氮肥用量對啤酒大麥相關農藝性狀及品質的影響

趙 云，孔建平，李鵬兵，俞天勝，方伏榮，向 莉

(1.新疆農業科學院奇臺麥類試驗站，新疆奇臺 831800；2.石河子大學農學院/新疆兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子 832003；3.新疆農業科學院糧食作物研究所,烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】新疆地處我國西北，其冷涼地區有大面積的山旱地、瘠薄地以及鹽堿地，受積溫、水分等其它條件的限制，種植小麥、玉米等糧食經濟作物產量、品質并不是很好，這給種植大麥提供了一定的土地面積和發展空間[1]。近幾年來，一批培育出一批優質高產的啤酒大麥新品種，其優質高產栽培技術也不斷的完善并應用，使我國啤用大麥品質有所提高。但是，其品質與一些進口大麥相比較，存在差距。我國大麥與進口大麥之間品質差別主要體現在品種和微型制麥上，在質量層面主要表現在蛋白質含量、麥芽無水凈出率、庫爾巴哈值、糖化值等方面[2]。有研究表明，谷物產量、籽粒及麥芽品質與肥料運籌關系密切，其中氮肥是重要的影響因素之一[3]。研究提高啤酒大麥的產量與品質的栽培技術，對發展新疆啤酒大麥生產有重要意義。【前人研究進展】作物產量、籽粒品質和麥芽品質都與肥料用量關系密切，其中最具調控作用的因子就是氮素肥料，合理的施氮量是調控大麥籽粒產量和蛋白質含量的關鍵技術[4,5]。且有研究表明，氮肥施用量與產量呈明顯的相關關系，合理使用，增產增效，過量使用，負向作用明顯[6]。劉玉春等[5]認為施氮量對大麥千粒重會有顯著影響，施氮量持續增加時，千粒重表現出下降趨勢。申玉香等[7]研究結果表明，啤酒大麥出苗過旺、群體倒伏嚴重、品質與產量差，皆與氮肥使用不合理有關。趙德才等[8]研究表明，提高氮肥用量能顯著增產，當超過最佳用量時，再無明顯增產。當氮肥施用過多時，成苗數會明顯增加，田間的透風偷光惡化，影響個體發育，穗粒數和千粒重進而達不到標準[9]。張金汕等[10]研究認為，合理的氮肥運籌水平是調控其籽粒蛋白含量的重要要素。有研究指出,增施氮肥可以增加籽粒產量和籽粒蛋白質含量,但降低了籽粒飽滿度[11]。國外有研究表明，蛋白質含量與氮肥用量呈正相關，粒重會隨用氮量提升而增加,但氮含量過高反而不利于其灌漿[12]。Grant[13]試驗結果發現，籽粒蛋白質含量的增加與氮肥用量提升密切相關。【本研究切入點】新疆近幾年新育成和引進的一批新品種已成為當地主栽品種，目前與這些品種特性相配套的栽培技術研究還未見報道，還缺乏優質高產的啤酒大麥栽培技術體系。且生產出來的大麥不但產量水平低，而且籽粒蛋白質含量偏高，影響了啤酒大麥原料市場銷售和麥芽生產以及啤酒的釀造質量[14]。研究氮肥用量對啤酒大麥相關農藝性狀及品質的影響。【擬解決的關鍵問題】研究不同栽培因子(播期、播量、氮肥施用時期、氮肥施用量)對大麥籽粒產量和品質的影響，為新疆優質高產啤酒大麥栽培體系的建立提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2015年在新疆農業科學院奇臺麥類試驗站試驗田進行，試驗地距離奇臺縣東南方向15 km，E89°12′，N44°13，前茬作物冬小麥，土壤為黑壤土，肥力水平中等。選用4個啤酒大麥品種；甘啤4號(B1)、墾啤7號(B2)、新啤4號(B3)、新啤8號(B4)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用裂區設計，主裂區為氮肥用量，設5個水平，分別為：0 kg/hm2(A1)、75 kg/hm2(A2)、150 kg/hm2(A3)、225 kg/hm2(A4)、300 kg/hm2(A5)，副裂區為4個品種。共20個處理，小區長2.5 m，寬2 m，面積5 m2，行距0.2 m，3次重復，密度為375×104粒/hm2，氮肥在二葉一心期一次性施入。

1.2.2 生育期調查

于大麥(播種期、出苗期、抽穗期、成熟期、收獲期進行田間記載，收獲時及時考種。

1.2.3 分蘗及成穗狀況

定點方法參照孫正玉等[15]試驗方案進行，結合奇臺當地情況稍作改進。

基本苗數參照王春華[16]進行。最高莖數目參照王萌萌等[17]進行。有效穗數參照姜心祿等[18]進行。

1.2.4 農藝性狀

考種項目為株高、主穗長度、結實小穗、不育小穗數、穗粒數和主穗粒重等。考種方法參照潘高峰[19]進行，并根據試驗站實際情況稍作改進。

1.2.5 小區產量

小區收獲。脫粒，裝袋，掛牌。清選(去除石子、雜物等)，晾曬，稱重。

1.2.6 蛋白質含量

各試驗小區分別取樣50 g用近紅外分析儀進行測定，參照金麗華等[20]方法。

1.3 數據處理

數據處理采用Excel 2013和SPSS Statistics 21.0 軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 氮肥用量對生育期的影響

研究表明,氮肥用量對B1、B2、B3、B4這4個品種的出苗期沒有影響，對抽穗期和成熟期有一定的影響，不同氮肥的處理下，抽穗期和成熟期均推遲，全生育期明顯增加。A1處理生育期最短，A5處理生育期最長，相差4 d。A2和A3處理的生育期天數一致，比A1處理延遲2 d。且4個品種的生育期天數變化規律基本一致，隨著氮肥用量的增加均延長。A2與A3、A4與A5處理間的生育期天數差異不顯著，但均與A1處理差異顯著；B1、B2兩品種差異不顯著，但與B3、B4生育期天數差異顯著。表1,表2

表1 不同氮肥用量對不同品種生育期比較
Table 1 Comparison of different nitrogen fertilizer application rates for different varieties

供試品種Test variety氮肥用量Nitrogen application出苗期Seedling(m/d)抽穗期Heading(m/d)成熟Maturity(m/d)全生育期Whole period(d)A14/226/117/1584A24/226/137/1786B1A34/226/137/1786A44/226/157/1888A54/226/177/1988A14/226/117/1584A24/226/167/1887B2A34/226/167/1887A44/226/177/1988A54/226/197/2190A14/226/87/1079A24/226/97/1180B3A34/226/97/1180A44/226/107/1383A54/226/127/1483A14/226/97/1281A24/226/107/1382B4A34/226/107/1382A44/226/137/1584A5 4/226/147/1684

注：A1、A2、A3、A4、A5分別代表0、75、150、225、300 kg/hm2；B1、B2、B3、B4分別代表甘啤4號、墾啤7號、新啤4號、新啤8號。下同

Note: A1, A2,A3,A4, A5represent 0, 75, 15, 225 and 300 kg/hm2, respectively; B1, B2, B3and B4represent Gan Beer 4 respectively. No.7, No.7 Beer, No.4 Beer, No.8.The same as below

表2 方差分析
Table 2 Analysis of variance table

氮肥用量Nitrogen application生育期天數Whole period(d)供試品種Test variety生育期天數Whole period(d)A182.00cB186.40aA283.75bB286.80aA383.75bB380.20cA485.75aB482.20bA586.25a

注：不同小寫字母代表不同處理間差異達到顯著水平(P<0.05)。下同

Note: Different lowercase letters indicate that the difference between treatments reached a significant level (P<0.05). The same as below

2.2 氮肥用量對啤酒大麥莖蘗動態的影響

研究表明,B1的基本苗在298.65×104～330.60×104株/hm2，最高總莖數在838.95×104～1 016.70×104株/hm2，有效穗數在511.20×104～697.20×104株/hm2，成穗率在60.93%～68.57%；B2處理的基本苗在277.80×104～320.85×104株/hm2，最高總莖數在875.10×104～1 048.2×104株/hm2，有效穗數在595.05×104～723.60×104株/hm2，成穗率在62.22%～74.79%；B3處理的基本苗在298.65×104～330.60×104株/hm2，最高總莖數在661.21×104～965.40×104株/hm2，有效穗數在491.70×104～543.12×104株/hm2，成穗率在67.18×104～73.23%；B4的最高總莖數在793.05×104～1 019.55×104株/hm2，有效穗數在570.60×104～642.60×104株/hm2，成穗率在63.03%～71.95%。且不同氮肥用量對各品種基本苗影響不大，并無明顯規律。最高總莖數、有效穗數、成穗率均隨著氮肥用量的增加呈現先升高再降低的變化趨勢，在A4處理下各指標表現最好。表3

表3 不同氮肥施用量對啤酒大麥莖孽動態比較
Table 3 Dynamic comparison of different nitrogen fertilizer application rates on barley stems of beer barley

供試品種Test variety氮肥用量Nitrogen application基本苗Basic seedling(104株/hm2)最高總莖數Maximum total number of stems(104株/hm2)有效穗數Effective panicles(104株/hm2)成穗率Ear rate(%)A1309.75838.95511.2060.93A2298.65910.65577.8063.45B1A3298.65925.05616.6566.66A4330.601 016.70687.5570.10A5333.70888.90607.2068.57A1306.90875.10595.0568.00A2277.80939.00702.3068.79B2A3305.551 036.20723.6069.83A4320.851 048.20755.2074.80A5287.551 016.70732.5562.22A1279.15661.20491.7064.36A2318.00741.75543.1566.23B3A3357.75858.45648.6067.18A4348.60965.40699.7571.03A5336.15893.10653.9568.74A1287.30793.05570.6066.95A2297.55865.35598.3568.15B4A3319.25969.45638.8569.90A4323.951 019.55690.6071.32A5291.75965.40642.6063.03

表4 不同氮肥用量間方差
Table 4 Analysis of variance between different nitrogen fertilizers

氮肥用量Nitrogen application基本苗Basic seedling(104株/hm2)最高總莖數Maximum total number of stems(104株/hm2)有效穗數Effective number of spikes(104株/hm2)A1302.44a792.08c542.14bA2295.50a864.19b605.40aA3323.29a974.03a656.93aA4313.24a940.24a626.78aA5312.90a986.51a646.58a

研究表明,基本苗在各處理下均無顯著性差異，A3、A4、A53處理之間總莖數無顯著差異，但均與A1、A2水平下差異顯著。A2、A3、A4、A5各處理間有效穗數差異不顯著，但均與A1處理差異顯著。A2、A3、A4、A54處理間的有效穗數差異不顯著。B1、B2、B3、B4品種間基本苗數無顯著性差異。最高總莖數B2、B42品種間無顯著性差異，均與B1、B3差異顯著。B2、B3、B43品種間有效穗數無顯著性差異，均與B1差異顯著。表4,表5

表5 不同品種間方差
Table 5 Analysis of variance between different varieties

供試品種Test variety基本苗Basic seedling(104株/hm2)最高總莖數Maximum total number of stems(104株/hm2)有效穗數Effective number of spikes(104株/hm2)B1303.96a916.05b598.08bB2299.73a983.04a666.54aB3321.93a823.98c581.43bB4312.27a922.56ab616.20b

2.3 氮肥用量對主要農藝性狀影響

研究表明,B1株高在68.00～76.50 cm，穗長在8.70`9.28 cm，主穗粒數在23.30～25.00粒，千粒重在50.10～51.50 g；B2的株高在71.00～82.50 cm，穗長在8.15～9.15 cm，主穗粒數在23.80～25.30粒，千粒重在48.20～49.80 g；B3的株高在76.50～78.5 cm，穗長在8.85～9.25 cm，主穗粒數在24.50～25.80粒，千粒重在46.90～48.00 g；B4的株高72.50～75.00 cm，穗長在7.60～8.25 cm，主穗粒數在22.90～24.40粒，千粒重在47.8～48.7 g。且隨著氮肥用量的增加，株高逐漸增高，穗長、主穗粒數、千粒重變化規律基本一致，但在A4處理下，各指標表現最優。表6

表6 不同品種在不同氮肥施用量下農藝性狀比較
Table 6 Comparison of agronomic traits of different varieties under different nitrogen fertilizer application rates

供試品種Test variety氮肥用量Nitrogen application株高Plant height(cm)穗長Spike length(cm)主穗粒數Number of main spikes(粒)平均穗粒數Average kernel number(粒)千粒重Thousand weight(g)A168.008.7023.3019.1550.10A271.008.8023.8020.1050.80B1A375.009.3524.2021.0850.90A476.509.5525.0021.7351.50A575.009.3024.1021.1450.10A171.008.1523.8019.1048.20A275.508.3524.0019.6948.50B2A378.508.8524.6021.8949.30A480.008.9525.3021.9749.60A582.508.8524.9020.2649.50A176.508.8524.1020.2646.90A277.509.1024.5021.5747.50B3A377.509.2525.0021.3147.50A477.509.3525.8022.0649.50A578.508.7024.8021.4747.80A172.507.8022.9020.7148.00A272.507.9023.6019.4848.40B4A374.007.8024.0020.5748.70A475.008.2524.4021.5449.20A575.007.6024.3019.3547.80

研究表明,A2、A3、A4、A5處理間株高無顯著性差異，但與A1處理間差異顯著。A1、A2、A3、A4、A5各處理間穗長差異顯著。A2、A3、A5處理間主穗粒數均無顯著性差異，但與A1、A4處理差異顯著。千粒重A1、A2、A3處理間差異不顯著，A4、A5處理間亦不顯著，但A4、A5兩處理與A1、A2、A3處理差異顯著。B1、B2、B3、B4各品種間株高均無顯著性差異。B1、B2、B33品種間穗長差異不顯著，但均與B4差異顯著。B1、B4品種間主穗粒數無顯著性差異，但均與B2、B3差異顯著。千粒重B1、B2、B3、B44品種間差異顯著。表7,表8

表7 不同氮肥用量方差
Table 7 Analysis of variance of different nitrogen fertilizer use

氮肥用量Nitrogen application株高Plant height(cm)穗長Spike length(cm)主穗粒數Number of main spikes(粒)平均穗粒數Average kernel number(粒)千粒重Thousand weight(g)A172.00b9.10a21.48c22.37a50.15aA274.13ab9.00b24.85b20.74ab50.88aA376.25a8.84c24.43b21.44ab50.48aA477.25a8.71d25.41a19.83b48.30bA577.25a8.55e23.33b20.90ab47.45b

表8 不同品種間方差
Table 8 Analysis of variance between different varieties

供試品種Test variety株高Plant height(cm)穗長Spike length(cm)主穗粒數Number of main spikes(粒)平均穗粒數Average kernel number(粒)千粒重Thousand weight(g)B173.10a9.14a24.08c20.44ab50.68aB274.80a8.68a24.52b20.78ab48.96bB375.00a9.01a24.84a21.33a47.52dB473.20a7.77b23.84c20.13b48.22c

2.4 氮肥用量對產量和蛋白質含量影響

研究表明, B1產量在5 686.95～7 347.03 kg/hm2，蛋白質含量在12.00%～14.30%；B2產量6 180.31～7 673.72 kg/hm2，蛋白質含量11.60%～13.80%；B3產量在6 420.32～7 173.69 kg/hm2，蛋白質含量在10.90%～13.40%；B4產量在6 493.66～7 433.71 kg/hm2，蛋白質含量在10.60%～13.10%。且隨著氮肥用量的增加，產量呈現出先升再降的變化趨勢，A1、A2兩處理無顯著性差異，A3、A4、A5處理間無顯著性差異，但與A1、A2差異顯著，且在A4處理下產量最高。蛋白質含量則隨氮肥增加逐漸增加。A1、A2、A3處理間蛋白質含量差異不顯著， A4、A5處理間亦無顯著性差異。表9

研究表明,在A1處理下，產量在5 686.95～6 493.66 kg/hm2，B4最高，B1最低；蛋白質含量在10.60%～12.00%，B1最高，B4最低；且產量B2、B3、B4間差異不顯著，均與B1差異顯著；蛋白質含量亦表現出相同規律。在A2處理下，產量在6 153.64～6 813.67 kg/hm2，B2最高，B1最低；蛋白質含量在10.80%～12.10%，B1最高，B4最低。且產量B2、B3、B4間無顯著性差異，但B1與其他品種差異顯著；蛋白質含量亦表現出相同規律。在A3處理下，產量在6 600.33～7 427.04 kg/hm2，B2最高，B1最低；蛋白質含量在11.40%～12.80%，B1最高，B4最低；產量B1僅與B2差異顯著，其他品種間均無顯著性差異；蛋白質含量B4與B1、B2、B3差異顯著。在A4處理下，產量在6 887.01～7 673.72 kg/hm2，B2最高，B1最低；蛋白質含量在12.60%～13.70%，B1最高，B4最低；產量B1僅與B2差異顯著，B2與B1、B3差異顯著；蛋白質含量僅B4與B1差異顯著。在A5處理下，產量在7 107.02～7 433.71 kg/hm2，B2最高，B3最低；蛋白質含量在13.10%～14.30%，B1最高，B4最低；產量和蛋白各品種間差異不顯著。表10

表9 不同氮肥用量下產量和蛋白質含量比較
Table 9 Comparison of yield and protein content under different nitrogen fertilizer dosages

供試品種Test variety氮肥用量Nitrogen application產量Yield(kg/hm2)蛋白質含量Protein content(%)A1 5 686.95d 12.00cA26 153.64cd 12.10cB1A36 600.33bc 12.80bcA4 7 347.03a 13.70abA5 6 887.01b14.30aA1 6 180.31b 11.60cA26 813.67bc11.70cB2A37 407.04a 12.70bcA4 7 673.72a 12.90abA57 427.03a 13.80aA1 6 420.32b 10.90dA26 760.34ab 11.20cdB3A3 7 173.69a 12.10bcA4 7 247.02a 12.80abA5 7 107.02a13.40aA1 6 493.66b10.60bA2 6 693.67b 10.80bB4A37 053.69ab11.40bA4 7 433.71a 12.60aA5 7 340.37a 13.10a

3 討 論

啤酒大麥的品質好壞除受到品種固有遺傳因素的影響，還受到一些栽培措施的影響，其中氮肥施用量是栽培措施中至關重要的因素之一，其不僅影響啤酒大麥的產量，而且影響籽粒品質[21]。有研究表明，增施少量氮肥對抽穗期和成熟期幾乎沒有影響,但其生育期變短,隨著氮肥施用量的增加，抽穗期、成熟期均推遲[22]。試驗采用4個品種，亦得出相同結論。喬玉強等[23]提出，從莖蘗動態變化來看，氮肥施用量對基本苗差異不明顯，但對最高總莖數和有效穗數差異明顯。個體間分蘗的增多，群體更加密集，產量明顯提升， 與增施氮肥存在一定關系， 但是當含氮量過高時, 群體過密， 灌漿期易發生倒伏,產量必然受到影響[24]。研究表明，不同氮肥水平下基本苗數沒有變化，最高總莖數、有效穗數、分蘗成穗率呈現出先升再降的趨勢，且在A4水平下，各指標表現最好，這與前人研究結果基本一致。氮肥通過影響大麥產量構成因子進而影響其產量[25]。周國勤等[26]得出結論，從產量結構來看，不同氮肥處理水平，其株高、穗長隨氮肥變化而變化，但對千粒重無顯著影響。合理施用氮肥產量其產量顯著提高，當達到飽和以后，在增施產量不再上升[27]。試驗亦得出，隨著氮肥施用量的增加，株高升高，而穗長、主穗粒數、千粒重沒有一致的變化規律，但均在A4處理下，產量三要素表現最好。有研究從產量和蛋白質層面得出結論，認為氮肥用量與產量和蛋白質呈正相關[28,29]。試驗亦得出同樣結論，產量隨著氮肥用量的增加逐漸增加，A1與A2、A3、A4、A5處理的產量差異達到顯著水平，A3、A4、A5處理之間的產量差異不顯著；同一水平下B1僅與B2、B3、 B4產量性狀差異達到顯著水平，B2、B3、B4之間產量無顯著差異；隨著氮肥施用量的增加蛋白質含量逐漸增加，A1與A2、A3、A4、A5處理的蛋白質含量差異顯著, A4與A5處理差異不顯著；B1與B2、B3、B4蛋白質含量差異顯著，B3與B4蛋白質含量差異不顯著。增施氮肥雖能增產增效，改善產量結構，但是會改變籽粒品質[30]。曾有研究提出，合理施用氮肥其產量顯著提高[31]，當達到飽和以后，增產不再明顯。研究亦得出同樣結論。

表10 不同品種間產量和蛋白質含量比較
Table 10 Comparison of yield and protein content among different varieties

氮肥用量Nitrogen application供試品種Test variety產量Yield(kg/hm2)蛋白質含量Protein content(%)B15 686.95b12.00aB2 6 180.31a11.20bA1B36 420.32a10.90bB46 493.66a10.60bB16 153.64b12.10aA2B26 813.67a 11.70bB3 6 760.34a 11.20bB4 6 693.67a10.80bB16 600.33b12.80aA3B27 427.04a12.70aB3 7 173.69ab 12.10aB4 7 053.69ab11.40bB16 887.01b13.70aA4B27 673.72a12.90abB37 047.02b 12.80abB4 7 433.71ab12.60bB17 347.03a14.30aA5B27 407.03a 13.80aB37 107.02a 13.40aB47 340.37a13.10a

4 結 論

啤酒大麥的產量和品質與肥料運籌有密切關系，而氮肥是最重要的元素之一。在合適的氮肥用量水平下，群體和個體之間才能相互協調發展。只有合理施用氮肥，才能形成合理的群體結構而取得高產，良好的品質。隨著氮肥用量的增加，對4個品種的出苗期無太大影響，抽穗期、成熟期均向后推遲，當氮肥量達到225 kg/hm2時，趨于穩定。每個品種生育期天數變化規律基本一致，與氮肥用量呈正相關關系，表現出隨著氮肥用量增多，生育期越長的規律，但當氮肥用量達到225 kg/hm2時，其生育期不在增長。基本苗差異不明顯，最高總莖數和有效穗數呈先升高再降低，最后緩慢升高的趨勢，在225 kg/hm2處理下的表現較其他水平略好。各品種的穗長、主穗粒數、千粒重在不同氮肥水平下差異不大，在225 kg/hm2處理水平下穗長達到最長。隨著氮肥用量的增加產量和蛋白質含量逐漸增加，在300 kg/hm2處理下，蛋白質含量最高，產量在225 kg/hm2表現最好。在實際生產中為了提高產量和品質，氮肥用量應控制在225 kg/hm2。