春小麦地方品种在低投入条件下呈现多重功能

《Agroecology and Sustainable Food Systems》：Landraces of spring wheat deliver multiple functions under low-input conditions

　　

禾谷类地方品种近年来在欧洲有机农户中日益普及。然而，与现代化品种相比，关于地方品种对环境条件和农户管理的响应，目前所知甚少。本研究采用一项由农户经验共同设计的田间试验，依据瑞典农户种植禾谷类地方品种的经验，探究在的不同环境条件和养分施用处理下，四个春小麦（Triticum aestivum L.）地方品种与三个现代品种之间，受有机农户重视的性状存在的差异。试验在有机管理条件下进行，由四个随机完全区组构成，分布于四个环境（即两个地点×两个连续年份）。各品种对施肥的响应相似。最新育成的现代品种籽粒产量在所有品种中最高，但蛋白质含量最低。在土壤初始氮有效性较低或中等的情况下，地方品种的产量与现代化有机品种相当，蛋白质含量高且稳定，同时表现出更强的杂草抑制能力和更高的秸秆产量。在一个试验环境中，土壤初始矿质氮含量较高，所有四个地方品种的产量均显著低于所有现代品种。这些结果表明，在低投入有机条件下，地方品种在提供粮食和生态系统服务方面具有潜力。

关键词：Triticum aestivum；地方品种；传统品种；G×E×M互作；多功能性；杂草抑制能力

本研究以瑞典有机农户对禾谷类地方品种种植经验的访谈为基础，采用农户参与式试验设计，系统比较了四个春小麦（Triticum aestivum L.）地方品种（含两个历史地方品种和两个动态混合群体）与三个现代品种在不同环境条件和养分管理下的农艺表现与多功能性。研究旨在验证以下核心假说：与现代品种相比，地方品种在籽粒产量方面可能有所牺牲，但在有机农户所重视的其他农业生态系统服务方面具有优势。田间试验于2020—2021年在瑞典Uppland地区两个有机管理地点（Ekhaga和Krusenberg）进行，共构成四个环境（两地点×两年），采用裂区设计、四个完全随机区组，主区设不施肥对照和有机沼液施肥（约100 kg N/ha，拔节初期施用）两个处理，品种为副区。研究共测量了籽粒产量、秸秆产量、产量构成要素、烘烤品质指标（蛋白质含量、面筋含量、淀粉含量、沉降值、籽粒形状等）以及杂草抑制能力相关指标（杂草生物量、叶面积指数等），并采用混合线性模型进行统计分析。

主要研究结果如下：

关于籽粒与秸秆产量（假说1）：品种间在籽粒和秸秆产量上存在显著差异，但品种效应因环境而异。在四个环境平均条件下，仅最新现代品种WPB Skye的籽粒产量显著高于所有地方品种，且同时高于另外两个现代品种Dacke和Quarna。在四个环境中的三个环境里，地方品种与Dacke、Quarna两个现代品种的籽粒产量无显著差异。唯一的例外是Ekhaga 2021环境——该环境播种前土壤矿质氮含量高达212 kg/ha，所有四个地方品种的产量均显著低于全部现代品种。各地方品种的秸秆产量普遍显著高于现代品种，且穗/总生物量比低于现代品种。总体而言，地方品种表现出每平方米穗数较多、每穗粒数较少、籽粒较小的特征；所有品种对施肥的响应一致，施肥平均使籽粒产量提高0.52 t/ha（主要通过提高千粒重实现）。

关于烘烤品质指标（假说2）：品种间在大多数烘烤品质指标上存在显著差异。最新现代品种Skye的蛋白质含量显著低于所有其他品种，平均低约两个百分点，而淀粉含量显著高于其他品种。除Skye外，所有品种在所有环境中的蛋白质含量均高于12%——这是瑞典有机春小麦可接受的烘烤品质阈值。地方品种的蛋白质含量高且在不同环境间相对稳定，与两个现代品种Dacke和Quarna相当。施肥提高了蛋白质含量但对各品种的影响无差异。籽粒形状方面，Dacke显著更圆而Skye显著更椭圆，该差异在所有环境中一致。

关于杂草抑制能力（假说3）：两个历史地方品种?lands lantvete和Dala lantvete的一年生杂草生物量显著低于其他所有品种，表现出更强的杂草抑制能力。两个动态混合群体（Ekhaga mix和K?llunda mix）的杂草生物量与三个现代品种无显著差异。所有地方品种的后期叶面积指数均显著高于现代品种。一年生杂草生物量与收获期秸秆重量、每平方米穗数及早、后期叶面积指数呈显著负相关，其中与后期叶面积指数的负相关最强，表明对光照的竞争是地方品种杂草抑制能力的重要机制。

讨论部分指出，本研究的总体假说得到部分证实。在试验所采用的低投入管理条件下（低量、延期施肥），地方品种的籽粒产量与瑞典有机农业目前使用的两个现代品种相当，同时提供高且稳定的蛋白质含量、高秸秆产量和优良的杂草抑制能力——这些正是有机农户和边缘土地种植者高度重视的多重服务功能。然而，在土壤初始矿质氮含量高的环境下，现代品种的产量优势明显，地方品种的竞争力下降。这支持了地方品种更适合在氮素有效性相对较低的条件下种植的观点。研究还强调，地方品种应被视为动态种群而非静态品种，其性状表现受农户选择、种子繁殖方式（如基因库小样本繁殖导致的遗传漂变）等因素影响，因此本研究结果不能简单推广至所有春小麦地方品种。

研究结论：在低至中等土壤矿质氮条件下，地方品种与现代品种的籽粒产量相近，对后期施用养分的响应也相似。然而，当土壤初始矿质氮含量较高时，现代品种在产量上仍可能超过地方品种并保持足够的烘烤品质。地方品种通常比现代品种产生更多单位面积穗数和更高秸秆产量，但每穗粒数较少、籽粒较小。此外，历史地方品种表现出比现代品种更好的杂草抑制能力，但动态混合群体未表现出这一优势，可能表明农户目前并未有意识地选择杂草抑制相关性状。本研究表明，地方品种的多种性状对农户和育种家具有参考价值，尤其是在化肥投入受限的有机农业等条件下。随着全球化石能源逐步淘汰，依赖高投入的高产作物生产系统将面临挑战，地方品种所展现的多种性状对未来减少除草剂和矿质肥料依赖、培育适应气候变化和极端天气的稳健品种同样具有潜在价值。