海拔对啤酒大麦产量和品质的影响

孟亚雄,赵向田,马小乐,李葆春,杨 轲 ,石 菁,汪军成 ,任盼荣,王育才,张海娟,王化俊

(1.甘肃省干旱生境作物学重点实验室/甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室,甘肃兰州 730070；2.甘肃农业大学农学院,甘肃兰州 730070; 3.甘肃农业大学生命科学技术学院，甘肃兰州 730070)



海拔对啤酒大麦产量和品质的影响

孟亚雄1,2,赵向田1,2,马小乐1,2,李葆春1,3,杨 轲1,2,石 菁1,2,汪军成1,2,任盼荣1,2,王育才1,2,张海娟1,2,王化俊1,2

(1.甘肃省干旱生境作物学重点实验室/甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室,甘肃兰州 730070；2.甘肃农业大学农学院,甘肃兰州 730070; 3.甘肃农业大学生命科学技术学院，甘肃兰州 730070)

为丰富大麦立体栽培理论，更好地推动高海拔地区大麦的生产，通过不同海拔种植大麦试验，分析了海拔对大麦农艺性状、品质及产量的影响。结果显示，随海拔升高大麦生育期显著延长，株高显著增高，千粒重增大，籽粒发芽率和蛋白质含量显著降低，麦芽浸出物和库尔巴哈值先升高后降低，可溶性氮先降低再升高；海拔对产量也有明显影响，在试验区内产量随海拔升高呈现先升高后降低的趋势。海拔对两个大麦品种的产量和品质的效应相同。因此，生产上应因地制宜，发挥区域优势，重视海拔对大麦品质的调控作用，以改善大麦的品质。

产量；品质；海拔；大麦

海拔是影响作物产量和品质的一个非常重要的环境因子[1]。随着海拔高度的增加，太阳辐射强度增加，紫外线照射强烈，气温逐渐降低，降水量和降水频率受到影响，从而使作物的生长发育受到影响，并最终影响其产量和品质[1-3]。20世纪60年代，丁 颖等[4]提出将海拔作为作物生态区划分的重要环境因子。张谊光等[5]对中国不同气候生态型水稻品种种植上限及其温度条件进行了比较系统的研究。科研工作者就海拔对作物产量和品质的影响进行了大量研究，但由于研究地域及采取的方法各异，所得出结论也不尽相同[6]。罗学刚等[7]就海拔对水稻生产的影响研究发现，水稻的生育期随海拔的升高而线性上升，但所需的积温相对比较稳定，不受地域和播期的影响。袁继超等[8]在海拔540～1 800 m范围内进行的多点分期播种试验发现，水稻的播抽期和全生育期与种植地的海拔和纬度呈线性正相关，而水稻播种至抽穗所经历的天数及其所需要的有效积温在不同种植地点和播期之间存在较大的不稳定性，播抽期所需有效积温与海拔和纬度呈二次函数关系，播抽期所需有效积温随海拔的升高先增后减，中海拔地区(1 200～1 300 m)需要的有效积温最多。顾 明[9]通过栽培试验就海拔对水稻生长发育的影响进行了研究，结果显示，随着海拔升高和日平均温度的降低，水稻全生育期会延长，分蘖期推迟，分蘖率低。刘淑云等[10]系统分析了海拔对玉米籽粒品质的影响，结果发现随海拔升高，籽粒蛋白质和赖氨酸含量提高，淀粉含量和可溶性糖含量降低，不同品种表现相对稳定；随海拔升高，灌浆期延迟，株高和茎粗减小。

大麦(HordeumvulgareL.)是一种重要的粮食与经济作物，在我国西南与西北的高海拔地区有大量种植，但目前有关海拔对啤酒大麦产量与品质的影响鲜有报道。本研究在甘肃省永昌县5个不同海拔地区对甘肃主栽啤酒大麦品种甘啤4号、甘啤6号进行种植试验，拟探明不同海拔对啤酒大麦产量及品质的影响，为啤酒大麦最佳生产区域布局及不同海拔地区啤酒大麦优质高产品种的选育提供参考依据。

1　材料与方法

1.1试验材料与试点概况

参试材料为啤酒大麦甘啤4号和甘啤6号。试验于2012、2013、2014年分别在甘肃省永昌县朱王堡镇、河西堡镇、东寨镇、红山窑镇、新城子镇进行，试点基本情况见表1。5个不同海拔试点均处于甘肃河西走廊中段，属冷温带干旱区，是典型的大陆性气候，日照充足，干旱少雨，春季多风沙，夏季有干热风。多年平均降水量220 mm左右(试验年份间年降雨量基本一致)，降水年际变化不大，但季节变化较大，主要集中在7、8、9月份；而冬春季较干旱，该段时间的降雨量不能满足作物对水分的需求；年蒸发量2 400 mm。

1.2试验设计

试验为2因素随机区组试验，A因素为海拔，分别为A1(1 482 m)、A2(1 714 m)、A3(2 030 m)、A4(2 220 m)、A5(2 521 m)。B因素为品种，分别为B1(甘啤4号)、B2(甘啤6号)。 每个处理3次重复，小区面积10 m2(5 m×2 m)，行距0.25 m。基施尿素75 kg·hm-2、磷二铵300 kg·hm-2。播量为525万粒·hm-2， 栽培措施及管理与当地大田相同，田间记载与考种按统一标准执行。

表1　试验点概况Table 1　Overview of experimental sites

1.3测定项目与方法

收获前每小区随机选择2行，每行取样10株进行考种，测定株高、穗长、穗粒数和千粒重等。每小区单收、单脱、单计产。收获后测定每个小区的啤酒大麦籽粒蛋白质含量、浸出物、库尔巴哈值。籽粒蛋白质含量用美国产FOSS-370型近红外线谷物分析仪测定。水分、浸出物和库尔巴哈值参照啤酒麦芽QB/1686-93标准，分别通过烘干恒重法、比重换算法和凯氏定氮法进行测定。

1.4数据处理

采用Excel 2007和SPSS 19.0进行数据整理、方差分析及显著性检验(Duncan’s test)。

2　结果与分析

2.1海拔对啤酒大麦主要农艺性状及产量的影响

由表2可知，随着海拔的升高大麦的生育期显著延长。在1 482 m时，啤酒大麦甘啤4号和甘啤6号的生育期最短，均为106 d，在2 512 m 时生育期最长，分别为127 d、126 d，分别延长了21 d与20 d。株高随着海拔的升高而显著增高。其中，甘啤4号的株高由低海拔时的64.0 cm提高到高海拔时的85.9 cm，甘啤6号的株高由低海拔时的86.1 cm提高到高海拔时的94.0 cm。海拔对穗长的影响不显著，但品种与海拔的互作效应对穗长影响显著，甘啤6号在海拔2 512 m时穗长最长，为8.57 cm。海拔对穗粒数有显著影响，其中以甘啤6号在海拔1 482 m时穗粒数最多，为22.7。海拔对千粒重影响极显著，海拔在2 220 m时啤酒大麦的千粒重最高，甘啤4号的千粒重为49.73 g，甘啤6号的千粒重为50.03 g。海拔对啤酒大麦的产量具有显著的影响，海拔为2 030 m时产量达最高水平，在5个海拔高度下，甘啤4号产量在8 014.95～8 188.95 kg·hm-2之间，甘啤6号产量在8 200.95～8 383.95 kg·hm-2之间，甘啤6号产量总体略高于甘啤4号。

2.2海拔对啤酒大麦籽粒及麦芽品质的影响

2.2.1对蛋白质含量的影响

由如图1A可知，不同海拔大麦籽粒中蛋白质含量在品种间的变化趋势相同，甘啤4号和甘啤6号籽粒蛋白质含量总体随海拔的升高而呈下降趋势。显著性检验显示，海拔对啤酒大麦籽粒蛋白质含量的影响达显著水平(P<0.05)。甘啤6号和甘啤4号的籽粒蛋白质含量均在海拔1 482 m处最高，分别为13.3%、13.8%；在海拔2 521 m 地区最低，分别为11.6%和12.08%。

表2　不同海拔下啤酒大麦的综合农艺性状及产量Table 2　Comprehensive agronomic traits and yield of malting barley under different altitude

数值后不同小写字母表示处理间差异在5%水平显著；*和**分别表示5%、1%水平相关显著。

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对发芽率的影响

如图1B所示，甘啤4号和甘啤6号发芽率均随海拔的升高而降低，方差分析表明，海拔对甘啤4号和甘啤6号的发芽率影响均达极显著水平(P<0.01)。甘啤4号萌发率由低海拔(1 482 m)时的100%下降到高海拔(2 512 m)时的78.52%，下降幅度为21.75%；甘啤6号发芽率也下降明显，下降幅度为24.44%。

2.2.3对籽粒整齐度的影响

海拔对啤酒大麦籽粒的整齐度有显著影响，当海拔2 030 m时，甘啤4号和甘啤6号籽粒的整齐度最高；在1 482 m时，甘啤6号和甘啤4号的整齐度均较差(图1C)。

2.2.4对麦芽浸出物的影响

海拔对啤酒大麦麦芽浸出物具有显著影响(图1D)，甘啤4号与甘啤6号的麦芽浸出物均随着海拔的升高先升高后降低，其中甘啤4号在海拔2 030 m时达到最大，甘啤6号在1 714 m时最大。

2.2.5对可溶性氮和库尔巴哈值的影响

由图1E可知，甘啤4号和甘啤6号的可溶性氮均随海拔高度的升高先降低后升高，其中在海拔2 030 m时，甘啤4号和甘啤6号的可溶性氮均最低，而在海拔2 512 m时，其可溶性氮最高。由图1F可知，海拔对大麦的库尔巴哈值有明显的影响，随着海拔升高甘啤4号和甘啤6号的库尔把哈值均呈先升高后降低的趋势，其中甘啤4号的库尔巴哈值在2 030 m时最高，甘啤6号的库尔巴哈值在海拔1 714 m时最高。

图柱上不同字母表示相同品种不同处理间差异显著(P<0.05)。

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

图1海拔对啤酒大麦蛋白质含量(A)、发芽率(B)、整齐度(C)、浸出物(D)、可溶性氮(E)和库尔巴哈值(F)的影响

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　讨 论

3.1海拔对大麦农艺性状和产量的影响

作物的生长发育及产量与种植海拔高度有着密切关系。王泰伦等[11]研究表明，水稻植株高度会随海拔上升而趋向矮化，主茎叶片也趋向短而窄。本研究中，大麦的株高随着海拔的升高而增高，这可能与作物种类及种植环境有关。

大麦是长日照喜温作物，不同生育阶段对温度、光照条件都有一定的要求。大麦要求播种出苗期的日平均气温在10 ℃以上。海拔越高，春季稳定通过10 ℃的初日相应推迟，海拔高度每上升100 m，春季稳定通过10 ℃的初日将推迟3～5 d[6,12]。由于海拔高度不同，温度、光照等生态条件存在差异，作物的生长发育受到不同程度影响[13-14]，因而产量和农艺形状也存在较大的差异。本研究中，大麦产量在5个试验区随着海拔的升高呈现先升高后降低的趋势，其中在2 030 m时甘啤6号和甘啤4号的产量均最高。随着海拔的升高温度降低，因而延缓了作物的营养生长及生殖生长，导致大麦的生育期延长；营养生长期的延长造成大麦株高的增高。本研究结果显示随着海拔的升高大麦的生育期延长，株高和千粒重增加；海拔对穗长的影响不显著，对穗粒数影响显著，海拔较低时，穗粒数较多；海拔对产量的影响达显著水平。

3.2海拔对大麦品质的影响

海拔对大麦品质也会产生较大的影响。本试验发现随海拔高度增加，大麦籽粒千粒重增加，而蛋白质含量和发芽率降低；大麦麦芽浸出物和库尔巴哈值则呈先升高后降低的趋势。由于大麦的生长发育及籽粒的形成和干物质的积累都受光照和气温的直接影响，5个试验区的光照和温度差异造成了各个点大麦品质的差别。刘淑云等[10]研究发现，随海拔高度增加，玉米籽粒蛋白质和赖氨酸含量提高，淀粉和可溶性糖含量降低，品种表现相对稳定；海拔对玉米籽粒品质具有良好的调控作用。向远鸿等[15]采用灰色关联度分析法分析了不同海拔高度下稻米品质总体的变化趋势，结果表明在500～1 000 m范围内，海拔影响稻米品质的综合水平，其影响程度因品种而异，米质越好的品种随海拔升高改善幅度越大。刘家富等[16]发现随海拔升高，籼稻和粳稻稻谷的粗蛋白含量增加。周广洽等[17]指出，海拔800 m以内稻米蛋白质含量随海拔的升高而增加，但超过800 m后则呈下降趋势。朱振华等[18]认为，海拔对作物生长的影响与基因型有一定的关系，随海拔升高强耐冷性品种的变化相对较稳定，但弱耐冷性品种的蒸煮品质则呈明显变劣趋势，强耐冷性品种稻米的淀粉RVA谱特性受海拔变化的影响较弱耐冷性品种小，随种植海拔的升高，弱耐冷性品种的消减值明显增大，峰值黏度和崩解值显著减小，而强耐冷品种的峰值黏度和崩解值呈先降后升趋势，消减值的变化则表现先升后降趋势。许 静等[19]对温度和海拔对高寒草甸植物种子萌发的进化特性的影响进行了研究，结果显示，温度极显著影响种子的萌发，高寒低温不利于种子的萌发；种子的萌发力随海拔的升高而降低[20]。Zhang等[21]研究发现温度和光照等环境条件对大麦的蛋白质含量和β-1,4葡聚糖等有显著的影响。

综上所述，海拔高度是影响啤酒大麦产量和品质的主要因素，因此要选择适合的品种及区域才能进行优质啤酒大麦生产。结合本试验，在甘肃河西走廊中段，适宜种植啤酒大麦的区域海拔应在2 200 m以下。

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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

国家自然科学基金项目(31460347); 甘肃省高校科研项目(2014B-046); 国家现代农业产业技术体系建设专项(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

网络出版时间：2016-08-31

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