论文部分内容阅读
摘 要：為研究不同替代施肥对热区辣椒植株形态、产量及养分累积的影响，明确不同施肥模式的施用效果，2017—2019年在海南省儋州市中国热带农业科学院试验场第7队基地布置了田间试验。试验保持相同的田间施肥量，设置5个替代施肥处理：（1）100%肥效的复合肥（CK）;（2）50%肥效的复合肥+50%肥效的秸秆（T1）;（3）50%肥效的复合肥+50%肥效的蚯蚓粪（T2）;（4）50%肥效的复合肥+50%肥效的生物炭（T3）;（5）50%肥效的复合肥+50%肥效的羊粪（T4）。研究中，与CK相比，在植株形态上，T2处理能显著促进植物的茎高生长，T2和T3处理能有效增加辣椒植株分叉;在植株干物质累积上，植株的地上部分差异不显著，地下部分仅T2处理达显著性差异;在辣椒植株养分累积上，各处理下的植株N、P含量无显著差异，T1处理植株的K含量差异显著，T2处理植株的P含量显著高于T3、T4处理;在产量上，各处理间差异不显著。研究结果表明，在保持田间施用等量肥效下，与施用100%复合肥相比，50%肥效的复合肥+50%肥效的蚯蚓粪（T2）和50%肥效的复合肥+50%肥效的生物炭（T3）具有促进辣椒植株生长发育的潜力。但施用50%肥效的复合肥+50%肥效的蚯蚓粪还能够保持辣椒植株的P含量。因此，土壤缺磷地区采用蚯蚓粪和化肥配施模式更有利于保证辣椒产量，并减少化肥投入量。
关键词：替代施肥;辣椒;形态;产量;养分累积
中图分类号：S511 文献标识码：A
Effects of Different Fertilization Treatments on the Shape， Yield and Nutrient Accumulation of Capsicum annuum L.
CHEN Xin1，2，3， LI Wei1，2，3， PENG Lixu1，2，3， LI Ning1，2，3， FAN Changhua1，2，3， CHEN Miao1，2，3*
1. Institute of Environmental and Plant Protection， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Haikou， Hainan 571101， China; 2. National Agricultural Experimental Station for Agricultural Environment， Danzhou， Hainan 571737， China; 3. Danzhou Scientific Observing and Experimental Station of Agro-Environment， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Danzhou， Hainan 571737， China
Abstract： In order to study the effects of different alternative fertilization on plant morphology， yield and nutrient accumulation of Capsicum annuum L.， and to clarify the application effects of different fertilization modes， field experiments were conducted. Five alternative fertilization treatments were set up： （1） 100% fertilizer efficiency compound fertilizer （CK）; （2） 50% fertilizer efficiency compound fertilizer + 50% fertilizer efficiency straw （T1）; （3） 50% fertilizer efficiency compound fertilizer + 50% fertilizer efficiency earthworm manure （T2）; （4） 50% fertilizer efficiency compound fertilizer + 50% fertilizer efficiency biochar （T3）; （5） 50% fertilizer efficiency compound fertilizer + 50% fertilizer efficiency sheep manure （T4）. Compared with CK， T2 could significantly promote the growth of plant stem height， T2 and T3 could effectively increase plant branching. There was no significant difference in dry matter accumulation in the aboveground part of plants， while T2 was the most significant in underground part. There was no significant difference in N and P content of plants under different treatments， and the K content of T1 was significantly lower. Further comparison showed that the P content of T2 was significantly higher than that of T3 and T4. There was no significant difference among treatments in yield. The results showed that 50% compound fertilizer + 50% vermicompost （T2） and 50% compound fertilizer + 50% biochar （T3） had the potential to promote the growth and development of pepper plants under the same fertilizer effect in the field. However， the application of 50% compound fertilizer and 50% earthworm manure could maintain the P content of pepper plants. So we think that the application of earthworm manure combined with chemical fertilizer in soil phosphorus deficient areas was more conducive to ensure the yield of pepper and reduce the input of the chemical fertilizer. Keywords： alternative fertilization; capsicum; form; yield; nutrient accumulation
DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.07.024
辣椒（Capsicum annuum L.）是一种茄科辣椒属植物，富含维生素C，在我国常年种植面积稳定在130万hm2以上，产值和效益仅次于大白菜[1]。2018年海南省的辣椒种植面积占海南冬季瓜菜生产总面积的15.33%，产量占冬季瓜菜总产量的16.06%[2]，是海南省主要的冬季瓜菜品种之一。海南省农作物的复种指数为162.4%[2]。与内地相比，海南气候高温高湿，农户的辣椒栽培管理水平仍相对粗放。尤其如辣椒等果菜蔬菜的需肥量相对较高，在经济效益驱使下，易出现农户过量用肥现象。2017年，海南省农作物化肥施用强度是480 kg/hm2[3]，是全国农作物化肥施用强度最高的省份，是国家生态县和生态乡镇建设要求化肥施用强度250 kg/hm2的1.92倍。过量地施用化肥会造成农田土壤面源污染。如何在保证作物产量的同时，减少农药、化肥的投入量，保证植株对氮、磷、钾的吸收与累积，是当前农田化学品替代施肥的关键。前人的研究表明，施肥过多，容易出现肥料下渗，导致植株出现矮化，根变褐色以至枯死，果实生长缓慢，甚至会出现植株萎蔫、枯萎，降低作物产量[4-5]，而且如果环境温、湿度过高，土壤中磷、氮肥的挥发速度会加快，极易导致作物发生肥害，影响作物养分累积[6]。氮、磷、钾是影响作物产量的3个主要元素[7]。在不同作物上，尽管作物可接受的化肥量的减少量不同，但是适当的减量施肥并不会显著影响作物的产量[8-10]。因此，本研究拟讨论5个减量替代施肥方式下辣椒的形态、产量及养分累积情况，量化明确各施肥技术模式的施用效果，为今后辣椒地绿色、高产、健康的精准施肥、减施增效提供重要的科学理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 供试材料 供试辣椒为超长大椒（Capsicum annuum L.），由淮北市久保田种业有限公司生产。
1.1.2 试验地概况 试验于2017年10月至2018年8月，在海南省儋州市农业农村部儋州农业环境科学观测实验站（109°29′34″ E，19°34′54″ N）进行。该试验区平均海拔134 m，属热带季风气候，年平均气温23. 2 ℃～23. 9 ℃，≥15 ℃日均积温7500 ℃～8500 ℃，最冷月（1月）平均气温 16.9 ℃～18.0 ℃，最热月（7月）平均气温25.3 ℃～ 27.8 ℃，年降水量1500～2000 mm。试验区地势平缓，土壤为海南砖红壤。试验区耕层土壤pH为5.0，有机质为4.94 g/kg，全氮为0.028%，速效磷为0.35 mg/kg，速效钾为28.57 mg/kg。
1.2 方法
1.2.1 试验设计 试验为田间试验，土壤施用肥量保持田间N：213 kg/hm2，P2O5 135 kg/hm2 ，K2O 229 kg/hm2。设置5个施肥处理，分别是对照处理CK，为100%肥效的复合肥;T1处理为50%肥效的复合肥+50%肥效的秸秆;T2处理为50%肥效的复合肥+50%肥效的蚯蚓粪;T3处理为50%肥效的复合肥+50%肥效的生物炭;T4处理为50%肥效的复合肥+50%肥效的羊粪。试验为完全随机区组设计，3次重复，每个试验小区面积约为57.7 m2（7.8 m×7.4 m）。相邻小区间以水泥板隔开，以防止水肥互扰。辣椒株、行距为45 cm× 50 cm，肥料采用条施，田间管理同大田生产管理。测定辣椒植株中全氮、全磷、全钾的含量情况，以及分支、株高、茎粗、鲜重、干重及产量等常规生长指标。
1.2.2 测定方法 辣椒植株中全氮采用凯式定氮法[11]测定;全磷采用钼锑抗比色法[11]测定;全鉀采用火焰光度计法[11]测定;植株的分支以主干分支数计;株高采用钢卷尺测量植株自然株高;采用游标卡尺测量植株基茎粗。将不同处理的辣椒幼苗用蒸馏水冲洗干净、吸水纸吸干，测定地上部与地下部分鲜重，并在烘箱中115 ℃杀青，80 ℃烘干至恒重，称干物质重。用精度为0.001电子天平称取。
1.3 数据处理
采用Microsoft Excel 2010软件进行数据整理和制图，采用SPSS 19.0软件进行数据统计及方差分析，并用Duncan’s新复极差法进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 不同施肥处理下的辣椒形态
施肥对植物最直观的影响表现在植物的生长形态上。在植株的分枝上，与CK相比，T1和T4差异不显著，T2、T3与CK差异显著，分
枝个数分别增加了125.56%和200.01%。在植株的茎高上，T2的茎高最高，为9.18 cm，显著高于CK、T1、T3、T4，且分别是以上处理的1.63倍、1.43倍、1.27倍、1.44倍。与CK相比，T1、T3、T4并无显著性差异。在植株的茎粗上，不同处理下辣椒的茎粗变化范围为9.76～11.94 cm。除了T1的茎粗显著低于T2和T3外，CK、T2、T3、T4之间的茎粗并无显著差异。研究表明，施用不同的替代肥，辣椒植株在分枝、茎粗和茎高上具有不同的表现。与CK相比，T2能显著促进植物的茎高生长，T2和T3能有效增加辣椒植株分叉;与T1相比，T2和T3能有效地增加植株茎粗（图1）。
2.2 不同施肥处理下的田间辣椒地上、地下部分的干物质
在辣椒植株的干物质累积上，与CK相比，各处理间地上部分的累积并无显著性差异。对于辣椒地下部分干物质累积，除了T2显著大于CK外，各处理间辣椒植株的地下部分干物质累积并未达到显著性差异水平。与CK相比，T2处理植株的地下部分干重显著最大，达8.45 g（图2）。 2.3 不同施肥处理下的田间辣椒的根冠比
根冠比是植物生长过程中地上部和地下部生物量分配比例的直观指标。由图3看出，各处理显著高于CK。与CK相比，T1、T2、T3、T4的根冠比分别是其1.28倍、1.32倍、1.08倍、1.28倍。
2.4 不同施肥处理下的田间辣椒植株的养分
在对植物N、P、K元素的测定中发现，各处理下的植株N含量无显著差异;在辣椒植株的P含量上，与CK相比，T1、T3、T4之间差异不显著，T1与T2差异不显著，但T2显著高于T3和T4，其中T2处理下的植株P含量为4.53 g/kg，分别是T3的1.35倍，T4的1.15倍;在辣椒植株的K含量上，除T1的植株K含量极显著低于其他各处理之外，CK、T2、T3、T4之间差异不显著（表1）。
2.5 不同施肥处理下的田间辣椒的产量
各处理下田间辣椒的产量与CK相比差异性不显著。其中，T2的产量为3.02 kg/m2，且显著高于T4，是其产量的1.82倍（表2）。
3 讨论
3.1 不同施肥处理对辣椒形态的影响
株高是作物的主要农艺性状，主要由主茎高决定，与产量密切相关[12]。Tandazo-Yunga等[13]认为，相较于传统施肥栽培，温暖和干燥一点的环境下，施用有机肥的植物生长效果会更好一些。在本研究中，与CK相比，T2处理下辣椒植株的茎高生长表现较好，与其在桑树[14]上的研究相似。但并不是施用了有机肥都会显著促进植株生长。同为有机肥替代的T4处理的辣椒植株在形态上却与CK无显著性差异。在茎高上，T2显著高于T4。这可能是因为蚯蚓粪和羊粪等量替代对辣椒的营养生长影响程度不同。羊粪中难降解的N-化合物在肥料施用年度里以低速率矿化[15]。且蚯蚓粪的表面积较大，能形成良好的微循环环境，且携带的赤霉素等激素物质能够加速植物生长[16]。
植物茎分叉数量越多，越有利于植物对光的截取和利用[17]。但不同的施肥模式促进辣椒植株分叉的能力并不同。植物的茎干和叶子一样，具有调节植物体内碳的获得、水分的运输与流失的作用[18]。本研究中，与CK相比，T2和T3处理下的辣椒植株在茎干分叉数上具有明显优势。这可能是由于蚯蚓粪提高了土壤有机质、铵态氮、速效钾、速效磷的含量[19]，提高了植株吸收的营养量，进而促进了植株的营养生长;而生物炭则增强了辣椒植株获得更多的碳能力，促进了茎干的分叉和生物量的累积[15]。
3.2 不同施肥处理对辣椒干物质和根冠比的影响
植物干物质的累积及分配会受施肥模式的影响，进而影响植物后期的产量[20-21]。尽管试验中投入的肥量相同，但是不同的替代施肥方式对土壤肥力的影响不一样。生物炭的多孔性有利于吸附养分离子，减少养分流失[22]。且在等量秸秆情况下，秸秆炭化还田对阻控土壤酸化、提高有机质含量和阳离子交换能力（CEC）的效果比秸稈还田较为明显[23]。本研究中，使用不同替代施肥模式后的辣椒植株的干物质量在重量上均大于常规施复合肥的处理，并在数量上表现出明显区别。这与王艳芳等[24]的研究结果一致。
根冠比是描述植株质量的一个指标。辣椒是浅根系植物，根系发育比较偏弱，木栓化程度偏高。本研究中，辣椒植株的根冠比都小于1。这表明在养分适宜的条件下，植株的养分和光合产物都会优先用于辣椒植株地上部分的生长[25]。但是用根冠比衡量植株生长优劣还需要结合其干物质量进行考量。在保证生长的前提下，根冠比呈增加趋势[26]。
3.3 不同施肥处理对辣椒养分累积及产量的影响
氮、磷、钾在植物体内的吸收与积累是作物产量形成的基础[26]。作物产量是由生育期内干物质及养分的积累、分配和转移特性所决定的[27-29]。在本研究中，与CK相比，各替代施肥模式并不会显著影响辣椒的产量。然而，T2的辣椒产量显著高于T4处理下的辣椒产量。这与竹荪[30]、番茄[31]上的研究结论相似。进一步分析2个处理之间的养分累积情况发现，T2和T4处理下辣椒植株的N、K含量并无差异，仅T2的辣椒P含量显著高于T4的P含量。Materechera[32]认为当土壤中缺乏一些无机元素，尤其是P、Mg、Zn和Mn的时候，施用蚯蚓粪能表现出较好的肥力效果。佐证了在热带亚热带农业中，磷常被认为是生态系统生产力的限制因子之一的观点[33-34]。但同样的P含量表现也发现在T2与T3之间，它们的P含量差异达显著水平，然而二者间产量表现并不明显。这可能是由于生物炭能通过促进辣椒植株发叉，改善养分运转途径，增强作物的光合能力和同化作用，通过增加地上部生物量，进而提高产量[35]。在本试验中，除了发现T1的植株K含量显著低于其他处理外，各施肥模式下植株的N、K含量差异不显著。作物吸收钾素的形态主要来源于非交换性钾和矿物态钾[36]。而秸秆中的钾素多以游离态存在，虽然可以较快地溶入土壤，但增加土壤中的离子态钾，削弱了矿物钾的比例[37]，短期内很难提高辣椒植株的K含量。
4 结论
研究结果表明，在保持田间施用等量肥效下，与施用100%复合肥相比，50%肥效的复合肥+50%肥效的蚯蚓粪（T2）和50%肥效的复合肥+50%肥效的生物炭（T3）具有促进辣椒植株生长发育的潜力。但施用50%肥效的复合肥+50%肥效的蚯蚓粪还能够保持辣椒植株的P含量。那么，在土壤缺磷地区施用蚯蚓粪和化肥配施模式能更有利于保证辣椒产量，并减少化肥投入量。
参考文献
[1] 庄映红， 覃柳兰， 陆晓清， 等. 桂林地区辣椒套管嫁接育苗技术[J]. 蔬菜， 2020（6）： 44-46.
[2] 海南省统计局， 国家统计局海南调查总队. 海南统计年鉴2019[M]. 北京： 中国统计出版社， 2019. [3] 刘钦普. 中国化肥施用强度及环境安全阈值时空变化[J]. 农业工程学报， 2017， 33（6）： 214-221.
[4] 单芹丽， 李绅崇， 汪国鲜， 等. 施肥过量对无土栽培非洲菊生长和开花的影响[J]. 西南农业学报， 2018， 31（10）： 2135-2139.
[5] 祝海燕. 过量施肥对设施果菜类蔬菜的影响： 以山东省寿光市为例[J]. 中国瓜菜， 2018， 31（11）： 50-52.
[6] 朱德进， 黄 卉， 王艳蓉， 等. 施肥过量会引起蔬菜生理病害[J]. 上海蔬菜， 2007（1）： 64-65
[7] 周德超. 氮、磷、钾在植物体中的主要生理作用及植物对养分的吸收[J]. 生物学通报， 1983（5）： 7-8.
[8] 余小兰， 杨福锁， 蔡卫音， 等. 海南临高辣椒主产区产量差及其限制因子分析[J]. 热带作物学报， 2018， 39（11）： 2147-2152.
[9] 田艺心， 曹鹏鹏， 高凤菊， 等. 减氮施肥对间作玉米-大豆生长性状及经济效益的影响[J]. 山东农业科学， 2019， 51（11）： 109-113.
[10] 韩瑛祚， 司鹏飞， 王秀娟， 等. 减量施氮对保护地辣椒生长发育的影响[J]. 北方园艺， 2017（22）： 71-75.
[11] 鲍士旦. 土壤农业化学分析方法[M]. 3版. 北京： 中国农业出版社， 2000.
[12] Guo F D， Ma J J， Hou L， et al. Transcriptome profiling provides insights into molecular mechanism in peanut semi- dwarf mutant[J]. BMC Genomics， 2020， 21（1）： 11-17.
[13] Tandazo-Yunga J V， Ruiz-González M X， Rojas J R， et al. The impact of an extreme climatic disturbance and different fertilization treatments on plant development， phenology， and yield of two cultivar groups of Solanum betaceum Cavs[J]. PLoS One， 2017， 12（12）： 0190316.
[14] 张志林， 秦和生， 何梦秀， 等. 蚯蚓粪配施化肥对桑树根际土壤生物学特征及桑叶产量和品质的影响[J]. 西南农业学报， 2020， 33（2）： 357-362.
[15] Bosshard C， S?rensen P， Frossard E. et al. Nitrogen use efficiency of 15N-labelled sheep manure and mineral fertiliser applied to microplots in long-term organic and conventional cropping systemss[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems， 2009， 83（3）： 271-287.
[16] 杨丰源， 翟玉莹， 张新宇， 等. 蚯蚓肥的特性及应用[J]. 上海蔬菜， 2019（5）： 61-62.
[17] Silva M C， Teodoro G S， Evelyn F A. et al. The role of intraspecific trait variation in the occupation of sharp forest-savanna ecotoness[J]. Flora， 2019（253）： 35-42.
[18] ?vilalovera E， Zerpa A J， Santiago L S. Stem photosynthesis and hydraulics are coordinated in desert plant species[J]. New Phytologist， 2017， 216（4）： 1119-1129.
[19] 馮腾腾， 黄怀成， 陈 飞， 等. 不同蚯蚓粪施用量对连作黄瓜农艺性状、产量和品质的影响[J]. 南方农业学报， 2018， 49（8）： 1575-1580.
[20] Jeffery S， Verheijen F G A， Velde V D M， et al. A quantitative review of the effects of biochar application to soils on crop productivity using meta-analysis[J]. Agriculture， Ecosystems and Environment， 2011， 144（1）： 175-187. [21] 杨林生， 张宇亭， 杨柳青， 等. 不同氮钾水平对水稻干物质累积、转运及产量的影响[J]. 中国土壤与肥料， 2019（4）： 89-95.
[22] 乔丹丹， 吴名宇， 张 倩， 等. 秸秆还田与生物炭施用对黄褐土团聚体稳定性及有机碳积累的影响[J]. 中国土壤与肥料， 2018（3）： 92-99.
[23] 杨彩迪， 卢升高. 秸秆直接还田和炭化还田对红壤酸度、养分和交换性能的动态影响[J]. 环境科学， 2020， 41（9）： 4246-4252.
[24] 王艳芳， 王聪聪， 武 喆. 羊粪和蚯蚓粪对番茄农艺性状和品质的影响[J]. 北方园艺， 2020（10）： 51-55.
[25] 刘会芳， 韩宏伟， 庄红梅， 等. 氮素形态对盐胁迫下辣椒幼苗生长及光合特性的影响[J]. 新疆农业科学， 2019， 56（5）： 855-863.
[26] 王海伟， 郝水源， 苏志芳， 等. 麦后复种3个芜菁品种的产量相关因素比较分析[J]. 耕作与栽培， 2019， 39（6）： 20-23
[27] 叶 洁， 颉建明， 郁继华， 等. 不同控释氮肥水平对辣椒生长和品质的影响[J]. 甘肃农业大学学报， 2018， 53（1）： 42-48+57.
[28] 尹静静， 吴小宾， 徐国鑫， 等. 莲藕干物质积累与氮磷钾吸收分配特征[J]. 北方园艺， 2020（6）： 1-8.
[29] 赵 营， 同延安， 赵护兵. 不同供氮水平对夏玉米养分累积、转运及产量的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2006， 12（5）： 622-627.
[30] 顾文智， 刘 文， 杨泽新， 等. 蚯蚓粪肥覆土对畦栽竹荪生产性状的影响[J]. 陕西农业科学， 2018， 64（7）： 39-42.
[31] 路迎奇， 杨丽娟， 史津玮， 等. 蚓粪用量对温室番茄生长发育与产量和品质的调节[J]. 北方园艺， 2019（6）： 77-82.
[32] Materechera S A. Nutrient availability and maize growth in a soil amended with earthworm casts from a South African indigenous species[J]. Bioresource Technology， 2002， 84（2）： 197-201.
[33] Fox J， Castella J C， Ziegler A， et al. Rubber plantations expand in mountainous Southeast Asia： What are the consequences for the environments？[J]. Asia Pacific Issues， 2014（114）： 1-8.
[34] Oula G， Matthewj P， Janel W， et al. The sensitivity of photosynthesis to phosphorus deficiency differs between C3 and C4 tropical grasses[J]. Functional Plant Biology， 2008（35）： 213-221.
[35] 彭辉辉， 刘 强， 荣湘民， 等. 生物炭、有机肥与化肥配施对春玉米养分利用及产量的影响[J]. 南方农业学报， 2015， 46（8）： 1396-1400.
[36] Jouany C， Colomb B， Bosc M. Long-term effects of potassium fertilization on yields and fertility status of calcareous soils of south-west France[J]. European Journal of Agronomy， 1996， 5（3）： 287-294.
[37] 譚德水， 金继运， 黄绍文. 长期施钾与秸秆还田对西北地区不同种植制度下作物产量及土壤钾素的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2008（5）： 886-893.
责任编辑：白 净
关键词：替代施肥;辣椒;形态;产量;养分累积
中图分类号：S511 文献标识码：A
Effects of Different Fertilization Treatments on the Shape， Yield and Nutrient Accumulation of Capsicum annuum L.
CHEN Xin1，2，3， LI Wei1，2，3， PENG Lixu1，2，3， LI Ning1，2，3， FAN Changhua1，2，3， CHEN Miao1，2，3*
1. Institute of Environmental and Plant Protection， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Haikou， Hainan 571101， China; 2. National Agricultural Experimental Station for Agricultural Environment， Danzhou， Hainan 571737， China; 3. Danzhou Scientific Observing and Experimental Station of Agro-Environment， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Danzhou， Hainan 571737， China
Abstract： In order to study the effects of different alternative fertilization on plant morphology， yield and nutrient accumulation of Capsicum annuum L.， and to clarify the application effects of different fertilization modes， field experiments were conducted. Five alternative fertilization treatments were set up： （1） 100% fertilizer efficiency compound fertilizer （CK）; （2） 50% fertilizer efficiency compound fertilizer + 50% fertilizer efficiency straw （T1）; （3） 50% fertilizer efficiency compound fertilizer + 50% fertilizer efficiency earthworm manure （T2）; （4） 50% fertilizer efficiency compound fertilizer + 50% fertilizer efficiency biochar （T3）; （5） 50% fertilizer efficiency compound fertilizer + 50% fertilizer efficiency sheep manure （T4）. Compared with CK， T2 could significantly promote the growth of plant stem height， T2 and T3 could effectively increase plant branching. There was no significant difference in dry matter accumulation in the aboveground part of plants， while T2 was the most significant in underground part. There was no significant difference in N and P content of plants under different treatments， and the K content of T1 was significantly lower. Further comparison showed that the P content of T2 was significantly higher than that of T3 and T4. There was no significant difference among treatments in yield. The results showed that 50% compound fertilizer + 50% vermicompost （T2） and 50% compound fertilizer + 50% biochar （T3） had the potential to promote the growth and development of pepper plants under the same fertilizer effect in the field. However， the application of 50% compound fertilizer and 50% earthworm manure could maintain the P content of pepper plants. So we think that the application of earthworm manure combined with chemical fertilizer in soil phosphorus deficient areas was more conducive to ensure the yield of pepper and reduce the input of the chemical fertilizer. Keywords： alternative fertilization; capsicum; form; yield; nutrient accumulation
DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.07.024
辣椒（Capsicum annuum L.）是一种茄科辣椒属植物，富含维生素C，在我国常年种植面积稳定在130万hm2以上，产值和效益仅次于大白菜[1]。2018年海南省的辣椒种植面积占海南冬季瓜菜生产总面积的15.33%，产量占冬季瓜菜总产量的16.06%[2]，是海南省主要的冬季瓜菜品种之一。海南省农作物的复种指数为162.4%[2]。与内地相比，海南气候高温高湿，农户的辣椒栽培管理水平仍相对粗放。尤其如辣椒等果菜蔬菜的需肥量相对较高，在经济效益驱使下，易出现农户过量用肥现象。2017年，海南省农作物化肥施用强度是480 kg/hm2[3]，是全国农作物化肥施用强度最高的省份，是国家生态县和生态乡镇建设要求化肥施用强度250 kg/hm2的1.92倍。过量地施用化肥会造成农田土壤面源污染。如何在保证作物产量的同时，减少农药、化肥的投入量，保证植株对氮、磷、钾的吸收与累积，是当前农田化学品替代施肥的关键。前人的研究表明，施肥过多，容易出现肥料下渗，导致植株出现矮化，根变褐色以至枯死，果实生长缓慢，甚至会出现植株萎蔫、枯萎，降低作物产量[4-5]，而且如果环境温、湿度过高，土壤中磷、氮肥的挥发速度会加快，极易导致作物发生肥害，影响作物养分累积[6]。氮、磷、钾是影响作物产量的3个主要元素[7]。在不同作物上，尽管作物可接受的化肥量的减少量不同，但是适当的减量施肥并不会显著影响作物的产量[8-10]。因此，本研究拟讨论5个减量替代施肥方式下辣椒的形态、产量及养分累积情况，量化明确各施肥技术模式的施用效果，为今后辣椒地绿色、高产、健康的精准施肥、减施增效提供重要的科学理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 供试材料 供试辣椒为超长大椒（Capsicum annuum L.），由淮北市久保田种业有限公司生产。
1.1.2 试验地概况 试验于2017年10月至2018年8月，在海南省儋州市农业农村部儋州农业环境科学观测实验站（109°29′34″ E，19°34′54″ N）进行。该试验区平均海拔134 m，属热带季风气候，年平均气温23. 2 ℃～23. 9 ℃，≥15 ℃日均积温7500 ℃～8500 ℃，最冷月（1月）平均气温 16.9 ℃～18.0 ℃，最热月（7月）平均气温25.3 ℃～ 27.8 ℃，年降水量1500～2000 mm。试验区地势平缓，土壤为海南砖红壤。试验区耕层土壤pH为5.0，有机质为4.94 g/kg，全氮为0.028%，速效磷为0.35 mg/kg，速效钾为28.57 mg/kg。
1.2 方法
1.2.1 试验设计 试验为田间试验，土壤施用肥量保持田间N：213 kg/hm2，P2O5 135 kg/hm2 ，K2O 229 kg/hm2。设置5个施肥处理，分别是对照处理CK，为100%肥效的复合肥;T1处理为50%肥效的复合肥+50%肥效的秸秆;T2处理为50%肥效的复合肥+50%肥效的蚯蚓粪;T3处理为50%肥效的复合肥+50%肥效的生物炭;T4处理为50%肥效的复合肥+50%肥效的羊粪。试验为完全随机区组设计，3次重复，每个试验小区面积约为57.7 m2（7.8 m×7.4 m）。相邻小区间以水泥板隔开，以防止水肥互扰。辣椒株、行距为45 cm× 50 cm，肥料采用条施，田间管理同大田生产管理。测定辣椒植株中全氮、全磷、全钾的含量情况，以及分支、株高、茎粗、鲜重、干重及产量等常规生长指标。
1.2.2 测定方法 辣椒植株中全氮采用凯式定氮法[11]测定;全磷采用钼锑抗比色法[11]测定;全鉀采用火焰光度计法[11]测定;植株的分支以主干分支数计;株高采用钢卷尺测量植株自然株高;采用游标卡尺测量植株基茎粗。将不同处理的辣椒幼苗用蒸馏水冲洗干净、吸水纸吸干，测定地上部与地下部分鲜重，并在烘箱中115 ℃杀青，80 ℃烘干至恒重，称干物质重。用精度为0.001电子天平称取。
1.3 数据处理
采用Microsoft Excel 2010软件进行数据整理和制图，采用SPSS 19.0软件进行数据统计及方差分析，并用Duncan’s新复极差法进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 不同施肥处理下的辣椒形态
施肥对植物最直观的影响表现在植物的生长形态上。在植株的分枝上，与CK相比，T1和T4差异不显著，T2、T3与CK差异显著，分
枝个数分别增加了125.56%和200.01%。在植株的茎高上，T2的茎高最高，为9.18 cm，显著高于CK、T1、T3、T4，且分别是以上处理的1.63倍、1.43倍、1.27倍、1.44倍。与CK相比，T1、T3、T4并无显著性差异。在植株的茎粗上，不同处理下辣椒的茎粗变化范围为9.76～11.94 cm。除了T1的茎粗显著低于T2和T3外，CK、T2、T3、T4之间的茎粗并无显著差异。研究表明，施用不同的替代肥，辣椒植株在分枝、茎粗和茎高上具有不同的表现。与CK相比，T2能显著促进植物的茎高生长，T2和T3能有效增加辣椒植株分叉;与T1相比，T2和T3能有效地增加植株茎粗（图1）。
2.2 不同施肥处理下的田间辣椒地上、地下部分的干物质
在辣椒植株的干物质累积上，与CK相比，各处理间地上部分的累积并无显著性差异。对于辣椒地下部分干物质累积，除了T2显著大于CK外，各处理间辣椒植株的地下部分干物质累积并未达到显著性差异水平。与CK相比，T2处理植株的地下部分干重显著最大，达8.45 g（图2）。 2.3 不同施肥处理下的田间辣椒的根冠比
根冠比是植物生长过程中地上部和地下部生物量分配比例的直观指标。由图3看出，各处理显著高于CK。与CK相比，T1、T2、T3、T4的根冠比分别是其1.28倍、1.32倍、1.08倍、1.28倍。
2.4 不同施肥处理下的田间辣椒植株的养分
在对植物N、P、K元素的测定中发现，各处理下的植株N含量无显著差异;在辣椒植株的P含量上，与CK相比，T1、T3、T4之间差异不显著，T1与T2差异不显著，但T2显著高于T3和T4，其中T2处理下的植株P含量为4.53 g/kg，分别是T3的1.35倍，T4的1.15倍;在辣椒植株的K含量上，除T1的植株K含量极显著低于其他各处理之外，CK、T2、T3、T4之间差异不显著（表1）。
2.5 不同施肥处理下的田间辣椒的产量
各处理下田间辣椒的产量与CK相比差异性不显著。其中，T2的产量为3.02 kg/m2，且显著高于T4，是其产量的1.82倍（表2）。
3 讨论
3.1 不同施肥处理对辣椒形态的影响
株高是作物的主要农艺性状，主要由主茎高决定，与产量密切相关[12]。Tandazo-Yunga等[13]认为，相较于传统施肥栽培，温暖和干燥一点的环境下，施用有机肥的植物生长效果会更好一些。在本研究中，与CK相比，T2处理下辣椒植株的茎高生长表现较好，与其在桑树[14]上的研究相似。但并不是施用了有机肥都会显著促进植株生长。同为有机肥替代的T4处理的辣椒植株在形态上却与CK无显著性差异。在茎高上，T2显著高于T4。这可能是因为蚯蚓粪和羊粪等量替代对辣椒的营养生长影响程度不同。羊粪中难降解的N-化合物在肥料施用年度里以低速率矿化[15]。且蚯蚓粪的表面积较大，能形成良好的微循环环境，且携带的赤霉素等激素物质能够加速植物生长[16]。
植物茎分叉数量越多，越有利于植物对光的截取和利用[17]。但不同的施肥模式促进辣椒植株分叉的能力并不同。植物的茎干和叶子一样，具有调节植物体内碳的获得、水分的运输与流失的作用[18]。本研究中，与CK相比，T2和T3处理下的辣椒植株在茎干分叉数上具有明显优势。这可能是由于蚯蚓粪提高了土壤有机质、铵态氮、速效钾、速效磷的含量[19]，提高了植株吸收的营养量，进而促进了植株的营养生长;而生物炭则增强了辣椒植株获得更多的碳能力，促进了茎干的分叉和生物量的累积[15]。
3.2 不同施肥处理对辣椒干物质和根冠比的影响
植物干物质的累积及分配会受施肥模式的影响，进而影响植物后期的产量[20-21]。尽管试验中投入的肥量相同，但是不同的替代施肥方式对土壤肥力的影响不一样。生物炭的多孔性有利于吸附养分离子，减少养分流失[22]。且在等量秸秆情况下，秸秆炭化还田对阻控土壤酸化、提高有机质含量和阳离子交换能力（CEC）的效果比秸稈还田较为明显[23]。本研究中，使用不同替代施肥模式后的辣椒植株的干物质量在重量上均大于常规施复合肥的处理，并在数量上表现出明显区别。这与王艳芳等[24]的研究结果一致。
根冠比是描述植株质量的一个指标。辣椒是浅根系植物，根系发育比较偏弱，木栓化程度偏高。本研究中，辣椒植株的根冠比都小于1。这表明在养分适宜的条件下，植株的养分和光合产物都会优先用于辣椒植株地上部分的生长[25]。但是用根冠比衡量植株生长优劣还需要结合其干物质量进行考量。在保证生长的前提下，根冠比呈增加趋势[26]。
3.3 不同施肥处理对辣椒养分累积及产量的影响
氮、磷、钾在植物体内的吸收与积累是作物产量形成的基础[26]。作物产量是由生育期内干物质及养分的积累、分配和转移特性所决定的[27-29]。在本研究中，与CK相比，各替代施肥模式并不会显著影响辣椒的产量。然而，T2的辣椒产量显著高于T4处理下的辣椒产量。这与竹荪[30]、番茄[31]上的研究结论相似。进一步分析2个处理之间的养分累积情况发现，T2和T4处理下辣椒植株的N、K含量并无差异，仅T2的辣椒P含量显著高于T4的P含量。Materechera[32]认为当土壤中缺乏一些无机元素，尤其是P、Mg、Zn和Mn的时候，施用蚯蚓粪能表现出较好的肥力效果。佐证了在热带亚热带农业中，磷常被认为是生态系统生产力的限制因子之一的观点[33-34]。但同样的P含量表现也发现在T2与T3之间，它们的P含量差异达显著水平，然而二者间产量表现并不明显。这可能是由于生物炭能通过促进辣椒植株发叉，改善养分运转途径，增强作物的光合能力和同化作用，通过增加地上部生物量，进而提高产量[35]。在本试验中，除了发现T1的植株K含量显著低于其他处理外，各施肥模式下植株的N、K含量差异不显著。作物吸收钾素的形态主要来源于非交换性钾和矿物态钾[36]。而秸秆中的钾素多以游离态存在，虽然可以较快地溶入土壤，但增加土壤中的离子态钾，削弱了矿物钾的比例[37]，短期内很难提高辣椒植株的K含量。
4 结论
研究结果表明，在保持田间施用等量肥效下，与施用100%复合肥相比，50%肥效的复合肥+50%肥效的蚯蚓粪（T2）和50%肥效的复合肥+50%肥效的生物炭（T3）具有促进辣椒植株生长发育的潜力。但施用50%肥效的复合肥+50%肥效的蚯蚓粪还能够保持辣椒植株的P含量。那么，在土壤缺磷地区施用蚯蚓粪和化肥配施模式能更有利于保证辣椒产量，并减少化肥投入量。
参考文献
[1] 庄映红， 覃柳兰， 陆晓清， 等. 桂林地区辣椒套管嫁接育苗技术[J]. 蔬菜， 2020（6）： 44-46.
[2] 海南省统计局， 国家统计局海南调查总队. 海南统计年鉴2019[M]. 北京： 中国统计出版社， 2019. [3] 刘钦普. 中国化肥施用强度及环境安全阈值时空变化[J]. 农业工程学报， 2017， 33（6）： 214-221.
[4] 单芹丽， 李绅崇， 汪国鲜， 等. 施肥过量对无土栽培非洲菊生长和开花的影响[J]. 西南农业学报， 2018， 31（10）： 2135-2139.
[5] 祝海燕. 过量施肥对设施果菜类蔬菜的影响： 以山东省寿光市为例[J]. 中国瓜菜， 2018， 31（11）： 50-52.
[6] 朱德进， 黄 卉， 王艳蓉， 等. 施肥过量会引起蔬菜生理病害[J]. 上海蔬菜， 2007（1）： 64-65
[7] 周德超. 氮、磷、钾在植物体中的主要生理作用及植物对养分的吸收[J]. 生物学通报， 1983（5）： 7-8.
[8] 余小兰， 杨福锁， 蔡卫音， 等. 海南临高辣椒主产区产量差及其限制因子分析[J]. 热带作物学报， 2018， 39（11）： 2147-2152.
[9] 田艺心， 曹鹏鹏， 高凤菊， 等. 减氮施肥对间作玉米-大豆生长性状及经济效益的影响[J]. 山东农业科学， 2019， 51（11）： 109-113.
[10] 韩瑛祚， 司鹏飞， 王秀娟， 等. 减量施氮对保护地辣椒生长发育的影响[J]. 北方园艺， 2017（22）： 71-75.
[11] 鲍士旦. 土壤农业化学分析方法[M]. 3版. 北京： 中国农业出版社， 2000.
[12] Guo F D， Ma J J， Hou L， et al. Transcriptome profiling provides insights into molecular mechanism in peanut semi- dwarf mutant[J]. BMC Genomics， 2020， 21（1）： 11-17.
[13] Tandazo-Yunga J V， Ruiz-González M X， Rojas J R， et al. The impact of an extreme climatic disturbance and different fertilization treatments on plant development， phenology， and yield of two cultivar groups of Solanum betaceum Cavs[J]. PLoS One， 2017， 12（12）： 0190316.
[14] 张志林， 秦和生， 何梦秀， 等. 蚯蚓粪配施化肥对桑树根际土壤生物学特征及桑叶产量和品质的影响[J]. 西南农业学报， 2020， 33（2）： 357-362.
[15] Bosshard C， S?rensen P， Frossard E. et al. Nitrogen use efficiency of 15N-labelled sheep manure and mineral fertiliser applied to microplots in long-term organic and conventional cropping systemss[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems， 2009， 83（3）： 271-287.
[16] 杨丰源， 翟玉莹， 张新宇， 等. 蚯蚓肥的特性及应用[J]. 上海蔬菜， 2019（5）： 61-62.
[17] Silva M C， Teodoro G S， Evelyn F A. et al. The role of intraspecific trait variation in the occupation of sharp forest-savanna ecotoness[J]. Flora， 2019（253）： 35-42.
[18] ?vilalovera E， Zerpa A J， Santiago L S. Stem photosynthesis and hydraulics are coordinated in desert plant species[J]. New Phytologist， 2017， 216（4）： 1119-1129.
[19] 馮腾腾， 黄怀成， 陈 飞， 等. 不同蚯蚓粪施用量对连作黄瓜农艺性状、产量和品质的影响[J]. 南方农业学报， 2018， 49（8）： 1575-1580.
[20] Jeffery S， Verheijen F G A， Velde V D M， et al. A quantitative review of the effects of biochar application to soils on crop productivity using meta-analysis[J]. Agriculture， Ecosystems and Environment， 2011， 144（1）： 175-187. [21] 杨林生， 张宇亭， 杨柳青， 等. 不同氮钾水平对水稻干物质累积、转运及产量的影响[J]. 中国土壤与肥料， 2019（4）： 89-95.
[22] 乔丹丹， 吴名宇， 张 倩， 等. 秸秆还田与生物炭施用对黄褐土团聚体稳定性及有机碳积累的影响[J]. 中国土壤与肥料， 2018（3）： 92-99.
[23] 杨彩迪， 卢升高. 秸秆直接还田和炭化还田对红壤酸度、养分和交换性能的动态影响[J]. 环境科学， 2020， 41（9）： 4246-4252.
[24] 王艳芳， 王聪聪， 武 喆. 羊粪和蚯蚓粪对番茄农艺性状和品质的影响[J]. 北方园艺， 2020（10）： 51-55.
[25] 刘会芳， 韩宏伟， 庄红梅， 等. 氮素形态对盐胁迫下辣椒幼苗生长及光合特性的影响[J]. 新疆农业科学， 2019， 56（5）： 855-863.
[26] 王海伟， 郝水源， 苏志芳， 等. 麦后复种3个芜菁品种的产量相关因素比较分析[J]. 耕作与栽培， 2019， 39（6）： 20-23
[27] 叶 洁， 颉建明， 郁继华， 等. 不同控释氮肥水平对辣椒生长和品质的影响[J]. 甘肃农业大学学报， 2018， 53（1）： 42-48+57.
[28] 尹静静， 吴小宾， 徐国鑫， 等. 莲藕干物质积累与氮磷钾吸收分配特征[J]. 北方园艺， 2020（6）： 1-8.
[29] 赵 营， 同延安， 赵护兵. 不同供氮水平对夏玉米养分累积、转运及产量的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2006， 12（5）： 622-627.
[30] 顾文智， 刘 文， 杨泽新， 等. 蚯蚓粪肥覆土对畦栽竹荪生产性状的影响[J]. 陕西农业科学， 2018， 64（7）： 39-42.
[31] 路迎奇， 杨丽娟， 史津玮， 等. 蚓粪用量对温室番茄生长发育与产量和品质的调节[J]. 北方园艺， 2019（6）： 77-82.
[32] Materechera S A. Nutrient availability and maize growth in a soil amended with earthworm casts from a South African indigenous species[J]. Bioresource Technology， 2002， 84（2）： 197-201.
[33] Fox J， Castella J C， Ziegler A， et al. Rubber plantations expand in mountainous Southeast Asia： What are the consequences for the environments？[J]. Asia Pacific Issues， 2014（114）： 1-8.
[34] Oula G， Matthewj P， Janel W， et al. The sensitivity of photosynthesis to phosphorus deficiency differs between C3 and C4 tropical grasses[J]. Functional Plant Biology， 2008（35）： 213-221.
[35] 彭辉辉， 刘 强， 荣湘民， 等. 生物炭、有机肥与化肥配施对春玉米养分利用及产量的影响[J]. 南方农业学报， 2015， 46（8）： 1396-1400.
[36] Jouany C， Colomb B， Bosc M. Long-term effects of potassium fertilization on yields and fertility status of calcareous soils of south-west France[J]. European Journal of Agronomy， 1996， 5（3）： 287-294.
[37] 譚德水， 金继运， 黄绍文. 长期施钾与秸秆还田对西北地区不同种植制度下作物产量及土壤钾素的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2008（5）： 886-893.
责任编辑：白 净