白银市主栽大田小麦加工品质实验研究及环境影响评估

强生军，刘玉荣，张礼军,鲁清林，杨继忠

(1.甘肃省白银市农业农村局，甘肃 白银 730900；2.甘肃省农业科学院小麦研究所，甘肃 兰州 730070；3.甘肃省白银市农业科学研究所，甘肃 白银 730900)

小麦作为三大谷物之一，是世界播种面积最大、产量最多、分布最广的粮食作物，目前全球每年种植面积超过220万hm2，年产量近7.5亿t，占世界粮食总产量的1/3[1-4].当前我国小麦供给与生产间的结构性矛盾依然严峻，一方面我国小麦连年丰收，库存量不断攀升，国内供给总量充足；另一方面，优质专用小麦生产能力严重不足，每年仍需进口400万t左右的优质专用小麦[5-6].普通小麦供过于求，优质小麦供给不足是目前我国小麦产业面临的现实困境，在保证国内市场供需稳定的条件下，优化种植结构、改良品种品质成为了当前小麦产业加速转型的关键[7].

白银市位于黄河上游、甘肃省中东部，地处黄土高原西北边缘及祁连山东延余脉向腾格里沙漠过渡地带，海拔1 275～3 321 m，属温带大陆性气候，具有气候干燥、气温日较差大、光照充足、自然灾害种类多、频率高、范围广等气候特征[8].小麦是白银市最主要的粮食作物，统计数据显示，2020年白银市小麦种植面积达4万hm2，占粮食种植面积(26.55万hm2)的15.1%，其中旱地小麦约占70%，水地小麦约占30%[9].南部旱作区以冬小麦为主，种植品种主要有静宁8号、庄浪11号、陇中3号等；中部及北部旱作区集中种植春小麦，种植品种主要有定西24号、会宁18号、银春9号、陇春27号、定西36号等；白银市三大引黄高扬程提灌区(景电灌区、兴电灌区和靖会灌区)小麦生产多为单种模式，而灌溉条件较好的沿黄灌区分布有少量小麦套种模式，套种作物包括玉米、大豆、结球甘蓝等经济作物，种植品种包括宁春4号、宁春18号、永良15号等宁夏品种以及银春8号、银春10号、陇春33号等.

优化小麦品种、提升作物品质对于白银市农业经济发展、脱贫攻坚工作具有重要作用，由于域内地形复杂，自然灾害、病虫害频发，加之多年来小麦品质改良缺乏合理、有序的规划与指导，种植品种杂乱、品质退化、生产和加工失衡等问题日益突出，亟需对小麦品质总体状况进行全面梳理与评估[10].鉴于此，本研究基于大田抽样统计方法，以白银市辖景泰、会宁、平川3个县(区)的27份小麦样品为试验材料，系统测定籽粒蛋白质和面团流变学参数，以期掌握近年来白银市大田小麦品质现状，为小麦品质改良及产业经济发展提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2018年夏季(小麦成熟期)在白银市小麦主产区景泰县、会宁县、平川区依次开展，每个县(区)随机选择3个乡镇，以大田抽样的方式从每个乡镇基本农田中抽取3份小麦籽粒样品，合计27份、13个品种.其中包括春小麦品种11个(宁春11号、宁春13号、宁春15号、宁春18号、宁春39号、永良4号、永良15号、定西24号、会宁18号、花培764、地方老品种和尚头)和冬小麦品种2个(静麦3号、庄浪11号)，上述品种为白银市主力小麦品种，占小麦总产量的80%以上.所获待试小麦籽粒样品经晒干后，依次进行筛理、除杂、熏蒸、杀虫等处理，再经后熟两个月后，进行籽粒品质检测.

1.2 检测方法

品质检测由新疆农垦科学院作物研究所谷物品质与遗传改良兵团重点实验室完成.籽粒硬度参照AACC55-31方法，采用瑞典PERTEN公司生产的4100型SKCS仪检测；籽粒蛋白质含量参照AACC39-11方法，采用丹麦FOSS公司1241型近红外谷物成分分析仪检测；粉质参数参照GB/T 14614-2006，采用德国BRABENDER公司810110电子型粉质仪检测；拉伸参数参照GB/T 14615-2006，采用德国BRABENDER公司860033.002电子型拉伸仪检测；湿面筋含量以及面筋指数参照GB/T 14608-2006，采用瑞典PERTEN公司2200型面筋数量/质量测定系统检测；沉降值参照AACC 56-61A的方法，采用中国农业大学BAU-I

型沉淀值测定仪检测；降落数值参照GB/T 10361-2008，采用瑞典PERTEN公司生产的1500真菌型降落数值仪检测.

1.3 数据分析

所采集检测结果数据均利用SPSS 25.0进行分析(SPSS institute，Cary，NC)，处理间多重比较采用LSD法.

2 结果与分析

2.1 白银市小麦籽粒品质特性

白银市小麦籽粒17项品质指标检测结果列于表1，非整数数据保留2位小数.由于各品质指标测量范围与量纲存在较大差异，故引入变异系数(标准差与平均值之比)以衡量对应品质指标检测结果的离散程度，该值越大，说明数据变异程度越大.

由表1可知，所抽取的27份、13个品种的小麦籽粒中，仅吸水率变异系数小于10%，说明不同小麦品种的吸水率基本保持稳定，且受环境因素的影响较小；籽粒硬度、籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、延伸度对应变异系数介于10%～20%，说明变异程度相对较小，不同品种间存在一定差异，由于上述指标是反映小麦品质的关键参数，后文将进一步阐述；其余指标变异系数均大于20%，各小麦品种之间存在明显的品质差异，说明白银市小麦主产区小麦品种杂乱，种植较为盲目，同一产区内不同品种“插花”现象非常普遍，尽管种植面积可观，但大田小麦品质参差不齐，无法满足粮食企业对于优质小麦的加工需求，不利于形成区域化规模优势.

表1 白银市小麦品质指标变异度分析

2.1.1 蛋白质特性 蛋白质含量是小麦品质的关键指标，根据其溶解性大致分为清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白与麦谷蛋白，蛋白质的特殊结构性质赋予了小麦谷物香味[11].小麦蛋白质含量直接决定了其加工品质，进而影响食品品质，最终通过相对固化的饮食结构影响人体健康与体质[12].由表1可知，白银市小麦主产区各主力品种平均蛋白质含量为14.96%，变幅为12%～18%，变异系数为10.40%.其中变幅与变异系数相对较小，说明各小麦品种间蛋白质含量差异不明显，小麦蛋白质特性相对接近；平均蛋白质含量略低于全国平均水平(15.10%)，说明白银市种植小麦整体品质不佳，在样品包含冬小麦(冬小麦蛋白质含量一般均高于春小麦)的情况下仍低于全国平均值[13-14]；中高端面粉用小麦一般要求蛋白质含量接近18%，而白银市大田小麦蛋白质含量距该水平还存在较大差距，由此说明白银市小麦产业发展程度较低，资源利用率不高，种植技术落后，仍以粗放式农户个体自主经营为主，在品种选择、标准化种植、组织化程度等方面急需专业指导与科学规划，而白银市自然环境与周边省、市不存在明显差异，有理由推测白银市小麦产业面临的困境是甘肃省乃至我国西北地区小麦产区所面临的共性问题.

2.1.2 粉质特性 粉质用于衡量小麦(面粉)的耐揉程度，主要指标包括面团吸水率、形成时间、稳定时间、弱化度与粉质评价值.由表1可知，除面团吸水率外，其余品质指标变异系数均超过25%，说明不同品种小麦的品质差异化明显.白银市大田小麦面团吸水率平均值为62.5%，且变异程度不大，该指标表现良好，基本达到优质小麦的标准.形成时间、稳定时间均反映了小麦(面粉)的加工性质，上述时间越长，表明强度、韧性、加工性质越好，白银市大田小麦对应形成时间(3.5 min)、稳定时间(3.7 min)均高于全国平均值，但是变异系数较大、变幅范围宽，变幅下限距平均水平相差较大，由此说明白银市小麦主产区品种选择不当，优质小麦与普通小麦“插花”种植，既无法通过农业规模化生产满足粮食企业对优质小麦的旺盛需求，实现当地经济发展、农民增收的目的，还由于不同品种小麦相互串粉，导致品质退化、地力徒费，此外优质小麦种植规模有限、产量较低，导致收购价格与普通小麦接近，进一步打击了农户种植小麦的积极性，转而种植玉米、中药材、胡麻等收益较高的经济作物，这一现象若长时间无法得到扭转，将有可能危及我国粮食安全.

2.1.3 拉伸特性 拉伸特性是小麦流变学特性的重要组成部分，用于衡量小麦(面粉)的弹性、延展性，主要指标包括拉伸面积、拉伸阻力、延伸度、拉伸比例、最大拉伸阻力与最大拉伸比例[15].由表1可知，上述品质指标中除延伸度变异系数小于20%，其余均超过25%，同样说明白银市小麦品种品质差异化十分显著.与蛋白质特性、粉质特性不同的是，拉伸特性更强调小麦加工适宜性，无绝对的优劣之分.白银市大田小麦拉伸特性普遍偏弱，总体呈中弱筋小麦形态，更适合加工饼干、代餐粉等，便于挤压成型、粉碎研磨，不适于作为优质小麦烘烤面包、西点.

2.1.4 总体评价 本研究结果表明，白银市产出小麦湿面筋含量36.28%、沉降值35 mL，均高于甘肃省和全国平均值；籽粒蛋白含量14.96%、形成时间3.5 min、稳定时间3.7 min、拉伸面积平均值57 cm2、延伸度212 mm、最大拉伸阻力134 BU，均高于甘肃省平均水平，但低于全国平均水平，参照《优质小麦-强筋小麦》(GB/T 17892-1999)和《优质小麦-弱筋小麦》(GB/T 17893-1999)[16-17]，白银市大田小麦主要以满足中筋和弱筋面粉为主.

此外在抽样过程中对和尚头地方品种的品质指标也进行了系统测定，结果表明除了稳定时间外，和尚头的面团延伸性显著优于其他品种，这也是老百姓一直以来偏爱该品种的原因之一.

2.2 白银市小麦蛋白质品质指标与流变学特性的相关性分析

蛋白质特性与流变学特性是衡量小麦(面粉)品质的重要指标，基于检测结果，通过相关性分析，研究白银市大田小麦蛋白质特性与流变学特性的交互作用，相关性分析结果见表2.

由表2可知，白银市大田小麦面筋指数、沉降值与流变学特性之间相关性最高，其次为籽粒硬度、蛋白质含量与湿面筋含量，而降落数值的相关性最低.进一步分析表明，面筋指数与形成时间、稳定时间、评价值、拉伸面积、延伸度、最大拉伸阻力、最大拉伸比例均呈极显著正相关，与弱化度呈极显著负相关；沉降值与形成时间、稳定时间、评价值、拉伸面积、延伸度、最大拉伸阻力呈极显著正相关，与最大拉伸比例呈显著正相关，与弱化度呈极显著负相关；籽粒硬度与延伸度呈极显著正相关，与吸水率、形成时间、评价值呈显著正相关，与弱化度呈极显著负相关；蛋白质含量与吸水率、形成时间、评价值、延伸度呈极显著正相关，与稳定时间、拉伸面积呈显著正相关，与弱化度呈极显著负相关；湿面筋含量与吸水率、延伸度呈极显著正相关，与形成时间呈显著正相关，与弱化度、最大拉伸比例呈极显著负相关；降落数值与吸水率、形成时间呈显著正相关，与弱化度呈显著负相关.

表2 白银市大田小麦蛋白质特性与流变学特性的相关性分析

2.3 白银市小麦品质在样点县间的差异化分布特性

遗传因素(品种)是小麦籽粒品质的决定性因素，此外降水量、日照时长、环境温度、空气湿度、昼夜温差、土壤等环境因素均会影响小麦蛋白质和面筋含量，进而对小麦品质产生重要影响[18].结合白银市干旱/半干旱气候条件，研究小麦品质在样点县间差异化分布特性，评估自然环境对小麦品质的影响，指导旱地优质小麦育种、合理规划小麦主产区选种、因地制宜最大限度利用自然资源，最终实现优质小麦稳定高效生产、农民增收、巩固脱贫攻坚工作成果、配套产业发展壮大的中长期目标.白银市大田小麦品质在样点县间分布特性见表3.

由表3可知，在小麦籽粒17项品质指标中，白银市会宁县有13项指标(籽粒硬度、蛋白质含量、湿面筋含量、面筋指数、降落数值、沉降值、吸水率、形成时间、稳定时间、评价值、拉伸面积、延伸度、最大拉伸阻力)均明显低于平川区与景泰县，仅弱化度明显高于平川区与景泰县，其余面筋指数、拉伸比例与最大拉伸比例3项指标无明显地域倾向性特征.

表3 白银市大田小麦品质在样点县间分布特性

2.3.1 纬度与海拔对小麦品质的影响 样点县地理气候参数示于表4，白银市地理行政区划示于图1.

表4 试验样点县地理气候参数

图1 白银市地理行政区划Figure 1 Geographical administrative division of Baiyin City

由图1可见，本试验所选取样点县在经度范围基本保持一致，而纬度存在明显差异，其中会宁县纬度、平均海拔均最低.结合表3、表4，认为小麦籽粒硬度、蛋白质含量、湿面筋含量、面筋指数、降落数值、沉降值、吸水率、形成时间、稳定时间、评价值、拉伸面积、延伸度、最大拉伸阻力均与海拔、纬度呈正相关关系，即海拔、纬度越高，小麦蛋白质含量、主要流变学特性呈提升趋势，本研究评估结果与文献[19-21]结论一致.

2.3.2 降水量对小麦品质的影响 降水量直接决定小麦根系发育、营养物质输送、蛋白质合成与积累等生物学过程，进而影响小麦蛋白质与流变学特性.会宁县作为甘肃省连片特困县之一，自然条件恶劣，水资源极度匮乏，曾被冠以“苦瘠甲天下”的标签，年降水量仅185 mm，较景泰县、平川区分别低26%与31%.由表3可知，降水量对于小麦品质的影响十分显著，大体而言，降水量越大，小麦蛋白质含量、流变学特性显著提升.

2.3.3 温度与光照对小麦品质的影响 由表4可知，会宁县年平均气温较平川区、景泰县高1 ℃，气温对于农作物生长发育具有重要影响，尤其影响小麦成熟期灌浆过程，一般认为较高的温度会提高小麦蛋白质含量，与表4温度数据趋势相反.究其原因，由于会宁县海拔、纬度均低于平川区、景泰县，故年平均气温相对较高，但年平均气温无法有效反映小麦抽穗至成熟期的温度水平，而短期内的平均温度无法合理统计.

日照时长与小麦光合作用强弱、蛋白质合成息息相关，总体而言，日照时长越长，有利于蛋白质含量的提升.由表4，样点县年平均日照时长十分接近，无明显差异化特征，故本研究中温度、光照对小麦品质的影响不明.

综上，白银市沿黄灌区具有优越的灌溉条件，但受制于深处内陆，且位于干旱半干旱沙漠气候带，域内以旱地小麦为主.得益于充足的光、热资源，昼夜温差大，有利于小麦蛋白质积累与品质提升，白银市可围绕甘肃省优质中、弱筋小麦生产基地加以推广、引导、规划小麦产业.

3 结论

1) 白银市小麦主产区各小麦品种之间存在明显的品质差异，同一产区内不同品种“插花”现象严重，小麦产业整体发展程度较低，种植较为盲目，在品种选择、标准化种植、组织化程度等方面急需专业指导与科学规划.

2) 白银市产出大田小麦多项指标均高于甘肃省或全国平均值，主要以满足中筋和弱筋面粉为主，可基于甘肃省优质中、弱筋小麦生产基地的定位推进小麦产业规划、发展.

3) 研究了白银市大田小麦蛋白质特性与流变学特性的交互作用.

4) 小麦品质在样点县间呈明显差异化分布，自然环境对小麦品质存在显著影响，海拔、纬度、降水量越高，小麦蛋白质含量、主要流变学特性呈提升趋势，温度、光照对小麦品质的影响不明.