氮鉀配施對揚農啤7號籽粒產量與麥芽品質的影響

于國琦，姚佳延，洪 益，呂 超，王菲菲，朱 娟，郭寶健，許如根

(植物功能基因組學教育部重點實驗室/江蘇省作物基因組學與分子育種重點實驗室/江蘇糧食作物現代產業(yè)技術協(xié)同創(chuàng)新中心/揚州大學農業(yè)科技發(fā)展研究院，江蘇揚州 225009)

大麥是世界第四大禾谷類作物，兼有食用、飼用、釀造等多種用途[1]，被廣泛種植于我國。隨著我國農業(yè)產業(yè)結構的調整和啤酒工業(yè)的發(fā)展，啤酒生產對麥芽質量要求越來越高，而麥芽品質主要取決于大麥原料的質量[2]。大麥的產量是影響啤酒大麥種植效益的關鍵，高產與優(yōu)質一直是啤酒大麥生產的主要目標。大麥的產量與品質除受品種遺傳特性控制外，還受外界生態(tài)條件和生產水平的影響[3-5]。肥料運籌是影響大麥產量和品質的主要要素之一。研究表明，增施氮肥可提高作物有效穗數、籽粒產量與籽粒蛋白質含量[6-8]。沈會權等[9]研究認為，大麥籽粒產量在一定范圍內隨施氮量的增加呈上升趨勢，施氮量超過225 kg·hm-2，產量呈逐漸下降趨勢。高 健[2]研究認為，隨施氮量的增加，大麥籽粒蛋白質含量、麥芽糖化力和α-氨基氮含量逐漸升高，庫爾巴哈值和浸出率逐漸下降。Regmi等[10]研究認為，在一定氮肥用量下，配施鉀肥是提高小麥產量的重要手段。戴同廣等[11]研究認為，增施鉀肥可以提高大麥產量和品質。諸海燾等[12]研究認為，配施磷、鉀肥可提高大麥對氮肥的利用率，獲得大麥最佳經濟效益。稻麥兩熟地區(qū)高氮肥投入會導致土壤磷、鉀元素失衡，不利于作物生長。因此，研究不同氮、鉀肥用量及配比對啤酒大麥產量與品質的影響，對提高氮肥利用率和啤酒大麥產量與品質具有重要的意義。

本研究以揚州大學大麥研究所選育的優(yōu)質啤酒大麥品種揚農啤7號為材料，研究不同氮、鉀用量及其配比對其產量和品質的影響，為揚農啤7號的優(yōu)質、高產、高效生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設計

本試驗以揚農啤7號作為材料，于2017—2019年度在江蘇省方強試驗農場進行，前茬作物為水稻，土壤肥力中等偏上。試驗采用隨機區(qū)組設計，氮肥用量設4個水平，分別為0 kg·hm-2(N0)、75 kg·hm-2(N1)、150 kg·hm-2(N2)、225 kg·hm-2(N3)；鉀肥用量設3個水平，分別為0 kg·hm-2(K0)、75 kg·hm-2(K1)、150 kg·hm-2(K2)。3次重復。供試氮肥為尿素，鉀肥為硫酸鉀。氮肥基追比為基肥∶拔節(jié)肥∶孕穗肥施=4∶4∶2，鉀肥作為基肥一次性施用。其他管理措施同當地大田。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 產量及產量構成要素測定

大麥成熟期，每小區(qū)取3個1 m行長測穗數，隨機取20個穗數測穗粒數。按小區(qū)收割、脫粒，曬干后測定產量及千粒重。籽粒25 ℃貯藏3個月，測定麥芽品質。

1.2.2 籽粒蛋白質含量測定

大麥籽粒研磨過100目篩，準確稱取麥粉 0.5 g(精確至0.000 2)置于消化管中，在通風櫥中，消化管中加入濃硫酸10 mL，于消煮爐中 400 ℃消解90 min；樣品冷卻后，利用FOSS凱氏定氮儀測定全氮含量，氮含量乘轉換系數即為蛋白質含量[13]。

1.2.3 大麥麥芽品質測定

稱過1.7 mm篩大麥籽粒300 g，利用微型制麥系統(tǒng)參照汪軍妹等[14]方法制麥。麥芽烘干后去除麥根，稱取50 g置于脆度計中測定脆度，其余樣品使用Miag DLFU盤式粉碎機(盤間距為0.2 mm)研磨成粉，保存于4 ℃冰箱。根據EBC(歐洲啤酒釀造協(xié)會)通用分析方法測定α-氨基氮含量、浸出率、庫爾巴哈值及糖化力。

1.3 數據統(tǒng)計分析

試驗數據采用Excel和Spss 25.0進行統(tǒng)計分析與圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 氮、鉀肥配施對揚農啤7號產量及其構成因素的影響

由表1可知，年份和氮肥運籌對揚農啤7號的穗數、穗粒數、千粒重和產量均有極顯著影響(P<0.01)；鉀肥水平對揚農啤7號的穗粒數有顯著影響(P<0.05)，對產量有極顯著影響；氮肥運籌與鉀肥水平交互作用對揚農啤7號的產量及其構成因素均無顯著影響。

表1 不同氮、鉀肥處理揚農啤7號的產量及其構成因素

施用氮、鉀肥均可增加揚農啤7號產量；其中，施用氮肥處理的產量均顯著高于對照N0，鉀肥對產量的影響程度則因年份和氮水平不同而不同。相同鉀肥水平下，隨氮肥施用量增加，揚農啤7號產量呈顯著增加趨勢；相同氮肥水平下，揚農啤7號產量隨鉀肥施用量的增加而增加(2017—2018年度的N2K1和2018—2019年度的N3K1除外)，增產幅度與氮肥水平有關。穗數和穗粒數對氮、鉀肥的響應與產量表現趨勢基本一致。兩個年度千粒重與氮肥水平的相關性相反，2017—2018年度，千粒重隨氮肥施用量的增加而逐漸下降，2018-2019年度，千粒重隨氮肥施用量的增加而逐漸增加，這是因為2017-2018高氮條件下出現了倒伏。K肥施用量對千粒重無顯著影響。

2.2 氮、鉀肥配施對揚農啤7號籽粒蛋白質含量的影響

由圖1可知，同一鉀肥水平下，揚農啤7號籽粒蛋白質含量隨氮肥施用量增加而增加，N2和N3處理顯著高于N0處理；同一氮水平下，揚農啤7號籽粒蛋白質含量隨鉀肥施用量的增加而增加，僅在N2處理下有顯著差異。氮、鉀肥配施對籽粒蛋白質含量的影響程度因試驗年份不同而異。

圖柱上不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

2.3 籽粒蛋白質含量與產量及其構成要素的相關性

由表2可知，2017—2018年度，揚農啤7號的籽粒蛋白質含量與千粒重呈極顯著負相關(P<0.01)，與穗粒數顯著正相關(P<0.05)，與穗數和產量極顯著正相關；2018—2019年度，籽粒蛋白質含量與產量、穗粒數及千粒重均呈極顯著正相關。

表2 籽粒蛋白質含量與產量及其構成要素的相關系數

2.4 氮、鉀肥配施對揚農啤7號麥芽品質的影響

由表3可知，年份對麥芽脆度和α-氨基氮含量影響不顯著，對庫爾巴哈值影響顯著，對糖化力和浸出率有極顯著影響。氮肥運籌對5個麥芽品質性狀均有極顯著影響。鉀肥施用量對α-氨基氮和糖化力有極顯著影響，對其余3個麥芽品質的影響不顯著。氮、鉀肥互作對麥芽脆度、α-氨基氮含量和糖化力3個麥芽品質性狀有顯著或極顯著影響，對浸出率和庫爾巴哈值無顯著影響。相同鉀肥水平下，隨氮肥水平的增加，麥芽的α-氨基氮含量、糖化力整體呈逐漸增加趨勢，而麥芽脆度、浸出率和庫爾巴哈值3性狀呈降低趨勢。相同氮肥水平下，鉀肥施用量對麥芽品質性狀的影響不規(guī)律。

表3 不同氮鉀肥處理揚農啤7號的麥芽品質

2.5 麥芽品質與產量及其構成要素的相關性

由表4可知，2017—2018年度，籽粒千粒重與麥芽α-氨基氮含量及糖化力呈極顯著性負相關，與浸出率及庫爾巴哈值呈極顯著性正相關；2018—2019年度，千粒重與麥芽品質性狀間的相關性恰好與2017-2018年度相反。兩年度籽粒產量、穗數及穗粒數與麥芽α-氨基氮含量及糖化力均呈極顯著性正相關，與麥芽浸出率及庫爾巴哈值均呈極顯著性負相關。

表4 麥芽品質與產量及其構成間的相關系數

3 討 論

3.1 氮、鉀配施對揚農啤7號產量及其構成因素的影響

倪艷云[15]研究認為，氮肥施用量為0～270 kg·hm-2，大麥產量隨氮肥施用量的增加而增加；一定氮肥水平下，磷、鉀肥配施可提高氮肥的利用效率，高產通過穗數、穗粒數、千粒重協(xié)調提高實現。McKenzie等[16]研究認為，在一定范圍內，隨氮肥施用量的增加，大麥產量呈先上升后下降的趨勢；黃繼榮等[17]研究認為，增施鉀肥可顯著提高大麥有效穗數和千粒重，產量增幅因品種與鉀肥用量而異。本研究條件下，施用氮肥對揚農啤7號均具有顯著增產效果，氮肥的增產效果大于鉀肥的增產效果，這與前人結果一致。氮、鉀肥對揚農啤7號的增產效果主要源自穗數和穗粒數的增加。千粒重在兩年份表現相反，千粒重的形成受群體的大小、穗粒數及生育后期的肥水協(xié)調性等因素影響，群體過大、灌漿后期雨水過多或過分干旱均可能導致千粒重下降。本研究中，2017—2018年度的千粒重隨氮肥用量下降，是由于群體過大和倒伏引起的；2018-2019年度，群體總體適中，后期肥水協(xié)調，千粒重隨氮肥用量增加而增加。方差分析結果表明，氮、鉀肥互作對揚農啤7號產量及其構成要素的影響不顯著，與蔡 劍等[5]、李 靜等[18]的研究結論不一致，這可能與揚農啤7號需肥特性及試點土壤鉀含量豐富有關。

3.2 氮、鉀配施對揚農啤7號籽粒蛋白質含量及麥芽品質的影響

籽粒蛋白質含量是影響麥芽品質的重要因素之一，啤酒原料要求籽粒蛋白質含量適中，蛋白質含量太高，會降低麥芽浸出率等性狀，影響啤酒的產出率和生產效益；蛋白質含量偏低，麥芽的糖化力等性狀偏低，影響啤酒適口性及產量等。趙檀方等[19]研究指出，氮肥施用量及氮肥比例后移可提高啤酒大麥籽粒蛋白含量。賴麗芳等[20]研究認為，在固定N、P及微量元素的條件下，隨鉀肥施用量的增加，大麥籽粒蛋白含量顯著下降。歐洲釀造協(xié)會要求啤酒大麥籽粒蛋白質含量不高于 11.5%，一般優(yōu)質啤酒大麥要求蛋白質含量在9%～12%[12-13]。本研究表明，增施氮、鉀肥可顯著提高大麥籽粒蛋白含量。當氮肥施用量增加至N3水平，籽粒蛋白含量超過12%，超過優(yōu)質啤酒大麥籽粒蛋白含量標準；N1水平，籽粒蛋白含量略低，不利于麥芽品質的提高；N2水平籽粒蛋白含量居中，以N2K2處理籽粒蛋白含量最適，與N2K1處理間差異不顯著，均較符合優(yōu)質啤酒大麥釀造標準。因此，揚農啤7號優(yōu)質啤酒大麥原料生產應控制在N2及K1或K2水平。從兩年同樣氮、鉀處理的麥芽品質比較來看，麥芽α-氨基氮含量和庫爾巴哈值兩個指標差異不大，但2017-2018年度麥芽浸出率高于2018-2019年度麥芽浸出率，2017-2018年度麥芽糖化力高于2018-2019年度，這與2017-2018年度大麥籽粒的千粒重高、蛋白質含量低有關。

大麥麥芽品質受多個麥芽品質指標共同調控。有關氮、鉀肥對大麥麥芽品質的影響，不同學者得出的結論各不同。魏 丹[21]研究表明，氮肥分期施用及控氮增磷和鉀可調控啤酒大麥品質，使其達到優(yōu)質標準。Edney等[22]認為，麥芽糖化力隨氮肥施用量的增加而升高，但庫爾巴哈值隨氮肥施用量的增加而降低。潘永東等[23]研究認為，隨氮肥施用量的增加，麥芽浸出率升高，氮肥施用量增至180 kg·hm-2，浸出率最大，糖化時間最短，氮肥繼續(xù)增加，浸出率下降。戴同廣等[11]研究指出，鉀肥對麥芽浸出率、庫爾巴哈值影響較為顯著，對糖化力、α-淀粉酶影響較小。本研究認為，氮肥對麥芽品質的調控作用顯著大于鉀肥的調控作用，隨氮肥施用量的增加，麥芽α-氨基氮含量、糖化力呈逐漸上升趨勢，麥芽脆度、浸出率、庫爾巴哈值呈逐漸下降趨勢。相同氮肥水平下，隨鉀肥施用量的增加，α-氨基氮含量與糖化力呈逐漸上升趨勢，其余品質性狀對鉀肥處理不敏感。氮、鉀肥配施對麥芽α-氨基氮含量、糖化力具有極顯著的正交互作用。啤酒麥芽行業(yè)標準(QB/1686-2008)規(guī)定，二級麥芽糖化力含量≥220 WK，一級麥芽糖化力含量≥240 WK,優(yōu)級麥芽糖化力≥260WK(QB/1686-2008)。當氮、鉀肥施用量在N2K2水平時，揚農啤7號麥芽糖化力>220WK，達到二級啤酒麥芽糖化力質量標準，麥芽α-氨基氮和庫爾巴哈值均達到優(yōu)質啤酒麥芽質量標準。