施氮水平对啤酒大麦氮素吸收、转运及籽粒蛋白质含量的影响

沈会权， 栾海业， 陈 和， 陈 健， 陶 红， 乔海龙， 臧 慧

(江苏沿海地区农业科学研究所，江苏 盐城 224002)

氮是植物必需营养元素，也是作物产量最重要的养分限制因子。农作物生产中，过量或不合理施用氮肥会导致氮肥利用率降低，施肥经济效益下降，并引起严重的环境污染等问题。

前人已就施肥对主要农作物水稻、小麦等氮素含量、累积量、产量及品质的影响进行了大量研究［1］。霍中洋等［2］和李久生等［3］的研究结果表明，随着施氮量增加冬小麦吸氮量增加，而氮肥利用率递减。不同品种冬小麦在氮素的吸收与利用特性上存在一定的差异，产量高的品种具有较高的氮素利用效率和较强的氮素吸收能力［4］。小麦氮素从营养器官向籽粒的再转移受环境因子和基因型差异的影响［5-6］。Wu 等［7］研究认为，杂交水稻品种的氮素利用效率比半矮秆和高秆常规水稻品种高。刘立军等［8］认为在氮肥施用量为300 kg/hm2的前提下，采用基肥、分蘖肥、保花肥之比为4∶2∶4的运筹方式，可增加抽穗后的物质积累与运转，提高产量，同时还有利于提高氮肥利用率，并能降低垩白率，提高碾米品质和稻米蛋白质含量。

目前施氮对大麦籽粒氮素代谢、植株氮素转运及其与籽粒蛋白质积累的关系研究还较少。优质啤酒大麦要求蛋白质含量适中或偏低，而生产上增施氮肥在提高大麦产量的同时，还显著提高籽粒蛋白质含量，导致蛋白质含量过高而不符合啤酒酿造要求［9］。因此，探求适宜施氮量，研究大麦对氮素吸收、累积及转运规律是大麦优质高产栽培技术的重要内容。本研究探讨不同施氮水平对啤酒大麦植株氮素养分吸收累积动态、籽粒蛋白质积累及氮肥利用率的影响，为揭示大麦对氮素的吸收累积规律和科学施用氮肥等提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 品种及试验设计

选用江苏省啤酒大麦主栽品种苏啤3号和单2，试验在江苏沿海地区农业科学研究所试验场进行，前茬为水稻，土壤肥力中等，地力均匀。设纯氮0 kg/hm2(N0)、75 kg/hm2(N75)、150 kg/hm2(N150)、225 kg/hm2(N225)和300 kg/hm2(N300)5个施氮水平处理，基追比为7∶3，分别于播种前和拔节期施入，氮素形态为尿素。另基施磷肥(P2O5)150 kg/hm2，钾肥(K2O)150 kg/hm2。田间设计采用随机区组设计，常规管理，人工条播，小区面积9 m2，行距25 cm，3次重复。

1.2 取样与测定方法

各处理于孕穗期(4月12日)、抽穗期(5月4日)、灌浆初期(5月13日)、灌浆末期(5月21日)取样1次直至成熟期。样品于105℃下杀青30 min，80℃下烘干至恒重。植株氮素含量采用凯氏定氮法测定，按全氮量的5.7倍计算籽粒蛋白质含量。数据都采用EXCEL和SPSS软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 施氮水平对叶片中氮素含量的影响

从表1可以看出，在大麦生育后期，由于氮素向籽粒的大量转移，大麦叶片中氮素含量从孕穗期至成熟期逐渐减少，成熟期与孕穗期相比大约下降了70%，前3个时期(孕穗期、抽穗期、灌浆初期)降幅较大;施氮水平对大麦叶片氮素含量也有显著影响，在同一生育时期，随着施氮量的增加叶片氮素含量有不同程度的增加，0 kg/hm2、75 kg/hm2施氮水平处理叶片中氮浓度含量显著低于其他施氮水平处理中的氮含量。两品种间变化趋势基本一致，除抽穗期品种间差异显著外，其他都未达显著水平。

表1 不同时期大麦叶片在不同施氮处理下全氮含量的变化Table 1 The change of the total nitrogen content in barley leaves at different growth stages with different nitrogen treatments

2.2 施氮水平对茎秆中氮素含量的影响

从表2可以看出，在大麦生育后期，茎秆中氮素含量从孕穗期至成熟期逐渐减少，成熟期与孕穗期相比大约下降了60%～70%;施氮水平对大麦茎秆中氮素含量也有影响，除苏啤3号在抽穗期各处理间差异不显著外，其他时期处理间都达显著水平，在同一生育时期，随着施氮量的增加茎秆中氮素含量有不同程度的增加;茎秆中氮素含量明显低于叶片中，两品种间变化趋势基本一致，品种间差异性在各时期都未达显著水平。

表2 不同时期大麦茎秆在不同施氮处理下全氮含量的变化Table 2 The changes of the total nitrogen content in barley stem at different growth stages with different nitrogen treatments

2.3 施氮水平对籽粒蛋白质含量的影响

籽粒蛋白质含量的变化曲线如图1所示，各处理均呈现相同的变化规律，即籽粒中蛋白质含量变化呈“高—低—高”的趋势。这种变化反映了籽粒中蛋白质和碳水化合物的积累动态，在开花初期，光合产物向籽粒的运转缓慢，碳水化合物的积累量很少，籽粒中氮含量相对较高;在灌浆初期，随着光合产物运输的加速，氮的吸收相对减慢，使此时蛋白质含量相对下降;灌浆后期，干物质积累变慢，而植株营养体内的氮迅速输送到籽粒中，籽粒中蛋白质含量又升高，这与其他一些研究结果相符合［10-11］。不同施氮水平处理间蛋白质含量差异显著，随着施氮量的增加蛋白质含量逐渐增加;当施氮量为150 kg/hm2时，最终籽粒蛋白质含量为12%左右，达到国标优级啤酒大麦品质的要求;施氮量为225 kg/hm2和300 kg/hm2时，籽粒蛋白质含量偏高。

图1 施氮水平对啤酒大麦籽粒蛋白质含量的影响Fig.1 Effects of nitrogen application rates on grain protein content of malting barley

开花后，籽粒蛋白质积累量逐渐增加，不同时期间差异显著;同一生育期内，随着施氮水平的增加，籽粒蛋白质积累量逐渐增加，施氮量达到225 kg/hm2以后增加幅度变小;两品种变化趋势一致，差异不显著(图2)。

图2 施氮水平对啤酒大麦籽粒蛋白质积累量的影响Fig.2 Effects of nitrogen application rates on grain protein accumulation of malting barley

2.4 施氮对大麦氮素转运的影响

不同大麦品种、不同氮肥处理在花前氮积累量、氮素转运量和转移效率等指标见表3。花前氮素积累量和转运量均随着施氮水平的提高而增加，225 kg/hm2和300 kg/hm2施氮量处理显著高于其他处理，但二者之间差异较小。表明增施氮肥明显提高花前氮素积累量和转运量，继续施氮至过量则提高不显著。

表3 施氮水平对大麦花前氮素积累、转运及其对籽粒氮贡献的影响Table 3 Effects of nitrogen rate on nitrogen accumulation and translocation before anthesis and its contribution to grain nitrogen in malting barley

氮素转运效率和转运氮对籽粒氮的贡献率均随施氮水平的提高呈先增大后减小趋势，苏啤3在施氮量为225 kg/hm2时最大，而单二在施氮量为150 kg/hm2时最大，说明两者在对氮肥利用的最适量上存在一定差异。适当增施氮肥可显著提高氮素的转运效率和对籽粒氮的贡献率，过量施氮则降低转运效率和贡献率。两品种营养器官转运氮对籽粒氮的贡献率在59.24%至68.23%之间，表明啤酒大麦成熟籽粒中氮含量大部分由营养器官转运而来，其余为根系从土壤中直接吸收的氮。

3 讨论

关于小麦在灌浆期间氮素转移的规律已有大量研究，并取得许多重要进展，小麦的氮素转运受环境条件、小麦品种的制约［12］，氮素转运量受干物质量的影响很大，高产品种大于低产品种。大麦在生育后期其干物质运转和氮代谢活动都与小麦有很大区别，抽穗后大麦茎秆的干物质积累率和输出率都比小麦高数倍，且优质啤酒大麦要求籽粒蛋白质含量不宜太高，欧洲酿造协会要求大麦蛋白质含量不高于 11.5%［13］。

本研究发现，各生育时期，随着施氮水平的提高，叶片、茎秆、籽粒中的氮含量都逐渐增加;不同时期间，开花后由于氮素从营养器官向籽粒的运输，叶片和茎秆中的氮含量逐渐降低;同一时期，叶片的氮含量要高于茎秆的氮含量，最终对籽粒的贡献率也要高于茎秆。籽粒蛋白质含量高低主要与籽粒氮积累能力密切相关，本研究中，花前积累氮素对籽粒氮的贡献率为59.24%～68.23%。因此，花前植株氮素积累量对最终籽粒蛋白质积累起主要作用，提高花前积累氮素的运转和再分配能力可以促进蛋白质含量的提高，这与郭天财等［14］在小麦中的研究结果一致。随着施肥水平的提高，两品种花前植株氮素的积累量及其在开花后向籽粒的转运量均增加，但氮素转运效率和转运氮对籽粒氮的贡献率均呈现先增加后减小的趋势。苏啤3号在施氮量为225 kg/hm2时贡献率最高，而单二在施氮量为 150 kg/hm2时贡献率最高，在施氮水平为150 kg/hm2时两品种籽粒蛋白质含量分别为11.44%和11.23%，符合优质啤酒大麦的要求。本试验初步确定氮肥用量150 kg/hm2为生产中参考用量，还有待结合不同处理下的产量进行进一步的研究。

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［2］霍中洋，葛 鑫，张洪程，等.施氮方式对不同专用小麦吸收及氮肥利用率的影响［J］.作物学报，2004，30(5):449-454.

［3］李久生，李 蓓，宿梅双，等.冬小麦氮素吸收及产量对喷灌施肥均匀性的响应［J］.中国农业科学，2005，38(8):1600-1607.

［4］同延安，赵 营，赵护兵，等.施氮量对冬小麦氮素吸收、转运及产量的影响［J］.植物营养与肥料学报，2007，13(1):64-69.

［5］周顺利，张福锁，王兴仁，等.高产条件下不同品种冬小麦氮素吸收与利用特性的比较研究［J］.土壤肥料，2000(6):20-24.

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