氮钾配施对扬农啤7号籽粒产量与麦芽品质的影响

于国琦，姚佳延，洪 益，吕 超，王菲菲，朱 娟，郭宝健，许如根

(植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物基因组学与分子育种重点实验室/江苏粮食作物现代产业技术协同创新中心/扬州大学农业科技发展研究院，江苏扬州 225009)

大麦是世界第四大禾谷类作物，兼有食用、饲用、酿造等多种用途[1]，被广泛种植于我国。随着我国农业产业结构的调整和啤酒工业的发展，啤酒生产对麦芽质量要求越来越高，而麦芽品质主要取决于大麦原料的质量[2]。大麦的产量是影响啤酒大麦种植效益的关键，高产与优质一直是啤酒大麦生产的主要目标。大麦的产量与品质除受品种遗传特性控制外，还受外界生态条件和生产水平的影响[3-5]。肥料运筹是影响大麦产量和品质的主要要素之一。研究表明，增施氮肥可提高作物有效穗数、籽粒产量与籽粒蛋白质含量[6-8]。沈会权等[9]研究认为，大麦籽粒产量在一定范围内随施氮量的增加呈上升趋势，施氮量超过225 kg·hm-2，产量呈逐渐下降趋势。高 健[2]研究认为，随施氮量的增加，大麦籽粒蛋白质含量、麦芽糖化力和α-氨基氮含量逐渐升高，库尔巴哈值和浸出率逐渐下降。Regmi等[10]研究认为，在一定氮肥用量下，配施钾肥是提高小麦产量的重要手段。戴同广等[11]研究认为，增施钾肥可以提高大麦产量和品质。诸海焘等[12]研究认为，配施磷、钾肥可提高大麦对氮肥的利用率，获得大麦最佳经济效益。稻麦两熟地区高氮肥投入会导致土壤磷、钾元素失衡，不利于作物生长。因此，研究不同氮、钾肥用量及配比对啤酒大麦产量与品质的影响，对提高氮肥利用率和啤酒大麦产量与品质具有重要的意义。

本研究以扬州大学大麦研究所选育的优质啤酒大麦品种扬农啤7号为材料，研究不同氮、钾用量及其配比对其产量和品质的影响，为扬农啤7号的优质、高产、高效生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设计

本试验以扬农啤7号作为材料，于2017—2019年度在江苏省方强试验农场进行，前茬作物为水稻，土壤肥力中等偏上。试验采用随机区组设计，氮肥用量设4个水平，分别为0 kg·hm-2(N0)、75 kg·hm-2(N1)、150 kg·hm-2(N2)、225 kg·hm-2(N3)；钾肥用量设3个水平，分别为0 kg·hm-2(K0)、75 kg·hm-2(K1)、150 kg·hm-2(K2)。3次重复。供试氮肥为尿素，钾肥为硫酸钾。氮肥基追比为基肥∶拔节肥∶孕穗肥施=4∶4∶2，钾肥作为基肥一次性施用。其他管理措施同当地大田。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 产量及产量构成要素测定

大麦成熟期，每小区取3个1 m行长测穗数，随机取20个穗数测穗粒数。按小区收割、脱粒，晒干后测定产量及千粒重。籽粒25 ℃贮藏3个月，测定麦芽品质。

1.2.2 籽粒蛋白质含量测定

大麦籽粒研磨过100目筛，准确称取麦粉 0.5 g(精确至0.000 2)置于消化管中，在通风橱中，消化管中加入浓硫酸10 mL，于消煮炉中 400 ℃消解90 min；样品冷却后，利用FOSS凯氏定氮仪测定全氮含量，氮含量乘转换系数即为蛋白质含量[13]。

1.2.3 大麦麦芽品质测定

称过1.7 mm筛大麦籽粒300 g，利用微型制麦系统参照汪军妹等[14]方法制麦。麦芽烘干后去除麦根，称取50 g置于脆度计中测定脆度，其余样品使用Miag DLFU盘式粉碎机(盘间距为0.2 mm)研磨成粉，保存于4 ℃冰箱。根据EBC(欧洲啤酒酿造协会)通用分析方法测定α-氨基氮含量、浸出率、库尔巴哈值及糖化力。

1.3 数据统计分析

试验数据采用Excel和Spss 25.0进行统计分析与图表绘制。

2 结果与分析

2.1 氮、钾肥配施对扬农啤7号产量及其构成因素的影响

由表1可知，年份和氮肥运筹对扬农啤7号的穗数、穗粒数、千粒重和产量均有极显著影响(P<0.01)；钾肥水平对扬农啤7号的穗粒数有显著影响(P<0.05)，对产量有极显著影响；氮肥运筹与钾肥水平交互作用对扬农啤7号的产量及其构成因素均无显著影响。

表1 不同氮、钾肥处理扬农啤7号的产量及其构成因素

施用氮、钾肥均可增加扬农啤7号产量；其中，施用氮肥处理的产量均显著高于对照N0，钾肥对产量的影响程度则因年份和氮水平不同而不同。相同钾肥水平下，随氮肥施用量增加，扬农啤7号产量呈显著增加趋势；相同氮肥水平下，扬农啤7号产量随钾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)，增产幅度与氮肥水平有关。穗数和穗粒数对氮、钾肥的响应与产量表现趋势基本一致。两个年度千粒重与氮肥水平的相关性相反，2017—2018年度，千粒重随氮肥施用量的增加而逐渐下降，2018-2019年度，千粒重随氮肥施用量的增加而逐渐增加，这是因为2017-2018高氮条件下出现了倒伏。K肥施用量对千粒重无显著影响。

2.2 氮、钾肥配施对扬农啤7号籽粒蛋白质含量的影响

由图1可知，同一钾肥水平下，扬农啤7号籽粒蛋白质含量随氮肥施用量增加而增加，N2和N3处理显著高于N0处理；同一氮水平下，扬农啤7号籽粒蛋白质含量随钾肥施用量的增加而增加，仅在N2处理下有显著差异。氮、钾肥配施对籽粒蛋白质含量的影响程度因试验年份不同而异。

图柱上不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

2.3 籽粒蛋白质含量与产量及其构成要素的相关性

由表2可知，2017—2018年度，扬农啤7号的籽粒蛋白质含量与千粒重呈极显著负相关(P<0.01)，与穗粒数显著正相关(P<0.05)，与穗数和产量极显著正相关；2018—2019年度，籽粒蛋白质含量与产量、穗粒数及千粒重均呈极显著正相关。

表2 籽粒蛋白质含量与产量及其构成要素的相关系数

2.4 氮、钾肥配施对扬农啤7号麦芽品质的影响

由表3可知，年份对麦芽脆度和α-氨基氮含量影响不显著，对库尔巴哈值影响显著，对糖化力和浸出率有极显著影响。氮肥运筹对5个麦芽品质性状均有极显著影响。钾肥施用量对α-氨基氮和糖化力有极显著影响，对其余3个麦芽品质的影响不显著。氮、钾肥互作对麦芽脆度、α-氨基氮含量和糖化力3个麦芽品质性状有显著或极显著影响，对浸出率和库尔巴哈值无显著影响。相同钾肥水平下，随氮肥水平的增加，麦芽的α-氨基氮含量、糖化力整体呈逐渐增加趋势，而麦芽脆度、浸出率和库尔巴哈值3性状呈降低趋势。相同氮肥水平下，钾肥施用量对麦芽品质性状的影响不规律。

表3 不同氮钾肥处理扬农啤7号的麦芽品质

2.5 麦芽品质与产量及其构成要素的相关性

由表4可知，2017—2018年度，籽粒千粒重与麦芽α-氨基氮含量及糖化力呈极显著性负相关，与浸出率及库尔巴哈值呈极显著性正相关；2018—2019年度，千粒重与麦芽品质性状间的相关性恰好与2017-2018年度相反。两年度籽粒产量、穗数及穗粒数与麦芽α-氨基氮含量及糖化力均呈极显著性正相关，与麦芽浸出率及库尔巴哈值均呈极显著性负相关。

表4 麦芽品质与产量及其构成间的相关系数

3 讨 论

3.1 氮、钾配施对扬农啤7号产量及其构成因素的影响

倪艳云[15]研究认为，氮肥施用量为0～270 kg·hm-2，大麦产量随氮肥施用量的增加而增加；一定氮肥水平下，磷、钾肥配施可提高氮肥的利用效率，高产通过穗数、穗粒数、千粒重协调提高实现。McKenzie等[16]研究认为，在一定范围内，随氮肥施用量的增加，大麦产量呈先上升后下降的趋势；黄继荣等[17]研究认为，增施钾肥可显著提高大麦有效穗数和千粒重，产量增幅因品种与钾肥用量而异。本研究条件下，施用氮肥对扬农啤7号均具有显著增产效果，氮肥的增产效果大于钾肥的增产效果，这与前人结果一致。氮、钾肥对扬农啤7号的增产效果主要源自穗数和穗粒数的增加。千粒重在两年份表现相反，千粒重的形成受群体的大小、穗粒数及生育后期的肥水协调性等因素影响，群体过大、灌浆后期雨水过多或过分干旱均可能导致千粒重下降。本研究中，2017—2018年度的千粒重随氮肥用量下降，是由于群体过大和倒伏引起的；2018-2019年度，群体总体适中，后期肥水协调，千粒重随氮肥用量增加而增加。方差分析结果表明，氮、钾肥互作对扬农啤7号产量及其构成要素的影响不显著，与蔡 剑等[5]、李 静等[18]的研究结论不一致，这可能与扬农啤7号需肥特性及试点土壤钾含量丰富有关。

3.2 氮、钾配施对扬农啤7号籽粒蛋白质含量及麦芽品质的影响

籽粒蛋白质含量是影响麦芽品质的重要因素之一，啤酒原料要求籽粒蛋白质含量适中，蛋白质含量太高，会降低麦芽浸出率等性状，影响啤酒的产出率和生产效益；蛋白质含量偏低，麦芽的糖化力等性状偏低，影响啤酒适口性及产量等。赵檀方等[19]研究指出，氮肥施用量及氮肥比例后移可提高啤酒大麦籽粒蛋白含量。赖丽芳等[20]研究认为，在固定N、P及微量元素的条件下，随钾肥施用量的增加，大麦籽粒蛋白含量显著下降。欧洲酿造协会要求啤酒大麦籽粒蛋白质含量不高于 11.5%，一般优质啤酒大麦要求蛋白质含量在9%～12%[12-13]。本研究表明，增施氮、钾肥可显著提高大麦籽粒蛋白含量。当氮肥施用量增加至N3水平，籽粒蛋白含量超过12%，超过优质啤酒大麦籽粒蛋白含量标准；N1水平，籽粒蛋白含量略低，不利于麦芽品质的提高；N2水平籽粒蛋白含量居中，以N2K2处理籽粒蛋白含量最适，与N2K1处理间差异不显著，均较符合优质啤酒大麦酿造标准。因此，扬农啤7号优质啤酒大麦原料生产应控制在N2及K1或K2水平。从两年同样氮、钾处理的麦芽品质比较来看，麦芽α-氨基氮含量和库尔巴哈值两个指标差异不大，但2017-2018年度麦芽浸出率高于2018-2019年度麦芽浸出率，2017-2018年度麦芽糖化力高于2018-2019年度，这与2017-2018年度大麦籽粒的千粒重高、蛋白质含量低有关。

大麦麦芽品质受多个麦芽品质指标共同调控。有关氮、钾肥对大麦麦芽品质的影响，不同学者得出的结论各不同。魏 丹[21]研究表明，氮肥分期施用及控氮增磷和钾可调控啤酒大麦品质，使其达到优质标准。Edney等[22]认为，麦芽糖化力随氮肥施用量的增加而升高，但库尔巴哈值随氮肥施用量的增加而降低。潘永东等[23]研究认为，随氮肥施用量的增加，麦芽浸出率升高，氮肥施用量增至180 kg·hm-2，浸出率最大，糖化时间最短，氮肥继续增加，浸出率下降。戴同广等[11]研究指出，钾肥对麦芽浸出率、库尔巴哈值影响较为显著，对糖化力、α-淀粉酶影响较小。本研究认为，氮肥对麦芽品质的调控作用显著大于钾肥的调控作用，随氮肥施用量的增加，麦芽α-氨基氮含量、糖化力呈逐渐上升趋势，麦芽脆度、浸出率、库尔巴哈值呈逐渐下降趋势。相同氮肥水平下，随钾肥施用量的增加，α-氨基氮含量与糖化力呈逐渐上升趋势，其余品质性状对钾肥处理不敏感。氮、钾肥配施对麦芽α-氨基氮含量、糖化力具有极显著的正交互作用。啤酒麦芽行业标准(QB/1686-2008)规定，二级麦芽糖化力含量≥220 WK，一级麦芽糖化力含量≥240 WK,优级麦芽糖化力≥260WK(QB/1686-2008)。当氮、钾肥施用量在N2K2水平时，扬农啤7号麦芽糖化力>220WK，达到二级啤酒麦芽糖化力质量标准，麦芽α-氨基氮和库尔巴哈值均达到优质啤酒麦芽质量标准。