设施土壤处理方式对辣椒生长发育及土壤特性的影响

王晓莉，张文文，尹翠，曹云娥

(宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021)

进入21世纪以来，中国设施园艺迅速发展，已经成为全世界设施园艺面积最大的国家，占世界总面积的 85%以上，在农业和农村经济发展、乡村振兴中发挥着越来越重要的作用[1]。但是长时期过量施肥，盲目使用农药导致设施内土壤污染和连作障碍问题不断，病虫害多发，园艺产品产量下降，品质变劣，产品安全隐患大[2-5]。这些问题已经成为制约中国设施蔬菜可持续生产的瓶颈[6-8]。面对这种情况，增施有机肥，合理施用化肥可以改良土壤结构，提高土壤蓄肥性能和土壤肥力效能[9]。研究表明，蚯蚓粪和生物炭都可以有效地缓解土壤连作障碍，促进植物生长，提高作物产量和品质[10-11]。另外，随着中国蔬菜种植面积的增加，蔬菜废弃物的处理问题日渐凸显出来，其中将蔬菜秸秆制成有机肥是一种经济有效的处理途径[12-13]，顾显权等[14]，胡晓婷等[15]研究表明，蔬菜秸秆有机肥可以改善土壤理化性质，促进作物生长，提高作物产量和品质，保护生态环境。王爱娥等[16]，冯建国等[17]表明，缓控释剂在一定程度上可以保护肥料、农药等的有效成分免受不良环境的影响，从而达到有效防治有害生物的作用。基于以上研究，本试验利用蚯蚓粪，生物炭(主要成分为椰壳，有效碳成分为95%)，秸秆有机肥(主要成分为蔬菜和玉米秸秆)，辅以缓控释剂(由中国科学院微生物研究所研制，由青岛新钠生物科技有限公生产)对土壤进行处理，探究不同的土壤处理对辣椒生长发育及设施土壤性质的影响，以期筛选出最适的土壤处理方式，为宁夏设施辣椒的种植提供参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验设计

试验从2018-08-06─2019-01-10，在宁夏银川贺兰山园艺科技示范区光伏温室内进行。供试土壤类型为沙壤土，全氮为0.15 g·kg-1，速效氮为2.83 mg·kg-1，全磷为9.41 g·kg-1，有效磷为11.15 mg·kg-1，速效钾为123.67 mg·kg-1，有机质为5.81 g·kg-1，pH为7.7，电导率为0.25 mS· cm-1。种植辣椒品种为洋大帅，该品种来源于法国，在山东和陕西等地推广，果实牛角型，早熟味辣。试验采用单因素随机区组设计，共设置8个不同的土壤处理(表 1)，在辣椒定植前进行土壤处理。

共设置8个小区，每个小区种植3垄， 3个重复，每垄长5.7 m，宽0.75 m，面积为4.275 m2，小区间隔开。每垄定植2行，株距为30 cm，各处理随机排列。每垄布置两条滴灌管，滴头间距0.3 m,在苗期、开花期和坐果期分别随水施入配方肥(尿素183 mg·L-1,磷酸二氢铵77.05 mg·L-1，硝酸钾202 mg·L-1，硫酸钾174 mg·L-1)。

表1 不同土壤处理Table 1 Different soil treatments

1.2 测定指标与分析方法

1.2.1 植株形态指标测定 辣椒定植成活后，从2018-08-06开始分别在苗期-开花期，开花期-盛果期、盛果期-拉秧期3个时期测定植株的株高、茎粗和叶绿素含量，每个处理随机选取10株进行挂牌标记测定。株高用钢卷尺测定；茎粗用游标卡尺测定；叶绿素含量用日本SPAD Plus仪器测定。

1.2.2 样品采集与分析 在盛果期，每个处理每个重复的辣椒果实取3～4个测定果实品质，用钼蓝比色法测定Vc的含量；用水杨酸比色法测定硝酸盐含量；用蒽酮比色法测定可溶性糖的含量；用酸碱中和滴定法测定有机酸含量；用考马斯亮蓝G-250染色法测定可溶性蛋白含量[18]。在采收时期记录不同处理小区的辣椒产量，按照小区面积折合成公顷产量。辣椒拉秧期不同处理用五点取样法取0～20 cm的土壤，风干后过1 mm筛，用于测定土壤的理化指标。用土水体积比v(土)∶v(水)=1∶10电导法测定pH值和EC值；用环刀法测土壤容重；用凯氏定氮法测定全氮含量；用碱解扩散法测定碱解氮含量；用重铬酸钾-油浴锅加热法测定土壤有机质含量；用钼锑抗比色法测定速效磷含量；用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-火焰光度法速效钾含量[19]。

1.3 数据分析

数据分析采用Excel 2010和SPSS 23软件，利用LSD法在P<0.05水平下进行单因素显著性分析，分析结果用平均值±标准误表示。利用隶属函数主成分分析综合得分法，对各因子测试值进行标准化处理，确定各因子权重，计算综合质量分数，对各处理进行综合评价。

2 结果与分析

2.1 不同土壤处理对辣椒植株生长的影响

如表 2所示，在辣椒苗期-开花期，T4、T5处理可以明显促进辣椒植株的生长，但T7处理的茎最细，T2处理的叶绿素含量最低。在辣椒开花期-盛果期，不同的土壤处理对辣椒植株的茎粗无显著性影响， T7和T8处理的辣椒株高显著高于T1处理，T2处理的辣椒叶绿素含量最低。在辣椒盛果期-拉秧期T4处理的辣椒株高显著高于T1处理， T8处理的辣椒茎粗显著高于T3处理，T3处理的辣椒叶绿素含量最高。

表2 不同土壤处理对辣椒植株生长的影响Table 2 Effects of different soil treatments on the growth of pepper plants

注：同一生长时期，不同处理间字母不同表示差异显著(P<0.05)。下同。

Note: In the same growth period, different letters between different treatments indicate significant differences (P<0.5).The same as below.

2.2 不同土壤处理对辣椒产量的影响

由图 1可知，T7处理的辣椒产量显著高于其他处理，产量为62.27 t·hm-2，其次为T8处理，产量为58. 10 t·hm-2，产量最低的为T1处理，产量为42.10 t·hm-2， T7处理较T1处理产量高出32.4%。

图1 不同土壤处理对辣椒产量的影响 Fig.1 Effects of different soil treatments on yield of pepper

2.3 不同土壤处理对辣椒品质的影响

如表 3所示，T3处理Vc含量最高，为6.39 g·kg-1，与T1和T2处理无显著差异。T2处理的辣椒硝酸盐含量最高，为0.22 g·kg-1，T2与T3处理无显著性差异。T8处理的辣椒有机酸含量最高，为0.71 g·kg-1，较T5处理高60.5%，且T8与T6之间无显著性差异。T5处理的辣椒可溶性糖含量最高，为44.8 g·kg-1，显著高于T1处理，且T5处理与T8处理之间无显著性差异。T6处理的可溶性蛋白质含量最高，较T5高87%， T3次之。

表3 不同土壤处理对果实品质的影响Table 3 Effects of different soil treatments on fruit quality

2.4 不同处理对土壤理化性状的影响

如表4所示，不同的土壤处理下，土壤容重无显著性差异，T1处理的土壤pH值最高，为7.81，EC值最低，为0.246 mS·cm-1。T8处理的全氮含量显著高于其他7个处理，且这7个处理之间全氮含量无显著性差异。T4处理的土壤速效氮含量显著高于其他处理，且T4处理与T8处理无显著性差异，T2处理的土壤速效氮含量最低，为0.747 mg·kg-1。T7处理的土壤全磷含量最高，T8次之。T6处理的土壤速效磷含量最高，为17.46 mg·kg-1，T8处理的土壤速效磷含量最低，为7.08 mg·kg-1。T7处理的有机质含量最高，为11.081 g·kg-1，T6处理的有机质含量最低，为1.532 g·kg-1，比T7处理的有机质含量降低了86.17%。T8处理的土壤速效钾含量为342.53 mg·kg-1，显著高于其他处理， T1处理的土壤速效钾含量最低，为124.98 mg·kg-1，与T8相比土壤速效钾含量降低了63.51%。

表4 不同处理对土壤理化性状的影响Table 4 Effects of different treatments on soil physical and chemical properties

2.5 不同土壤处理下辣椒生长特征参数主成分分析与评价

如表 5所示，对Vc、硝酸盐、可溶性蛋白、可溶性糖、有机酸、产量、株高、茎粗、叶绿素进行主成分分析得出：主成分1的特征值为3.283，贡献率为36.478%，主成分2的特征值为2.155，贡献率为23.941%，主成分3的特征值为1.639，贡献率为18.211%，3个主成分累计贡献率为78.630%，所以，可以用前3个主成分来综合分析辣椒生长情况。

表5 主成分特征值及贡献率Table 5 Eigenvalues and rate of contribution of principal components

根据特征值和初始因子载荷矩阵可以算出前3个主成分每个指标所对应的系数，将各个指标标准化变量与各个指标对应系数的乘积累加得到各个主成分的表达式，3个主成分与它们各自贡献率的权重乘积之和即为主成分得分。3个主成分表达式如下：

F1=-0.47ZX1-0.29ZX2+0.15ZX3+0.43ZX4-0.01ZX5+0.32ZX6+0.42ZX7+0.46ZX8-0.01ZX9

F2=0.33ZX1+0.21ZX2+0.62ZX3-0.26ZX4+0.5ZX5+0.22ZX6+0.17ZX7+0.2ZX8-0.13ZX9

F3=0.01ZX1-0.08ZX2-0.09ZX3+0.11ZX4+0.48ZX5-0.19ZX6+0.33ZX7-0.28ZX8+0.72ZX9

式中：ZX1─ZX9为原变量经过标准化处理之后的值；主成分综合得分：

式中：Wj为各个主成分贡献率权重；u(Xji)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin),Xji为第i个处理第j项指标测定值，Xmax、Xmin为所有参试指标的最大值和最小值。

如表6所示，不同土壤处理综合得分排为：T8>T6>T7>T3>T4>T2>T5>T1，T8处理的得分最高，即对土壤施用秸秆有机肥+缓控释剂对辣椒生长的效果最优。

表6 不同土壤处理主成分值，隶属函数值，综合评价及排序Table 6 Principal component value, subordinate function value, comprehensive evaluation and ranking of different soil treatments

3 讨论与结论

土壤对于作物的生长具有至关重要的作用，对土壤进行合理处理是生产中获得优质高产园艺产品的重要措施。研究表明，土壤中加入有机肥可以提高土壤的通气性、疏松度，提高土壤有机质含量，从而供给作物生长的营养元素，改善作物生长条件，促进作物生长[20]。本试验在辣椒定植前对土壤进行了不同的处理，添加不同的有机肥，与对照相比，在不同程度上促进了辣椒的生长发育。试验结果表明，T4处理在开花期-盛果期辣椒叶绿素比T2处理增加了4.5%，在盛果期-拉秧期辣椒株高比T1处理增加了12.4%。这与RAJBIR等[21]，李继蕊等[22]的研究结果一致。冯腾腾等[23]研究表明，在土壤中添加合适比例的生物炭会促进植物叶绿素的生成，但是过量的生物炭反而会适得其反，本试验中T5和T6处理在开花期-盛果期的叶绿素分别比T2处理高4.3%和4.1%，在盛果期-拉秧期分别比T2处理高4.3%和3.9%。T7和T8处理在辣椒开花期-盛果期的株高分别比T1处理高7.6%和11%，另外在盛果期-拉秧期T8处理的辣椒茎粗相对较高，说明秸秆有机肥在一定程度上对辣椒的生长发育具有促进作用，这与前人的研究结果一致。

王翠丽[24]，赵海涛等[25]的研究结果表明，种植土中加入适量的蚯蚓粪可提高作物Vc、可溶性蛋白、可溶性糖含量，降低硝酸盐含量,并且在一定程度上可以增加作物产量。本试验研究表明，T3处理的辣椒Vc含量最高，T6处理和T3处理的辣椒可溶性蛋白含量最高。刘阿梅等[26]研究表明，在培土中加入生物炭后，圆萝卜和小青菜的可溶性糖显著高于对照，并且可以明显促进圆萝卜根的膨大，促进小青菜茎叶的生长。本试验中T5处理的可溶性糖含量最高，为44.8g·kg-1，T8处理次之，与前人研究结果一致。阳丹萍等[27]，吉贵峰等[28]研究表明,生物炭能够促进植物根系发育，提高土壤中硝化细菌的丰度，增强硝化作用，降低氮素流失，进而提高土壤硝酸盐供给水平，因此生物炭可以提高蔬菜硝酸盐含量，但是本试验中T2处理的硝酸盐含量最高，T3次之，生物炭处理的辣椒中硝酸盐的含量较低，这可能是因为土壤中硝酸盐含量供给在一个较低的范围，另外植物可以及时代谢转化硝酸盐，使得辣椒硝酸盐含量较低。另外，与T1相比,所有的土壤处理都不同程度的增加了辣椒的产量，T7处理的辣椒产量最高。

本试验研究表明，土壤经过不同的处理后，均可调节土壤的pH值、EC值，这与赵秀芬等[29]、张成红等[30]、李继蕊等[22]的研究结果一致。各个处理之间的土壤容重无差显著异。孔涛等[31]研究表明,蔬菜秸秆堆肥不同施肥量下，随着有机肥用量的增加，土壤有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾含量呈现不断增加的趋势。HADAS等[32]，HART等[33]也研究表明,土壤中有机肥可增加土壤的有机质，提高土壤中可利用的P、K的含量。本试验表明，T8处理显著提高了土壤速效钾含量，T7处理显著提高了土壤有机质含量。T4处理显著提高了土壤速效氮含量，T8次之,和前人研究结果基本一致。

综上所述，对土壤进行合理的处理可以在一定程度上促进辣椒的生长发育。蚯蚓粪、生物炭和秸秆有机肥的施用可以不同程度地改善土壤理化性质，提高辣椒产量和品质。综合主成分分析，T8处理更有利于辣椒产量和果实品质的提高。