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(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,甘肅蘭州 730070; 3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅蘭州 730070)

?

海拔對(duì)啤酒大麥產(chǎn)量和品質(zhì)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(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,甘肅蘭州 730070; 3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅蘭州 730070)

為豐富大麥立體栽培理論，更好地推動(dòng)高海拔地區(qū)大麥的生產(chǎn)，通過不同海拔種植大麥試驗(yàn)，分析了海拔對(duì)大麥農(nóng)藝性狀、品質(zhì)及產(chǎn)量的影響。結(jié)果顯示，隨海拔升高大麥生育期顯著延長(zhǎng)，株高顯著增高，千粒重增大，籽粒發(fā)芽率和蛋白質(zhì)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(duì)產(chǎn)量也有明顯影響，在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)產(chǎn)量隨海拔升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。海拔對(duì)兩個(gè)大麥品種的產(chǎn)量和品質(zhì)的效應(yīng)相同。因此，生產(chǎn)上應(yīng)因地制宜，發(fā)揮區(qū)域優(yōu)勢(shì)，重視海拔對(duì)大麥品質(zhì)的調(diào)控作用，以改善大麥的品質(zhì)。

產(chǎn)量；品質(zhì)；海拔；大麥

海拔是影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的一個(gè)非常重要的環(huán)境因子[1]。隨著海拔高度的增加，太陽輻射強(qiáng)度增加，紫外線照射強(qiáng)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(zhǎng)發(fā)育受到影響，并最終影響其產(chǎn)量和品質(zhì)[1-3]。20世紀(jì)60年代，丁 穎等[4]提出將海拔作為作物生態(tài)區(qū)劃分的重要環(huán)境因子。張誼光等[5]對(duì)中國(guó)不同氣候生態(tài)型水稻品種種植上限及其溫度條件進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究。科研工作者就海拔對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響進(jìn)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(jié)論也不盡相同[6]。羅學(xué)剛等[7]就海拔對(duì)水稻生產(chǎn)的影響研究發(fā)現(xiàn)，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(duì)比較穩(wěn)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(nèi)進(jìn)行的多點(diǎn)分期播種試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，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(guān)，而水稻播種至抽穗所經(jīng)歷的天數(shù)及其所需要的有效積溫在不同種植地點(diǎn)和播期之間存在較大的不穩(wěn)定性，播抽期所需有效積溫與海拔和緯度呈二次函數(shù)關(guān)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(qū)(1 200～1 300 m)需要的有效積溫最多。顧 明[9]通過栽培試驗(yàn)就海拔對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響進(jìn)行了研究，結(jié)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(huì)延長(zhǎng)，分蘗期推遲，分蘗率低。劉淑云等[10]系統(tǒng)分析了海拔對(duì)玉米籽粒品質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨海拔升高，籽粒蛋白質(zhì)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(xiàn)相對(duì)穩(wěn)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(jīng)濟(jì)作物，在我國(guó)西南與西北的高海拔地區(qū)有大量種植，但目前有關(guān)海拔對(duì)啤酒大麥產(chǎn)量與品質(zhì)的影響鮮有報(bào)道。本研究在甘肅省永昌縣5個(gè)不同海拔地區(qū)對(duì)甘肅主栽啤酒大麥品種甘啤4號(hào)、甘啤6號(hào)進(jìn)行種植試驗(yàn)，擬探明不同海拔對(duì)啤酒大麥產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，為啤酒大麥最佳生產(chǎn)區(qū)域布局及不同海拔地區(qū)啤酒大麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)品種的選育提供參考依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料與試點(diǎn)概況

參試材料為啤酒大麥甘啤4號(hào)和甘啤6號(hào)。試驗(yàn)于2012、2013、2014年分別在甘肅省永昌縣朱王堡鎮(zhèn)、河西堡鎮(zhèn)、東寨鎮(zhèn)、紅山窯鎮(zhèn)、新城子鎮(zhèn)進(jìn)行，試點(diǎn)基本情況見表1。5個(gè)不同海拔試點(diǎn)均處于甘肅河西走廊中段，屬冷溫帶干旱區(qū)，是典型的大陸性氣候，日照充足，干旱少雨，春季多風(fēng)沙，夏季有干熱風(fēng)。多年平均降水量220 mm左右(試驗(yàn)?zāi)攴蓍g年降雨量基本一致)，降水年際變化不大，但季節(jié)變化較大，主要集中在7、8、9月份；而冬春季較干旱，該段時(shí)間的降雨量不能滿足作物對(duì)水分的需求；年蒸發(fā)量2 400 mm。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為2因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，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(hào))、B2(甘啤6號(hào))。 每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積10 m2(5 m×2 m)，行距0.25 m?；┠蛩?5 kg·hm-2、磷二銨300 kg·hm-2。播量為525萬?！m-2， 栽培措施及管理與當(dāng)?shù)卮筇锵嗤?，田間記載與考種按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

表1　試驗(yàn)點(diǎn)概況Table 1　Overview of experimental sites

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

收獲前每小區(qū)隨機(jī)選擇2行，每行取樣10株進(jìn)行考種，測(cè)定株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)和千粒重等。每小區(qū)單收、單脫、單計(jì)產(chǎn)。收獲后測(cè)定每個(gè)小區(qū)的啤酒大麥籽粒蛋白質(zhì)含量、浸出物、庫爾巴哈值。籽粒蛋白質(zhì)含量用美國(guó)產(chǎn)FOSS-370型近紅外線谷物分析儀測(cè)定。水分、浸出物和庫爾巴哈值參照啤酒麥芽QB/1686-93標(biāo)準(zhǔn)，分別通過烘干恒重法、比重?fù)Q算法和凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)定。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007和SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、方差分析及顯著性檢驗(yàn)(Duncan’s test)。

2　結(jié)果與分析

2.1海拔對(duì)啤酒大麥主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)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(zhǎng)。在1 482 m時(shí)，啤酒大麥甘啤4號(hào)和甘啤6號(hào)的生育期最短，均為106 d，在2 512 m 時(shí)生育期最長(zhǎng)，分別為127 d、126 d，分別延長(zhǎng)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(hào)的株高由低海拔時(shí)的64.0 cm提高到高海拔時(shí)的85.9 cm，甘啤6號(hào)的株高由低海拔時(shí)的86.1 cm提高到高海拔時(shí)的94.0 cm。海拔對(duì)穗長(zhǎng)的影響不顯著，但品種與海拔的互作效應(yīng)對(duì)穗長(zhǎng)影響顯著，甘啤6號(hào)在海拔2 512 m時(shí)穗長(zhǎng)最長(zhǎng)，為8.57 cm。海拔對(duì)穗粒數(shù)有顯著影響，其中以甘啤6號(hào)在海拔1 482 m時(shí)穗粒數(shù)最多，為22.7。海拔對(duì)千粒重影響極顯著，海拔在2 220 m時(shí)啤酒大麥的千粒重最高，甘啤4號(hào)的千粒重為49.73 g，甘啤6號(hào)的千粒重為50.03 g。海拔對(duì)啤酒大麥的產(chǎn)量具有顯著的影響，海拔為2 030 m時(shí)產(chǎn)量達(dá)最高水平，在5個(gè)海拔高度下，甘啤4號(hào)產(chǎn)量在8 014.95～8 188.95 kg·hm-2之間，甘啤6號(hào)產(chǎn)量在8 200.95～8 383.95 kg·hm-2之間，甘啤6號(hào)產(chǎn)量總體略高于甘啤4號(hào)。

2.2海拔對(duì)啤酒大麥籽粒及麥芽品質(zhì)的影響

2.2.1對(duì)蛋白質(zhì)含量的影響

由如圖1A可知，不同海拔大麥籽粒中蛋白質(zhì)含量在品種間的變化趨勢(shì)相同，甘啤4號(hào)和甘啤6號(hào)籽粒蛋白質(zhì)含量總體隨海拔的升高而呈下降趨勢(shì)。顯著性檢驗(yàn)顯示，海拔對(duì)啤酒大麥籽粒蛋白質(zhì)含量的影響達(dá)顯著水平(P<0.05)。甘啤6號(hào)和甘啤4號(hào)的籽粒蛋白質(zhì)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(qū)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(nóng)藝性狀及產(chǎn)量Table 2　Comprehensive agronomic traits and yield of malting barley under different altitude

數(shù)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(guān)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(duì)發(fā)芽率的影響

如圖1B所示，甘啤4號(hào)和甘啤6號(hào)發(fā)芽率均隨海拔的升高而降低，方差分析表明，海拔對(duì)甘啤4號(hào)和甘啤6號(hào)的發(fā)芽率影響均達(dá)極顯著水平(P<0.01)。甘啤4號(hào)萌發(fā)率由低海拔(1 482 m)時(shí)的100%下降到高海拔(2 512 m)時(shí)的78.52%，下降幅度為21.75%；甘啤6號(hào)發(fā)芽率也下降明顯，下降幅度為24.44%。

2.2.3對(duì)籽粒整齊度的影響

海拔對(duì)啤酒大麥籽粒的整齊度有顯著影響，當(dāng)海拔2 030 m時(shí)，甘啤4號(hào)和甘啤6號(hào)籽粒的整齊度最高；在1 482 m時(shí)，甘啤6號(hào)和甘啤4號(hào)的整齊度均較差(圖1C)。

2.2.4對(duì)麥芽浸出物的影響

海拔對(duì)啤酒大麥麥芽浸出物具有顯著影響(圖1D)，甘啤4號(hào)與甘啤6號(hào)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(hào)在海拔2 030 m時(shí)達(dá)到最大，甘啤6號(hào)在1 714 m時(shí)最大。

2.2.5對(duì)可溶性氮和庫爾巴哈值的影響

由圖1E可知，甘啤4號(hào)和甘啤6號(hào)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(shí)，甘啤4號(hào)和甘啤6號(hào)的可溶性氮均最低，而在海拔2 512 m時(shí)，其可溶性氮最高。由圖1F可知，海拔對(duì)大麥的庫爾巴哈值有明顯的影響，隨著海拔升高甘啤4號(hào)和甘啤6號(hào)的庫爾把哈值均呈先升高后降低的趨勢(shì)，其中甘啤4號(hào)的庫爾巴哈值在2 030 m時(shí)最高，甘啤6號(hào)的庫爾巴哈值在海拔1 714 m時(shí)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(duì)啤酒大麥蛋白質(zhì)含量(A)、發(fā)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(duì)大麥農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的影響

作物的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量與種植海拔高度有著密切關(guān)系。王泰倫等[11]研究表明，水稻植株高度會(huì)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(huán)境有關(guān)。

大麥?zhǔn)情L(zhǎng)日照喜溫作物，不同生育階段對(duì)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(wěn)定通過10 ℃的初日相應(yīng)推遲，海拔高度每上升100 m，春季穩(wěn)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(tài)條件存在差異，作物的生長(zhǎng)發(fā)育受到不同程度影響[13-14]，因而產(chǎn)量和農(nóng)藝形狀也存在較大的差異。本研究中，大麥產(chǎn)量在5個(gè)試驗(yàn)區(qū)隨著海拔的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，其中在2 030 m時(shí)甘啤6號(hào)和甘啤4號(hào)的產(chǎn)量均最高。隨著海拔的升高溫度降低，因而延緩了作物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)及生殖生長(zhǎng)，導(dǎo)致大麥的生育期延長(zhǎng)；營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期的延長(zhǎng)造成大麥株高的增高。本研究結(jié)果顯示隨著海拔的升高大麥的生育期延長(zhǎng)，株高和千粒重增加；海拔對(duì)穗長(zhǎng)的影響不顯著，對(duì)穗粒數(shù)影響顯著，海拔較低時(shí)，穗粒數(shù)較多；海拔對(duì)產(chǎn)量的影響達(dá)顯著水平。

3.2海拔對(duì)大麥品質(zhì)的影響

海拔對(duì)大麥品質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生較大的影響。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨海拔高度增加，大麥籽粒千粒重增加，而蛋白質(zhì)含量和發(fā)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(shì)。由于大麥的生長(zhǎng)發(fā)育及籽粒的形成和干物質(zhì)的積累都受光照和氣溫的直接影響，5個(gè)試驗(yàn)區(qū)的光照和溫度差異造成了各個(gè)點(diǎn)大麥品質(zhì)的差別。劉淑云等[10]研究發(fā)現(xiàn)，隨海拔高度增加，玉米籽粒蛋白質(zhì)和賴氨酸含量提高，淀粉和可溶性糖含量降低，品種表現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定；海拔對(duì)玉米籽粒品質(zhì)具有良好的調(diào)控作用。向遠(yuǎn)鴻等[15]采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法分析了不同海拔高度下稻米品質(zhì)總體的變化趨勢(shì)，結(jié)果表明在500～1 000 m范圍內(nèi)，海拔影響稻米品質(zhì)的綜合水平，其影響程度因品種而異，米質(zhì)越好的品種隨海拔升高改善幅度越大。劉家富等[16]發(fā)現(xiàn)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(nèi)稻米蛋白質(zhì)含量隨海拔的升高而增加，但超過800 m后則呈下降趨勢(shì)。朱振華等[18]認(rèn)為，海拔對(duì)作物生長(zhǎng)的影響與基因型有一定的關(guān)系，隨海拔升高強(qiáng)耐冷性品種的變化相對(duì)較穩(wěn)定，但弱耐冷性品種的蒸煮品質(zhì)則呈明顯變劣趨勢(shì)，強(qiáng)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(qiáng)耐冷品種的峰值黏度和崩解值呈先降后升趨勢(shì)，消減值的變化則表現(xiàn)先升后降趨勢(shì)。許 靜等[19]對(duì)溫度和海拔對(duì)高寒草甸植物種子萌發(fā)的進(jìn)化特性的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，溫度極顯著影響種子的萌發(fā)，高寒低溫不利于種子的萌發(fā)；種子的萌發(fā)力隨海拔的升高而降低[20]。Zhang等[21]研究發(fā)現(xiàn)溫度和光照等環(huán)境條件對(duì)大麥的蛋白質(zhì)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(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素，因此要選擇適合的品種及區(qū)域才能進(jìn)行優(yōu)質(zhì)啤酒大麥生產(chǎn)。結(jié)合本試驗(yàn)，在甘肅河西走廊中段，適宜種植啤酒大麥的區(qū)域海拔應(yīng)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

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31460347); 甘肅省高?？蒲许?xiàng)目(2014B-046); 國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(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(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-08-31

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160831.1651.036.html