基于灰色关联分析不同气候生态类型区甜荞麦品种（系）的评价

穆兰海 常克勤 杜燕萍 陈一鑫 杨崇庆

摘要 以自主选育和引进的5个甜荞麦品种（系）为材料，在宁南山区6县（区）不同气候类型区进行多年多点试验，对8个主要农艺性状进行了灰色关联度分析，综合评价了品种的优劣性。结果表明：参试品种主要农艺性状对产量的关联度表现为单株粒重＞单株粒数＞一级分枝数＞密度＞株高＞主茎节数＞千粒重；通过对等权关联度和加权关联度分析，结合生长期的抗病性、抗倒伏等抗逆性指标，筛选出适宜在当地种植的品种（系）为固荞麦1号和固荞3号，并建立了大面积生产示范区进行验证，其增产效果明显。

关键词 甜荞麦；AMMI模型；GGE-biplot；稳定性；适应性

中图分类号 S517  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）10-0024-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.10.006

Evaluation of Sweet Buckwheat Varieties （Lines） in Different Climate Ecological Types Based on Grey Relational Analysis

MU Lan-hai1，2， CHANG Ke-qin1，2， DU Yan-ping1，2 et al

（1.Guyuan Branch of Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Guyuan，Ningxia 756000；2.Dry Farming Agricultural Engineering Technology Research Center of Ningxia，Guyuan，Ningxia 756000）

Abstract Using 5 sweet buckwheat varieties （lines） independently selected and introduced as materials. Years of multi-point experiments were conducted in 6 counties （districts） of different climate types in the southern mountainous areas of Ningxia， and grey correlation analysis was conducted on 8 main agronomic traits to comprehensively evaluate the advantages and disadvantages of the varieties. The results showed that the correlation degree between the main agronomic traits of the tested varieties and yield was as follows： grain weight per plant>number of grains per plant>number of primary branches>density>plant height>number of main stem nodes>thousand grain weight;Through the analysis of equal weight grey correlation degree and weighted grey correlation degree， combined with resistance indicators such as disease resistance and lodging resistance during the growth period， suitable varieties （lines） for local cultivation were selected as Guyuan Buckwheat 1 and Guyuan Buckwheat 3. Large scale production demonstration zones were established for verification， and their yield increase effect was significant.

Key words Sweet buckwheat crop varieties;AMMI model;GGE-biplot;Stability;Adaptability

基金項目 农业农村部-国家燕麦荞麦产业技术体系固原综合试验站（CARS-07-G-15）；宁夏农林科学院院地合作-荞麦新品种及轻简栽培技术示范（NNKZZCGZH-2021-04）。

作者简介 穆兰海（1966—），男，宁夏固原人，高级农艺师，从事荞麦作物新品种选育及高效节水种植技术与示范研究。*通信作者，研究员，从事荞麦和燕麦作物新品种选育研究。

收稿日期 2023-07-13

荞麦（Fagopyrum），属于廖科（Polygonaceae）荞麦属（Fagopyrum Mill）的小宗作物，荞麦种植历史悠久，种植区域辽阔，由于生育期短，抗逆性强，营养丰富，适应性强等特性，在我国栽培历史悠久。荞麦属栽培品种主要包括甜荞麦（F.esculentum Moench）和苦荞麦［F.tataricum （ Linnaeus） Gaertn］两大类［1］。我国荞麦主要分布在南北2个栽培产业带［2］，即西南地区为荞麦集中产区，包括云南、贵州、山西、四川、重庆、湖南和湖北等省；华北和西北地区主要为甜荞集中产区，包括河北、山西、陕西、甘肃、宁夏、青海、内蒙古等地区。2019年国家统计局数据显示，我国荞麦种植面积为388.1×103 hm3，同比增长7.4%，总产量为54.3万t，同比增长12.2%。其中，陕西、内蒙古、宁夏、甘肃、四川种植面积分别为85.1×103 hm3（21.9%）、75.0×103 hm3（19.3%）、58.5×103 hm3（15.1%）、35.0×103 hm3（9.0%）和30.3×103 hm3（7.8%）。荞麦产量提升速度较快的是内蒙古地区，年均生产能力为11.2万t；其次是陕西省，年均产量为8.7万t；再次是四川为6.1万t和宁夏为3.6万t。

荞麦具有特殊的食疗保健功能。近年来，国内外市场的需求量逐年增加，销量供不应求。但产量低，导致收益低，单株粒重的提高是提高产量的主要途径，影响荞麦的产量性状有单株粒重、单株粒数和千粒重等，受环境因子与遗传等方面的调控，荞麦的遗传育种研究工作中集中在株高、千粒重、分枝数、单株粒重及主茎节数等农艺性状方面。通过因子与聚类分析农艺性状的关系研究［3］，发现不同品种在生育期、主茎节数、株高、千粒重和单株粒重等农艺性状中存在着显著性差别，从农艺性状遗传多样性研究获得高产、稳定性、抗旱性品种，实现增产增收［4-9］。笔者通过在不同气候类型区、生态区域和生产条件下对荞麦品种进行多年多点试验，对影响荞麦品种产量的主要性状因子进行关联分析和评价，依照主要性状关联因子筛选出适合在半干旱区和中部干旱带种植的品种（系），并对筛选的品种进行生产示范验证，旨在为新品种（系）引进和选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

共有5个参试品种：固荞1号（G1）、宁D07-6（G2）、定甜荞3号（G3）、固荞3号（G4）和信农1号（G5）。其中，G1、G2、G4和G5为宁夏农林科学院固原分院自主选育品种（系），G3为引进品种。2017—2019年在宁南山区5县（区）分别布设试验点。其中，原州区头营、西吉县马建和彭阳县城阳代表半干旱区试验点，同心县预旺和盐池县花马池代表中部干旱带试验点，每个试验点参试品种和田间设计相同。2021—2022年完成生产示范和品种审定。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，小区面积10 m2（5 m×2 m），每个小区种植7行，行距33 cm，留苗密度为105万株/hm2，重复3次。试验收获时取4 m2进行脱粒计产，各试验点的每个品种考种取中间1 m长单行植株，选取代表性15株进行考种，其剩余植株一并脱粒，计算样段内平均单株株高、主茎分枝、主茎节数、单株粒重、单株粒数及千粒重等。

1.3

田间管理 播种前整地结合旋耕统一施基肥磷酸二铵150 kg/hm2。6月下旬播种， 7月中旬定苗，其他田间管理同大田。

1.4 试验点气候概况

参试品种在宁南山区5个县（区）半干旱区和中部干旱带进行。荞麦作物生长期降水量和平均气温见表1。由表1可知，宁南山区半干旱区（原州区、西吉县和彭阳县），半干旱区易旱区（海原县）和中部干旱带（同心县、盐池县）多年降水量分别为416.6～450.0和215.1～255.6 mm，荞麦生育期降水量分别为279.2～353.0和189.8～222.9 mm。年均气温分别为5.9～7.2和8.6 ℃，生育期气温分别为16.7～19.4和21.3～22.0 ℃。 从图2可以看出，宁南山区不同气候类型区全年各月降水量由半干旱区向干旱带呈递减规律，而各月平均气温则相反，表现为干旱带气温＞半干旱区。

1.5 分析方法

用DPS 9.50数据处理系统和Excel 2016软件进行数据处理， 采用灰色系统理论中的灰色关联度进行分析［10-12］ 。将产量及主要农艺性状因素视为一个灰色系统，灰色关联度能较为全面地反映参试品种的稳定性和优劣性，用关联度表示ξi。在标准化处理后，设定分辨系数为0.5计算关联度，根据关联度排序位次确定［10-16］。通过计算参考量与比较量的绝对值，找出每个灰色系统的最大和最小绝对值。由此判断各农艺性状对产量影响的主次关系，各农艺性状的关联度越大，则表示品种的综合性状越好。关联度分析选择目前生产中产量高和最理想的主要性狀为参考指标，各性状指标构成参考数列，记作目标品种G0，参试品种（组合）各性状值比较数列，记作Gi（i=1，2…，m），其中m为参试品种数，各农艺经济性状指标以T表示（T=1，2…，n），其中n为性状数进行灰色关联分析［10-16］。

2 结果与分析

2.1 主要经济性状

目标品种X0主要性状指标取值是当地生产中已实现的理想品种状态值［13-14］，即参考品种的各主要性状的取值是目前旱地生产潜力较好的品种主要性状值，其取值应较其他参试品种主要性状值大一些。

试验选取主要性状指标密度（T1）、株高（T2）、主茎分枝数（T3）、主茎节数（T4）、单株粒重（T5）、单株粒数（T6）、千粒重（T7）和平均产量（T8）8个主要性状数据的平均值进行统计分析，各品种的性状值见表2。

2.2 数据无量纲化处理

因各性状量纲不一致，需将原始数据标准化，用各品种农艺性状数据分别除以参考品种相应农艺性状数据，将原始数据统一量化在［0，1］内［12-13］（表3）。

设参考序列（参考品种）为T0（t）=｛T0（1），T0（2），…，T0（n）｝;比较序列（参试品种）为Ti（t）=｛Ti（1），Ti（2），…，Ti（n）｝，i=1，2，…，m;t=1，2，…，n。

初值化后的参考序列为T0′（t）=T0（t）/［T0（t）×T0（1）］，比较序列为Ti′（t）=Ti（t）/Ti（1），i=1，2，…，m;t=1，2，…，n。

2.3 灰色关联系数及关联度

2.3.1 等权关联度。

求得参考数列G0与5个参试品种相应性状的绝对差值［13］，计算结果见表4。

△i（T）=∣G0（T）-Gi（T）∣i=（1，2，…，8）（1）

由公式（2）计算参试品种（组合）与参考品种之间的关联系数［12-13］：

式中，ξi（T）为Gi对G0在T点的关联系数［12］，P为分辨系数，取值范围在（0～1），一般取0.5。mint｜G0（T）-Gi（T）｜和mant｜G0（T）-Gi（T）｜分别为第1层次最小差和第1层次最大差，即在绝对差｜G0（T）-Gi（T）｜

中按不同的T值分别挑选其中最小值和最大值；mintmint｜G0（T）-Gi（T）｜和mantmant｜G0（T）-Gi（T）｜分别为第2层次最小差和最大差，即在绝对差mantmant｜G0（T）-Gi（T）｜中选出最小值和最大值，得出各参试品种等权关联度。将表4中

｜Δi（T）｜相应数值代入公式（2）即可得到 G0对Ti各性状的关联系数。根据表4各参试品种与参考品种第1层和第2层的绝对差｜Δi（T）｜最小值和最大值分别以0.000和0.526计算得到各参试品种与性状间的等权关联系数（表5）。

2.3.2 加权关联度。

对各农艺性状与产量关联度进行分析，根据关联度排序位次，确定比较数列对产量的影响主次关系。关联系数越大，说明与理想品种各数列关系值越密切［13，16-17］。

权重系数ωi=ri∑ri（3）

加权关联度r′i=nk=1ωi（T）ξii（T）（4）

利用式（3）对参试品种等权关联系数（表5）对应参试品种主要性状指标的T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7和T8的均值依次计算得到各参试品种性状指标的权重赋值系数（表6）。

2.3.3 关联因子综合评价。

等权关联系数和加权关联度在一定程度上可反映各参试品种之间的优劣性。根据式（2）计算得到等权关系数（ξi（T）），再利用公式（3）和权重赋值系数（表6）整理得到加权关联关系数（ri值）。经对参试品种各性状数据整理得到各参试品种等权关联系数和加权关联系数（表7）。经对半干旱区和中部干旱带各品种主要性状的加权关联系数ri值以品种G4（0.772～0.964）＞G1（0.734～0.918）＞G3（0.622～0.828），品种G2和G5分别在0.594～0.745和0.603～0.727。

根据表7分别对等权关联系数ξi（T）和加权关联系数（ri）进行排序，并结合参试品种田间生长表现及其他指标记载，并考虑到品种的成熟性和抗病性等抗逆性因素进行关联度评价及排序。结果表明：①半干旱区各品种表现为G4（0.934）＞G1（0.892）＞G3（0.808）＞G2（0.721）＞G5（0.704）；②中部干旱带各品种表现为G1（0.721）＞G4（0.713）＞G3（0.613）＞G5（0.589）＞G2（0.579）。可见，半干旱区和中部干旱带以品种G4和G1的产量和稳定性较好，其次为品种G3。

2.3.4 关联因子与产量关联序。

对甜荞品种主要农艺性状关联因子与产量进行分析［13，15］，其关联度明显（表8）。由表8可知，8个因素与产量关联系数的影响程度表现为T5＞T6＞T3＞T1＞T2＞T4＞T7。

2.4 参试品种在不同气候类型区的增产效应

对甜荞品种在不同试点和不同降水年份增产效应进行了分析，结果见表9。由表9可知，宁南山区各试点以品种G1和G4表现最好，其次为G3。在干旱年份所有旱地品种产量为393～840 kg/hm2，正常年份产量为1 237～2 104 kg/hm2和丰水年份产量为1 513～2 294 kg/hm2。中部干旱带试验点在干旱年份、正常年份和丰水年份，其生长期平均降水量均较半干旱区同期降水量减少，可使荞麦品种减产。

品种多年多点试验的基础上，对筛选出的品种G1、G4和G3，2020—2022年在宁南山区5 县（区）代表阴湿区的隆德县观庄，半干区的原州区寨科乡、彭阳县城阳乡和西吉县吉强镇，中部干旱带的盐池县花马池镇和大水坑镇等建立了不同生态区的荞麦大面积核心展示区和生产示范区，示范成效见表10。

由表10可知，固荞1号和固荞3在半干旱区的原州区和西吉县生产示范区平均产量位1 687 kg/hm2，较CK增产13.7%，在半干旱易旱区的海原县平均产量为1 484 kg/hm2，较CK增产10.0%；在中部干旱带的盐池县平均产量为1 038 kg/hm2，较CK增产8.5%。另外，在鹽池县生育期实施2次滴灌水量为1 200 mm/hm2情况下，其产量可实现1 902.0～2 475.0 kg/hm2，较CK增产8.7%～35.5%。

2019—2022年固荞1号和固荞3号品种先后在内蒙古、陕西、甘肃、山西、河北、贵州和云南引进示范种植150 hm2以上，具有较好的适应性和广阔的推广应用前景，对发展小杂粮荞麦产业化种植，规模化经营和带动产品深加工提供优质供种资源，形成了高效节水种植配套技术，对于促进建立大规模的产业化基地起到积极的示范引领作用。

3 讨论与结论

经过对甜荞品种主要影响产量的关联因子进行了灰色关联度分析，在甜荞品种的7个主要性状中，在正常生长高度下，以单株粒重、单株粒数、主茎分枝数、种植密度4个性状与产量的关联度较高，主茎节数和千粒重为次之。除此之外，对荞麦品种主要性状与产量的相关性分析表明，密度与株高、主茎分枝数、主茎节数、单株粒数和单株粒重呈正相关，这与张清明等［16-18］研究结果一致。但主要性状密度、株高和主茎节数与千粒重则呈负相关。因此，在新品种选育和引种过程中，考虑到半干旱区冬春干旱，生长发育期受气候影响，应注重选择抗旱性和抗病性强、株高、分枝数和生育期适宜的品种［19-20］。

通过关联分析和综合评价，固荞3号和固荞1号品种在宁南山区具有丰产性和稳定性及适应性最好，建议在宁南山区半干旱区和干旱区适宜推广种植。其他品种稳定性较差，可根据当地生产和气候立地条件进行因地制宜选择性种植。试验期间同步在宁南山区不同气候类型区组建了荞麦生产示区，累计生产示范面积达到100 hm2，旱地平均产量1 683 kg/hm2，较对照品种信农1号增产14.3%，其增产效果明显。

由于影响荞麦产量与主要性状的关联因子比较复杂，不同气候类型、生态环境和当地生产条件很大程度上决定了品种生态适应性，进而影响品种生产潜力的开发程度及生产能力进一步提升。在干旱年份下，荞麦生育期前期和中期的降水量严重影响了株高，限制了主茎分枝数和主茎节数正常生长发育。研究发现，半干旱区和干旱区气候区域，在荞麦在生长期降水量适中情况下，影响产量的主要性状则以单株粒重、单株粒数、主茎分枝数、密度关联度较高。对此，荞麦生产能力与气候类型、生态环境和当地生产条件密切相关，主要性状与产量的关联因子随之合理变化。因此，不断深化研究荞麦品种在不同气候类型区、不同生态环境和立地生产条件下以及在干旱年份、正常年份和丰水年份下的主要性状与产量关联因子、生育期阶段降水量与耗水特征、开花期和灌浆期大气温度与结实率和灌浆速度等至关重要。

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