氮肥用量对啤酒大麦相关农艺性状及品质的影响

赵 云，孔建平，李鹏兵，俞天胜，方伏荣，向 莉

(1.新疆农业科学院奇台麦类试验站，新疆奇台 831800；2.石河子大学农学院/新疆兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832003；3.新疆农业科学院粮食作物研究所,乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】新疆地处我国西北，其冷凉地区有大面积的山旱地、瘠薄地以及盐碱地，受积温、水分等其它条件的限制，种植小麦、玉米等粮食经济作物产量、品质并不是很好，这给种植大麦提供了一定的土地面积和发展空间[1]。近几年来，一批培育出一批优质高产的啤酒大麦新品种，其优质高产栽培技术也不断的完善并应用，使我国啤用大麦品质有所提高。但是，其品质与一些进口大麦相比较，存在差距。我国大麦与进口大麦之间品质差别主要体现在品种和微型制麦上，在质量层面主要表现在蛋白质含量、麦芽无水净出率、库尔巴哈值、糖化值等方面[2]。有研究表明，谷物产量、籽粒及麦芽品质与肥料运筹关系密切，其中氮肥是重要的影响因素之一[3]。研究提高啤酒大麦的产量与品质的栽培技术，对发展新疆啤酒大麦生产有重要意义。【前人研究进展】作物产量、籽粒品质和麦芽品质都与肥料用量关系密切，其中最具调控作用的因子就是氮素肥料，合理的施氮量是调控大麦籽粒产量和蛋白质含量的关键技术[4,5]。且有研究表明，氮肥施用量与产量呈明显的相关关系，合理使用，增产增效，过量使用，负向作用明显[6]。刘玉春等[5]认为施氮量对大麦千粒重会有显著影响，施氮量持续增加时，千粒重表现出下降趋势。申玉香等[7]研究结果表明，啤酒大麦出苗过旺、群体倒伏严重、品质与产量差，皆与氮肥使用不合理有关。赵德才等[8]研究表明，提高氮肥用量能显著增产，当超过最佳用量时，再无明显增产。当氮肥施用过多时，成苗数会明显增加，田间的透风偷光恶化，影响个体发育，穗粒数和千粒重进而达不到标准[9]。张金汕等[10]研究认为，合理的氮肥运筹水平是调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产量和籽粒蛋白质含量,但降低了籽粒饱满度[11]。国外有研究表明，蛋白质含量与氮肥用量呈正相关，粒重会随用氮量提升而增加,但氮含量过高反而不利于其灌浆[12]。Grant[13]试验结果发现，籽粒蛋白质含量的增加与氮肥用量提升密切相关。【本研究切入点】新疆近几年新育成和引进的一批新品种已成为当地主栽品种，目前与这些品种特性相配套的栽培技术研究还未见报道，还缺乏优质高产的啤酒大麦栽培技术体系。且生产出来的大麦不但产量水平低，而且籽粒蛋白质含量偏高，影响了啤酒大麦原料市场销售和麦芽生产以及啤酒的酿造质量[14]。研究氮肥用量对啤酒大麦相关农艺性状及品质的影响。【拟解决的关键问题】研究不同栽培因子(播期、播量、氮肥施用时期、氮肥施用量)对大麦籽粒产量和品质的影响，为新疆优质高产啤酒大麦栽培体系的建立提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2015年在新疆农业科学院奇台麦类试验站试验田进行，试验地距离奇台县东南方向15 km，E89°12′，N44°13，前茬作物冬小麦，土壤为黑壤土，肥力水平中等。选用4个啤酒大麦品种；甘啤4号(B1)、垦啤7号(B2)、新啤4号(B3)、新啤8号(B4)。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用裂区设计，主裂区为氮肥用量，设5个水平，分别为：0 kg/hm2(A1)、75 kg/hm2(A2)、150 kg/hm2(A3)、225 kg/hm2(A4)、300 kg/hm2(A5)，副裂区为4个品种。共20个处理，小区长2.5 m，宽2 m，面积5 m2，行距0.2 m，3次重复，密度为375×104粒/hm2，氮肥在二叶一心期一次性施入。

1.2.2 生育期调查

于大麦(播种期、出苗期、抽穗期、成熟期、收获期进行田间记载，收获时及时考种。

1.2.3 分蘖及成穗状况

定点方法参照孙正玉等[15]试验方案进行，结合奇台当地情况稍作改进。

基本苗数参照王春华[16]进行。最高茎数目参照王萌萌等[17]进行。有效穗数参照姜心禄等[18]进行。

1.2.4 农艺性状

考种项目为株高、主穗长度、结实小穗、不育小穗数、穗粒数和主穗粒重等。考种方法参照潘高峰[19]进行，并根据试验站实际情况稍作改进。

1.2.5 小区产量

小区收获。脱粒，装袋，挂牌。清选(去除石子、杂物等)，晾晒，称重。

1.2.6 蛋白质含量

各试验小区分别取样50 g用近红外分析仪进行测定，参照金丽华等[20]方法。

1.3 数据处理

数据处理采用Excel 2013和SPSS Statistics 21.0 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 氮肥用量对生育期的影响

研究表明,氮肥用量对B1、B2、B3、B4这4个品种的出苗期没有影响，对抽穗期和成熟期有一定的影响，不同氮肥的处理下，抽穗期和成熟期均推迟，全生育期明显增加。A1处理生育期最短，A5处理生育期最长，相差4 d。A2和A3处理的生育期天数一致，比A1处理延迟2 d。且4个品种的生育期天数变化规律基本一致，随着氮肥用量的增加均延长。A2与A3、A4与A5处理间的生育期天数差异不显著，但均与A1处理差异显著；B1、B2两品种差异不显著，但与B3、B4生育期天数差异显著。表1,表2

表1 不同氮肥用量对不同品种生育期比较
Table 1 Comparison of different nitrogen fertilizer application rates for different varieties

供试品种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分别代表0、75、150、225、300 kg/hm2；B1、B2、B3、B4分别代表甘啤4号、垦啤7号、新啤4号、新啤8号。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生育期天数Whole period(d)供试品种Test variety生育期天数Whole period(d)A182.00cB186.40aA283.75bB286.80aA383.75bB380.20cA485.75aB482.20bA586.25a

注：不同小写字母代表不同处理间差异达到显著水平(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 氮肥用量对啤酒大麦茎蘖动态的影响

研究表明,B1的基本苗在298.65×104～330.60×104株/hm2，最高总茎数在838.95×104～1 016.70×104株/hm2，有效穗数在511.20×104～697.20×104株/hm2，成穗率在60.93%～68.57%；B2处理的基本苗在277.80×104～320.85×104株/hm2，最高总茎数在875.10×104～1 048.2×104株/hm2，有效穗数在595.05×104～723.60×104株/hm2，成穗率在62.22%～74.79%；B3处理的基本苗在298.65×104～330.60×104株/hm2，最高总茎数在661.21×104～965.40×104株/hm2，有效穗数在491.70×104～543.12×104株/hm2，成穗率在67.18×104～73.23%；B4的最高总茎数在793.05×104～1 019.55×104株/hm2，有效穗数在570.60×104～642.60×104株/hm2，成穗率在63.03%～71.95%。且不同氮肥用量对各品种基本苗影响不大，并无明显规律。最高总茎数、有效穗数、成穗率均随着氮肥用量的增加呈现先升高再降低的变化趋势，在A4处理下各指标表现最好。表3

表3 不同氮肥施用量对啤酒大麦茎孽动态比较
Table 3 Dynamic comparison of different nitrogen fertilizer application rates on barley stems of beer barley

供试品种Test variety氮肥用量Nitrogen application基本苗Basic seedling(104株/hm2)最高总茎数Maximum total number of stems(104株/hm2)有效穗数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 不同氮肥用量间方差
Table 4 Analysis of variance between different nitrogen fertilizers

氮肥用量Nitrogen application基本苗Basic seedling(104株/hm2)最高总茎数Maximum total number of stems(104株/hm2)有效穗数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,基本苗在各处理下均无显著性差异，A3、A4、A53处理之间总茎数无显著差异，但均与A1、A2水平下差异显著。A2、A3、A4、A5各处理间有效穗数差异不显著，但均与A1处理差异显著。A2、A3、A4、A54处理间的有效穗数差异不显著。B1、B2、B3、B4品种间基本苗数无显著性差异。最高总茎数B2、B42品种间无显著性差异，均与B1、B3差异显著。B2、B3、B43品种间有效穗数无显著性差异，均与B1差异显著。表4,表5

表5 不同品种间方差
Table 5 Analysis of variance between different varieties

供试品种Test variety基本苗Basic seedling(104株/hm2)最高总茎数Maximum total number of stems(104株/hm2)有效穗数Effective number of spikes(104株/hm2)B1303.96a916.05b598.08bB2299.73a983.04a666.54aB3321.93a823.98c581.43bB4312.27a922.56ab616.20b

2.3 氮肥用量对主要农艺性状影响

研究表明,B1株高在68.00～76.50 cm，穗长在8.70`9.28 cm，主穗粒数在23.30～25.00粒，千粒重在50.10～51.50 g；B2的株高在71.00～82.50 cm，穗长在8.15～9.15 cm，主穗粒数在23.80～25.30粒，千粒重在48.20～49.80 g；B3的株高在76.50～78.5 cm，穗长在8.85～9.25 cm，主穗粒数在24.50～25.80粒，千粒重在46.90～48.00 g；B4的株高72.50～75.00 cm，穗长在7.60～8.25 cm，主穗粒数在22.90～24.40粒，千粒重在47.8～48.7 g。且随着氮肥用量的增加，株高逐渐增高，穗长、主穗粒数、千粒重变化规律基本一致，但在A4处理下，各指标表现最优。表6

表6 不同品种在不同氮肥施用量下农艺性状比较
Table 6 Comparison of agronomic traits of different varieties under different nitrogen fertilizer application rates

供试品种Test variety氮肥用量Nitrogen application株高Plant height(cm)穗长Spike length(cm)主穗粒数Number of main spikes(粒)平均穗粒数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处理间株高无显著性差异，但与A1处理间差异显著。A1、A2、A3、A4、A5各处理间穗长差异显著。A2、A3、A5处理间主穗粒数均无显著性差异，但与A1、A4处理差异显著。千粒重A1、A2、A3处理间差异不显著，A4、A5处理间亦不显著，但A4、A5两处理与A1、A2、A3处理差异显著。B1、B2、B3、B4各品种间株高均无显著性差异。B1、B2、B33品种间穗长差异不显著，但均与B4差异显著。B1、B4品种间主穗粒数无显著性差异，但均与B2、B3差异显著。千粒重B1、B2、B3、B44品种间差异显著。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)穗长Spike length(cm)主穗粒数Number of main spikes(粒)平均穗粒数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 不同品种间方差
Table 8 Analysis of variance between different varieties

供试品种Test variety株高Plant height(cm)穗长Spike length(cm)主穗粒数Number of main spikes(粒)平均穗粒数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 氮肥用量对产量和蛋白质含量影响

研究表明, B1产量在5 686.95～7 347.03 kg/hm2，蛋白质含量在12.00%～14.30%；B2产量6 180.31～7 673.72 kg/hm2，蛋白质含量11.60%～13.80%；B3产量在6 420.32～7 173.69 kg/hm2，蛋白质含量在10.90%～13.40%；B4产量在6 493.66～7 433.71 kg/hm2，蛋白质含量在10.60%～13.10%。且随着氮肥用量的增加，产量呈现出先升再降的变化趋势，A1、A2两处理无显著性差异，A3、A4、A5处理间无显著性差异，但与A1、A2差异显著，且在A4处理下产量最高。蛋白质含量则随氮肥增加逐渐增加。A1、A2、A3处理间蛋白质含量差异不显著， A4、A5处理间亦无显著性差异。表9

研究表明,在A1处理下，产量在5 686.95～6 493.66 kg/hm2，B4最高，B1最低；蛋白质含量在10.60%～12.00%，B1最高，B4最低；且产量B2、B3、B4间差异不显著，均与B1差异显著；蛋白质含量亦表现出相同规律。在A2处理下，产量在6 153.64～6 813.67 kg/hm2，B2最高，B1最低；蛋白质含量在10.80%～12.10%，B1最高，B4最低。且产量B2、B3、B4间无显著性差异，但B1与其他品种差异显著；蛋白质含量亦表现出相同规律。在A3处理下，产量在6 600.33～7 427.04 kg/hm2，B2最高，B1最低；蛋白质含量在11.40%～12.80%，B1最高，B4最低；产量B1仅与B2差异显著，其他品种间均无显著性差异；蛋白质含量B4与B1、B2、B3差异显著。在A4处理下，产量在6 887.01～7 673.72 kg/hm2，B2最高，B1最低；蛋白质含量在12.60%～13.70%，B1最高，B4最低；产量B1仅与B2差异显著，B2与B1、B3差异显著；蛋白质含量仅B4与B1差异显著。在A5处理下，产量在7 107.02～7 433.71 kg/hm2，B2最高，B3最低；蛋白质含量在13.10%～14.30%，B1最高，B4最低；产量和蛋白各品种间差异不显著。表10

表9 不同氮肥用量下产量和蛋白质含量比较
Table 9 Comparison of yield and protein content under different nitrogen fertilizer dosages

供试品种Test variety氮肥用量Nitrogen application产量Yield(kg/hm2)蛋白质含量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 讨 论

啤酒大麦的品质好坏除受到品种固有遗传因素的影响，还受到一些栽培措施的影响，其中氮肥施用量是栽培措施中至关重要的因素之一，其不仅影响啤酒大麦的产量，而且影响籽粒品质[21]。有研究表明，增施少量氮肥对抽穗期和成熟期几乎没有影响,但其生育期变短,随着氮肥施用量的增加，抽穗期、成熟期均推迟[22]。试验采用4个品种，亦得出相同结论。乔玉强等[23]提出，从茎蘖动态变化来看，氮肥施用量对基本苗差异不明显，但对最高总茎数和有效穗数差异明显。个体间分蘖的增多，群体更加密集，产量明显提升， 与增施氮肥存在一定关系， 但是当含氮量过高时, 群体过密， 灌浆期易发生倒伏,产量必然受到影响[24]。研究表明，不同氮肥水平下基本苗数没有变化，最高总茎数、有效穗数、分蘖成穗率呈现出先升再降的趋势，且在A4水平下，各指标表现最好，这与前人研究结果基本一致。氮肥通过影响大麦产量构成因子进而影响其产量[25]。周国勤等[26]得出结论，从产量结构来看，不同氮肥处理水平，其株高、穗长随氮肥变化而变化，但对千粒重无显著影响。合理施用氮肥产量其产量显著提高，当达到饱和以后，在增施产量不再上升[27]。试验亦得出，随着氮肥施用量的增加，株高升高，而穗长、主穗粒数、千粒重没有一致的变化规律，但均在A4处理下，产量三要素表现最好。有研究从产量和蛋白质层面得出结论，认为氮肥用量与产量和蛋白质呈正相关[28,29]。试验亦得出同样结论，产量随着氮肥用量的增加逐渐增加，A1与A2、A3、A4、A5处理的产量差异达到显著水平，A3、A4、A5处理之间的产量差异不显著；同一水平下B1仅与B2、B3、 B4产量性状差异达到显著水平，B2、B3、B4之间产量无显著差异；随着氮肥施用量的增加蛋白质含量逐渐增加，A1与A2、A3、A4、A5处理的蛋白质含量差异显著, A4与A5处理差异不显著；B1与B2、B3、B4蛋白质含量差异显著，B3与B4蛋白质含量差异不显著。增施氮肥虽能增产增效，改善产量结构，但是会改变籽粒品质[30]。曾有研究提出，合理施用氮肥其产量显著提高[31]，当达到饱和以后，增产不再明显。研究亦得出同样结论。

表10 不同品种间产量和蛋白质含量比较
Table 10 Comparison of yield and protein content among different varieties

氮肥用量Nitrogen application供试品种Test variety产量Yield(kg/hm2)蛋白质含量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 结 论

啤酒大麦的产量和品质与肥料运筹有密切关系，而氮肥是最重要的元素之一。在合适的氮肥用量水平下，群体和个体之间才能相互协调发展。只有合理施用氮肥，才能形成合理的群体结构而取得高产，良好的品质。随着氮肥用量的增加，对4个品种的出苗期无太大影响，抽穗期、成熟期均向后推迟，当氮肥量达到225 kg/hm2时，趋于稳定。每个品种生育期天数变化规律基本一致，与氮肥用量呈正相关关系，表现出随着氮肥用量增多，生育期越长的规律，但当氮肥用量达到225 kg/hm2时，其生育期不在增长。基本苗差异不明显，最高总茎数和有效穗数呈先升高再降低，最后缓慢升高的趋势，在225 kg/hm2处理下的表现较其他水平略好。各品种的穗长、主穗粒数、千粒重在不同氮肥水平下差异不大，在225 kg/hm2处理水平下穗长达到最长。随着氮肥用量的增加产量和蛋白质含量逐渐增加，在300 kg/hm2处理下，蛋白质含量最高，产量在225 kg/hm2表现最好。在实际生产中为了提高产量和品质，氮肥用量应控制在225 kg/hm2。