混播对黄淮海8个主推小麦品种产量、农艺性状和籽粒锌浓度的影响

蒋曦龙，王澜，乔月彤，李晓靖，薛燕慧，张荣亭，夏海勇，5

（1.山东省农业科学院作物研究所／山东省作物遗传改良与生态生理重点实验室／小麦玉米国家工程实验室，山东济南 250100；2.中国农业大学资源与环境学院，北京 100193；3.山东师范大学生命科学学院，山东 济南 250014；4.济南市农业科学研究院，山东 济南 250316；5.青岛农业大学农学院，山东 青岛 266109）

黄淮海地区是我国小麦主产区之一，也是倒春寒多发地区，冬小麦春化后对低温抵抗力下降，遭遇倒春寒天气易发生大面积冻害，对产量和品质产生不可逆转的损失［1］。目前，生产中小麦品种具有不同形态特征、生理特性、品质特性，单一品种种植易发生病害、冻害、倒伏、品质指标不均衡等现象，影响其产量和食用品质［2］。

相比于单一品种种植模式，不同品种混播具有充分利用光、温、水、气等自然资源和品种间性状互补、提高群体稳定性、安全性等优势［3］。前人研究表明，不同小麦品种混播具有易形成复合群体、增加小麦叶面积、增进群体通风透光、增加光合作用的特点［4］；其品种多样性同时可以抑制病害发展［5］，增强群体抗逆能力，提高小麦稳产性［6］。混播能够增强时间和空间上的互补和协同效应，增强小麦混作系统力的弹性，对于增产稳产、提高小麦品质与环境保护方面具有一定的正向效应［7］。

目前，大多数研究表明，小麦混播具有增产效果，可提升籽粒蛋白质含量、筋力等品质指标［8］，但有关不同小麦品种混播后对其籽粒锌营养的影响鲜有报道。为此，本试验选用黄淮海地区8个主推小麦品种为材料，研究其单播和混播两种方式对产量、产量构成和籽粒锌含量的影响，以期为进一步提高小麦产量和籽粒锌营养品质找出一条新的技术途径。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验在山东省农业科学院作物研究所试验站（36°42′N，117°4′E；海拔48 m）大田进行。该地属暖温带半湿润大陆性季风气候，年均气温13.6℃，年均降水量625 mm。试验地土壤基本理化性质见表1。

表1 0～20 cm土层土壤基本理化性质

1.2 试验材料

供试黄淮海地区8个主推小麦品种分别为矮抗58、百农207、百农419、周麦27、开麦21、济麦22、济南17和鲁原502。

1.3 试验设计

2016年10月至2018年6月两年度试验均设单播和混播两种方式，共11个处理，其中单播处理8个、混播处理3个，如表2所示。随机区组排列，重复3次，共计33个小区。小区面积17 m2（5 m×3.4 m），种植12行，行距25 cm。

666.7m2播种量为15 kg，混播品种按照种子质量1／4、1／6与1／8比例混匀装袋，分别于2016年10月28日、2017年10月25日人工开沟条播。666.7m2基施纯氮7.5 kg、纯钾（K2O）2 kg，拔节期追施纯氮7.5 kg。其它田间管理措施同一般大田。

表2 试验处理

1.4 样品采集与测定

分别于2017年6月10日与2018年6月13日收获各小区中间1.0 m2样方，进行人工测产、考种、脱粒。籽粒用去离子水清洗后于60～65℃烘箱中烘至恒重测干重。取部分烘干样品于不锈钢研磨机中磨碎，用HNO3-H2O2法消解（EPA，1996），再用电感耦合等离子体质谱仪测定Zn浓度。

1.5 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2007软件进行数据处理，用SAS（9.0）软件对数据进行方差分析（ANOVA），并在5%水平上用最小显著性差异法比较平均值。

2 结果与分析

2.1 8个小麦品种单播的农艺、产量性状及籽粒锌浓度分析

由表3看出，年份对小麦产量的影响达极显著水平。2017年，开麦21的单产（666.7m2产量，下同）最高为484.7 kg，较其它品种增产6.90%～33.16%，但差异不显著；2018年百农207的单产最高为314.5 kg，其次为济麦22、鲁原502，均显著高于济南17。2017年不同品种小麦单产均高于2018年，这与2018年小麦倒春寒冻害后生长受到抑制有关。

产量构成及农艺性状方面，年份、品种及其互作效应对小麦穗长、千粒重的影响均达到极显著水平，年份对群体穗数（666.7m2的穗数，下同）的影响达极显著水平；年份、品种对小麦株高的影响也均达极显著水平；品种对单穗重的影响也达极显著水平。2017年，济南17、济麦22与鲁原502株高显著高于其它品种，2018年的结果表现基本一致。2017年，济麦22的群体穗数最高为50.7万，但穗粒数仅为30.7粒，后者显著低于鲁原502和百农207，2018年各品种穗粒数与群体穗数差异不显著。2017年开麦21千粒重最高为46.3 g，显著高于其它品种，济麦22、百农207、矮抗58次之；2018年鲁原502、济麦22、周麦27千粒重显著高于济南17、开麦21。综合来看，济麦22、百农207、开麦21产量性状优于其它品种。

年份对小麦籽粒锌浓度影响达极显著水平，品种、品种与年份的交互作用未达到显著水平。2017年鲁原502、2018年开麦21籽粒锌浓度最高，分别为42.8 mg／kg与48.1 mg／kg，较其它品种分别增加30.09%～75.41%、16.75%～39.42%；2018年小麦籽粒锌浓度平均值高于2017年，这可能与2018年小麦受到倒春寒天气影响后产量普遍降低、产量与籽粒浓度的稀释效应有关。

表3 不同小麦品种单播产量、产量构成、农艺性状及籽粒锌浓度

2.2 不同小麦品种混播的产量、产量构成及籽粒锌浓度分析

为了便于比较，根据混播各组成品种的单作产量、群体穗数、千粒重、籽粒锌含量及其混播占比计算得出它们的单作加权对照产量、群体穗数、千粒重和籽粒锌含量。由表4可知，方差分析显示，年份间差异对小麦产量及其构成因素的影响均达极显著水平，小麦混播品种数量、种植模式分别对千粒重、产量影响显著，年份与种植模式的交互作用对小麦群体穗数、籽粒锌含量影响显著。

三种混播方式比较，2017年六品种混播处理单产高于理论产量，达443.0 kg，较四品种、八品种及单作加权对照产量增加2.99% ～16.55%，处理间差异不显著；2018年四品种、六品种与八品种处理小麦单产较单作加权对照降低14.78%～25.86%，这与2018年小麦遭受倒春寒与干热风灾害有关，混播产量略低于单作加权理论平均产量，混播优势未体现。

小麦混播对群体穗数影响明显。2017年四品种、六品种及八品种处理小麦群体穗数较单作加权对照增加10.86% ～20.92%，六品种小麦混播最高为47.4万穗；2018年降低8.00% ～14.16%，不同混播处理间差异均不显著。可见，小麦混播群体穗数受气候因素影响明显，较好气候条件下，混播可促进分蘖、提高群体穗数。

混播有助于提高小麦籽粒锌浓度。2017年六品种、八品种小麦混播籽粒锌浓度较四品种、单作加权对照显著增加至85.77%、64.15%和68.68%、53.40%，这可能与混播后小麦群体根系分泌量增大，继而促进锌的根吸收有关。2018年混播小麦籽粒锌含量与对照相比差异不显著。

混播小麦群体穗数、单产受气候因素影响明显，相比于单作加权对照变幅较大。三种混播处理中，六品种混播优势明显，小麦群体穗数、单产及籽粒锌含量均高于对照，且其与单作加权处理的平均值分别为43.3万穗、436.5 kg、42.0 mg／kg，均高于四品种、八品种处理的平均值。这说明混播的品种数量应适度，过高过低均会影响小麦的生长发育及产量构成。

混播优势与混播品种的冬春性、抗逆性有关，品种间合理搭配混种可丰富群体的遗传基础、增加根系分泌物、提高群体对逆境的缓冲性和顺境下群体优势的表现度。品种混播理论上可以增强株型和群体之间的补偿性，通过改善群体的受光状态，充分利用空间和自然资源，最终达到提高群体产量的目的。

表4 不同品种混播下小麦产量、产量构成及籽粒锌浓度

3 讨论与结论

小麦混播为通过不同品种适当组合增加小麦对光能和土地的利用率，提高小麦周年产量，减轻自然灾害和病虫害影响，达到稳产保收的作用［9］。本研究中，2017年小麦单作开麦21、百农207、济麦17、百农419产量均高于品种混播处理，不同品种数量混播对小麦增产效果不明显，这与前人研究得出的混作小麦比单作增产2.28% ～16.11%的结果有所区别［10，11］。一般认为，小麦混作增产机理主要有三个方面：一是小麦混作形成复合群体，可增加群体内通风透光，提高光合作用；二是小麦混作可增强抗逆能力，提高小麦稳产性；三是小麦品种混作可以利用种内多样性提高群体抗病能力［9］。本研究中，选用济麦22、鲁原502等高株型与其它低矮品种混播，可以形成株高差，增强边际效应。复合群体光能利用率优于单作，光合时间增加，提高群体光合效率，达到增产的目的［6］。本研究结果显示，混播处理中六品种混播处理产量最高，高于四品种、八品种混播，这可能与不同品种混播比例有关，应进一步调整优化不同品种混播比例。前人研究也表明混播比例不适宜，不但起不到增产作用，还会导致作物产量降低［12］。因此，可通过生态学de Wit替代系列实验，明确不同品种混播时的相互竞争力与单播之间的关系［13］，可以最大限度地发挥不同小麦品种的特点，获取最大经济效益，这值得进一步研究。本研究还发现，多品种混播处理可提高小麦群体穗数，虽同高分蘖品种济麦22、济南17差异不显著，但普遍高于其它小麦单作，这可能与复合群体增加群体内通风透光、促进小麦群体生长发育有关。

我国冬小麦主产区黄淮海地区，小麦生长期间易发生旱灾、低温冻害、干热风等灾害性天气，影响小麦增产和稳产。前人研究认为，灾害发生时小麦混作可增强抗逆能力，提高小麦稳产性［14］。本试验中，2018年小麦受倒春寒与夏季干热风影响，单作与混作产量普遍低于2017年，其中三种混作处理产量降幅更为明显，且低于单作，这同前人研究结果有所不同［15，16］。原因可能为，本试验所选混播品种未能弥补某些抗性品种产量偏低的缺陷。同时，本研究中六品种混作产量稳定性高于四品种、八品种，这与前人研究相一致［17，18］。小麦混作品种数量多于3个时，随混作品种的增加，空间上的互补和协同效应逐步增加，增强混作作物系统力的弹性，对于增产稳产具有一定的效应［7］。小麦品种混播是通过栽培技术控制条锈病等病虫害，降低杀虫杀菌剂使用，达到稳产增产的效果［18，19］。本研究中，两年试验仅受气象因素显著影响，且田间试验条件下均未出现条锈病等病虫害，这也是本研究混播没有体现出稳产与增产优势的一个重要原因。

锌是小麦生长所需的重要微量元素，对生长发育及籽粒营养品质有重要作用［20］。鲁璐等［21］研究表明小麦基因型能够影响不同品种小麦的锌含量；张明艳等［22］研究也认为，不同基因型品种籽粒中Zn含量的变异范围较宽，品种间存在极显著差异；李莎莎等［23］研究发现，高产品种中，无论施肥与否高锌品种的籽粒锌含量均显著高于低锌品种，可见不同品种小麦对锌响应存在差异。本研究中，8个品种单作小麦籽粒锌含量为24.4～48.1 mg／kg，存在较大变异，处理间达显著差异。这也与前人研究相一致，即不同品种小麦对土壤锌的响应、吸收程度有所不同［24］。2018年小麦受倒春寒等气候影响，籽粒产量普遍偏低，导致平均籽粒锌浓度高于2017年，这与产量“稀释效应”存在一定关系。王巧艳等［25］研究发现，小麦锌浓度与小麦产量、籽粒蛋白质及营养品质存在重要关系，郑麦9023和矮抗58两个小麦品种，在锌质量分数为10 mg／kg时产量、籽粒蛋白质含量达到最大，不同品质类型小麦对锌的需求量不同。本研究中，不同品种小麦混播能够有效提高群体小麦籽粒锌含量水平，2017年六品种、八品种混播处理籽粒锌浓度分别达到52.2 mg／kg与47.4mg／kg，显著高于单作加权对照。这与前人对小麦混播能够改善小麦籽粒品质的研究结果相一致［3，8］。其原因可能是，多品种小麦混播时品种间往往存在亲缘识别或种间竞争，种间竞争力强的个体占有更多资源生长和繁殖［26］，造成一定的“生长冗余”，会促使根系分泌物增多，群体根系增大，继而提高对锌的吸收能力。

综上所述，不同品种小麦混播相比于单作、单作加权平均值未显示出显著增产作用，六品种混播效果优于四品种、八品种混播。一般年份不同品种小麦混播能够显著提高群体小麦籽粒锌含量，六品种混播与八品种混播籽粒锌含量均显著高于单作，能改善小麦籽粒营养品质，可为提升小麦籽粒锌品质提供一定借鉴意义。未来研究中，应充分考虑不同品种选择、混播品种数量、混播品种比例对产量及籽粒锌的综合影响，其增产增效机理也有待进一步探讨。