質(zhì)參數(shù)存在差異，兩年強(qiáng)筋達(dá)標(biāo)率表現(xiàn)為最大拉阻力＞吸水率＞容重＞穩(wěn)定時間＞蛋白質(zhì)含量＞拉伸面積＞濕面筋含量，變異系數(shù)表現(xiàn)為穩(wěn)定時間＞拉伸面積＞最大拉阻力＞濕面筋含量＞蛋白質(zhì)含量＞吸水率＞容重。容重在魯西和魯西北地區(qū)整體高于其他地區(qū)，隨經(jīng)度升高而降低，主要受返青—拔節(jié)期降雨量的影響；蛋白質(zhì)含量受開花—乳熟期≥5℃積溫正向影響，2018—2019年從西南向東北增加，2019—2020年從西北向東南增加；魯東地區(qū)濕面筋含量較高，這與該地區(qū)小麥開花—乳熟期降雨量多極顯著相關(guān)；拔節(jié)—開花期最高氣溫的負(fù)效應(yīng)與播種—越冬期降雨量的正效應(yīng)，綜合影響了穩(wěn)定時間高值的分布與區(qū)域變化；拉伸面積從魯西向魯東逐漸降低，主要與返青—拔節(jié)期≥5℃積溫顯著正相關(guān)；最大拉阻力總體表現(xiàn)在東西方向低而中部高，主要與開花—乳熟期≥5℃積溫顯著負(fù)相關(guān)。綜合分析顯示在魯東和魯南地區(qū)種植強(qiáng)筋小麥的優(yōu)質(zhì)可能性強(qiáng)于魯中和魯北地區(qū)，魯西地區(qū)最低。【結(jié)論】魯東和魯南地區(qū)是山東省強(qiáng)筋小麥優(yōu)勢種植區(qū)域，優(yōu)質(zhì)可能性最大。返青—拔節(jié)期、拔節(jié)—開花期以及灌漿期高溫都不利于小麥面團(tuán)流變學(xué)參數(shù)；開花—乳熟期積溫與蛋白質(zhì)含量正相關(guān)；播種—越冬期降雨有利于面團(tuán)穩(wěn)定時間的增加，當(dāng)開花—乳熟期降雨量低于14.5 mm時不利于濕面筋含量達(dá)到強(qiáng)筋標(biāo)準(zhǔn)，而返青—拔節(jié)期降水不利于容重提高。強(qiáng)筋小麥生產(chǎn)中建議視天氣狀況適當(dāng)澆灌越冬水和灌漿水，推遲返青—拔節(jié)期灌水時間。

小麥；品質(zhì)參數(shù)；氣象因子；空間分布

0 引言

【研究意義】小麥?zhǔn)俏覈饕募Z食作物，是面食制品的主要原料。隨著人們生活水平的改善和消費(fèi)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，優(yōu)質(zhì)專用小麥的需求量不斷增加?，F(xiàn)階段我國小麥供應(yīng)總量基本滿足需求，但每年仍需從國外進(jìn)口400萬噸左右的優(yōu)質(zhì)專用小麥，其中大部分是優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥和優(yōu)質(zhì)弱筋小麥。我國優(yōu)質(zhì)小麥的生產(chǎn)與食品工業(yè)的需求之間存在著結(jié)構(gòu)矛盾[1-3]。保障口糧安全是保證國家糧食安全的首要前提，口糧的絕對安全不僅包括糧食數(shù)量的安全，也包含質(zhì)量的安全，以防止糧食需求的外溢。因此，加快發(fā)展優(yōu)質(zhì)專用小麥生產(chǎn)，對于促進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革，提高我國糧食國際競爭力，具有十分重要的意義。小麥品質(zhì)參數(shù)既受遺傳的控制，也受氣候、土質(zhì)和栽培條件的影響，尤其與籽粒形成期的降雨量、空氣濕度、溫度和養(yǎng)分供應(yīng)狀況有關(guān)[4-6]。一般來說，環(huán)境對品質(zhì)參數(shù)的影響大于遺傳作用[4-5]。因此，明確氣象因子與小麥品質(zhì)形成之間內(nèi)在關(guān)系，對優(yōu)質(zhì)小麥優(yōu)勢種植區(qū)域進(jìn)行劃分，有利于精準(zhǔn)性品質(zhì)調(diào)優(yōu)栽培技術(shù)的建立，使作物的生長發(fā)育與環(huán)境條件更加協(xié)調(diào)，更大地發(fā)揮小麥品種的產(chǎn)量和品質(zhì)遺傳優(yōu)勢?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】王東等[6]利用逐步回歸和一元非線性回歸模型研究了山東省強(qiáng)筋和中筋小麥品質(zhì)形成與開花—灌漿期氣象因素之間的關(guān)系，確定了強(qiáng)筋和中筋小麥面團(tuán)穩(wěn)定時間、蛋白質(zhì)含量和沉降值形成最佳氣象因素。王博[7]歸納總結(jié)了貴州中筋、弱筋小麥蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和穩(wěn)定時間與日平均最高氣溫、日平均最低氣溫、總?cè)照諘r數(shù)和總降雨量間的顯著回歸方程；夏樹鳳等[8]研究表明江蘇省小麥籽粒蛋白質(zhì)主要受灌漿后期積溫的影響。孫麗娟等[9]基于GIS分析了冀、魯、豫小麥籽粒品質(zhì)空間分布特征，以及籽粒形成期的溫、光、水和經(jīng)緯度等關(guān)鍵因子對品質(zhì)形成和分布的影響；黃芬等[5]和夏樹鳳等[8]基于GIS分析了江蘇省的小麥籽粒品質(zhì)空間差異，對江蘇省小麥籽粒蛋白質(zhì)達(dá)標(biāo)弱筋小麥的可能性進(jìn)行了空間劃分。小麥品質(zhì)是一個綜合性狀，一般包括形態(tài)品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)，這些品質(zhì)性狀的形成與每個生育期內(nèi)的生長狀況都息息相關(guān)。但目前小麥品質(zhì)性狀與氣象因子之間關(guān)系的研究多集中在蛋白質(zhì)等少數(shù)品質(zhì)性狀或灌漿期氣象因子上，難以全面評估小麥的總體品質(zhì)狀況及其與生育期內(nèi)氣象因子之間的多維度關(guān)系?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】山東省是我國小麥主產(chǎn)區(qū)之一，也是我國優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥的重要供應(yīng)基地山東省生態(tài)環(huán)境復(fù)雜，包括平原區(qū)、丘陵區(qū)和海洋區(qū)，不同生態(tài)區(qū)域內(nèi)環(huán)境因素差異較大，復(fù)雜的環(huán)境因子導(dǎo)致強(qiáng)筋小麥品質(zhì)表現(xiàn)不穩(wěn)定。并且目前關(guān)于強(qiáng)筋小麥的研究多以少數(shù)試驗(yàn)點(diǎn)，單一蛋白質(zhì)含量品質(zhì)和灌漿期的氣象因子為對象，難以多角度分析氣象因子對強(qiáng)筋小麥的不同品質(zhì)的影響，無法客觀評估強(qiáng)筋小麥的優(yōu)勢生產(chǎn)區(qū)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究選用山東省主導(dǎo)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥品質(zhì)濟(jì)麥44[11]為研究對象，評價不同年份優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥綜合品質(zhì)參數(shù)在山東省不同生態(tài)區(qū)域變化，通過分析不同生育期內(nèi)氣象因子與各品質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系，明確山東省強(qiáng)筋小麥品質(zhì)形成生育期內(nèi)關(guān)鍵氣象因子，在此基礎(chǔ)上劃分出山東省優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥可能性優(yōu)勢區(qū)域，為山東省強(qiáng)筋小麥優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)和理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與數(shù)據(jù)來源

1.1.1 試驗(yàn)材料 本研究獲取的試驗(yàn)材料的區(qū)域在山東?。?14.31°E—122.72°E，34.36°N—38.38°N），屬于強(qiáng)筋、中強(qiáng)筋小麥區(qū)，根據(jù)陸懋曾[12]可劃分為4個小麥生態(tài)類型區(qū)，分別為膠東丘陵區(qū)、魯西北平原區(qū)、魯中山丘川類型區(qū)、魯西南平原湖洼類型區(qū)（圖1），不同小麥生態(tài)區(qū)小麥生育進(jìn)程如表1所示。

本試驗(yàn)所用的品種為山東省主導(dǎo)高產(chǎn)強(qiáng)筋小麥品種濟(jì)麥44。2018—2020年在山東省12個市，44個縣區(qū)獲取共計(jì)296份樣本（2018—2019年139組，2019—2020年157組），取樣點(diǎn)如圖1所示。樣品均來自于篩選出的種植面積在3.33—13.33 hm2之間種植大戶，種植時間均分布在10月10日至20日之間，總施氮量介于225—300 kg·hm-2，澆灌越冬水和拔節(jié)水，取樣的同時，記錄取樣點(diǎn)的經(jīng)緯度和管理措施。

圖1 小麥取樣點(diǎn)及小麥生態(tài)區(qū)域分布圖

表1 山東省各區(qū)域生育時期統(tǒng)計(jì)表

1.1.2 數(shù)據(jù)來源 數(shù)據(jù)的來源主要分兩部分。氣象數(shù)據(jù)由山東省氣象中心提供，包括2年5個生育時期的平均最高氣溫、平均最低氣溫、日均溫、≥5℃積溫、氣溫溫差、日照時間、降雨量7個主要的氣象指標(biāo)（附表1）。地理數(shù)據(jù)來源于國家地理信息公共服務(wù)平臺。

1.2 測定項(xiàng)目與方法

小麥成熟期，在篩選出的種田大戶田塊內(nèi)隨機(jī)選取3個2 m×1 m取樣點(diǎn)，收取全部籽粒，混樣后帶回實(shí)驗(yàn)室，放置2個月充分后熟后用于品質(zhì)測定。參照NY/T 1094.1—2006《小麥實(shí)驗(yàn)制粉第1部分設(shè)備、樣品制備和潤麥》和NY/T 1094.2—2006《小麥實(shí)驗(yàn)制粉第2部分：布勒氏法用于硬麥》方法，采用瑞士布勒磨磨制面粉。

1.2.1 小麥容重 采用HGT-1000型谷物容重器測定，參照GB/T 5498-2013《糧油檢驗(yàn)容重測定》方法。

1.2.2 蛋白質(zhì)含量 小麥籽粒樣品烘干粉碎后，采用凱氏定氮法測定其氮含量，以含氮量乘以5.7計(jì)算籽粒蛋白含量，并折合成籽粒14%含水量的蛋白質(zhì)含量[13]。

1.2.3 濕面筋含量 稱取10 g面粉，加入已濕潤的篩網(wǎng)中，采用Perten波通儀器GM2200型面筋洗滌儀，參照GB/T 5506.2-2008《小麥粉濕面筋測定法》，洗滌出的面筋用鑷子取下稱重為濕面筋的質(zhì)量，用質(zhì)量乘以10%為濕面筋的含量。

1.2.4 粉質(zhì)參數(shù) 采用德國布拉本德AT型自動粉質(zhì)儀測定，稱取300 g于揉混器中，參照ICC標(biāo)準(zhǔn)No.115和GB/T 14614-2019《小麥粉面團(tuán)的物理特性吸水量和流變學(xué)特性的測定粉質(zhì)儀法》進(jìn)行吸水率、穩(wěn)定時間、最大拉阻力和拉伸面積的測定。

1.2.5 品質(zhì)強(qiáng)筋達(dá)標(biāo)率 品質(zhì)強(qiáng)筋達(dá)標(biāo)率（%）=達(dá)標(biāo)樣品個數(shù)/總樣品個數(shù)×100。

1.3 數(shù)據(jù)分析及作圖

運(yùn)用Excel 2016和IBM SPSS Statistics 26軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計(jì)分析。各品質(zhì)參數(shù)與氣象因子相關(guān)性采用SPSS逐步回歸。利用GIS10.2的地理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析工具進(jìn)行趨勢分析；采用普通克里金進(jìn)行插值分析小麥品質(zhì)空間分布規(guī)律和各試驗(yàn)點(diǎn)的品質(zhì)強(qiáng)筋達(dá)標(biāo)率分布，反距離權(quán)重插值法（IDW）和表面分析等值線法得出各氣象因子的空間等值分布圖。

2 結(jié)果

2.1 小麥品質(zhì)參數(shù)評價

兩年289組樣品中，不同品質(zhì)參數(shù)穩(wěn)定性和強(qiáng)筋達(dá)標(biāo)率差異明顯，兩年品質(zhì)參數(shù)變異系數(shù)表現(xiàn)為穩(wěn)定時間＞拉伸面積＞最大拉阻力＞濕面筋含量＞蛋白質(zhì)含量＞吸水率＞容重。根據(jù)變異系數(shù)，本研究所涉及品質(zhì)參數(shù)可分為3類，一是穩(wěn)定性較好的品種參數(shù)，包括容重和吸水率（變異系數(shù)≤5%）。容重分布在760—844 g·L-1（表2），變異系數(shù)1.38%—1.58%，平均強(qiáng)筋達(dá)標(biāo)率為96.95%，其中2018—2019年全部樣品容重均達(dá)強(qiáng)筋標(biāo)準(zhǔn)（圖2）；吸水率兩年平均值為65.2%，分布在59.8%—70.1%，兩年變異系數(shù)分別為3.70%和2.21%，兩年吸水率強(qiáng)筋標(biāo)準(zhǔn)率分別為98.5%和100%（圖2）。二是穩(wěn)定性中等的品種參數(shù)，包括蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量（5%＜變異系數(shù)≤20%）。兩年蛋白質(zhì)平均含量為14.7%，分布在12.7%—19.2%范圍內(nèi)，兩年變異系數(shù)分別為6.99%和為7.77%（表2），強(qiáng)筋達(dá)標(biāo)率分別為83.3%和76.1%（圖2）。兩年平均濕面筋含量為30.45%，分布在19.8%—47.5%，變異系數(shù)分別為11.54%和11.98%（表2）；兩年濕面筋強(qiáng)筋達(dá)標(biāo)率差異較大，2018—2019年濕面筋強(qiáng)筋達(dá)標(biāo)率僅為47.4%，較2019—2020年低15.6%（圖2）。三是穩(wěn)定性較差的面團(tuán)流變學(xué)特性，包括穩(wěn)定時間、拉伸面積和最大拉阻力。兩年穩(wěn)定時間平均值分別為15.0 min和19.2 min，變異性分別為36.67%和51.06%（表2），強(qiáng)筋達(dá)標(biāo)率分別為89.9%和96.9%（圖2）。2018—2019年，拉伸面積和最大拉伸阻力平均值分別為122.9 cm2和595.9 E.U，變異系數(shù)分別為24.96%和20.91%（表2），強(qiáng)筋達(dá)標(biāo)率為72.0%和100%（圖2）。

表2 2018—2019和2019—2020年強(qiáng)筋小麥品質(zhì)參數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)化品質(zhì)參數(shù)：（品質(zhì)參數(shù)值-強(qiáng)筋標(biāo)準(zhǔn)值）/強(qiáng)筋標(biāo)準(zhǔn)值；BD：容重，WA：吸水率，PC：蛋白質(zhì)含量，WGC：濕面筋含量，ST：穩(wěn)定時間，TA：拉伸面積，MPR：最大拉伸阻力

2.2 山東省強(qiáng)筋小麥各指標(biāo)與氣象因子的相關(guān)性分析

采用逐步回歸分析，通過偏回歸分析和偏檢驗(yàn)選入和剔除部分氣象因子，篩選出最優(yōu)因子，確定品質(zhì)指標(biāo)和氣象因子之間的關(guān)系（表3）。結(jié)果顯示容重與返青—拔節(jié)期降雨量呈極顯著負(fù)相關(guān)，但吸水率卻與返青—拔節(jié)期降雨量呈正相關(guān)。蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量均與返青—拔節(jié)期平均最高氣溫顯著負(fù)相關(guān)，二者又分別與開花—乳熟期≥5℃積溫和開花—乳熟期降雨量存在極顯著正相關(guān)關(guān)系。通過線性回歸可得出開花—乳熟期降雨量大于14.5 mm時，有利于濕面筋含量達(dá)到強(qiáng)筋標(biāo)準(zhǔn)（y=0.042 d4+29.391）。面團(tuán)穩(wěn)定時間主要受拔節(jié)—開花期最高氣溫的負(fù)效應(yīng)與播種—越冬期降雨量的正效應(yīng)綜合影響；面團(tuán)拉伸面積與返青—拔節(jié)期≥5℃積溫存在著顯著正相關(guān)關(guān)系，而面團(tuán)最大拉阻力與開花—乳熟期≥5℃積溫存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

2.3 基于GIS的山東省強(qiáng)筋小麥品質(zhì)參數(shù)分布和影響氣象因子

2.3.1 容重和吸水率分布及其影響因子 利用GIS進(jìn)行地理統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，容重自西向東緩慢降低，自南向北持續(xù)降低，總體表現(xiàn)為西南低東北高的趨勢（圖3）。兩年中容重在魯西和魯西北地區(qū)整體高于其他地區(qū)，隨經(jīng)度升高而降低。兩年相比，2018—2019年的容重高點(diǎn)在西北方向，2019—2020年高點(diǎn)向西南方移動；2018—2019年容重大部分地區(qū)高于2019—2020年，相對應(yīng)地區(qū)的2018—2019年返青—拔節(jié)期降雨量相比2019—2020年也更少。2018—2019年容重與返青—拔節(jié)期降雨量變異性均較小，容重在（116°E，34°N）和（119°E，38°N）的連線上形成分界線，從西北方向東南方逐漸降低，此線也剛好為降雨量為10 mm左右的分界線。2019—2020年容重高點(diǎn)在魯西南方向，并從魯西南向魯西北遞減；在東營市（118.67°E，37.43°N）和濱州市（118.03°E，37.36°N）附近區(qū)域容重較低（圖4）。

表3 品質(zhì)參數(shù)與氣象因子相關(guān)性

a、b、c、d、e分別代表播種—越冬期、返青—拔節(jié)期、拔節(jié)—開花期、開花—乳熟期、乳熟—收獲期；1、2、4、6分別代表生育期內(nèi)平均溫度、平均最高氣溫、總降雨量、≥5℃積溫。**0.01水平（雙側(cè)）上極顯著相關(guān)；*0.05水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)

a, b, c, d, and e represent sowing-overwintering period, rejuvenation-jointing period, jointing-anthesis period, anthesis-milk maturity period, and milk maturity-harvesting period, respectively; 1, 2, 4, and 6 represent average temperature maximum temperature, rainfall, ≥5℃accumulated temperature. ** means significant correlation at 0.01 level (2-tailed); * means correlation at 0.05 level (2-tailed)

圖3 容重和吸水率總體分布趨勢

吸水率總體趨勢自西向東基本持平，自南向北先降低后升高（圖3）?？臻g分布上，兩年的吸水率呈相似分布的規(guī)律。吸水率從西向東主要分為3塊區(qū)域，魯西北地區(qū)為高值區(qū)，而在魯南地區(qū)和魯中地區(qū)為較低值區(qū)域，魯東地區(qū)為較高區(qū)（圖4）。吸水率高值分布的主要縣區(qū)為德州夏津（116.00°E，36.95°N），聊城東阿（116.25°E，36.34°N），青島平度（119.97°E，36.80°N），煙臺萊州（119.94°E，37.18°N）。上述的分布特點(diǎn)與兩年中魯南地區(qū)為返青—拔節(jié)期降雨量較高區(qū)域，2018—2019年返青—拔節(jié)期降雨量低值在魯西地區(qū)，2019—2020年在魯東地區(qū)有關(guān)。

圖4 容重及吸水率與返青—拔節(jié)期降雨量分布圖

2.3.2 蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量分布及其影響因子 蛋白質(zhì)含量自西向東逐漸升高，自南向北先升高后降低，總體表現(xiàn)為東北高于西南（圖5）。蛋白質(zhì)含量和開花—乳熟期≥5℃積溫較高區(qū)域分布均在魯東地區(qū)，較低區(qū)域分布在魯西。蛋白質(zhì)含量由西向東呈增加趨勢（圖6）。兩年相比，2018—2019年魯北地區(qū)蛋白質(zhì)含量和開花—乳熟期≥5℃積溫高于2019—2020年；而2019—2020年魯南地區(qū)蛋白質(zhì)含量和開花—乳熟期≥5℃積溫均高于2018—2019年。2018—2019年，籽粒蛋白質(zhì)含量與≥5℃積溫值有由西南向東北增加的趨勢，在（120°E，36°N）和（117°E，38°N）的連線上形成分界線。蛋白質(zhì)含量在濱州市（118.03°E，37.36°N）和濱州市與德州市（116.30°E，37.45°N）交界地區(qū)為較高值區(qū)域。在濰坊市和青島市交界處（平度市（119.99°E，36.78°N）和高密市（119.76°E，36.38°N））為中心形成積溫環(huán)向四周擴(kuò)散降低。2019—2020年，蛋白質(zhì)含量與≥5℃積溫值有由西北向東南增加的趨勢，在（117°E，35°N）和（120°E，37°N）的連線上形成分界線；與2018—2019年相比積溫環(huán)略有向西南方向移動。2019—2020年蛋白質(zhì)含量最高點(diǎn)在濰坊市（119.16°E，36.71°N）和青島市（120.38°E，36.07°N）交界處。

圖5 蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量總體趨勢分析

圖6 蛋白質(zhì)含量與開花—乳熟期≥5℃積溫和濕面筋含量與開花—乳熟期降雨量分布圖

濕面筋含量總體趨勢自西向東先降低后增加，自南向北略有增加，總體為東北高西南低的趨勢（圖5）。濕面筋含量和開花—乳熟期降雨量的高值區(qū)域集中分布在魯東地區(qū)，低值區(qū)域分布在魯西南地區(qū)?？臻g上從西向東呈增強(qiáng)趨勢。兩年相比，2019—2020年濕面筋含量和開花—乳熟期降雨量均普遍高于2018—2019年。2018—2019年，濕面筋含量由西南向東北呈增加趨勢，主要呈塊狀分布，魯東＞魯中、魯北＞魯西、魯西南。但魯中地區(qū)的諸城市（119.41°E，35.99°N）和鄒平市（117.73°E，36.88°N）的濕面筋比較低。在青島市平度市（119.99°E，36.78°N）和煙臺市萊州市（119.94°E，37.18°N）形成2個中心降雨量環(huán)向四周擴(kuò)散降低，濕面筋高點(diǎn)也在該地區(qū)。2019—2020年，濕面筋含量與降雨量有由西北向東南增加的趨勢，在（117°E，35°N）和（119°E，38°N）的連線上形成分界線。以高密市（119.75°E，36.38°N）附近為中心濕面筋含量和降雨量向四周擴(kuò)散減少（圖6）。

2.3.3 面團(tuán)流變學(xué)特性的分布及其影響因子 小麥的面團(tuán)流變學(xué)特性主要包括穩(wěn)定時間、拉伸面積、最大拉阻力等指標(biāo)?？臻g上穩(wěn)定時間受經(jīng)緯度影響不明顯（圖7）。2018—2019年穩(wěn)定時間高值區(qū)域在魯南和魯北地區(qū)，但魯北地區(qū)德州市陵城區(qū)（116.58°E，37.33°N）和平原縣（116.43°E，37.16°N）相對較低（圖8）；穩(wěn)定時間高點(diǎn)出現(xiàn)在日照市莒縣（118.84°E，35.60°N），該地形成溫度環(huán)向四周增加。2019—2020年穩(wěn)定時間由西北向東南方向呈減弱趨勢，在（118°E，35°N）和（119°E，38°N）的連線上形成分界線；在菏澤市北部和棗莊市大部分地區(qū)穩(wěn)定時間較低。2019—2020年最高氣溫環(huán)由2018—2019年向西北移動至臨沂市沂水縣（118.63°E，35.79°N）附近。

拉伸面積自西向東和自南向北都呈增加趨勢，整體表現(xiàn)東北高于西南的趨勢（圖7）。拉伸面積形成3塊帶狀分布（圖8），從魯西向魯東逐漸降低；但在青島市平度市（119.99°E，36.78°N）附近地區(qū)為高值區(qū)域，在德州市陵城區(qū)（116.57°E，37.33°N）和平原縣（116.43°E，37.17°N）為低值區(qū)域。返青—拔節(jié)期≥5℃積溫從西南到東北逐漸降低。最大拉阻力自西向東緩慢降低后緩慢增加，自南向北先降低后增加（圖7）。最大拉阻力值總體表現(xiàn)東西兩邊低中部高的趨勢，魯北高于魯南地區(qū)。在濰坊市寒亭區(qū)（119.22°E，36.77°N）附近地區(qū)形成≥5℃積溫環(huán)向四周擴(kuò)散減弱（圖8）。

2.4 強(qiáng)筋小麥的可能性分布評價

通過統(tǒng)計(jì)匯總各個縣區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)的各品質(zhì)參數(shù)的強(qiáng)筋達(dá)標(biāo)率，利用GIS插值空間分析得到濟(jì)麥44的優(yōu)勢區(qū)域可能性分布圖。如圖9所示，山東強(qiáng)筋小麥適應(yīng)可能性分布呈帶狀分布，從低到高依次為魯西、魯中、魯南和魯東。在魯南的臨沂市（118.36°E，35.10°N）和棗莊市（117.32°E，34.81°N），魯中的泰安市泰山區(qū)（117.06°E，36.68°N）和濟(jì)南市歷城區(qū)（118.36°E，35.10°N），魯東的煙臺威海地區(qū)強(qiáng)筋小麥可能性高值區(qū)域，可能性達(dá)到了90%以上，為最適合種植濟(jì)麥44表現(xiàn)為強(qiáng)筋的地區(qū)。

圖7 面團(tuán)流變學(xué)特性總體趨勢分析

Fig. 7 The trend analysis of dough rheological properties

圖8 穩(wěn)定時間與拔節(jié)—開花期平均最高溫度，拉伸面積與返青—拔節(jié)期和最大拉阻力與開花—乳熟期≥5℃積溫分布圖

圖9 強(qiáng)筋小麥的適應(yīng)可能性分布圖

3 討論

優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥?zhǔn)侵附琴|(zhì)率不低于70%，面粉筋力強(qiáng)、品質(zhì)優(yōu)良、主要用于制作面包等要求面粉筋力很強(qiáng)的食品。根據(jù)我國國標(biāo)（GB/T 17892-1999；GB/T 17320-2013），強(qiáng)筋小麥在保證籽粒完整度好、雜質(zhì)低，粗蛋白（干基）≥14%的前提下，還必須同時滿足容重≥770 g·L-1，濕面筋（14%水分基）≥30%，面團(tuán)穩(wěn)定時間≥7.0 min，吸水量≥60 ml·(100 g)-1，最大拉伸阻力≥350 EU，能量≥90 cm2。小麥品質(zhì)為數(shù)量性狀，受栽培及環(huán)境因素影響較大，且不同生態(tài)環(huán)境下的變異大于品種間的變異[4-5, 11]。研究表明灌漿期降水量、平均氣溫、日照時數(shù)、有效積溫等氣象因子與粒重、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量以及穩(wěn)定時間等品質(zhì)參數(shù)都緊密相關(guān)[6-7]。明確影響小麥品質(zhì)參數(shù)的關(guān)鍵氣象因子，對于優(yōu)質(zhì)小麥品質(zhì)調(diào)優(yōu)栽培技術(shù)的建立，以及優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥生產(chǎn)區(qū)域的規(guī)劃具有重要意義。

3.1 氣象因子對容重和吸水率的影響

容重是糧食質(zhì)量的綜合標(biāo)志，是評定糧食品質(zhì)好次的重要指標(biāo)，與出粉率成正相關(guān)。研究表明越冬期日照時數(shù)的增加[14]，較大的灌漿期氣溫日較差[9]，灌漿后期日照時間長、降雨量少[15]和收獲期減少降雨量[16]都有利于容重增加。不同生育期內(nèi)氣象因子與濟(jì)麥44的容重回歸相關(guān)分析結(jié)果表明，容重與返青—拔節(jié)期降雨量呈顯著負(fù)相關(guān)。小麥返青至拔節(jié)期是小麥以營養(yǎng)生長為主轉(zhuǎn)向以生殖生長為主的重要時期，是決定小麥單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)的關(guān)鍵時期。返青至拔節(jié)期的降水有利于小麥分蘗和群體增大，但降雨增多易造成小麥倒伏，同時返青至拔節(jié)期降雨前多伴隨溫度升高后突然降溫，加重倒春寒的危害，容重隨凍害加深呈遞減趨勢[17]，導(dǎo)致容重的下降，本研究也表明返青—拔節(jié)期平均最高氣溫與蛋白質(zhì)和濕面筋含量存在顯著負(fù)相關(guān)性。魯西地區(qū)位于冀、魯、豫三省交界區(qū)域，容重含量整體高于其他區(qū)域，與孫麗娟等[9]研究結(jié)果一致。面粉的吸水率是指調(diào)制單位重量的面粉成面團(tuán)所需的最大加水量，決定著加工廠利潤率的高低，因而也就自然成為面粉制品制造商主要關(guān)注的問題。本研究中濟(jì)麥44兩年樣品吸水率都達(dá)到強(qiáng)筋標(biāo)準(zhǔn)，且變異系數(shù)小于4%，受環(huán)境影響較小。面粉的吸水率與蛋白質(zhì)含量、質(zhì)量及破損淀粉的含量正相關(guān)[18-20]。在魯東地區(qū)吸水率與蛋白質(zhì)含量都為高值區(qū)域。

3.2 氣象因子對蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量的影響

多數(shù)研究表明蛋白質(zhì)與濕面筋的含量呈正相關(guān)[21-22]，本研究中蛋白質(zhì)和濕面筋的空間分布規(guī)律相似（圖6）。前人研究認(rèn)為蛋白質(zhì)的環(huán)境效應(yīng)大于基因作用，地點(diǎn)效應(yīng)大于年季效應(yīng)[9,23-24]，總體趨勢表現(xiàn)東北高西南低[9]，這與本研究結(jié)果一致。開花至乳熟期是小麥籽粒蛋白質(zhì)積累的重要時期，多數(shù)研究表明灌漿期溫度升高有利于蛋白質(zhì)的積累，夏樹鳳[8]研究表明江蘇省小麥蛋白質(zhì)含量隨5月中旬積溫（193—256.3℃）同步升高。王大成等[25]和王東等[6]研究在灌漿期蛋白質(zhì)與溫度呈顯著正相關(guān)關(guān)系，TAHRIL等[26]和趙輝等[27]表明灌漿期高溫有利于蛋白質(zhì)含量的升高。本研究中開花—乳熟期（5月份）≥5℃積溫609.7—843.2℃時，蛋白質(zhì)與積溫正相關(guān)。這可能因?yàn)殡S著溫度的升高，蛋白質(zhì)合成酶逐漸增強(qiáng)，物質(zhì)代謝旺盛，灌漿過程加速，蛋白質(zhì)升高[8,25]。Randall等[28]研究表明小麥灌漿期溫度在25—32℃內(nèi)，籽粒蛋白質(zhì)含量隨著溫度的升高而增加，吳東兵等[29]和曹廣才等[30]認(rèn)為抽穗—成熟期間24—29℃范圍內(nèi)日均溫與小麥籽粒蛋白質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)。本研究中濟(jì)麥44籽粒蛋白質(zhì)含量與開花—乳熟期日均溫?zé)o顯著相關(guān)性，但蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量卻與返青—拔節(jié)期最高氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)，這可能由于返青—拔節(jié)期氣溫過高，容易引起早春凍害，不利植株生長。晁漫寧[31]和徐鳳嬌[32]研究表明，灌漿期早期適當(dāng)灌溉有利于蛋白質(zhì)積累和濕面筋合成，本研究中濕面筋含量與開花—成熟期降雨量呈正相關(guān)，在灌漿期降水量低于14.5 mm時，不利于濕面筋達(dá)到強(qiáng)筋標(biāo)準(zhǔn)，所以優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥生產(chǎn)上我們建議在降水量低于14.5 mm時，應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行灌溉。2018—2019年在魯西南地區(qū)蛋白質(zhì)和濕面筋含量與2019—2020年魯北地區(qū)蛋白質(zhì)含量均低于強(qiáng)筋標(biāo)準(zhǔn)。一方面是因?yàn)樵摰貐^(qū)在開花—乳熟期積溫較少影響蛋白質(zhì)的合成，降雨較少影響濕面筋的含量；另一方面在濟(jì)寧市（116.6°E，35.4°N）、聊城市（116.0°E，36.4°N）、滕州市（117.2°E，35.1°N）和鄆城縣（115.9°E，35.6°N）等地區(qū)多為砂質(zhì)土，保水保肥力差養(yǎng)分含量少，不利于蛋白質(zhì)的合成。

3.3 氣象因子對小麥面團(tuán)流變學(xué)特性的影響

小麥面團(tuán)流變學(xué)特性主要由穩(wěn)定時間、拉伸面積和最大拉伸阻力決定[33]。拉伸面積、最大拉伸阻力與穩(wěn)定時間極顯著正相關(guān)[33]。本研究中，穩(wěn)定時間、最大拉伸阻力和拉伸面積空間分布相似（圖8）。濟(jì)麥44的穩(wěn)定時間、拉伸面積和最大拉伸阻力變異系數(shù)均在20%—52%之間，表明這3個品質(zhì)參數(shù)受環(huán)境因素影響較大。小麥面團(tuán)流變學(xué)特性可以通過調(diào)節(jié)谷蛋白和醇溶蛋白的比例來調(diào)節(jié)，高分子量谷蛋白聚合物形成了連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)為面團(tuán)提供變形阻力和彈性，單體麥醇溶蛋白可為小麥粉面團(tuán)提供可塑性[34-35]。小麥籽粒在發(fā)育和形成過程中，高溫導(dǎo)致面筋蛋白的組成比例明顯下降，不論適度高溫還是短時脅迫高溫，均使面團(tuán)強(qiáng)度降低[36]，而且高溫還可以使醇溶蛋白基因的轉(zhuǎn)錄水平提早發(fā)生和終止，mRNA水平明顯下降[37]。灌漿期高溫可以提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，但麥谷蛋白含量降低，麥谷蛋白決定面團(tuán)彈性[38]，所以不利于面團(tuán)流變學(xué)特性相關(guān)品質(zhì)的形成。本研究中面團(tuán)流變特性3個參數(shù)都顯著受溫度影響，其中穩(wěn)定時間與拔節(jié)至開花期最高氣溫存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；拉伸面積主要受返青—拔節(jié)期≥5℃積溫的正向影響；最大拉伸阻力受開花—乳熟期≥5℃積溫的負(fù)向影響，總的來說，在返青—拔節(jié)期≥5℃積溫為300℃左右，拔節(jié)—開花期最高平均氣溫為20℃左右時，開花—乳熟期≥5℃積溫在750—800℃時，有利小麥面團(tuán)流變特性形成。

3.4 山東省強(qiáng)筋麥區(qū)劃分析

山東省地處暖溫帶，氣候溫和，光熱資源豐富，是全國優(yōu)質(zhì)小麥特別是強(qiáng)筋小麥的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)[39]，本研究所選品種濟(jì)麥44是山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥品種，在我國首屆黃淮麥區(qū)優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥品種質(zhì)量鑒評會被評為超強(qiáng)筋小麥，其單產(chǎn)也超過了10 500 kg·hm-2。本研究中通過各取樣點(diǎn)綜合達(dá)標(biāo)分析，發(fā)現(xiàn)濟(jì)麥44在山東省的適應(yīng)可能性在60%以上，其中魯南的棗莊市、臨沂市和日照市與魯東的煙臺、威海和青島部分地區(qū)為優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥優(yōu)勢種植區(qū)域，其適應(yīng)可能性達(dá)到了90%以上。魯東地區(qū)為丘陵地形，生物積累豐富，有機(jī)質(zhì)含量高，該地區(qū)冬季降水充足，春季溫度偏低，5—6月積溫和降雨量適宜；魯中南為山地區(qū)，屬于半干旱區(qū)，在冬季和春夏交替時均有充足的降雨，在灌漿期具有適宜的積溫，并且該地土壤多為褐土，自然肥力較高，是省內(nèi)的肥沃土壤之一。適宜的光溫水資源使魯東及魯南地區(qū)更適宜優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥的生產(chǎn)，這與王東等[6]和李永庚等[40]的觀點(diǎn)一致。

4 結(jié)論

優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥品質(zhì)參數(shù)在不同年份及山東省生態(tài)點(diǎn)間主要受不同生育期降雨量、平均最高溫度和≥5℃積溫影響。品質(zhì)性狀綜合分析在魯東和魯南地區(qū)強(qiáng)筋小麥優(yōu)質(zhì)可能性概率大于魯中和魯北地區(qū)，而魯西地區(qū)最低。兩年濟(jì)麥44的吸水率和最大拉阻力的取樣達(dá)標(biāo)率均在95%以上，所以在品質(zhì)調(diào)優(yōu)栽培中應(yīng)主要關(guān)注達(dá)標(biāo)率較低和受環(huán)境影響較大的容重、蛋白質(zhì)、濕面筋、穩(wěn)定時間和拉伸面積等品質(zhì)參數(shù)。返青—拔節(jié)期、拔節(jié)—開花期以及灌漿期高溫都不利于高筋品質(zhì)參數(shù)，開花—乳熟期有效積溫有利于蛋白質(zhì)含量提高；播種—越冬期降雨增加對面團(tuán)穩(wěn)定時間有利，開花—乳熟期降雨量低于14.5 mm時不利于濕面筋達(dá)到強(qiáng)筋標(biāo)準(zhǔn)，而返青—拔節(jié)期降水不利于容重提高。因此在強(qiáng)筋小麥生產(chǎn)中應(yīng)該適當(dāng)灌溉越冬水和灌漿水，返青—拔節(jié)期灌水時間應(yīng)該推遲。

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Study on the quality parameters of strong gluten wheat and analysis of Its relationship with meteorological factors in Shandong Province

YU WeiBao1, 2, LI Nan3, KOU YiHong1, 2, CAO XinYou1, SI JiSheng1, HAN ShouWei1, 2, LI HaoSheng1, ZHANG Bin1, WANG FaHong1, ZHANG HaiLin2, ZHAO Xin2, LI HuaWei1

1Crop Research Institute, Shandong Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Research Center of Wheat and Maize/Key Laboratory of Wheat Biology and Genetics and Breeding in Northern Huang-Huai River Plain, Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Shandong Technology Innovation Center of Wheat/Jinan Key Laboratory of Wheat Genetic Improvement, Jinan 250100;2College of Agronomy and Biotechnology, China Agricultural University, Beijing 100193;3Shandong Meteorological Bureau, Jinan 250031

【Objective】In this paper, the dominant distribution areas of strong gluten wheat were clarified in Shandong province, and the influence of key meteorological factors on its quality parameters was analyzed. 【Method】The high-quality strong-gluten wheat Jimai 44 was selected as the research material, and 296 samples were collected from 44 counties and districts in Shandong province in the growing seasons of 2018 to 2020. The relationship of meteorological factors, such as light, temperature and water, in different growth periods with wheat quality parameters was analyzed by using the method of stepwise regression. The geographic information system (GIS) was used for spatial visualization analysis, and the possible distribution of high-quality strong-gluten wheat advantageous areas was explored in Shandong province. 【Result】There were differences in the performance of each quality parameter in the different regions in different years. The proportion of samples reaching the standard of strong gluten was shown as maximum pull resistance>water absorption rate>bulk density>stabilize time>protein content>tensile area>wet gluten content in two years, and the coefficients of variation of quality parameters from large to small were stabilize time, tensile area, maximum pull resistance, wet gluten content, protein content, water absorption rate, and bulk density. The bulk density in western and northwestern Shandong was generally higher than that in other regions, and decreased with the increase of longitude, which was mainly related to the influence of rainfall during the rejuvenation-jointing period. The protein content was positively affected by the accumulated temperature ≥5℃ during the anthesis-milk maturity period, while increased from southwest to northeast in 2018-2019 and from northwest to southeast in 2019-2020. The wet gluten content was higher in the eastern Shandong region, which was significantly related to the high rainfall during the anthesis-milk maturity period in this region. The stabilize time was significantly negatively correlated with the maximum temperature during the jointing-anthesis period, and positively correlated with the rainfall during the sowing-overwintering period, and this affected its high value distribution and regional variation; The tensile area was significantly negatively correlated with the accumulated temperature ≥5℃ during the rejuvenation-jointing period, and gradually decreased from the west to the east of Shandong province. The maximum pull resistance was significantly negatively correlated with the accumulated temperature ≥5℃ during the anthesis-milk maturity period; It was low in the east-west direction and high in the middle area of Shandong province. Taking into account comprehensively, the high-quality probability of high-gluten wheat planting in eastern and southern Shandong province was stronger than that in central and northern, and the lowest in western. 【Conclusion】Eastern and southern regions were the optimal planting areas for strong-gluten wheat in Shandong province, with the greatest possibility of high quality. The high maximum temperature during rejuvenation-jointing period, jointing-anthesis period and grain-filling period was unfavorable to the rheological parameters of wheat dough, while the increase of effective accumulated temperature during anthesis-milk maturity period was beneficial to the increase of protein content. The rainfall during sowing-overwintering period was beneficial to the increase of dough stabilize time; When the rainfall was less than 14.5 mm during anthesis-milk maturity period, it was not beneficial for the wet gluten content to reach the strong gluten standard; The rainfall during the rejuvenation-jointing period was not conducive to the increase of bulk density. Therefore, in the production of strong gluten wheat, it was suggested that irrigation should be carried out in the overwintering period and early grouting according to the weather conditions, and the irrigation time during rejuvenation-jointing period should be postponed as far as possible.

wheat; quality parameters; meteorological factors; spatial distribution

10.3864/j.issn.0578-1752.2022.22.005

2022-04-24；

2022-07-13

山東省良種工程項(xiàng)目“優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥突破性新品種選育”（2019LZGC001）、泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才項(xiàng)目（tscy20190106）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0300105-5）、國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-03-22）

余維寶，E-mail：sy20213010226@cau.edu.cn。通信作者李華偉，E-mail：lily984411@126.com

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）