郭 銘，閆 棟，馬增科，孟亞雄,2，王化俊,2

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅蘭州730070；2.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點實驗室/甘肅省作物遺傳改良與創(chuàng)新重點實驗室，甘肅蘭州730070）

大麥（Hordeurn vulgareL.）是重要的禾谷類作物，栽培歷史悠久，生育期短，早熟高產(chǎn)且對環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)[1]，是我國西南與西北高海拔地區(qū)種植的主要作物，在啤酒釀造、食用飼用以及醫(yī)藥保健等很多方面都有重要用途。海拔是影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要環(huán)境因子之一，海拔高度不同，溫度、光照強(qiáng)度、降水量等環(huán)境因子差異巨大，因而會對作物的生長發(fā)育產(chǎn)生不同的影響，并最終影響到產(chǎn)量和品質(zhì)[2-3]。國內(nèi)外就海拔對作物生長的影響已開展了廣泛的研究。譚亞玲等研究6個水稻品種在不同海拔高度下的生長情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著種植地海拔的升高，水稻生育期延長，株高變矮，穗長變短，有效穗、穗總粒數(shù)降低，但千粒質(zhì)量、結(jié)實率差異不大[4]。羅學(xué)剛等研究認(rèn)為，水稻生育期隨海拔高度的升高而延長，并呈現(xiàn)出一定的線性關(guān)系，但所需的積溫相對穩(wěn)定，并不受播種期差異和地域條件的影響[5]。霍仕平等分析了6個中熟玉米品種在不同海拔高度的灌漿期、千粒質(zhì)量、株高和穗位高的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)上述4個性狀與海拔之間均表現(xiàn)為二元線性回歸關(guān)系[6]。劉淑云等研究和分析了海拔高度對玉米籽粒品質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨海拔升高，玉米籽粒中賴氨酸和蛋白質(zhì)含量增加，可溶性糖和淀粉含量降低；同時灌漿期延遲，株高和莖粗減小，但各品種間表現(xiàn)相對穩(wěn)定[7]。Norman等研究發(fā)現(xiàn)，在赤道幾內(nèi)亞的同緯度地帶，在一定的高度范圍內(nèi)，海拔每升高100 m，玉米的成熟期平均延遲7.6 d[8]。

目前針對栽培方式影響大麥農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀的研究較多[10-13]，但對于生態(tài)環(huán)境影響大麥主要農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀的研究鮮有報道，特別是不同海拔高度是如何影響大麥產(chǎn)量和品質(zhì)的研究還很少。本研究結(jié)合河西走廊特有的生態(tài)環(huán)境特點，研究不同海拔高度地區(qū)對大麥的產(chǎn)量、品質(zhì)以及農(nóng)藝性狀的影響，擬為大麥高產(chǎn)的最佳生產(chǎn)區(qū)域布局提供參考，為不同海拔地區(qū)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)大麥品種的選育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試點概況與試驗材料

試驗點在甘肅省永昌縣，地處河西走廊中部地區(qū)，屬中緯度地帶，深居大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，受青藏高原大地形作用的影響，形成典型的大陸性溫帶干旱氣候，夏季短而熱，冬季長而寒冷[14]。光熱資源豐富，年平均氣溫為4.0～8.3℃，氣溫年較差26.2～31.6℃，日照時數(shù)為2 787.2～3 102.0 h。干燥少雨，年平均降水量112.3～354.0 mm，且分布極不均勻，季節(jié)變化較大，主要集中在7—9月份，年均蒸發(fā)量2 002.5 mm，無霜期110～162 d[15]。試點基本情況見表1。

試驗材料分別為甘啤4號、甘啤5號、甘啤6號、甘啤7號、NFC、農(nóng)大7號和甘墾7號(由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)麥類課題組提供)。于2014年、2015年在甘肅省永昌縣河西堡鎮(zhèn)、東寨鎮(zhèn)、紅山窯鎮(zhèn)、新城子鎮(zhèn)種植。

表1 試驗點環(huán)境資源概況

1.2 試驗設(shè)計和方法

試驗采用2因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，區(qū)組內(nèi)重復(fù)3次。小區(qū)面積15 m2（5 m×3 m），播種行距0.25 m。基肥施磷酸二銨（300 kg/hm2）和尿素（75 kg/hm2）。播種量為525萬粒/hm2，栽培措施及田間管理與當(dāng)?shù)卮筇锍Ｒ?guī)管理相同，記載和考種執(zhí)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 測定項目及方法

及時并詳細(xì)調(diào)查記載大麥物候期，包括播種期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿成熟期等。在大麥?zhǔn)斋@前于每個小區(qū)隨機(jī)取樣10株進(jìn)行考種，測定株高、穗長、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量等。每小區(qū)單收、單脫、單計產(chǎn)。收獲后測定每個小區(qū)大麥的千粒質(zhì)量、發(fā)芽率、籽粒水分含量、蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、麥芽浸出物和庫爾巴哈值等。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與整理

采用WPS 2016、SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同海拔地區(qū)對大麥農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

2.1.1大麥在不同海拔地區(qū)的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)。試驗結(jié)果表明，海拔高度對大麥生育期有顯著的影響（表2）。高海拔作用下7個大麥品種（系）的生育期均延長，并呈現(xiàn)出隨海拔升高逐漸遞增的趨勢。其中河西堡所有參試品種（系）的生育期最短，平均為109 d，新城子的生育期最長，平均為127 d。農(nóng)大7號和NFC的生育期隨海拔升高變幅最大，都達(dá)到了20 d。參試材料的株高隨海拔的升高而顯著增高。其中農(nóng)大7號的株高變化幅度最小，由海拔1 713 m時的77.8 cm提高到海拔2 433 m時的86.4 cm，增幅為11.1%。甘啤6號株高隨海拔升高的變化幅度最大，由海拔1 713 m時的84.1 cm升高到海拔2 433 m時的100.8 cm，相差16.7 cm，增幅為19.9%。海拔高度對大麥的穗長影響不顯著，但是甘啤5號受海拔的影響較大，穗長由低海拔（1 713 m）時的5.7 cm增加到高海拔（2 433 m）時的9.0 cm，增幅為57.9%。其他供試品種（系）受海拔影響較小，在4個海拔高度下穗長基本恒定，無明顯變化。海拔對大麥穗粒數(shù)影響不顯著，其中NFC在不同海拔之間穗粒數(shù)波動較大，其他供試品種則表現(xiàn)相對穩(wěn)定。海拔對大麥千粒質(zhì)量影響顯著，其中海拔在2 020 m時大麥的千粒質(zhì)量最高，甘啤5號的千粒質(zhì)量為53.16 g，甘啤6號的千粒質(zhì)量為52.22 g。千粒質(zhì)量隨海拔升高并沒有明顯的變化趨勢，7個供試品種（系）中，甘啤4號、甘啤5號、甘啤6號、NFC、甘墾7號在各海拔千粒質(zhì)量差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），而甘啤7號則表現(xiàn)為差異不顯著。海拔對大麥產(chǎn)量的影響因品種不同而表現(xiàn)出較大的差異。7個供試品種中，甘啤4號、甘啤5號和NFC在不同海拔間產(chǎn)量差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），其他供試品種則差異不顯著。在試驗海拔范圍內(nèi)，7個大麥品種均不同程度地表現(xiàn)出隨海拔升高而產(chǎn)量下降的趨勢。

表2 海拔對大麥農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的影響

2.1.2大麥農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的相關(guān)性分析。對在不同海拔條件下種植的大麥進(jìn)行產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析，結(jié)果如表3所示。產(chǎn)量與生育期呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為0.791，即生育期與產(chǎn)量的相關(guān)性最大，是決定不同海拔條件下大麥產(chǎn)量的主要指標(biāo)；同時，穗長與穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)分別為0.871和0.769，這與平原地區(qū)大麥產(chǎn)量構(gòu)成的主要因子的變化關(guān)系一致，其受到海拔因素的影響較??；穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為0.847。大麥各農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)按大小排序分別為：生育期（r＝0.791）＞ 株高（r＝0.432）＞穗長（r＝0.014）＞千粒質(zhì)量（r＝－0.031）＞穗粒數(shù)（r＝－0.329），其中千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)與產(chǎn)量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系（P≤0.05），相關(guān)系數(shù)分別為－0.031、－0.329。這與平原地區(qū)大麥產(chǎn)量因素表現(xiàn)不一致，可能是當(dāng)海拔作為主導(dǎo)因素時，千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)性被削弱，在試驗誤差的影響下，出現(xiàn)了相反的變化情況。因此，在海拔因素的影響下，生育期對大麥產(chǎn)量決定作用較大。

表3 大麥農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的相關(guān)性分析

2.2 不同海拔地區(qū)對大麥籽粒及麥芽品質(zhì)的影響

2.2.1大麥在不同海拔的品質(zhì)性狀表現(xiàn)。試驗結(jié)果表明，大麥籽粒蛋白質(zhì)含量在品種（系）間差異不顯著，不同海拔間差異顯著（圖1-A）。隨著海拔高度的增加，所有參試品種（系）的蛋白質(zhì)含量均呈逐漸下降的趨勢。其中在河西堡參試材料的蛋白質(zhì)含量最高，平均為13.7%；在新城子最低，平均為11.8%。在同一海拔高度下，NFC和農(nóng)大7號的蛋白質(zhì)含量較高，分別為14.2%和14.5%。農(nóng)大7號的籽粒蛋白質(zhì)含量在不同海拔變幅最大，為2.3%；甘啤5號的變幅最小，為1.8%。大麥籽粒淀粉含量隨海拔升高呈先升高后降低的變化趨勢（圖1-B），其中東寨鎮(zhèn)大麥籽粒淀粉含量最大，平均為56.4%，紅山窯最小，平均為54.6%，東寨鎮(zhèn)與其他3個試點的大麥籽粒淀粉含量差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。所有參試品種（系）的淀粉含量在品種間差異不顯著，變異系數(shù)均較小，變化幅度在1.35%～2.00%之間，表現(xiàn)較為穩(wěn)定。籽粒的篩選率在海拔間差異顯著（P＜0.05），品種間差異不顯著（圖1-C）。新城子的篩選率最高，為96.97%，東寨鎮(zhèn)的篩選率最低，為89.59%，較新城子低7.38個百分點。大麥麥芽浸出物呈現(xiàn)隨海拔上升而逐漸下降的變化趨勢（圖1-D），其中甘啤4號、甘啤5號、甘啤6號、甘墾7號變化較大，海拔間差異均達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。甘啤4號變幅最大，由海拔1 713 m時的83.5%下降到了海拔2 433 m時的78.4%，下降了5.1個百分點，NFC的變幅最小，由海拔1 713 m時的82.0%下降到了海拔2 433 m時的81.7%，下降了0.3個百分點。不同海拔下的變異系數(shù)相比，甘啤4號最大，為2.71%，NFC最小，為0.22%，說明甘啤4號受海拔高度的影響相對較大，而NFC受影響相對較小。參試品種（系）在不同海拔高度發(fā)芽率差異顯著，且變化趨勢基本相同，均表現(xiàn)為隨著海拔高度的增加，發(fā)芽率逐漸降低（圖1-E），其中河西堡最高，為85.10%，新城子最低，為33.47%，較河西堡降低了近61%，差異顯著（P＜0.05）。不同品種（系）間的發(fā)芽率進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)甘啤4號的變幅最大，甘啤6號的變幅最小。參試材料隨海拔高度的增加，籽粒水分含量先增大后減小，在東寨鎮(zhèn)（海拔2 020 m）達(dá)到峰值，平均為12%。之后隨海拔增高不斷下降，在新城子水分含量最小，平均為11.6%（圖1-F）。由圖1-G可見，不同海拔間大麥的可溶性氮含量存在差異，且呈隨海拔升高可溶性氮先升高后降低的變化趨勢?？扇苄缘科贩N間差異不顯著，海拔間差異顯著。東寨鎮(zhèn)大麥材料可溶性氮含量最高，為4.97%，新城子最低，為4.53%。甘啤5號的可溶性氮變幅最大，由海拔2 020 m時的5.4%下降到海拔1 713 m時的4.4%，下降了1.0個百分點，而且變異系數(shù)也最大，為9.01%，表明海拔高度對其可溶性氮含量的影響較大；NFC的變幅最小，為0.1%，變異系數(shù)最小，為1.05%，說明其可溶性氮含量受海拔影響較小而受遺傳因子作用較大。圖1-H表明，參試材料的庫爾巴哈值隨著海拔高度的增加總體呈逐漸下降的趨勢。在4個試驗海拔中，河西堡最高，為43.59%，新城子最低，為39.65%。甘啤4號的變幅最大，由海拔1 713 m時的44.66%下降到海拔2 433 m時的38.21%，下降6.45個百分點；NFC的變幅最小，由海拔1 713 m時的42.48%下降到海拔2 433 m時41.59%，下降了0.89個百分點。甘啤6號的變異系數(shù)較大，為7.15%，說明其庫爾巴哈值受海拔影響較大，表現(xiàn)出相對的品種特異性。

圖1不同大麥品種在不同海拔高度下各品質(zhì)性狀的變化

2.2.2大麥品質(zhì)性狀的變異系數(shù)。在海拔因素的影響下，不同品種品質(zhì)性狀的變異系數(shù)存在很大差異。從表4可知，籽粒蛋白質(zhì)含量的變異系數(shù)最大，平均為6.79%，表明在不同海拔種植對其影響較大，且品種與環(huán)境互作效應(yīng)較強(qiáng)。庫爾巴哈值變異系數(shù)為4.77%，不同品種間差異較大，說明遺傳因素對其起決定作用，環(huán)境作用則相對較小。淀粉含量、篩選率、浸出物含量等的變異系數(shù)在品種間波動較小，表明其受環(huán)境及品種環(huán)境互作影響較小，表現(xiàn)較為穩(wěn)定；而蛋白質(zhì)含量、可溶性氮和庫爾巴哈值的變異系數(shù)較大，表明其易受生態(tài)環(huán)境因子的影響，且品種特異性較強(qiáng)，受環(huán)境及品種與環(huán)境互作影響較大。

表4 不同海拔影響下的大麥品質(zhì)性狀的變異系數(shù) %

3 討論與結(jié)論

3.1 不同海拔對大麥農(nóng)藝性狀的影響

種植地的海拔差異會對作物正常的生長發(fā)育產(chǎn)生較大的影響。陳學(xué)君等研究海拔高度對甘肅河西走廊玉米生育期的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3個不同成熟期類型的玉米品種隨著海拔的升高成熟期均延遲，在所試范圍內(nèi)，海拔每升高100 m，生育期延長5～6 d[17]。Tan等在貴州省的水稻海拔梯度研究也表明，隨著海拔的升高和日均溫度的降低，水稻全生育期延長，分蘗期推遲，分蘗率降低[18]。王泰倫等研究表明，水稻株高會隨海拔上升而下降[19]，但本研究中大麥的株高隨著海拔的上升反而增高，一般認(rèn)為是作物種類及自身對環(huán)境的適應(yīng)性不同造成的。

大麥?zhǔn)情L日照喜溫作物，適于其播種的日均溫度須穩(wěn)定在10℃以上。但隨著海拔的升高，春季穩(wěn)定通過10℃的初日會相應(yīng)推遲[20]。同時由于海拔高度不同，溫度、光照等生態(tài)條件差異明顯，大麥的生長發(fā)育會受到不同程度的影響[21]，進(jìn)而其農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量也受影響。本研究在甘肅永昌縣的4個不同海拔地區(qū)種植了甘肅主栽的7個大麥品種，對大麥的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量等進(jìn)行了研究分析，結(jié)果顯示隨著海拔的升高大麥的生育期延長，株高和千粒質(zhì)量增加；海拔對穗長的影響不顯著，對穗粒數(shù)和產(chǎn)量的影響顯著。隨著海拔的升高，溫度逐漸降低，延緩了作物的營養(yǎng)生長及生殖生長，導(dǎo)致大麥的總生育期延長，其中營養(yǎng)生長階段的延長造成大麥株高增加。千粒質(zhì)量是大麥主要的產(chǎn)量構(gòu)成因素之一，也是大麥的主要品質(zhì)指標(biāo)。本研究中大麥千粒質(zhì)量隨海拔高度的增加變化幅度不大。譚亞玲等研究海拔高度對不同水稻品種生長的影響，發(fā)現(xiàn)在不同地點，在安全齊穗灌漿的前提下，千粒質(zhì)量差異不明顯，與本研究結(jié)果一致，據(jù)此認(rèn)為是品種本身的遺傳因素對千粒質(zhì)量作用較大，海拔等環(huán)境因素對其影響較小[4]。安文靜等在研究吉祥一號玉米在不同海拔下的農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟(jì)效益時發(fā)現(xiàn)，隨著海拔的升高，穗粒數(shù)減小[22]，可能是由于不同作物適宜生長的生態(tài)區(qū)域不同。本研究中大麥種植地雖處于不同的海拔高度，但都在同一生態(tài)區(qū)域內(nèi)，且適宜大麥生長，因此穗粒數(shù)變化穩(wěn)定。本研究中產(chǎn)量隨著海拔的升高有減小的趨勢，但是減幅不大，造成這一現(xiàn)象的原因主要是在海拔較高的試驗點，氣溫相對較低，對大麥的生長發(fā)育產(chǎn)生明顯的低溫抑制，造成大麥的小幅減產(chǎn)。

3.2 海拔對大麥品質(zhì)的影響

不同海拔地區(qū)溫度和光照有顯著的差異，不僅影響作物正常生長發(fā)育，同時會對作物的品質(zhì)性狀產(chǎn)生影響。劉淑云等研究了海拔對玉米籽粒品質(zhì)的影響，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，品種間表現(xiàn)出相對穩(wěn)定性，植株莖、葉指標(biāo)呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律變化[7]。向遠(yuǎn)鴻等對不同海拔下米質(zhì)總體的變化趨勢進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示海拔影響稻米品質(zhì)的綜合水平，影響程度因品種而異[23]。米質(zhì)越好的品種其改善幅度越大，最佳米質(zhì)的種植海拔也越高。朱振華等研究認(rèn)為海拔對作物生長的影響與基因型有一定的關(guān)系，強(qiáng)耐冷性品種受海拔影響較小，而弱耐冷性品種的蒸煮食味品質(zhì)則呈明顯變劣趨勢，隨種植海拔的升高，強(qiáng)耐冷品種的峰值黏度和崩解值呈先降后升趨勢，消減值的變化則表現(xiàn)先升后降趨勢，而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[26]。本試驗中籽粒蛋白質(zhì)含量隨海拔的增高呈逐漸下降的趨勢，且變異系數(shù)較大，海拔及品種與海拔互作效應(yīng)突出。淀粉含量隨著海拔的升高變化不大，受其影響較小。不同海拔對麥芽浸出物有較大的影響，隨著海拔的升高，浸出物呈降低趨勢，且變化明顯。Kaczmarek等以30個單倍體大麥品系為材料，進(jìn)行了多年多點試驗，發(fā)現(xiàn)環(huán)境、基因型及它們的互作效應(yīng)對浸出物含量影響極顯著[27]，這與本試驗結(jié)果基本一致。庫爾巴哈值用來測定蛋白質(zhì)降解程度，屬于釀造用啤酒大麥品質(zhì)的一項重要指標(biāo)，過高或者過低都會對啤酒品質(zhì)產(chǎn)生巨大影響。Molina-Cano等對麥芽制造、環(huán)境差異及飼料質(zhì)量的研究發(fā)現(xiàn)，品種與環(huán)境互作對庫爾巴哈值有顯著影響[28]。本研究中，隨著海拔的升高，供試的7個大麥品種（系）的庫爾巴哈值呈總體降低的趨勢，且變異系數(shù)較大，海拔高度差異及其與品種互作效應(yīng)對其產(chǎn)生的影響較為明顯。

綜上所述，海拔對大麥生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)都有很大的影響，因此生產(chǎn)上要重視海拔高度對大麥生長發(fā)育的調(diào)控作用，選擇適合的品種及種植區(qū)域，以獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的商品大麥。

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