贵州典型黄壤辣椒生长、品质及光合特性对新型肥料的响应

张 萌，赵 欢，肖厚军，秦 松，久兰，王正银

(1.贵州省农业科学院土壤肥料研究所， 贵州 贵阳 550006； 2.贵州省农业科学院肥料示范厂， 贵州 贵阳 550006；3.西南大学资源环境学院， 重庆 北碚 400716)

黄壤是中国南方山区的主要土壤类型之一，主要分布于贵州、四川两省以及云南和广西等地。贵州黄壤面积约为703万hm2，占全国黄壤总面积的30.27%，主要分布在海拔800～1 600 m地区，其中旱耕地黄壤464.8万hm2，占全省旱耕地面积的46.2%，是贵州省粮食、经济作物的主要生产基地，在农业生产中发挥着重要的作用[1-2]。然而，由于粘、酸、瘦、瘠的土壤特点，这使得黄壤土生产力低下，严重制约着贵州省农业的发展[3-4]。

辣椒作为贵州传统种植作物，截止2010年，贵州省辣椒种植面积已达22.7万hm2，占全国的15%左右，鲜椒产量达237.1万t，已经成为贵州经济作物发展的主导产业之一[5-6]。然而，当前在贵州黄壤地区化肥过量投入现象普遍存在，造成辣椒产量水平和品质下降以及肥料利用率降低等，不仅无法实现作物高产、高效的施肥目标，而且还会导致严重的环境污染问题[7]。新型肥料作为当前肥料产业发展的新方向，在增加作物产量、提高作物品质、提高肥料利用率以及减少劳动力等方面发挥了重要作用，是保证农业生产轻简高效的有效途径之一[8-9]。不仅如此，新型肥料以其环境友好、养分释放与作物吸收同步、一次性施肥满足作物整个生长期需要、肥料利用率高等优点[10-12]，广泛应用于玉米、小麦以及蔬菜作物生产中，并且取得了良好效果[13-20]。然而，当前关于新型肥料在贵州黄壤地区辣椒生产的研究却鲜见报道。因此，本文以“博辣5号”辣椒品种为试验材料，采用盆栽试验来比较普通复合肥与不同类型新型肥料在贵州黄壤区的施用效果，通过研究对贵州黄壤地区辣椒生长、品质及光合特性的影响，并通过关系拟合明确影响辣椒产量的主导影响因子，以期筛选出适合贵州黄壤辣椒种植区最佳新型肥料品种，为新型肥料在贵州黄壤地区辣椒种植中的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2015年5月—2015年10月在贵州省土壤肥料研究所温室大棚内进行，供试土壤为贵州黄泥土，基本理化性质为∶pH值6.08，有机质39.69 g·kg-1，碱解氮95.95 mg·kg-1，有效磷32.70 mg·kg-1，速效钾119.00 mg·kg-1。供试肥料包括5种，分别为∶复合肥(西洋复合肥，N∶P2O5∶K2O为15∶15∶15)、保水型缓释肥(肥料中添加保水剂，由贵州省土壤肥料研究所自主研发生产，N∶P2O5∶K2O为16∶10∶16)、稳定性缓释肥(肥料中添加脲酶抑制剂，由贵州骅龙肥料有限公司生产，N∶P2O5∶K2O为16∶10∶16)、包膜型缓释肥(采用树脂包膜技术，由金正大肥料有限公司生产，N∶P2O5∶K2O为18∶8∶16)和长效氮肥(树脂包衣尿素，含氮量为46%)。供试辣椒品种为‘博辣5号’。

1.2 试验设计

试验共设置6个处理，分别为∶(1) CK(对照，不施氮肥)；(2) FHF(西洋复合肥)；(3) BSX(保水型缓释肥)；(4) WDX(稳定性缓释肥)；(5) BMX(包膜型缓释肥)；(6) CXDF(长效氮肥)。试验用土为过2 mm筛的风干土，试验容器选用长57 cm、宽38 cm、高24 cm的塑料盆，每盆装土30 kg。各施肥处理的施肥量除CK处理不施氮肥外，各处理的氮、磷、钾肥用量相同，肥料用量为每千克土施N 0.15 g、P2O50.15 g和K2O 0.15 g，肥料不足的用单质肥料过磷酸钙(含P2O512%)和硫酸钾(含K2O 45%)补充，即每盆N、P2O5和K2O用量均为4.5 g。每个处理设置6盆重复，每盆移栽4棵辣椒幼苗，每个处理共计24棵。辣椒种植前将肥料与土充分混匀后装盆，肥料均作为基肥一次性施入，具体施肥量见表1。辣椒生长期间定期更换盆钵位置，确保每盆得到均匀的光照，期间定期进行灌水和除草等常规管理措施。

1.3 测定内容和方法

1.3.1 土壤基本理化性质 土壤pH按照水土比5∶1—pH计法测定；有机质用重铬酸钾容量法；碱解氮用碱解扩散法—标准酸滴定；有效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提—钼锑抗比色法测定；速效钾采用1.0 mol·L-1NH4OAc浸提—火焰光度法测定[21]。

1.3.2 辣椒生物性状、产量及品质的测定 分别在辣椒4个不同生育时期(苗期Ⅰ、营养生长期Ⅱ、坐果期Ⅲ、收获期Ⅳ)每个处理选择5株辣椒，用直尺和游标卡尺分别测量辣椒植株的株高和茎粗。在收获期随机选择5株辣椒统计其分蘖数，辣椒产量经过分批采收后于收获期计算辣椒的最终产量，同时将收获期的辣椒鲜样测定品质指标，包括硝酸盐、还原糖、Vc和粗蛋白[21]。

1.3.3 气体交换参数的测定 在辣椒采摘之前的晴天选取长势均匀的辣椒3株，于上午9∶00—11∶30，用Li-6400XT便携式光合测定仪(LI-COR，USA)测定辣椒功能性叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)。测定时设置光强1 200 μmol·m-2·s-1，叶室温度25℃，CO2浓度为400 μmol·mol-1，气体流速300 mol·s-1。

1.4 数据分析

试验数据均采用Excel 2003软件进行计算处理，利用SPSS和DPS软件进行统计分析，采用Excel 2003软件作图。

2 结果与分析

2.1 新型肥料对辣椒生物性状的影响

施用缓释肥可以显著改善辣椒的生物性状(图1)。从辣椒株高来看(图1A)，不同施肥处理的辣椒株高随生育期推进在坐果期Ⅲ达到最大，之后保持平稳。进一步分析发现，苗期Ⅰ时，不同施肥处理的辣椒株高较CK处理相比增加2.46%～19.02%，其中CXDF处理的辣椒株高显著高于其它施肥处理，而其它处理间无明显差异；营养生长期Ⅱ时，不同施肥处理辣椒株高较CK处理相比增加3.55%～13.95%，以WDX处理的辣椒株高最大且显著高于CK和BMX处理；坐果期Ⅲ和收获期Ⅳ时，不同施肥处理的辣椒株高较CK处理分别增加11.78%～18.56%和13.16%～17.41%，均显著高于CK处理，但不同施肥处理间辣椒株高无差异。

从辣椒茎粗变化情况看(图1B)，其变化趋势与株高变化趋势类似，但不同的是辣椒茎粗是随着生育期的推进在收获期Ⅳ达到最大。从不同时期的辣椒茎粗分析，苗期Ⅰ不同施肥处理的辣椒茎粗较CK处理相比增加2.77%～37.54%，其中以CXDF处理的茎粗最大且显著高于其它处理，BMX处理次之，仅显著高于CK处理，而与其它施肥处理间差异未达显著水平；营养生长期Ⅱ和坐果期Ⅲ，各施肥处理的辣椒茎粗较CK处理分别增加1.67%～7.00%和11.65%～19.41%，但各施肥处理间均无明显差异；收获期Ⅳ不同施肥处理的辣椒茎粗较CK处理增加12.44%～31.56%，以FHF处理的茎粗最大，其次为BSX处理，二者均显著高于CXDF处理。

注：Ⅰ, 苗期; Ⅱ, 营养生长期; Ⅲ, 坐果期; Ⅳ, 收获期
Note：Ⅰ, Seedling stage; Ⅱ, Vegetative growth phase; Ⅲ, Fruit-set stage; Ⅳ, Harvest stage

图1不同施肥处理的辣椒生物性状变化

Fig.1 Changes of biological characteristics of pepper in different fertilization treatments

2.2 新型肥料对辣椒分蘖数及产量的影响

分蘖是辣椒产量形成的重要影响因素，分蘖数的多少直接关系到辣椒产量的高低。从表2可以看出，施肥能够显著影响辣椒的分蘖数和产量水平。从分蘖数来看，不同施肥处理的分蘖数较CK处理增加63.60%～106.75%，不同类型缓释肥中BSX、WDX和BMX处理的分蘖数较FHF增加2.65%～19.75%，而CXDF处理分蘖数低于FHF处理。

施用缓释肥对辣椒产量也有明显影响(表2)，不同施肥处理的单株辣椒产量在101.09～300.35 g·株-1之间，与CK处理相比，不同施肥处理的辣椒单株产量增幅为102.26%～197.11%，而与FHF处理相比，除CXDF处理产量有所降低外，BSX、WDX和BMX处理增产幅度为12.26%～29.77%，说明施用缓释肥能显著提高辣椒产量，且较习惯施肥FHF处理相比增产效果明显。进一步分析发现，各施肥处理的辣椒单株产量以WDX处理最高为300.35 g·株-1，显著高于FHF、BSX、WDX和CXDF处理；BMX和BSX处理的辣椒产量处于中等水平，分别为283.28 g·株-1和259.82 g·株-1，二者与WDX处理之间差异不显著但均显著高于CXDF处理；FHF和CXDF处理的辣椒产量较低，分别为231.45 g·株-1和204.47 g·株-1，二者之间无差异但均显著高于CK处理。

此外，通过线性拟合发现辣椒分蘖数与产量之间存在极显著(P<0.01)的正相关性，拟合方程为Y=7.7811X+37.708(n=18)，相关系数r值为0.683，说明可以通过增加辣椒分蘖数来提高辣椒的产量水平。

2.3 新型肥料对辣椒品质的影响

由表3可知，施肥能够降低辣椒中硝酸盐含量，与FHF处理相比，BMX和CXDF处理的硝酸盐含量显著降低了23.93%和12.64%，而BSX处理则显著提高了12.45%，尽管WDX处理的硝酸盐含量较FHF处理相比略有升高，但含量仍远低于国家安全标准(≤440 mg·kg-1)，并未产生硝酸盐含量超标的风险。从辣椒还原糖和粗蛋白含量来看，与普通复合肥(FHF)相比，施用新型肥料可以使还原糖和粗蛋白含量分别提高0.45%～10.65%和20.12%～23.97%，其中BSX处理的还原糖含量显著高于FHF处理。BSX和WDX处理的Vc含量分别较FHF处理显著增加了83.61%和56.21%，而BMX和CXDF处理则分别显著降低了38.80%和16.87%，说明保水型和稳定性缓释肥更有利于辣椒Vc含量的提升。

表2 不同施肥处理的辣椒分蘖数与产量水平

2.4 新型肥料对辣椒光合特性的影响

光合作用是作物产量形成的重要因素，提高光合速率是取得作物高产的主要途径。从辣椒收获期的叶片气体交换参数看(表4)，不同施肥处理的净光合速率Pn均显著高于CK处理，增幅为150.34%～459.43%，以FHF和BMX处理最优；气孔导度Gs以BSX处理最大，且显著高于FHF和CXDF处理，但与WDX和BMX处理差异未达到显著水平；胞间CO2浓度Ci与净光合速率Pn变化相反，以CK处理的Ci最大，显著高于FHF、WDX、BMX和CXDF处理，而不同施肥处理间Ci差异不明显；在蒸腾速率Tr方面，BSX、WDX和BMX处理的Tr均显著高于CK和FHF处理，分别较CK和FHF处理提高96.15%～120.37%和115.91%～142.58%。

表3 不同施肥处理的辣椒品质

表4 不同施肥处理的辣椒光合特性

2.5 辣椒产量与生物性状及光合特性的关系

2.5.1 辣椒产量与生物性状及光合特性的简单线性相关 采用简单线性相关分析和逐步回归分析来评估辣椒收获期生物性状以及光合参数与产量的相关性，明确影响辣椒产量的主导因素(表5)。从简单线性相关分析看，辣椒收获期的生物性状株高和分蘖数与辣椒产量存在显著的一元一次正相关，相关系数r分别为0.635和0.683，而光合参数Pn、Ci和Tr与推荐产量间也存在显著的相关性，其中Pn与产量之间的相关性符合一元二次模型，相关系数r达到0.876，Ci与产量存在显著的负相关性，相关系数r为-0.565，Tr与产量存在显著正相关性，相关系数r为0.577。

2.5.2 辣椒产量与生物性状及光合特性的逐步回归分析 通过将所有影响因子逐个引入回归方程并得到最终的逐步回归方程(表5)，结果显示，辣椒产量与Ci和蒸腾速率Tr之间存在极显著的相关性，相关系数r达到0.924，说明收获期辣椒叶片的胞间CO2浓度与蒸腾速率是影响辣椒产量的主导因素。

3 讨 论

近年来，新型肥料成为肥料行业和科研工作者的研究热点。与普通肥料相比，新型肥料通过包膜技术、添加抑制剂等方式来控制氮素释放并降低氮素损失，从而促进作物生长和产量形成[22-26]。辣椒作为一种生育期较长的作物，其生长时间可达5个月之久，因此需要氮磷钾等养分的长期持续供应[14,27]。本研究结果表明，与普通复合肥(FHF)相比，施用新型肥料可以使辣椒株高增加0.72%～3.76%，其中长效氮肥(CXDF)处理在辣椒苗期可以显著提高辣椒植株的株高和茎粗，作用效果显著高于其它新型肥料处理，但是苗期之后，作用效果开始减弱，其株高和茎粗均不如其它新型肥料效果明显，这说明长效氮肥可能在辣椒生长前期由于氮素释放过快进而导致后期出现辣椒“脱氮”现象，从而使其生长受限[15]。保水型(BSX)、稳定性(WDX)和包膜型(BMX)缓释肥利用不同控制技术延缓了肥料中氮素的释放，但是由于不同原理而导致其氮素释放效果不同[28]。从本研究辣椒产量水平看，BSX、WDX和BMX处理的辣椒产量较FHF处理分别提高了12.26%、29.77%和22.39%，这表明保水型、稳定性和包膜型缓释肥的控释效果均明显优于普通复合肥，以稳定性缓释肥效果最佳，包膜型缓释肥次之。分析原因可能是一方面树脂包膜型缓释肥可以阻隔肥料与土壤脲酶的直接接触，而添加生化抑制剂的稳定性缓释肥则可以抑制土壤脲酶活性，降低土壤硝化作用，从而减少氨挥发和N2O排放量，提高肥料利用率[29-30]；另一方面，花后干物质和养分积累也是产量形成的重要因素，研究指出保水型和包膜型缓释肥相对有利于保持辣椒花后干物质和氮素吸收及其同化能力，而稳定性缓释肥则主要依靠花前积累的养分向果实转移来提高辣椒产量[16,31]，因此不同的干物质和养分转移特性也可能是导致稳定性缓释肥处理辣椒产量显著提高的原因之一。此外，本研究还对辣椒品质进行了检测，其中保水型缓释肥显著降低硝酸盐含量23.93%(硝酸盐国家安全标准为低于440 mg·kg-1)，说明保水型缓释肥对降低辣椒硝酸盐含量有明显效果，这可能与保水剂对NO3--N的吸附[32]以及氮素释放特性有关[14,33-34]。与此同时，保水型缓释肥较普通复合肥还可显著增加还原糖含量10.65%、增加Vc含量38.61%，而稳定性缓释肥则可显著增加Vc含量56.21%。

表5 辣椒产量与生物性状及光合特性的关系

注∶*和**分别表示相关性达显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)。

Note∶* and ** indicate significance atP<0.05 andP<0.01, respectively.

许大全[35]和陈根云等[36]研究指出，作物生长发育以及产量形成离不开光合作用，而Ci与气孔限制值Ls的变化方向则是判断影响光合速率主要依据：若Ci增加且Ls降低说明是气孔因素导致光合速率变化；反之，则为非气孔因素。本研究通过计算气孔限制值Ls发现，胞间CO2浓度(Ci)与气孔限制值(Ls)变化方向相反，说明气孔因素是影响收获期辣椒叶片光合速率的主要原因。因此BMX处理的辣椒叶片净光合速率(Pn)在收获期显著高于其它处理可能是由于肥料氮素缓慢释放，进而提高了辣椒叶片的气孔环境，通过提高气孔因素进而提高光合能力[32]。

此外，作物产量及产量差的形成受多种影响因素制约，范兰等[37]将水肥管理问题作为影响作物产量差形成的第三大原因，而Mueller等[38]则指出通过改善养分管理，大部分农作物的产量增加45%到70%是有可能的。生物性状和光合能力均是影响作物产量形成的基础[39-40]，而改善农田水肥和养分管理策略主要就是通过改善作物的生物性状和光合能力进而提高作物产量。本研究发现，辣椒株高、分蘖数以及净光合速率Pn、胞间CO2浓度Ci和蒸腾速率Tr均与辣椒产量间存在显著或极显著的相关性，其中除净光合速率Pn与辣椒产量符合一元二次模型外，其它因子均与辣椒产量存在显著的线性相关性，说明从简单线性相关的角度来分析，以上因子均可以显著影响辣椒产量。但是，作物产量的形成是由作物生物性状以及叶片光合作用等多种影响因素综合决定的，因此需要综合考虑多个影响因子才是正确的评估方法[14,41]。本研究通过逐步回归分析将所有影响因子逐个引入回归方程并得到最终的逐步回归方程，结果表明辣椒产量与辣椒叶片的胞间CO2浓度(Ci)以及蒸腾速率(Tr)之间存在极显著的相关性，说明在众多的影响因子中，收获期辣椒叶片的胞间CO2浓度与蒸腾速率是影响辣椒产量的主导因素，从WDX和BMX处理也可看出二者的Ci明显下降，而Tr则明显升高，说明稳定性和包膜型缓释肥对辣椒收获期光合能力的改善效果显著。

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