黄淮海北部优质小麦产质协同性、区域适应性及光谱特征研究

doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2026.05.027

摘要/Abstract

摘要：

以黄淮海北部地区22个小麦品种（系）为试验材料，在该区的2个试点开展了产量、品质、生理指标及光谱特征的综合分析，结合GGE分析和聚类方法筛选高产稳产的优质品种（系）。结果表明，中强筋品种济麦4072、山农66和强筋品种（系）济麦221001、藁优5218的产量均超过7600 kg/hm²，蛋白质含量、湿面筋含量及面团稳定时间等指标均达品种审定标准，且GGE和聚类分析表明这些品种（系）具有良好的丰产和稳产性，属高产优质型品种（系）。无人机多光谱遥感分析发现，强筋小麦中Ⅰ高产优质型在开花期具有高NDVI值，且灌浆期SPAD值降幅较小，在灌浆中后期维持高增强型植被指数（EVI）与低叶绿素吸收反射指数（TCARI），表明了优异的后期持绿性；而中强筋小麦中的Ⅰ高产优质型则表现为灌浆中后期的低EVI、优化土壤调节植被指数（OSAVI）及氮素反射指数（NRI），表明了其后期迅速衰退伴随氮素高效转出的特性。本试验条件下济麦221001和藁优5218是黄淮海北部强筋小麦的优选品种（系），山农66和济麦4072高产稳产且广适性强，灌浆中后期的EVI可作为筛选高产优质小麦品种的关键快速检测指标。

关键词: 高产优质小麦, 品种筛选, 聚类分析, GGE分析, 光谱特征, 基因型―环境互作分析

Abstract:

A total of 22 wheat varieties (line) from the northern Huang-Huai-Hai region were used as experimental materials, and a comprehensive analysis of yield, quality, physiological indices, and spectral characteristics was conducted at two experimental sites in this region. GGE analysis and a clustering method were combined to screen high-yielding, stable-yielding, and high-quality varieties (line). The results showed that the medium- strong-gluten varieties Jimai 4072 and Shannong 66, and the strong-gluten varieties (line) Jimai 221001 and Gaoyou 5218, all had yields exceeding 7600 kg/ha, and their protein content, wet gluten content, dough stability time, and other indicators all met cultivar approval standards. Moreover, GGE and cluster analyses indicated that these varieties (line) had good high-yielding and stable-yielding performance and were classified as high-yield and high-quality varieties (line). UAV-based multispectral remote sensing analysis revealed that among strong-gluten wheat, Type I high-yield and high-quality varieties (line) had high NDVI values at anthesis and a smaller decrease in SPAD values during grain filling, and maintained a high enhanced vegetation index (EVI) and a low transformed chlorophyll absorption in reflectance index (TCARI) during mid-to-late grain filling, indicating excellent late-stage stay-green ability. In contrast, Type I high-yield and high-quality varieties (line) among medium-strong-gluten wheat showed low values of EVI, optimized soil- adjusted vegetation index (OSAVI), and nitrogen reflectance index (NRI) during mid-to-late grain filling, indicating rapid late-stage senescence accompanied by efficient nitrogen remobilization. Under the present experimental conditions, Jimai 221001 and Gaoyou 5218 are preferred varieties (line) of strong-gluten wheat in the northern Huang-Huai-Hai region, while Shannong 66 and Jimai 4072 exhibit high and stable yields and strong broad adaptability. The EVI during mid-to-late grain filling can serve as a key rapid detection indicator for screening high-yield and high-quality wheat varieties.

Key words: High-yield and high-quality wheat, Variety selection, Cluster analysis, GGE analysis, Spectral characteristics, Genotype-environment interaction analysis

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图/表 20

图1

表1

表2

表3

表4

表5

参试品种（系）产量及其构成因素

小麦类型 Wheat type	平均产量排名 Average yield ranking		编号 Code	产量 Yield (kg/hm²)			穗数 Spike number (×10⁴/hm²)		穗粒数 Grains per spike		千粒重 1000-grain weight (g)
小麦类型 Wheat type	平均产量排名 Average yield ranking		编号 Code	吴桥 WQ		赵县 ZX	吴桥 WQ	赵县 ZX	吴桥 WQ	赵县 ZX	吴桥 WQ	赵县 ZX
中强筋小麦 Medium-strong gluten wheat	1		HM30	8035.23		8857.81	756.15	635.50	36.67	33.76	40.77	45.60
	2		SN086	8251.74		8500.34	720.45	522.48	36.67	35.21	41.40	42.62
	3		H4399	7414.99		9261.90	693.15	742.96	38.87	35.33	35.33	37.70
	4		DH206	7488.78		9135.03	833.70	561.39	38.02	35.36	41.87	41.07
	5		HM36	8143.34		8175.31	664.35	587.33	37.97	34.12	38.98	45.20
	6		LX103	7619.30		8691.34	699.00	442.81	41.33	32.45	38.87	40.03
	7		G35	7804.72		8408.24	648.90	544.71	41.90	43.08	41.35	41.28
	8		HM33	8064.46		8064.94	672.30	731.84	40.10	33.65	38.25	40.98
	9		SM22	7702.91		8425.96	659.55	715.17	41.33	34.23	39.77	36.56
	10		SN66	7752.81		7823.78	625.31	542.86	41.65	35.12	38.94	37.53
	11		JM4072	7749.22		7615.03	585.84	442.81	39.27	33.62	43.45	39.96
	12		JM418	6266.84		8359.36	701.70	531.74	36.00	35.60	40.27	38.22
	13		ND171	7019.22		7191.72	627.15	629.94	38.70	34.50	31.98	35.50
平均值Mean					7639.50	8346.98	683.66	587.05	39.11	35.08	39.32	40.17
变异系数CV (%)					8.80	10.08	9.24	21.48	6.42	11.08	7.45	7.65
方差分析Analysis of variance					**	**	**	**	**	**	**	**
强筋小麦 Strong gluten wheat	1	ZM578			8808.62	8337.98	685.45	535.45	37.05	32.23	47.38	46.92
	2	JM221001			8437.55	8098.60	488.47	261.23	45.22	39.33	53.78	47.67
	3	GY5218			7643.49	8329.43	742.03	570.65	31.50	37.42	34.70	36.44
	4	JMU80			8138.11	7739.45	696.35	424.29	38.63	32.85	42.43	41.82
	5	JM5022			8239.64	7585.58	440.44	337.21	55.07	46.83	41.64	40.33
	6	ZM886			7905.18	7322.57	670.66	687.38	34.00	33.37	41.43	42.86
	7	JMU87			7191.03	7922.68	727.36	381.67	36.85	34.28	39.49	41.97
	8	SN44			7416.71	7476.70	834.08	455.78	32.07	30.37	36.23	34.78
	9	LM-01			6975.34	7726.05	589.29	468.75	39.47	36.80	43.54	43.68
平均值Mean					7861.74	7837.67	652.68	458.04	38.87	35.94	42.29	41.83
变异系数CV (%)					8.61	6.62	19.26	29.45	19.37	15.30	13.17	9.93
方差分析Analysis of variance					**	**	**	**	**	**	**	**

表5

图2

图3

图4

表6

图5

表7

表8

表9

表10

表11

表12

强筋小麦不同类型的植被指数

植被指数 Vegetation index	生育时期 Growing stage	品种（系）类型Variety (line) type
植被指数 Vegetation index	生育时期 Growing stage	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ
增强型植被指数EVI	拔节期	0.872±0.023b	0.749±0.103c	0.879±0.024b	1.004±0.013a
	孕穗期	0.636±0.023b	0.565±0.021c	0.654±0.011b	0.703±0.011a
	开花期	0.192±0.007b	0.148±0.008d	0.172±0.001c	0.208±0.002a
	花后7 d	0.068±0.001a	0.057±0.002b	0.064±0.000b	0.070±0.001a
	花后14 d	0.180±0.007b	0.152±0.001d	0.164±0.004c	0.209±0.008a
	花后21 d	0.626±0.020a	0.550±0.001b	0.556±0.003b	0.512±0.019c
氮素反射指数NRI	拔节期	0.140±0.022b	0.079±0.066b	0.154±0.029b	0.266±0.018a
	孕穗期	0.353±0.015a	0.330±0.022a	0.333±0.004a	0.336±0.004a
	开花期	0.322±0.022a	0.244±0.028b	0.276±0.019b	0.325±0.010a
	花后7 d	0.134±0.013a	0.081±0.008b	0.077±0.018b	0.124±0.013a
	花后14 d	0.104±0.004a	0.074±0.006b	0.052±0.009c	0.111±0.003a
	花后21 d	0.163±0.002a	0.156±0.009a	0.131±0.003b	0.112±0.004c
优化土壤调节植被指数OSAVI	拔节期	0.961±0.032ab	0.834±0.137b	1.016±0.020a	1.128±0.019a
	孕穗期	1.030±0.011a	0.972±0.022b	1.036±0.004a	1.056±0.004a
	开花期	0.516±0.013b	0.420±0.021c	0.479±0.002d	0.546±0.003a
	花后7 d	0.235±0.004a	0.201±0.005c	0.225±0.001b	0.241±0.003a
	花后14 d	0.495±0.013b	0.439±0.003d	0.463±0.008c	0.540±0.013a
	花后21 d	0.914±0.005a	0.870±0.003b	0.864±0.010b	0.773±0.012c
叶绿素吸收反射指数TCARI	拔节期	0.232±0.015a	0.212±0.015ab	0.177±0.004b	0.067±0.032c
	孕穗期	-0.463±0.045a	-0.367±0.064a	-0.406±0.021a	-0.367±0.010a
	开花期	-0.008±0.008b	0.018±0.007a	-0.001±0.005b	-0.012±0.004b
	花后7 d	-0.066±0.004b	-0.042±0.003a	-0.046±0.003a	-0.064±0.002b
	花后14 d	-0.042±0.001c	-0.027±0.000a	-0.023±0.005a	-0.032±0.002b
	花后21 d	0.030±0.015c	0.027±0.006c	0.058±0.018b	0.125±0.004a

表12

表13

中强筋小麦不同类型的植被指数

植被指数 Vegetation index	生育时期 Growing stage	品种类型Variety type
植被指数 Vegetation index	生育时期 Growing stage	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ
增强型植被指数EVI	拔节期	0.900±0.057ab	0.920±0.047ab	0.950±0.043a	0.840±0.059b
	孕穗期	0.622±0.021a	0.658±0.045a	0.685±0.007a	0.684±0.017a
	开花期	0.166±0.008b	0.181±0.016b	0.188±0.007ab	0.208±0.003a
	花后7 d	0.060±0.005b	0.065±0.004ab	0.068±0.002a	0.071±0.001a
	花后14 d	0.155±0.008c	0.165±0.010bc	0.197±0.022a	0.183±0.002b
	花后21 d	0.512±0.020b	0.551±0.032b	0.668±0.076a	0.615±0.006a
氮素反射指数NRI	拔节期	0.197±0.061ab	0.187±0.033ab	0.229±0.029a	0.133±0.052b
	孕穗期	0.325±0.004c	0.335±0.007bc	0.346±0.004ab	0.352±0.008a
	开花期	0.223±0.081b	0.305±0.029a	0.293±0.005a	0.362±0.005a
	花后7 d	0.048±0.068c	0.110±0.024b	0.105±0.001b	0.168±0.004a
	花后14 d	0.028±0.034c	0.074±0.020b	0.082±0.006b	0.126±0.005a
	花后21 d	0.109±0.009b	0.135±0.020b	0.139±0.017b	0.183±0.015a
优化土壤调节植被指数OSAVI	拔节期	1.057±0.068a	1.039±0.035a	1.079±0.056a	0.954±0.080b
	孕穗期	1.022±0.013b	1.039±0.024ab	1.065±0.005a	1.055±0.009ab
	开花期	0.460±0.029b	0.497±0.033ab	0.510±0.014ab	0.547±0.004a
	花后7 d	0.211±0.015b	0.227±0.012a	0.235±0.005a	0.246±0.002a
	花后14 d	0.442±0.021b	0.467±0.021b	0.522±0.032a	0.505±0.003a
	花后21 d	0.821±0.029c	0.870±0.028b	0.901±0.004ab	0.934±0.012a
叶绿素吸收反射指数TCARI	拔节期	0.113±0.065a	0.172±0.029a	0.119±0.088a	0.205±0.022a
	孕穗期	-0.395±0.028b	-0.445±0.038ab	-0.508±0.046a	-0.483±0.029a
	开花期	0.011±0.017a	-0.008±0.008b	-0.002±0.003ab	-0.023±0.003b
	花后7 d	-0.037±0.015c	-0.058±0.008b	-0.052±0.001b	-0.082±0.003a
	花后14 d	-0.014±0.011a	-0.034±0.006b	-0.024±0.009ab	-0.054±0.005c
	花后21 d	0.068±0.015ab	0.036±0.010b	0.104±0.073a	-0.016±0.026c

表13

图6

图7

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强筋Strong gluten			中强筋Medium-strong gluten
编号 Code	品种 Variety (line)	审定编号 Registration number	编号 Code	品种 Variety	审定编号 Registration number	编号 Code	品种 Variety	审定编号 Registration number
JMU87	冀麦U87	冀审麦20210023	SM22	石麦22	冀审麦2013002	HM36	衡麦36	国审麦20230181
LM-01	LM-01	鲁审麦20206032	SN086	石农086	冀审麦20198017	HM30	衡麦30	冀审麦20219002
JM5022	济麦5022	鲁审麦20210015	H4399	衡4399	冀审麦2008002	DH206	登海206	国审麦20190038
ZM578	中麦578	国审麦20210059	JIM418	冀麦418	国审麦2016026	ND171	农大171	冀审麦20239003
GY5218	藁优5218	冀审麦2015005	LX103	轮选103	冀审麦20198022
ZM886	中麦886	冀审麦20240025	JM4072	济麦4072	国审麦20190057
JMU80	冀麦U80	国审麦20210054	G35	衡观35	国审麦2006010
SN44	山农44	鲁审麦20210016	HM33	衡麦33	国审麦20230180
JM221001	济麦221001	未通过审定	SN66	山农66	鲁审麦20230031

试点 Location	灌溉方式 Irrigation method	灌溉时期 Irrigation period	灌溉日期 Irrigation date	灌溉量 Irrigation (m³/hm²)
吴桥WQ	传统畦灌	拔节期	4月4日	750
		开花期	5月4日	750
赵县ZX	微喷灌	拔节期	4月3日	600
		开花期	5月1日	600

指标Index	参数Parameter
影像传感器Image sensor	6个1/2.9英寸CMOS，包括1个用于可见光成像的彩色传感器和5个用于多光谱成像的单色传感器，单个传感器有效像素208万（总像素212万）
滤光片Filter	蓝（B）：450 nm±16 nm；
	绿（G）：560 nm±16 nm；
	红（R）：650 nm±16 nm；
	红边（RE）：730 nm±16 nm；
	近红外（NIR）：840 nm±26 nm
镜头Lens	FOV：62.7°；焦距：5.74 mm（35 mm格式等效：40 mm）无穷远固定焦距；光圈：f/2.2
彩色传感器ISO范围Color sensor ISO range	200~800
单色传感器增益Monochrome sensor gain	1~8倍
电子全局快门Electronic global shutter	1/100~1/20 000 s（可见光成像）；1/100~1/10 000 s（多光谱成像）
照片最大分辨率Maximum photo resolution	1600×1300（4.00:3.25）
照片格式Photo format	JPEG（可见光成像）+TIFF（多光谱成像）

植被指数Vegetation index	计算公式Calculation formula
REV-BLUE	BLUE
REV-GREEN	GREEN
REV-RED	RED
REV-RE	REDEDGE
REV-NIR	NIR
EVI	2.5(NIR-RED)/(1+NIR-2.4RED)
NRI	(GREEN-RED)/(GREEN+RED)
OSAVI	1.6[(NIR-RED)/(NIR+RED+0.16)]
TCARI	3[(REDEDGE-RED)-0.2(REDEDGE-GREEN)(REDEDGE/RED)]

小麦类型 Wheat type	排名 Ranking	编号 Code	蛋白质含量Protein content
小麦类型 Wheat type	排名 Ranking	编号 Code	吴桥WQ	赵县ZX	平均值Mean
强筋小麦 Strong gluten wheat	1	JMU87	15.66	14.70	15.19
	2	ZM886	15.39	14.91	15.15
	3	SN44	14.86	15.28	15.07
	4	JM221001	14.84	14.86	14.85
	5	LM-01	13.92	15.37	14.64
	6	GY5218	14.61	14.45	14.53
	7	ZM578	14.61	14.21	14.41
	8	JM5022	14.00	14.44	14.22
	9	JMU80	13.91	14.21	14.06
	平均值		14.65	14.71	14.68
中强筋小麦 Medium- strong gluten wheat	1	ND171	14.93	15.03	14.98
	2	SN66	14.36	14.56	14.46
	3	JM4072	14.39	14.25	14.32
	4	HM36	14.18	14.14	14.16
	5	DH206	14.19	14.11	14.15
	6	H4399	13.84	14.31	14.07
	7	SN086	14.02	14.04	14.03
	8	HM30	13.92	14.12	14.02
	9	G35	14.01	13.97	13.99
	10	LX103	14.05	13.78	13.91
	11	HM33	13.99	13.83	13.91
	12	SM22	14.03	13.69	13.86
	13	JM418	13.76	13.61	13.69
	平均值		14.13	14.11	14.12