海拔對啤酒大麥產量和品質的影響

孟亞雄,趙向田,馬小樂,李葆春,楊 軻 ,石 菁,汪軍成 ,任盼榮,王育才,張海娟,王化俊

(1.甘肅省干旱生境作物學重點實驗室/甘肅省作物遺傳改良與種質創新重點實驗室,甘肅蘭州 730070；2.甘肅農業大學農學院,甘肅蘭州 730070; 3.甘肅農業大學生命科學技術學院，甘肅蘭州 730070)

?

海拔對啤酒大麥產量和品質的影響

孟亞雄1,2,趙向田1,2,馬小樂1,2,李葆春1,3,楊 軻1,2,石 菁1,2,汪軍成1,2,任盼榮1,2,王育才1,2,張海娟1,2,王化俊1,2

(1.甘肅省干旱生境作物學重點實驗室/甘肅省作物遺傳改良與種質創新重點實驗室,甘肅蘭州 730070；2.甘肅農業大學農學院,甘肅蘭州 730070; 3.甘肅農業大學生命科學技術學院，甘肅蘭州 730070)

為豐富大麥立體栽培理論，更好地推動高海拔地區大麥的生產，通過不同海拔種植大麥試驗，分析了海拔對大麥農藝性狀、品質及產量的影響。結果顯示，隨海拔升高大麥生育期顯著延長，株高顯著增高，千粒重增大，籽粒發芽率和蛋白質含量顯著降低，麥芽浸出物和庫爾巴哈值先升高后降低，可溶性氮先降低再升高；海拔對產量也有明顯影響，在試驗區內產量隨海拔升高呈現先升高后降低的趨勢。海拔對兩個大麥品種的產量和品質的效應相同。因此，生產上應因地制宜，發揮區域優勢，重視海拔對大麥品質的調控作用，以改善大麥的品質。

產量；品質；海拔；大麥

海拔是影響作物產量和品質的一個非常重要的環境因子[1]。隨著海拔高度的增加，太陽輻射強度增加，紫外線照射強烈，氣溫逐漸降低，降水量和降水頻率受到影響，從而使作物的生長發育受到影響，并最終影響其產量和品質[1-3]。20世紀60年代，丁 穎等[4]提出將海拔作為作物生態區劃分的重要環境因子。張誼光等[5]對中國不同氣候生態型水稻品種種植上限及其溫度條件進行了比較系統的研究。科研工作者就海拔對作物產量和品質的影響進行了大量研究，但由于研究地域及采取的方法各異，所得出結論也不盡相同[6]。羅學剛等[7]就海拔對水稻生產的影響研究發現，水稻的生育期隨海拔的升高而線性上升，但所需的積溫相對比較穩定，不受地域和播期的影響。袁繼超等[8]在海拔540～1 800 m范圍內進行的多點分期播種試驗發現，水稻的播抽期和全生育期與種植地的海拔和緯度呈線性正相關，而水稻播種至抽穗所經歷的天數及其所需要的有效積溫在不同種植地點和播期之間存在較大的不穩定性，播抽期所需有效積溫與海拔和緯度呈二次函數關系，播抽期所需有效積溫隨海拔的升高先增后減，中海拔地區(1 200～1 300 m)需要的有效積溫最多。顧 明[9]通過栽培試驗就海拔對水稻生長發育的影響進行了研究，結果顯示，隨著海拔升高和日平均溫度的降低，水稻全生育期會延長，分蘗期推遲，分蘗率低。劉淑云等[10]系統分析了海拔對玉米籽粒品質的影響，結果發現隨海拔升高，籽粒蛋白質和賴氨酸含量提高，淀粉含量和可溶性糖含量降低，不同品種表現相對穩定；隨海拔升高，灌漿期延遲，株高和莖粗減小。

大麥(HordeumvulgareL.)是一種重要的糧食與經濟作物，在我國西南與西北的高海拔地區有大量種植，但目前有關海拔對啤酒大麥產量與品質的影響鮮有報道。本研究在甘肅省永昌縣5個不同海拔地區對甘肅主栽啤酒大麥品種甘啤4號、甘啤6號進行種植試驗，擬探明不同海拔對啤酒大麥產量及品質的影響，為啤酒大麥最佳生產區域布局及不同海拔地區啤酒大麥優質高產品種的選育提供參考依據。

1　材料與方法

1.1試驗材料與試點概況

參試材料為啤酒大麥甘啤4號和甘啤6號。試驗于2012、2013、2014年分別在甘肅省永昌縣朱王堡鎮、河西堡鎮、東寨鎮、紅山窯鎮、新城子鎮進行，試點基本情況見表1。5個不同海拔試點均處于甘肅河西走廊中段，屬冷溫帶干旱區，是典型的大陸性氣候，日照充足，干旱少雨，春季多風沙，夏季有干熱風。多年平均降水量220 mm左右(試驗年份間年降雨量基本一致)，降水年際變化不大，但季節變化較大，主要集中在7、8、9月份；而冬春季較干旱，該段時間的降雨量不能滿足作物對水分的需求；年蒸發量2 400 mm。

1.2試驗設計

試驗為2因素隨機區組試驗，A因素為海拔，分別為A1(1 482 m)、A2(1 714 m)、A3(2 030 m)、A4(2 220 m)、A5(2 521 m)。B因素為品種，分別為B1(甘啤4號)、B2(甘啤6號)。 每個處理3次重復，小區面積10 m2(5 m×2 m)，行距0.25 m。基施尿素75 kg·hm-2、磷二銨300 kg·hm-2。播量為525萬粒·hm-2， 栽培措施及管理與當地大田相同，田間記載與考種按統一標準執行。

表1　試驗點概況Table 1　Overview of experimental sites

1.3測定項目與方法

收獲前每小區隨機選擇2行，每行取樣10株進行考種，測定株高、穗長、穗粒數和千粒重等。每小區單收、單脫、單計產。收獲后測定每個小區的啤酒大麥籽粒蛋白質含量、浸出物、庫爾巴哈值。籽粒蛋白質含量用美國產FOSS-370型近紅外線谷物分析儀測定。水分、浸出物和庫爾巴哈值參照啤酒麥芽QB/1686-93標準，分別通過烘干恒重法、比重換算法和凱氏定氮法進行測定。

1.4數據處理

采用Excel 2007和SPSS 19.0進行數據整理、方差分析及顯著性檢驗(Duncan’s test)。

2　結果與分析

2.1海拔對啤酒大麥主要農藝性狀及產量的影響

由表2可知，隨著海拔的升高大麥的生育期顯著延長。在1 482 m時，啤酒大麥甘啤4號和甘啤6號的生育期最短，均為106 d，在2 512 m 時生育期最長，分別為127 d、126 d，分別延長了21 d與20 d。株高隨著海拔的升高而顯著增高。其中，甘啤4號的株高由低海拔時的64.0 cm提高到高海拔時的85.9 cm，甘啤6號的株高由低海拔時的86.1 cm提高到高海拔時的94.0 cm。海拔對穗長的影響不顯著，但品種與海拔的互作效應對穗長影響顯著，甘啤6號在海拔2 512 m時穗長最長，為8.57 cm。海拔對穗粒數有顯著影響，其中以甘啤6號在海拔1 482 m時穗粒數最多，為22.7。海拔對千粒重影響極顯著，海拔在2 220 m時啤酒大麥的千粒重最高，甘啤4號的千粒重為49.73 g，甘啤6號的千粒重為50.03 g。海拔對啤酒大麥的產量具有顯著的影響，海拔為2 030 m時產量達最高水平，在5個海拔高度下，甘啤4號產量在8 014.95～8 188.95 kg·hm-2之間，甘啤6號產量在8 200.95～8 383.95 kg·hm-2之間，甘啤6號產量總體略高于甘啤4號。

2.2海拔對啤酒大麥籽粒及麥芽品質的影響

2.2.1對蛋白質含量的影響

由如圖1A可知，不同海拔大麥籽粒中蛋白質含量在品種間的變化趨勢相同，甘啤4號和甘啤6號籽粒蛋白質含量總體隨海拔的升高而呈下降趨勢。顯著性檢驗顯示，海拔對啤酒大麥籽粒蛋白質含量的影響達顯著水平(P<0.05)。甘啤6號和甘啤4號的籽粒蛋白質含量均在海拔1 482 m處最高，分別為13.3%、13.8%；在海拔2 521 m 地區最低，分別為11.6%和12.08%。

表2　不同海拔下啤酒大麥的綜合農藝性狀及產量Table 2　Comprehensive agronomic traits and yield of malting barley under different altitude

數值后不同小寫字母表示處理間差異在5%水平顯著；*和**分別表示5%、1%水平相關顯著。

Different letters following data mean significant difference at 5% level among different treatments. * and ** mean significant correlation at 5% and 1% level,respectively.

2.2.2對發芽率的影響

如圖1B所示，甘啤4號和甘啤6號發芽率均隨海拔的升高而降低，方差分析表明，海拔對甘啤4號和甘啤6號的發芽率影響均達極顯著水平(P<0.01)。甘啤4號萌發率由低海拔(1 482 m)時的100%下降到高海拔(2 512 m)時的78.52%，下降幅度為21.75%；甘啤6號發芽率也下降明顯，下降幅度為24.44%。

2.2.3對籽粒整齊度的影響

海拔對啤酒大麥籽粒的整齊度有顯著影響，當海拔2 030 m時，甘啤4號和甘啤6號籽粒的整齊度最高；在1 482 m時，甘啤6號和甘啤4號的整齊度均較差(圖1C)。

2.2.4對麥芽浸出物的影響

海拔對啤酒大麥麥芽浸出物具有顯著影響(圖1D)，甘啤4號與甘啤6號的麥芽浸出物均隨著海拔的升高先升高后降低，其中甘啤4號在海拔2 030 m時達到最大，甘啤6號在1 714 m時最大。

2.2.5對可溶性氮和庫爾巴哈值的影響

由圖1E可知，甘啤4號和甘啤6號的可溶性氮均隨海拔高度的升高先降低后升高，其中在海拔2 030 m時，甘啤4號和甘啤6號的可溶性氮均最低，而在海拔2 512 m時，其可溶性氮最高。由圖1F可知，海拔對大麥的庫爾巴哈值有明顯的影響，隨著海拔升高甘啤4號和甘啤6號的庫爾把哈值均呈先升高后降低的趨勢，其中甘啤4號的庫爾巴哈值在2 030 m時最高，甘啤6號的庫爾巴哈值在海拔1 714 m時最高。

圖柱上不同字母表示相同品種不同處理間差異顯著(P<0.05)。

Different small letters above column mean significant difference among treatments of same variety at 0.05 level.

圖1海拔對啤酒大麥蛋白質含量(A)、發芽率(B)、整齊度(C)、浸出物(D)、可溶性氮(E)和庫爾巴哈值(F)的影響

Fig.1Effect of altitude on protein content(A),germination rate(B),uniformity(C),extractum(D),soluble nitrogen(E) and kolbach index(F) of different malting barley varieties

3　討 論

3.1海拔對大麥農藝性狀和產量的影響

作物的生長發育及產量與種植海拔高度有著密切關系。王泰倫等[11]研究表明，水稻植株高度會隨海拔上升而趨向矮化，主莖葉片也趨向短而窄。本研究中，大麥的株高隨著海拔的升高而增高，這可能與作物種類及種植環境有關。

大麥是長日照喜溫作物，不同生育階段對溫度、光照條件都有一定的要求。大麥要求播種出苗期的日平均氣溫在10 ℃以上。海拔越高，春季穩定通過10 ℃的初日相應推遲，海拔高度每上升100 m，春季穩定通過10 ℃的初日將推遲3～5 d[6,12]。由于海拔高度不同，溫度、光照等生態條件存在差異，作物的生長發育受到不同程度影響[13-14]，因而產量和農藝形狀也存在較大的差異。本研究中，大麥產量在5個試驗區隨著海拔的升高呈現先升高后降低的趨勢，其中在2 030 m時甘啤6號和甘啤4號的產量均最高。隨著海拔的升高溫度降低，因而延緩了作物的營養生長及生殖生長，導致大麥的生育期延長；營養生長期的延長造成大麥株高的增高。本研究結果顯示隨著海拔的升高大麥的生育期延長，株高和千粒重增加；海拔對穗長的影響不顯著，對穗粒數影響顯著，海拔較低時，穗粒數較多；海拔對產量的影響達顯著水平。

3.2海拔對大麥品質的影響

海拔對大麥品質也會產生較大的影響。本試驗發現隨海拔高度增加，大麥籽粒千粒重增加，而蛋白質含量和發芽率降低；大麥麥芽浸出物和庫爾巴哈值則呈先升高后降低的趨勢。由于大麥的生長發育及籽粒的形成和干物質的積累都受光照和氣溫的直接影響，5個試驗區的光照和溫度差異造成了各個點大麥品質的差別。劉淑云等[10]研究發現，隨海拔高度增加，玉米籽粒蛋白質和賴氨酸含量提高，淀粉和可溶性糖含量降低，品種表現相對穩定；海拔對玉米籽粒品質具有良好的調控作用。向遠鴻等[15]采用灰色關聯度分析法分析了不同海拔高度下稻米品質總體的變化趨勢，結果表明在500～1 000 m范圍內，海拔影響稻米品質的綜合水平，其影響程度因品種而異，米質越好的品種隨海拔升高改善幅度越大。劉家富等[16]發現隨海拔升高，秈稻和粳稻稻谷的粗蛋白含量增加。周廣洽等[17]指出，海拔800 m以內稻米蛋白質含量隨海拔的升高而增加，但超過800 m后則呈下降趨勢。朱振華等[18]認為，海拔對作物生長的影響與基因型有一定的關系，隨海拔升高強耐冷性品種的變化相對較穩定，但弱耐冷性品種的蒸煮品質則呈明顯變劣趨勢，強耐冷性品種稻米的淀粉RVA譜特性受海拔變化的影響較弱耐冷性品種小，隨種植海拔的升高，弱耐冷性品種的消減值明顯增大，峰值黏度和崩解值顯著減小，而強耐冷品種的峰值黏度和崩解值呈先降后升趨勢，消減值的變化則表現先升后降趨勢。許 靜等[19]對溫度和海拔對高寒草甸植物種子萌發的進化特性的影響進行了研究，結果顯示，溫度極顯著影響種子的萌發，高寒低溫不利于種子的萌發；種子的萌發力隨海拔的升高而降低[20]。Zhang等[21]研究發現溫度和光照等環境條件對大麥的蛋白質含量和β-1,4葡聚糖等有顯著的影響。

綜上所述，海拔高度是影響啤酒大麥產量和品質的主要因素，因此要選擇適合的品種及區域才能進行優質啤酒大麥生產。結合本試驗，在甘肅河西走廊中段，適宜種植啤酒大麥的區域海拔應在2 200 m以下。

[1]翁篤鳴,羅哲賢.山區地形氣候[M].北京:氣象出版社,1990:1-10.

WEN D M,LUO Z X.Mountainous Terain Climate [M].Beijing:Meteorological Press,1990:1-10.

[2]傅抱璞,虞靜明,盧其堯.山地氣候資源與開發利用[M].南京:南京大學出版社,1996:165-179.

FU B P,YU J M,LU Q Y.Mountain Climate Resources and Exploitation [M].Nanjing:Nanjing University Press,1996:165-179.

[3]傅抱璞.海拔高度對降水的影響[J].地理學報,1992,47(4):302-314.

FU B P.The effects of topography and elevation on precipitation [J].ActaGeographicaSinica,1992,47(4):302-314.

[4]丁 穎.中國水稻品種的生態類型及其與生產發展的關系[J].中國農業科學,1964,5(10):5-10.

DING Y.Ecotype of Chinese rice varieties and its relationship with the development of production [J].ScientiaAgriculturaSinica,1964,5(10):5-10.

[5]張誼光.我國不同氣候生態型水稻品種的種植上限及其溫度條件[J].自然資源,1983(2):65-72.

ZHANG Y G.Planting and temperature conditions of the upper limit of the different ecological and climatic rice varieties [J].JournalofNaturalResources,1983(2):65-72.

[6]李 靜,袁繼超,蔡光澤.海拔對水稻產量和品質的影響研究進展[J].中國農學通報,2013,29(24):1-4.

LI J,YUAN J C,CAI G Z.Advances in the research of elevation on rice yield and quality [J].ChineseAgriculturalScienceBulletin,2013,29(24):1-4.

[7]羅學剛,曾明穎,鄒 琦,等.四川不同海拔稻田生態條件與雜交水稻生長發育及其應用研究[J].應用與環境生物學報,1999,5(2):142-146.

LUO X G,ZENG M Y,ZHOU Q,etal.Study on the change in ecological environment and hybrid rice development at different altitudes in Sichuan [J].ChineseJournalofApplied&EnvironmentalBiology,1999,5(2):142-146.

[8]袁繼超,楊世民,王明田,等.攀西地區水稻生育期的垂直變化特點及其積溫效應[J].作物學報,2008,34(2):247-253.

YUAN J C,YANG S M,WANG M T,etal.Changes in growth duration of rice with altitude and its temperature ac-cumulation effect in Panxi region,China [J].ActaAgronomicaSinica,2008,34(2):247-253.

[9]顧 明.海拔對水稻生長發育的影響[J].耕作與栽培,1997,17(1):61-63.

GU M.Effects of altitude on growth of rice [J].TillageandCultivation,1997,17(1):61-63.

[10]劉淑云,董樹亭,胡昌浩.不同海拔高度對玉米品質性狀影響的研究[J].玉米科學,2005,13(2):68-71.

LIU S Y ,DONG S T,HU C H.The study of latitude and atitude affecting to maize quality [J].JounalofMaizeSciences,2005,13(2):68-71.

[11]王泰倫,李繼由,虞孝感.滇西北水稻分布海拔上限地區的生態環境對水稻生育及產量結構的地區效應[J].南京農業大學學報,1984,29(3):22-27.

WANG T L,LI J Y,YU X G.Rice geographical distribution effects of ecological environment altitude ceiling area of rice growth and yield in Dianxi Northwest [J].JounalofNanjingAgricuturalUniversity,1984,29(3):22-27.

[12]王效宗,潘永東.啤酒大麥優質高產栽培技術[M].蘭州:甘肅科學技術出版社,2006:15-22.

WANG X Z,PANG Y D.Malting Barley Cultivation Techniques [M].Lanzhou:Gansu Science and Technology Press,2006:15-22.

[13]王勝華,劉貞琦.不同海拔水稻品種的光合特性及呼吸作用[J].貴州農院學報,1992,11(2):1-5.

WANG S H,LIU Z Q.Respiration and photosynthetic characteristics of rice varieties at different altitudes [J].JounalofGuizhouAgricuturalCollege,1992,11(2):1-5.

[14]李存信,林德輝.不同海拔地區種植的水稻葉片光合作用特征的比較[J].云南植物研究,1986,8(4):459-466.

LI C X,LIN D H.Comparative characteristics of photosynthesis in rice leaves grown in different altitudes [J].YunnanPlantResearch,1986,8(4):459-466.

[15]向遠鴻,唐啟源.海拔對稻米品質影響的灰色關聯分析[J].中國水稻科學,1991,5(2):94-96.

XIANG Y H,TANG Q Y.Effects of elevation on rice grain quality by grey relational grade analysis [J].ChineseJournalofRiceScience,1991,5(2):94-96.

[16]劉家富,汪慶平,黃興琦,等.不同海拔條件下稻米品質初步研究[J].云南農業科技,1986,15(5):27-30.

LIU J F,WANG Q P,HUANG X Q,etal.A preliminary study of rice quality under different conditions of altitude [J].YunnanAgriculturalScienceandTechnology,1986,15(5):27-30.

[17]周廣洽,徐孟亮,譚 周.溫光對稻米蛋白質及氨基酸含量的影響[J].生態學報,1997,17(5):537-542.

ZHOU G Q,XU M L,TAN Z.Effects of ecological factors of protein and amina acids of rice [J].ActaEcologicaSinica,1997,17(5):537-542.

[18]朱振華,金基永,袁平榮,等.不同海拔條件下耐冷性粳稻品種的稻米淀粉RVA譜特性[J].中國水稻科學,2010,24(2):151-156.

ZHU Z H,JIN J Y,YUAN P R,etal.RVA profile properties for cold tolerant and sensitive cultivars of japonica rice at different altitudes in highland region [J].ChineseJournalofRiceScience,2010,24(2):151-156.

[19]許 靜,杜國禎,李文龍,等.溫度和海拔對高寒草甸植物種子萌發進化特性的影響[J].蘭州大學學報(自然科學版),2013,49(3):377-383.

XU J,DU G Z,LI W L,etal.Effects of temperature and altitude on the evolutional characteristics of seed germination in alpine meadow [J].JournalofLanzhouUniversity(NaturalSciences),2013,49(3):377-383.

[20]白寶璋.植物生理學[M].北京:中國科學技術出版社,1992:43-44.

BAI B Z.Plant Physiology[M].Beijng:China Science and Technology Press,1992:43-44.

[21]ZHANG G,CHEN J,WANG J,etal.Cultivar and environmental effects on(1→3,1→4)-β-D-glucan and protein content in malting barley[J].JournalofCerealScience,2001,34(34):295-301.

Effect of Altitude on Quality and Yield of Different Malting Barley Varieties

MENG Yaxiong1,2,ZHAO Xiangtian1,2,MA Xiaole1,2,LI Baochun1,3,YANG Ke1,2,SHI Jing1,2,WANG Juncheng1,2,REN Panrong1,2,WANG Yucai1,2, ZHANG Haijuan1,2,WANG Huajun1,2

(1.Gansu Provincial Key Lab of Aridland Crop Science/Gansu Key Lab of Crop Improvement & Germplasm Enhancement,Lanzhou,Gansu 730070,China; 2.College of Agronomy,Gansu Agriculture University,Lanzhou,Gansu 730070,China；3.College of Life Sciences and Technology,Gansu Agricultural University,Lanzhou,Gansu 730070,China)

In order to enrich the three-dimensional cultivation theory of barley and to promote the production of barley in high-altitude areas,the effect of different altitudes on agronomic traits,quality and yield of barley(Hordeumvulgare) was studied. The results showed that with the increase of altitude,the barley growth duration was lengthened,and plant height and thousand seed weight were increased significantly,while seed germination rate and protein content was decreased significantly,and the malt extract and Kolbach index was increased firstly and then decreased. Conversely,the soluble nitrogen was decreased firstly and then increased. Meanwhile,the altitude had distinct effect on barley yield,and all the examined barley showed higher yield firstly and then lower yield with the increase of altitude. Moreover,all the varieties had the stable and similar response to the change of altitude in yield and quality.The altitude of planting regions had a distinct influence on growth,development and quality of barley.Therefore,for barley production,it should be adapted to the local conditions and the regional advantages,and is also necessary to fully utilize the regulation effect of altitude on quality in barley.

Yield; Quality；Altitude；Barley

2016-02-27

2016-03-26

國家自然科學基金項目(31460347); 甘肅省高校科研項目(2014B-046); 國家現代農業產業技術體系建設專項(CARS-05)

E-mail：yxmeng1@163.com

王化俊(E-mail:whuajun@yahoo.com)

S512.3；S315

A

1009-1041(2016)09-1258-06

網絡出版時間：2016-08-31

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160831.1651.036.html