貴州典型黃壤辣椒生長(zhǎng)、品質(zhì)及光合特性對(duì)新型肥料的響應(yīng)

張 萌，趙 歡，肖厚軍，秦 松，久蘭，王正銀

(1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所， 貴州 貴陽 550006； 2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院肥料示范廠， 貴州 貴陽 550006；3.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 重慶 北碚 400716)

黃壤是中國(guó)南方山區(qū)的主要土壤類型之一，主要分布于貴州、四川兩省以及云南和廣西等地。貴州黃壤面積約為703萬hm2，占全國(guó)黃壤總面積的30.27%，主要分布在海拔800～1 600 m地區(qū)，其中旱耕地黃壤464.8萬hm2，占全省旱耕地面積的46.2%，是貴州省糧食、經(jīng)濟(jì)作物的主要生產(chǎn)基地，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用[1-2]。然而，由于粘、酸、瘦、瘠的土壤特點(diǎn)，這使得黃壤土生產(chǎn)力低下，嚴(yán)重制約著貴州省農(nóng)業(yè)的發(fā)展[3-4]。

辣椒作為貴州傳統(tǒng)種植作物，截止2010年，貴州省辣椒種植面積已達(dá)22.7萬hm2，占全國(guó)的15%左右，鮮椒產(chǎn)量達(dá)237.1萬t，已經(jīng)成為貴州經(jīng)濟(jì)作物發(fā)展的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一[5-6]。然而，當(dāng)前在貴州黃壤地區(qū)化肥過量投入現(xiàn)象普遍存在，造成辣椒產(chǎn)量水平和品質(zhì)下降以及肥料利用率降低等，不僅無法實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)、高效的施肥目標(biāo)，而且還會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染問題[7]。新型肥料作為當(dāng)前肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新方向，在增加作物產(chǎn)量、提高作物品質(zhì)、提高肥料利用率以及減少勞動(dòng)力等方面發(fā)揮了重要作用，是保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)輕簡(jiǎn)高效的有效途徑之一[8-9]。不僅如此，新型肥料以其環(huán)境友好、養(yǎng)分釋放與作物吸收同步、一次性施肥滿足作物整個(gè)生長(zhǎng)期需要、肥料利用率高等優(yōu)點(diǎn)[10-12]，廣泛應(yīng)用于玉米、小麥以及蔬菜作物生產(chǎn)中，并且取得了良好效果[13-20]。然而，當(dāng)前關(guān)于新型肥料在貴州黃壤地區(qū)辣椒生產(chǎn)的研究卻鮮見報(bào)道。因此，本文以“博辣5號(hào)”辣椒品種為試驗(yàn)材料，采用盆栽試驗(yàn)來比較普通復(fù)合肥與不同類型新型肥料在貴州黃壤區(qū)的施用效果，通過研究對(duì)貴州黃壤地區(qū)辣椒生長(zhǎng)、品質(zhì)及光合特性的影響，并通過關(guān)系擬合明確影響辣椒產(chǎn)量的主導(dǎo)影響因子，以期篩選出適合貴州黃壤辣椒種植區(qū)最佳新型肥料品種，為新型肥料在貴州黃壤地區(qū)辣椒種植中的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2015年5月—2015年10月在貴州省土壤肥料研究所溫室大棚內(nèi)進(jìn)行，供試土壤為貴州黃泥土，基本理化性質(zhì)為∶pH值6.08，有機(jī)質(zhì)39.69 g·kg-1，堿解氮95.95 mg·kg-1，有效磷32.70 mg·kg-1，速效鉀119.00 mg·kg-1。供試肥料包括5種，分別為∶復(fù)合肥(西洋復(fù)合肥，N∶P2O5∶K2O為15∶15∶15)、保水型緩釋肥(肥料中添加保水劑，由貴州省土壤肥料研究所自主研發(fā)生產(chǎn)，N∶P2O5∶K2O為16∶10∶16)、穩(wěn)定性緩釋肥(肥料中添加脲酶抑制劑，由貴州驊龍肥料有限公司生產(chǎn)，N∶P2O5∶K2O為16∶10∶16)、包膜型緩釋肥(采用樹脂包膜技術(shù)，由金正大肥料有限公司生產(chǎn)，N∶P2O5∶K2O為18∶8∶16)和長(zhǎng)效氮肥(樹脂包衣尿素，含氮量為46%)。供試?yán)苯菲贩N為‘博辣5號(hào)’。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理，分別為∶(1) CK(對(duì)照，不施氮肥)；(2) FHF(西洋復(fù)合肥)；(3) BSX(保水型緩釋肥)；(4) WDX(穩(wěn)定性緩釋肥)；(5) BMX(包膜型緩釋肥)；(6) CXDF(長(zhǎng)效氮肥)。試驗(yàn)用土為過2 mm篩的風(fēng)干土，試驗(yàn)容器選用長(zhǎng)57 cm、寬38 cm、高24 cm的塑料盆，每盆裝土30 kg。各施肥處理的施肥量除CK處理不施氮肥外，各處理的氮、磷、鉀肥用量相同，肥料用量為每千克土施N 0.15 g、P2O50.15 g和K2O 0.15 g，肥料不足的用單質(zhì)肥料過磷酸鈣(含P2O512%)和硫酸鉀(含K2O 45%)補(bǔ)充，即每盆N、P2O5和K2O用量均為4.5 g。每個(gè)處理設(shè)置6盆重復(fù)，每盆移栽4棵辣椒幼苗，每個(gè)處理共計(jì)24棵。辣椒種植前將肥料與土充分混勻后裝盆，肥料均作為基肥一次性施入，具體施肥量見表1。辣椒生長(zhǎng)期間定期更換盆缽位置，確保每盆得到均勻的光照，期間定期進(jìn)行灌水和除草等常規(guī)管理措施。

1.3 測(cè)定內(nèi)容和方法

1.3.1 土壤基本理化性質(zhì) 土壤pH按照水土比5∶1—pH計(jì)法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀容量法；堿解氮用堿解擴(kuò)散法—標(biāo)準(zhǔn)酸滴定；有效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀采用1.0 mol·L-1NH4OAc浸提—火焰光度法測(cè)定[21]。

1.3.2 辣椒生物性狀、產(chǎn)量及品質(zhì)的測(cè)定 分別在辣椒4個(gè)不同生育時(shí)期(苗期Ⅰ、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期Ⅱ、坐果期Ⅲ、收獲期Ⅳ)每個(gè)處理選擇5株辣椒，用直尺和游標(biāo)卡尺分別測(cè)量辣椒植株的株高和莖粗。在收獲期隨機(jī)選擇5株辣椒統(tǒng)計(jì)其分蘗數(shù)，辣椒產(chǎn)量經(jīng)過分批采收后于收獲期計(jì)算辣椒的最終產(chǎn)量，同時(shí)將收獲期的辣椒鮮樣測(cè)定品質(zhì)指標(biāo)，包括硝酸鹽、還原糖、Vc和粗蛋白[21]。

1.3.3 氣體交換參數(shù)的測(cè)定 在辣椒采摘之前的晴天選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的辣椒3株，于上午9∶00—11∶30，用Li-6400XT便攜式光合測(cè)定儀(LI-COR，USA)測(cè)定辣椒功能性葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)。測(cè)定時(shí)設(shè)置光強(qiáng)1 200 μmol·m-2·s-1，葉室溫度25℃，CO2濃度為400 μmol·mol-1，氣體流速300 mol·s-1。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Excel 2003軟件進(jìn)行計(jì)算處理，利用SPSS和DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Excel 2003軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 新型肥料對(duì)辣椒生物性狀的影響

施用緩釋肥可以顯著改善辣椒的生物性狀(圖1)。從辣椒株高來看(圖1A)，不同施肥處理的辣椒株高隨生育期推進(jìn)在坐果期Ⅲ達(dá)到最大，之后保持平穩(wěn)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，苗期Ⅰ時(shí)，不同施肥處理的辣椒株高較CK處理相比增加2.46%～19.02%，其中CXDF處理的辣椒株高顯著高于其它施肥處理，而其它處理間無明顯差異；營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期Ⅱ時(shí)，不同施肥處理辣椒株高較CK處理相比增加3.55%～13.95%，以WDX處理的辣椒株高最大且顯著高于CK和BMX處理；坐果期Ⅲ和收獲期Ⅳ時(shí)，不同施肥處理的辣椒株高較CK處理分別增加11.78%～18.56%和13.16%～17.41%，均顯著高于CK處理，但不同施肥處理間辣椒株高無差異。

從辣椒莖粗變化情況看(圖1B)，其變化趨勢(shì)與株高變化趨勢(shì)類似，但不同的是辣椒莖粗是隨著生育期的推進(jìn)在收獲期Ⅳ達(dá)到最大。從不同時(shí)期的辣椒莖粗分析，苗期Ⅰ不同施肥處理的辣椒莖粗較CK處理相比增加2.77%～37.54%，其中以CXDF處理的莖粗最大且顯著高于其它處理，BMX處理次之，僅顯著高于CK處理，而與其它施肥處理間差異未達(dá)顯著水平；營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期Ⅱ和坐果期Ⅲ，各施肥處理的辣椒莖粗較CK處理分別增加1.67%～7.00%和11.65%～19.41%，但各施肥處理間均無明顯差異；收獲期Ⅳ不同施肥處理的辣椒莖粗較CK處理增加12.44%～31.56%，以FHF處理的莖粗最大，其次為BSX處理，二者均顯著高于CXDF處理。

注：Ⅰ, 苗期; Ⅱ, 營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期; Ⅲ, 坐果期; Ⅳ, 收獲期
Note：Ⅰ, Seedling stage; Ⅱ, Vegetative growth phase; Ⅲ, Fruit-set stage; Ⅳ, Harvest stage

圖1不同施肥處理的辣椒生物性狀變化

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

2.2 新型肥料對(duì)辣椒分蘗數(shù)及產(chǎn)量的影響

分蘗是辣椒產(chǎn)量形成的重要影響因素，分蘗數(shù)的多少直接關(guān)系到辣椒產(chǎn)量的高低。從表2可以看出，施肥能夠顯著影響辣椒的分蘗數(shù)和產(chǎn)量水平。從分蘗數(shù)來看，不同施肥處理的分蘗數(shù)較CK處理增加63.60%～106.75%，不同類型緩釋肥中BSX、WDX和BMX處理的分蘗數(shù)較FHF增加2.65%～19.75%，而CXDF處理分蘗數(shù)低于FHF處理。

施用緩釋肥對(duì)辣椒產(chǎn)量也有明顯影響(表2)，不同施肥處理的單株辣椒產(chǎn)量在101.09～300.35 g·株-1之間，與CK處理相比，不同施肥處理的辣椒單株產(chǎn)量增幅為102.26%～197.11%，而與FHF處理相比，除CXDF處理產(chǎn)量有所降低外，BSX、WDX和BMX處理增產(chǎn)幅度為12.26%～29.77%，說明施用緩釋肥能顯著提高辣椒產(chǎn)量，且較習(xí)慣施肥FHF處理相比增產(chǎn)效果明顯。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，各施肥處理的辣椒單株產(chǎn)量以WDX處理最高為300.35 g·株-1，顯著高于FHF、BSX、WDX和CXDF處理；BMX和BSX處理的辣椒產(chǎn)量處于中等水平，分別為283.28 g·株-1和259.82 g·株-1，二者與WDX處理之間差異不顯著但均顯著高于CXDF處理；FHF和CXDF處理的辣椒產(chǎn)量較低，分別為231.45 g·株-1和204.47 g·株-1，二者之間無差異但均顯著高于CK處理。

此外，通過線性擬合發(fā)現(xiàn)辣椒分蘗數(shù)與產(chǎn)量之間存在極顯著(P<0.01)的正相關(guān)性，擬合方程為Y=7.7811X+37.708(n=18)，相關(guān)系數(shù)r值為0.683，說明可以通過增加辣椒分蘗數(shù)來提高辣椒的產(chǎn)量水平。

2.3 新型肥料對(duì)辣椒品質(zhì)的影響

由表3可知，施肥能夠降低辣椒中硝酸鹽含量，與FHF處理相比，BMX和CXDF處理的硝酸鹽含量顯著降低了23.93%和12.64%，而BSX處理則顯著提高了12.45%，盡管WDX處理的硝酸鹽含量較FHF處理相比略有升高，但含量仍遠(yuǎn)低于國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)(≤440 mg·kg-1)，并未產(chǎn)生硝酸鹽含量超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。從辣椒還原糖和粗蛋白含量來看，與普通復(fù)合肥(FHF)相比，施用新型肥料可以使還原糖和粗蛋白含量分別提高0.45%～10.65%和20.12%～23.97%，其中BSX處理的還原糖含量顯著高于FHF處理。BSX和WDX處理的Vc含量分別較FHF處理顯著增加了83.61%和56.21%，而BMX和CXDF處理則分別顯著降低了38.80%和16.87%，說明保水型和穩(wěn)定性緩釋肥更有利于辣椒Vc含量的提升。

表2 不同施肥處理的辣椒分蘗數(shù)與產(chǎn)量水平

2.4 新型肥料對(duì)辣椒光合特性的影響

光合作用是作物產(chǎn)量形成的重要因素，提高光合速率是取得作物高產(chǎn)的主要途徑。從辣椒收獲期的葉片氣體交換參數(shù)看(表4)，不同施肥處理的凈光合速率Pn均顯著高于CK處理，增幅為150.34%～459.43%，以FHF和BMX處理最優(yōu)；氣孔導(dǎo)度Gs以BSX處理最大，且顯著高于FHF和CXDF處理，但與WDX和BMX處理差異未達(dá)到顯著水平；胞間CO2濃度Ci與凈光合速率Pn變化相反，以CK處理的Ci最大，顯著高于FHF、WDX、BMX和CXDF處理，而不同施肥處理間Ci差異不明顯；在蒸騰速率Tr方面，BSX、WDX和BMX處理的Tr均顯著高于CK和FHF處理，分別較CK和FHF處理提高96.15%～120.37%和115.91%～142.58%。

表3 不同施肥處理的辣椒品質(zhì)

表4 不同施肥處理的辣椒光合特性

2.5 辣椒產(chǎn)量與生物性狀及光合特性的關(guān)系

2.5.1 辣椒產(chǎn)量與生物性狀及光合特性的簡(jiǎn)單線性相關(guān) 采用簡(jiǎn)單線性相關(guān)分析和逐步回歸分析來評(píng)估辣椒收獲期生物性狀以及光合參數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)性，明確影響辣椒產(chǎn)量的主導(dǎo)因素(表5)。從簡(jiǎn)單線性相關(guān)分析看，辣椒收獲期的生物性狀株高和分蘗數(shù)與辣椒產(chǎn)量存在顯著的一元一次正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r分別為0.635和0.683，而光合參數(shù)Pn、Ci和Tr與推薦產(chǎn)量間也存在顯著的相關(guān)性，其中Pn與產(chǎn)量之間的相關(guān)性符合一元二次模型，相關(guān)系數(shù)r達(dá)到0.876，Ci與產(chǎn)量存在顯著的負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)r為-0.565，Tr與產(chǎn)量存在顯著正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)r為0.577。

2.5.2 辣椒產(chǎn)量與生物性狀及光合特性的逐步回歸分析 通過將所有影響因子逐個(gè)引入回歸方程并得到最終的逐步回歸方程(表5)，結(jié)果顯示，辣椒產(chǎn)量與Ci和蒸騰速率Tr之間存在極顯著的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)r達(dá)到0.924，說明收獲期辣椒葉片的胞間CO2濃度與蒸騰速率是影響辣椒產(chǎn)量的主導(dǎo)因素。

3 討 論

近年來，新型肥料成為肥料行業(yè)和科研工作者的研究熱點(diǎn)。與普通肥料相比，新型肥料通過包膜技術(shù)、添加抑制劑等方式來控制氮素釋放并降低氮素?fù)p失，從而促進(jìn)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成[22-26]。辣椒作為一種生育期較長(zhǎng)的作物，其生長(zhǎng)時(shí)間可達(dá)5個(gè)月之久，因此需要氮磷鉀等養(yǎng)分的長(zhǎng)期持續(xù)供應(yīng)[14,27]。本研究結(jié)果表明，與普通復(fù)合肥(FHF)相比，施用新型肥料可以使辣椒株高增加0.72%～3.76%，其中長(zhǎng)效氮肥(CXDF)處理在辣椒苗期可以顯著提高辣椒植株的株高和莖粗，作用效果顯著高于其它新型肥料處理，但是苗期之后，作用效果開始減弱，其株高和莖粗均不如其它新型肥料效果明顯，這說明長(zhǎng)效氮肥可能在辣椒生長(zhǎng)前期由于氮素釋放過快進(jìn)而導(dǎo)致后期出現(xiàn)辣椒“脫氮”現(xiàn)象，從而使其生長(zhǎng)受限[15]。保水型(BSX)、穩(wěn)定性(WDX)和包膜型(BMX)緩釋肥利用不同控制技術(shù)延緩了肥料中氮素的釋放，但是由于不同原理而導(dǎo)致其氮素釋放效果不同[28]。從本研究辣椒產(chǎn)量水平看，BSX、WDX和BMX處理的辣椒產(chǎn)量較FHF處理分別提高了12.26%、29.77%和22.39%，這表明保水型、穩(wěn)定性和包膜型緩釋肥的控釋效果均明顯優(yōu)于普通復(fù)合肥，以穩(wěn)定性緩釋肥效果最佳，包膜型緩釋肥次之。分析原因可能是一方面樹脂包膜型緩釋肥可以阻隔肥料與土壤脲酶的直接接觸，而添加生化抑制劑的穩(wěn)定性緩釋肥則可以抑制土壤脲酶活性，降低土壤硝化作用，從而減少氨揮發(fā)和N2O排放量，提高肥料利用率[29-30]；另一方面，花后干物質(zhì)和養(yǎng)分積累也是產(chǎn)量形成的重要因素，研究指出保水型和包膜型緩釋肥相對(duì)有利于保持辣椒花后干物質(zhì)和氮素吸收及其同化能力，而穩(wěn)定性緩釋肥則主要依靠花前積累的養(yǎng)分向果實(shí)轉(zhuǎn)移來提高辣椒產(chǎn)量[16,31]，因此不同的干物質(zhì)和養(yǎng)分轉(zhuǎn)移特性也可能是導(dǎo)致穩(wěn)定性緩釋肥處理辣椒產(chǎn)量顯著提高的原因之一。此外，本研究還對(duì)辣椒品質(zhì)進(jìn)行了檢測(cè)，其中保水型緩釋肥顯著降低硝酸鹽含量23.93%(硝酸鹽國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)為低于440 mg·kg-1)，說明保水型緩釋肥對(duì)降低辣椒硝酸鹽含量有明顯效果，這可能與保水劑對(duì)NO3--N的吸附[32]以及氮素釋放特性有關(guān)[14,33-34]。與此同時(shí)，保水型緩釋肥較普通復(fù)合肥還可顯著增加還原糖含量10.65%、增加Vc含量38.61%，而穩(wěn)定性緩釋肥則可顯著增加Vc含量56.21%。

表5 辣椒產(chǎn)量與生物性狀及光合特性的關(guān)系

注∶*和**分別表示相關(guān)性達(dá)顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)。

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

許大全[35]和陳根云等[36]研究指出，作物生長(zhǎng)發(fā)育以及產(chǎn)量形成離不開光合作用，而Ci與氣孔限制值Ls的變化方向則是判斷影響光合速率主要依據(jù)：若Ci增加且Ls降低說明是氣孔因素導(dǎo)致光合速率變化；反之，則為非氣孔因素。本研究通過計(jì)算氣孔限制值Ls發(fā)現(xiàn)，胞間CO2濃度(Ci)與氣孔限制值(Ls)變化方向相反，說明氣孔因素是影響收獲期辣椒葉片光合速率的主要原因。因此BMX處理的辣椒葉片凈光合速率(Pn)在收獲期顯著高于其它處理可能是由于肥料氮素緩慢釋放，進(jìn)而提高了辣椒葉片的氣孔環(huán)境，通過提高氣孔因素進(jìn)而提高光合能力[32]。

此外，作物產(chǎn)量及產(chǎn)量差的形成受多種影響因素制約，范蘭等[37]將水肥管理問題作為影響作物產(chǎn)量差形成的第三大原因，而Mueller等[38]則指出通過改善養(yǎng)分管理，大部分農(nóng)作物的產(chǎn)量增加45%到70%是有可能的。生物性狀和光合能力均是影響作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[39-40]，而改善農(nóng)田水肥和養(yǎng)分管理策略主要就是通過改善作物的生物性狀和光合能力進(jìn)而提高作物產(chǎn)量。本研究發(fā)現(xiàn)，辣椒株高、分蘗數(shù)以及凈光合速率Pn、胞間CO2濃度Ci和蒸騰速率Tr均與辣椒產(chǎn)量間存在顯著或極顯著的相關(guān)性，其中除凈光合速率Pn與辣椒產(chǎn)量符合一元二次模型外，其它因子均與辣椒產(chǎn)量存在顯著的線性相關(guān)性，說明從簡(jiǎn)單線性相關(guān)的角度來分析，以上因子均可以顯著影響辣椒產(chǎn)量。但是，作物產(chǎn)量的形成是由作物生物性狀以及葉片光合作用等多種影響因素綜合決定的，因此需要綜合考慮多個(gè)影響因子才是正確的評(píng)估方法[14,41]。本研究通過逐步回歸分析將所有影響因子逐個(gè)引入回歸方程并得到最終的逐步回歸方程，結(jié)果表明辣椒產(chǎn)量與辣椒葉片的胞間CO2濃度(Ci)以及蒸騰速率(Tr)之間存在極顯著的相關(guān)性，說明在眾多的影響因子中，收獲期辣椒葉片的胞間CO2濃度與蒸騰速率是影響辣椒產(chǎn)量的主導(dǎo)因素，從WDX和BMX處理也可看出二者的Ci明顯下降，而Tr則明顯升高，說明穩(wěn)定性和包膜型緩釋肥對(duì)辣椒收獲期光合能力的改善效果顯著。

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