磷肥对秋冬季节设施辣椒生长及光合特性的影响

杜淼鑫，颉建明，曹永康，张婧，王瑶，朱代强

(甘肃农业大学园艺学院，甘肃 兰州 730070)

磷肥是植物生长发育不可缺少的营养元素之一，既是植物体的组成部分，又参与植物体内的生理代谢过程.适宜的施用量不仅可以促进作物的光合作用中碳水化合物的合成，还可以促进作物的氮素和脂肪代谢，更好地适应外部环境条件，达到作物优质高产的目标[1].辣椒在我国作为商品价值较高的蔬菜之一，资源丰富，种植历史悠久，在我国南北广泛栽培.其栽培面积占据我国主要栽培蔬菜前列，也是常见的设施蔬菜生产的主要果菜之一[2].

近年来，国内外对设施蔬菜栽培合理施肥以及氮肥对作物生长的生理影响研究较多，而磷肥方面的研究较少.朱青等[3]开展了辣椒平衡施肥试验，认为磷肥对辣椒有很好的增产增收效益.磷是作物生长必需的大量元素，其用量对改善土壤中磷素水平和作物的产量有直接影响[4].适宜的施肥量可以显著提高作物品质与产量，但是在生产中往往为了追求高产而过量施肥[5].近年来在辣椒生产中凭经验施肥且施肥不均的现象较为常见，破坏了土壤中营养元素的比例结构，浪费了肥料和资源，使肥料利用率下降，造成辣椒减产、品质降低[6].同时多余的磷随地表径流和土壤侵蚀进入河流湖泊，导致水体富营养化[7-8]，造成环境污染.因此，磷肥的合理施用尤其重要.为了响应“十三五”规划农业部提出的化肥农药双减目标，本试验在课题组前期研究基础上[9]，拟以盆栽方式探究不同施磷水平对秋冬季节辣椒生长指标和光合特性的影响，以期为设施辣椒栽培精准施肥、优质生产提供理论依据，实现化肥在设施辣椒栽培中减施增效.

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017年7～12月在甘肃农业大学玻璃温室中进行，供试品种为甘肃省日光温室主栽品种‘陇椒5号’(甘肃省农业科学院蔬菜研究所选育)[10]，7月14日催芽育苗，8月20日定植.试验肥料为普通化肥，即尿素(含氮46%)、过磷酸钙(含P2O512%)及硫酸钾(含K2O 51%).试验所用栽培基质按复合育苗基质∶草炭∶蛭石=2∶2∶1(体积比)配制而成，主要理化性质见表1.

表1 试验基质理化性质Table 1 Physical and chemical properties of substrates

1.2 试验方法

以本课题组前期试验结果为参照[9]，每生产1 000 kg辣椒需吸收3.12 kg纯氮、0.88 kg P2O5、3.97 kg K2O.试验设置4个处理(T1～T4)，氮、钾肥定量，具体施肥量根据前期试验结果设置；磷肥施用量依次减小，按照磷肥利用率为20%、25%、30%和35%进行施肥.施肥量=(辣椒目标产量的需肥量-栽培基质中速效养分含量)/(肥料养分含量×肥料利用率).氮肥和钾肥各施30%作为基肥，其余的从定植后40 d开始，每隔15 d追施10%，共追施7次；磷肥全部基施，总施肥量见表2.

定植前将肥料与栽培基质混匀，再装入花盆(30 cm×25 cm)，每盆装2.5 kg基质，各处理组50盆，每盆2株，滴箭灌水.7～9月室温超过30 ℃时，用温室湿帘风机降温；10～12月采用锅炉集中供暖方式，保证温室温度不低于18 ℃，常规管理.

表2 试验各处理施肥量Table 2 Fertilization amount of different treatments (g·pot-1)

1.3 测定指标

生长指标：从辣椒定植开始，每间隔25 d测定辣椒株高及茎粗，共测定7次.株高采用5 m的卷尺，测量从植株的茎基部到茎尖生长点的总长度；茎粗采用数显游标卡尺测量茎基部以上1 cm处的直径.

生理指标：从辣椒定植开始，每间隔25 d测定辣椒根系活力及叶绿素含量，共测定7次.根系活力采用红四氮唑(TTC)法测定[11]；叶绿素含量采用95%的乙醇研磨提取法测定[12].

光合特性参数：从辣椒定植开始，每间隔25 d测定，共测定7次.选择晴天9∶00～11∶00，采用CIRAS-2型便携式光合仪(英国PP-System公司生产)，选择辣椒植株生长点下数第3片完全展开的功能叶，测定其净光合速率(Pn)，蒸腾速率(Tr)，气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci).光合仪器参数设定条件：光照强度为1 000 μmol/(m2·s)，CO2浓度为380 μmol/mol，温度为25 ℃，相对湿度为75%.

1.4 数据处理

所有试验测试数据均用Excel 2010进行处理和图表绘制，用SPSS 24.0进行数据分析，用Duncan法进行显著性分析.

2 结果与分析

2.1 磷肥对辣椒株高和茎粗的影响

如图1所示，在不同磷肥施用量下，辣椒植株在整个生育期内株高与茎粗的变化均呈现逐渐上升的趋势.定植25 d(定植初期)，各施肥处理对辣椒株高茎粗无明显影响，且植株生长缓慢，这是因为前期基质的养分含量较多，抑制了植株的生长；定植50 d后，辣椒植株生长速率逐渐上升，株高处理间有明显差异，但茎粗差异不显著；定植75 d后，辣椒生长速率加快，各施肥处理间的株高茎粗差异明显，其中T3处理最为显著，其株高分别较T1、T2和T4高出18.0%、12.9%和13.6%，茎粗分别较T1、T2和T4高出22.6%、12.7%和8.3%.研究表明在氮肥、钾肥定量的施肥环境下，磷肥过量或不足，辣椒的株高和茎粗均会受到影响.

2.2 磷肥对辣椒根系活力的影响

如图2所示，不同施磷量下的辣椒植株在全生育期内的根系活力动态变化呈先逐渐上升后逐渐下降的趋势，其中在定植75～100 d内根系活力变化趋势尤为明显.在定植25 d内，各处理间辣椒根系活力的变化无明显差异，可能是由于基质的养分含量较多，施入肥料后对植株的生长造成了抑制；定植50 d开始，T4较其他处理差异显著，T1、T2、T3间无显著差异.定植75 d时，各施肥处理的植株根系活力差异显著，至100 d时植株根系活力达到最大，处理间根系活力大小表现为T3>T2>T4>T1，其中T3较T1、T2和T4分别高出26.1%、15.3%和20.2%.该数据表明在辣椒生长前期，肥料的过量施用抑制了植株根系生长，使根系活力降低，不利于养分的吸收和物质的合成，进而影响了辣椒的生长.而在生长后期，随着植株需肥量的提高，处理间根系活力开始上升，且磷肥用量的多少也会影响辣椒根系活力的大小，适量的磷肥有利于提高辣椒植株的根系活力.

图1 不同处理组辣椒株高和茎粗的动态变化Figure 1 The dynamic changes of plant height and stem diameter of pepper in different treatments

图2 不同处理组辣椒根系活力的动态变化Figure 2 The dynamic changes of root activity of pepper in different treatments

2.3 磷肥对辣椒叶片叶绿素含量的影响

不同施肥处理的辣椒叶片叶绿素含量如表3所示.T1～T4辣椒叶片叶绿素a(Chla)含量的变化趋势基本相同，都呈先升高后降低的趋势.定植50 d前，T1～T3的Chla含量低于T4，其中T1处理的Chla含量最低，较T4差异显著(P<0.05)；定植50～100 d，各处理的Chla含量陆续升高并先后达到最大值，其中T3处理的Chla含量为2.09 mg/g，显著高于其他处理(P<0.05).研究表明该栽培条件下，适量磷肥有助于Chla的合成，磷肥过多或不足对Chla的含量有影响.辣椒开花期前(50 d)施肥不利于Chla的合成，生长后期施肥能提高Chla的含量.

不同磷肥水平处理的辣椒叶片叶绿素b(Chlb)含量变化整体趋势与Chla相同.各处理间的变化趋势基本相同，定植50 d前Chlb含量升高幅度较大，T4的Chlb含量为0.67 mg/g，显著高于其他处理(P<0.05)；定植50～100 d，各处理的Chlb含量升高并先后达到最大值，其中T3处理的Chlb含量为0.71 mg/g，高于其他处理，处理间差异不显著(P>0.05).定植100 d后各处理Chlb含量均呈下降趋势，但T3处理的Chlb含量仍高于其他处理.

不同磷肥水平处理的辣椒叶片的叶绿素a+b(Chla+b)含量变化趋势与Chla含量变化一致，定植25～50 d，各处理的Chla+b处于上升趋势，其中T3、T4处理的Chla+b含量高于T1、T2；定植50 d后，各处理的Chla+b含量继续上升，在定植50～100 d先后达到最大值，其中T3的Chla+b含量为2.81 mg/g，显著高于其他处理(P<0.05)；定植100 d后，各施肥处理的Chla+b含量呈下降趋势，其中T3处理较其他处理差异明显，显著高于T4处理(P<0.05).数据表明，在氮钾肥定量的情况下，磷肥过高或不足都会影响辣椒叶片叶绿素总量的合成.

不同磷肥水平处理的辣椒叶片的叶绿素a/b(Chla/b)变化趋势同样为先升后降.定植25 d时，T3的Chla/b高于其他处理，其中较T1、T2处理差异显著(P<0.05)；定植50～100 d，各处理Chla/b变化平缓，其中T4低于其他处理.定植100 d后开始逐渐下降，T1、T3处理的Chla/b含量显著高于T2、T4处理(P<0.05).

表3 不同处理组辣椒叶片叶绿素含量

同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05).

Small letters within column indicate significant difference(P<0.05).

2.4 磷肥对辣椒叶片光合特性的影响

辣椒在全生育期内，辣椒叶片的净光合速率(Pn)，蒸腾速率(Tr)，气孔导度(Gs)与辣椒叶片叶绿素含量的变化相似，都随着植株的生长呈现出先升后降的趋势.如图3A所示，在0～25 d内，各处理Pn上升较缓，其中T4处理的Pn高于其他处理.在定植第75 d时，T4处理首先达到峰值，此时T4与T3处理的Pn持续上升接近，均显著高于T1、T2处理(P<0.05).定植75 d后，T1、T2、T3处理继续逐渐上升并达到峰值，且持续到定植100 d，此时T3处理显著高于其他处理(P<0.05)，分别较T1、T2和T4高17.5%，6.5%和10.4%.拉秧期T3处理的Pn与T1处理无明显差异外，显著高于其他处理(P<0.05).这表明T3处理在整个辣椒生育期内，能保持较高的净光合速率.

如图3B所示，各处理的Tr变化趋势与Pn相似.定植0～75 d内，各处理的Tr均呈上升趋势，其中T4处理的Tr上升幅度较大，并在50 d时达到峰值，显著高于施肥处理(P<0.05).75 d后，T4处理的Tr开始下降，T1～T3处理持续上升，并在75～100 d相继达到峰值.在100 d时，T1～T3处理的Tr达到最大值，其中T3较T1、T2及T4高20.3%、9.2%和14.5%.这表明施肥处理可以保持较高的蒸腾速率，其中T3在整个生育期内最明显.

如图3C所示，各处理的Gs同样呈先增后降的趋势.定植0～50 d，各处理的Gs均呈上升趋势，其中T4处理的Gs上升幅度较大，并在75 d达到峰值，显著高于施肥处理.75 d后，T4处理的Gs开始下降，T1～T3处理的Gs持续上升，并在定植100 d时，T3处理的Gs达到最大值，显著高于其他处理(P<0.05)，分别较T4、T2和T1高64.4%，16.3%和8.5%.直到拉秧时，各施肥处理的Gs降幅平稳，其中T3处理一直保持较高的Gs.由此表明施肥处理能够提高辣椒叶片的气孔导度.

如图3D所示，各处理的Ci变化与Pn、Tr、Gs相反，呈现先降后升的趋势.定植0～50 d所有处理的Ci均下降，并在75 d达到最小值，其中T3处理最为显著.75 d后，各处理的Ci开始上升，直到拉秧，T1、T2及T4处理组的Ci均显著高于T3处理组(P<0.05).结果表明适宜的施肥处理有利于叶片光合作用中对CO2的利用，提高光合效率.

图3 不同处理组辣椒叶片光合特性的动态变化Figure 3 The dynamic changes of photosynthetic characteristics in leaves of pepper in different treatments

3 讨论

在农业生产过程中，合理施肥可以提高作物产量，改善产品的品质.但是在实际生产过程中，农户凭借经验施肥导致肥料施入不均，这样在蔬菜栽培过程中不但没有起到增产，反而会影响植株正常的生长.作为辣椒生长最直观的表现，植株的株高和茎粗在一定程度上可以反应植株的长势.在本试验条件下，辣椒植株生长前期(定植25 d)，各施肥处理生长缓慢，是因为栽培基质中本身的养分已经保证了辣椒前期的生长需要，施肥后造成养分富集，对辣椒根系环境形成盐胁迫，抑制了辣椒正常生长，这与陈雄伟等[13]在氮素对水葫芦影响的研究结果一致.到辣椒生长后期，随着养分的消耗及吸收，各处理的生长指标均呈上升状态，生长大小表现为T3>T2>T4>T1，并随着磷肥施用量的增加呈先增后降的趋势，该结果与徐广辉等[14]，刘崇政等[15]和陈珊珊等[16]关于研究磷肥不同施用量对辣椒生长的影响结果一致.

根系活力可反映植物根系吸收与代谢能力的强弱，其变化直接影响地上部的生长和最终产量[17].现有研究显示，增施磷肥可以显著提高根系活力，但施磷过高会抑制根系的生长与代谢[18-20].本试验中，施肥处理的根系活力都随时间呈先增后降的趋势，且随着施磷量的增加，各施肥处理的辣椒植株根系活力也先增大后减小.在定植初期(定植25 d)，随着基质中养分的吸收，施肥处理的根系活力在盛果期(定植100 d)达到最大，其中T3处理最明显.郑亚萍等[21]在花生根系上发现结荚期施磷可显著促进花生根系的生理代谢功能，但在收获期根系活力随施磷量的增加呈下降趋势，与本试验结果不完全一致，可能是由于不同种类作物的生长特性及生长环境的差异所致.

叶绿素在植物的光合作用中起着吸收，传递及光能转换的作用，其含量的高低对光合速率有显著影响，是反映植物光合能力强弱的重要生理指标.研究表明，植株叶片中叶绿素含量与光合速率呈正比[22].本试验研究表明，适量的磷肥施入量可以显著提高辣椒叶片的叶绿素含量，但是磷肥过量会降低叶绿素含量从而影响光合作用.陈菁等[23]研究发现，菠菜页面喷施适量磷肥可以显著提高菠菜叶片的叶绿素含量，但是过量喷施会导致菠萝叶片磷含量较高，与铁形成沉淀而降低活性铁含量，从而降低叶绿素含量.李利敏等[24]及罗桂森等[25]发现，过高磷会降低活性铁、叶绿素含量，从而引起缺铁黄化症状，与本试验的研究结果一致.

植物的生长发育主要依靠光合作用，光合作用为生物界所有物质代谢和能量代谢提供了物质保障.姜慧新等[26]研究磷肥对紫花苜蓿光合特性的影响发现，增施磷肥会显著提高紫花苜蓿的净光合速率.李尚霞等[27]在研究磷肥对蓖麻光合作用的影响发现，过高的磷肥会降低蓖麻的净光合速率，减少干物质积累从而影响产量.在本试验中，随着磷肥施用量的增加，辣椒植株的净光合速率，蒸腾速率，气孔导度呈先增后降的趋势，与前人研究结果一致.过量的施用磷肥可能抑制了氮钾的吸收，影响叶绿素的合成，进而导致辣椒光合作用下降.

4 结论

本研究结果表明，在设施栽培辣椒全生育期内，4个施磷处理对辣椒的生长指标及光合特性存在显著影响.随着施磷量的增加，辣椒生长指标和光合参数均呈现先增后降的趋势，与T1、T2及T4处理相比，T3施磷显著提高了辣椒株高、茎粗、根系活力、叶绿素含量及光合参数.

不同施磷量对辣椒的生长指标及光合特性的影响程度有所不同.其中，T3(磷肥利用率为30%)较其他处理表现最好.在T3处理下，辣椒植株的株高、茎粗、根系活力、及净光合速率分别较CK、T1、T2及T4处理高12.9%～18.0%、8.3%～22.6%、15.3%～26.1%、6.5%～17.5%，研究结果表明T3处理为该栽培条件下最佳的施磷量.