西藏高海拔地區(qū)積溫與土壤養(yǎng)分對不同青稞新品種(系)產(chǎn)量影響研究初報(bào)

關(guān)衛(wèi)星，楊 勇，董凱寧，張思源，羅黎鳴

(1. 西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)業(yè)研究所, 西藏 拉薩 850000；2. 四川大學(xué)信息管理技術(shù)系, 四川 成都 610064)

西藏自然環(huán)境脆弱，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件惡劣，氣象條件復(fù)雜，農(nóng)田小氣候的調(diào)節(jié)能力有限，種植區(qū)土壤厚度薄儲水能力差，且土壤下層多為碎石砂礫，灌溉時(shí)易產(chǎn)生水分和營養(yǎng)元素深層滲漏流失。青稞的生長受到氣候、土壤水分和營養(yǎng)元供給條件等多種因素的制約、脅迫[1]。因此，有必要研究不同青稞對不同生態(tài)因子的適應(yīng)性表現(xiàn)，得出增產(chǎn)和減產(chǎn)原因，從而使青稞新品種在西藏高海拔地區(qū)科學(xué)種植與推廣。本文從以下兩個(gè)因素分析不同品種-重點(diǎn)是青稞新品種(系)(系)在西藏高海拔地區(qū)的生態(tài)適應(yīng)性：①氣候積溫因素，在4個(gè)高海拔邊境縣青稞試驗(yàn)田進(jìn)行了青稞新品種(系)(系)栽培試驗(yàn)；②土壤因素，探索高海拔土壤因子對青稞功能性營養(yǎng)成分的影響，對新品青稞β-葡聚糖、黃酮含量進(jìn)行分析[2]。實(shí)驗(yàn)采用對比法，在進(jìn)行氣候積溫因素實(shí)驗(yàn)時(shí)，土壤因素保持一致；研究土壤因素時(shí)，氣候積溫因素保持一致，這樣可以單純研究出土壤對產(chǎn)量的影響程度。對同一品系實(shí)施2種不同實(shí)驗(yàn)，可以分析出哪個(gè)因素對產(chǎn)量的影響最大；對不同品系實(shí)施2種不同實(shí)驗(yàn)，可以分析出每種品系受生態(tài)因子影響的強(qiáng)弱程度。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以2018-2019年在西藏高海拔邊境地區(qū)青稞主產(chǎn)區(qū)普蘭、措美、拉孜、聶拉木等4個(gè)縣的藏青2000、藏青690、喜馬拉雅22等3個(gè)新品種/品系青稞和1個(gè)當(dāng)?shù)仄贩N100份樣品為材料，當(dāng)?shù)仄贩N選取當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)家青稞如措美黑青稞。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 基于產(chǎn)地的測量樣本與測量方法 粗蛋白含量采用自動(dòng)凱氏定氮儀測量，粗纖維含量采用自動(dòng)纖維儀測定，粗淀粉含量使用自動(dòng)旋光儀測定，β-葡聚糖含量采用Megazyme BETA-D試劑盒測定，黃酮含量采用可見分光光度計(jì)測定。

1.2.2 測量樣本和測量方法 6種土壤，4種品種，在24個(gè)試驗(yàn)田，藏青2000，藏青690，喜馬拉雅22，農(nóng)家品種有色青稞在每塊試驗(yàn)田取樣30份，共計(jì)收集720份青稞材料。

數(shù)據(jù)采用Excel2016、SPSS進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光照強(qiáng)度對青稞新品種(系)的產(chǎn)量影響分析

由圖1可見，藏青2000、藏青690、喜馬拉雅22號以及當(dāng)?shù)仄贩N青稞隨日照強(qiáng)度增加產(chǎn)量增加，當(dāng)日照充足時(shí)，產(chǎn)量較高。當(dāng)日照條件相同時(shí)，4個(gè)品種間比較，在日照條件充足情況下，青稞產(chǎn)量表現(xiàn)為藏青2000>藏青690>喜瑪拉22號>當(dāng)?shù)仄贩N；在日照一般時(shí)，青稞產(chǎn)量表現(xiàn)為喜瑪拉22號>藏青690>藏青2000>當(dāng)?shù)仄贩N，但喜瑪拉22號、藏青690、藏青2000 3個(gè)品種青稞產(chǎn)量差異不明顯；當(dāng)日照差時(shí)青稞產(chǎn)量表現(xiàn)為喜瑪拉22號>藏青2000>藏青690>當(dāng)?shù)仄贩N。由此可見，藏青2000、藏青690、喜馬拉雅22號等品種對光照利用較當(dāng)?shù)仄贩N強(qiáng)，產(chǎn)量提高。

圖1 新品青稞和傳統(tǒng)青稞的積溫生態(tài)適應(yīng)性產(chǎn)量比對

2.2 不同積溫對青稞品質(zhì)的影響

由表1可見，品種和氣候積溫對青稞品質(zhì)的影響，氣候積溫對青稞的粗淀粉、粗纖維、β-葡聚糖含量影響差異顯著，對青稞粗蛋白、黃酮含量的影響差異不顯著；品種顯著影響青稞的粗蛋白、黃酮、β-葡聚糖；氣候積溫和品種的交互作用對粗淀粉、粗蛋白、粗纖維影響不顯著，氣候積溫和品種的交互作用對黃酮、β-葡聚糖影響顯著。青稞的品質(zhì)主要由品種特性決定，相比品種，氣候積溫生態(tài)條件對青稞品質(zhì)的影響較小。

其中不同積溫對藏青2000和當(dāng)?shù)厍囡贩N品質(zhì)的影響，結(jié)果見表2～3，不同積溫對藏青2000粗淀粉含量、黃酮、β-葡聚糖影響不顯著，但積溫對藏青2000粗蛋白和粗纖維影響差異顯著，其中藏青2000在聶拉木縣(積溫2500 ℃)環(huán)境粗蛋白含量最高且顯著高于拉孜和普蘭，措美(<積溫3000 ℃)、拉孜(<積溫2800 ℃)粗纖維含量較普蘭和聶拉木顯著高。

積溫對當(dāng)?shù)厍囡焚|(zhì)的影響(表3)，不同積溫梯度對當(dāng)?shù)厍囡值矸酆忘S酮含量的影響差異不顯著，積溫梯度對粗蛋白、粗纖維、β-葡聚糖含量影響有顯著差異，其中當(dāng)?shù)厍囡贩N在拉孜(積溫2800 ℃)和普蘭(積溫3300 ℃)粗蛋白質(zhì)含量顯著高于措美和聶拉木試驗(yàn)點(diǎn)青稞含量；青稞品種在措美(積溫3000 ℃)粗纖維含量顯著高于其他3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)；青稞品種在普蘭(積溫3300 ℃)、措美(積溫3000 ℃)β-葡聚糖含量顯著高于拉孜和聶拉木試驗(yàn)點(diǎn)青稞β-葡聚糖含量。

表1 品種和積溫對青稞品質(zhì)的影響

注：*表明在P< 0.05水平下方差分析顯著；** 在P< 0.01水平下顯著；ns 不顯著，下同。

表2 積溫差異對藏青2000青稞品質(zhì)的影響

注：相同字母標(biāo)明一行數(shù)據(jù)差異不顯著(P>0.05)；不同字母標(biāo)明一行數(shù)據(jù)間差異顯著(P<0.05)。

表3 積溫差異對當(dāng)?shù)厍囡焚|(zhì)的影響

注：相同字母標(biāo)明一行數(shù)據(jù)差異不顯著(P﹥0.05)；不同字母標(biāo)明一行數(shù)據(jù)間差異顯著(P<0.05)。

由表2～3可見，藏青2000與當(dāng)?shù)厍囡焚|(zhì)指標(biāo)分析，在相同的環(huán)境條件下，藏青2000粗淀粉含量和粗纖維含量較當(dāng)?shù)仄焚|(zhì)下降，但黃酮、β-葡聚糖含量較當(dāng)?shù)仄贩N的含量明顯提高。新品種青稞明顯優(yōu)于傳統(tǒng)青稞品質(zhì)。

2.3 土壤養(yǎng)分對青稞品質(zhì)的影響分析

為探明高原土壤因子對青稞功能性營養(yǎng)成分的影響，對西藏高海拔邊境普拉、拉孜、聶木拉、措美4縣,選取弱堿土壤，弱酸土壤，pH中性土壤，有機(jī)質(zhì)貧瘠土壤，有機(jī)質(zhì)豐富土壤，有機(jī)質(zhì)中性土壤這6種土壤試驗(yàn)田，對藏青2000青稞的β-葡聚糖含量與黃酮含量和產(chǎn)量進(jìn)行分析。試驗(yàn)田土壤樣品采集在4個(gè)縣試驗(yàn)田進(jìn)行采樣時(shí)，隨機(jī)采集耕作層土壤樣品，送回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后磨，測定土壤全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀、pH值、有機(jī)質(zhì)等理化指標(biāo)，根據(jù)pH值、有機(jī)質(zhì)劃分實(shí)驗(yàn)田土壤分類。

由表4可見，土壤pH和有機(jī)質(zhì)環(huán)境對藏青2000粗淀粉、粗蛋白、粗纖維含量的影響不顯著，但土壤pH和有機(jī)質(zhì)對藏青2000青稞β-葡聚糖含量的影響：研究表明，β-葡聚糖與土壤因子的相關(guān)性顯著。藏青2000 β-葡聚糖在中性土壤中顯著高于弱酸性土壤和弱堿性土壤；藏青2000 β-葡聚糖含量隨土壤有機(jī)質(zhì)含量增加而增加。

由表5可見，土壤因子對青稞黃酮含量的影響：藏青2000在酸性土壤、強(qiáng)堿性土壤逆境環(huán)境下，黃酮含量較高，在中性、弱堿條件下，黃酮含量最低。

2.4 土壤環(huán)境對青稞產(chǎn)量的影響分析

由圖2可見，藏青2000、藏青690、喜瑪拉22號和當(dāng)?shù)厍囡贩N在中性土壤中產(chǎn)量顯著高于在弱堿性土壤和弱酸性土壤環(huán)境；4個(gè)品種產(chǎn)量隨有機(jī)質(zhì)豐富度增加，產(chǎn)量增加；在弱堿性環(huán)境和弱酸性環(huán)境，4個(gè)品種產(chǎn)量表現(xiàn)為：喜瑪拉22號>藏青690>藏青2000>當(dāng)?shù)仄贩N，但品種間差異不顯著；在中性土壤環(huán)境4個(gè)品種產(chǎn)量表現(xiàn)為：藏青2000>藏青690>喜瑪拉22號>當(dāng)?shù)仄贩N；隨土壤有機(jī)質(zhì)豐富度變化，4個(gè)品種產(chǎn)量均表現(xiàn)為藏青2000>藏青690>喜瑪拉22號>當(dāng)?shù)仄贩N，但有機(jī)質(zhì)豐富度增加，品種間差異擴(kuò)大。由此可見，3個(gè)新品種青稞對土壤環(huán)境的養(yǎng)分利用率更高，在相同環(huán)境條件下產(chǎn)量較當(dāng)?shù)仄贩N提高。

表4 土壤環(huán)境對藏青2000青稞品質(zhì)的影響

注：相同字母標(biāo)明一行數(shù)據(jù)差異不顯著(P>0.05)；不同字母標(biāo)明一行數(shù)據(jù)間差異顯著(P<0.05)

表5 土壤差異對藏青2000青稞品質(zhì)的影響

圖2 新品青稞和傳統(tǒng)青稞的土壤生態(tài)適應(yīng)性產(chǎn)量比對

2.5 積溫和土壤對產(chǎn)量的影響分析

采用方差分析法分析積溫、土壤對產(chǎn)量的影響差異程度，方差簡稱ANOVA，又稱變異數(shù)分析，用于2個(gè)樣本均數(shù)差別的顯著性檢驗(yàn)，可對青稞產(chǎn)量數(shù)據(jù)差異性進(jìn)行評價(jià)。方差分析通過分析研究不同積溫、土壤來源的變異對產(chǎn)量總變異的貢獻(xiàn)大小，從而確定可控因素對研究結(jié)果-也即產(chǎn)量-影響力的大小。進(jìn)行方差分析需要數(shù)據(jù)滿足以下兩個(gè)基本前提：各觀測變量總體要服從正態(tài)分布，各觀測變量的總體滿足方差齊?，F(xiàn)實(shí)研究中，數(shù)據(jù)多數(shù)情況下無法到達(dá)理想狀態(tài)，如正態(tài)圖基本上呈現(xiàn)出鐘形，則說明數(shù)據(jù)基本可接受為正態(tài)分布，此時(shí)也可使用方差分析進(jìn)行分析。

表6 積溫差異對不同青稞產(chǎn)量影響顯著性差異數(shù)據(jù)

最后采用顯著性水平來描述積溫、土壤對產(chǎn)量影響的顯著性，顯著性水平是在進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)時(shí)事先確定一個(gè)可允許的作為判斷界限的小概率標(biāo)準(zhǔn)。檢驗(yàn)中，依據(jù)顯著性水平大小把概率劃分為二個(gè)區(qū)間，小于給定標(biāo)準(zhǔn)的概率區(qū)間稱為拒絕區(qū)間，大于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)則為接受區(qū)間。

先研究積溫(記為因子A)對產(chǎn)量的影響，在日照充足，日照一般，日照較弱(A1，A2，A3)3種積溫水平下，對4種青稞產(chǎn)量進(jìn)行測量(表6)。

分別計(jì)算組內(nèi)均方和組間均方，也即獲得方差后，構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量F= MSA/MSE 也就是組間均方/組內(nèi)均方，采用方差齊性檢驗(yàn)判斷數(shù)據(jù)波動(dòng)情況是否一致。若P值呈現(xiàn)出顯著性(P<0.05)則說明，不同組別數(shù)據(jù)波動(dòng)不一致。測定結(jié)果顯示，不同氣候積溫對青稞產(chǎn)量的顯著性水平。也即可以理解為溫度變化對產(chǎn)量有顯著影響，日照充足溫度高時(shí)，產(chǎn)量提升。產(chǎn)量變化事件屬于拒絕區(qū)間，拒絕原假設(shè)而認(rèn)為積溫不同時(shí)產(chǎn)量有顯著性差異。

研究土壤(記為因子B)對產(chǎn)量的影響，在弱堿土壤，弱酸土壤，中性土壤，有機(jī)質(zhì)貧瘠土壤，有機(jī)質(zhì)豐富土壤，有機(jī)質(zhì)中性土壤(B1，B2，B3，B4，B5，B6)6種土壤水平下，對4種青稞產(chǎn)量進(jìn)行測量，數(shù)據(jù)如表7。

分別計(jì)算組內(nèi)均方和組間均方，也即獲得方差后，仍然采用方差齊判斷數(shù)據(jù)波動(dòng)是否一致。若P值呈現(xiàn)出顯著性(P<0.05)則說明，不同組別數(shù)據(jù)波動(dòng)不一致。測定結(jié)果顯示，不同土壤對青稞產(chǎn)量的顯著性差異水平。也即可以理解為土壤變化對產(chǎn)量影響不太顯著，土壤養(yǎng)分變化時(shí)，產(chǎn)量變化不明顯。也即產(chǎn)量變化事件屬于接受區(qū)間，原假設(shè)成立，土壤養(yǎng)分不同時(shí)產(chǎn)量無顯著性差異。 可見，土壤因素比積溫因素對產(chǎn)量的影響力小。

3 討論與結(jié)論

通過2018-2019年在西藏高海拔邊境地區(qū)青稞主產(chǎn)區(qū)普蘭、措美、拉孜、聶拉木等4個(gè)縣的藏青2000、藏青690、喜馬拉雅22等3個(gè)新品種/品系青稞和1個(gè)當(dāng)?shù)仄贩N不同積溫、不同光照強(qiáng)、不同土壤pH、有機(jī)質(zhì)環(huán)境等影響的分析發(fā)現(xiàn)，青稞品質(zhì)指標(biāo)主要由品種特性決定，不同積溫對青稞淀粉含量、黃酮和β-葡聚糖含量的影響不顯著，但不同積溫影響青稞粗蛋白質(zhì)含量和粗纖維含量；土壤 pH和有機(jī)質(zhì)含量對青稞粗淀粉、粗蛋白、粗纖維含量品質(zhì)影響不顯著，但土壤pH和有機(jī)質(zhì)對青稞黃酮和β-葡聚糖含量影響差異顯著；積溫、光照等自然條件對青稞產(chǎn)量的影響顯著，土壤環(huán)境(pH、有機(jī)質(zhì))對青稞產(chǎn)量的影響差異不顯著。4個(gè)品種比較，藏青2000、藏青690、喜瑪拉22號3個(gè)新品種產(chǎn)量較當(dāng)?shù)仄贩N有較大幅度提高。

表7 土壤差異對不同青稞產(chǎn)量影響顯著性差異數(shù)據(jù)

綜合分析，新品種應(yīng)該在積溫條件高、光照充足的環(huán)境能發(fā)揮新品種的增產(chǎn)潛力，取得較高的產(chǎn)量；且積溫和光照是影響青稞產(chǎn)量的主要環(huán)境因子；在弱酸和強(qiáng)堿環(huán)境青稞黃酮含量提高，在土壤有機(jī)質(zhì)豐富環(huán)境下，獲得較高的β-葡聚糖含量。應(yīng)該根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要選擇適宜的環(huán)境條件。