不同钾肥对辣椒品质及镉吸收累积的影响

王磊,安志装,李虎群,张艳刚,许宁,李佳,梁丽娜,索琳娜*

不同钾肥对辣椒品质及镉吸收累积的影响

王磊1,安志装1,李虎群2,张艳刚2,许宁3,李佳4,梁丽娜1,索琳娜1*

1. 北京市农林科学院植物营养与资源研究所, 北京 100097 2. 安新县植保站, 雄安新区 071600 3. 河北省农业技术推广总站, 河北 石家庄 050000 4. 河北省畜牧总站, 河北 石家庄 050000

为了揭示镉污染土壤中施用钾肥对辣椒的影响，采用大田试验，研究不同钾肥处理对辣椒生长状态和辣椒不同部位对镉吸收累积的效果。辣椒通过移栽定植后追肥施入3种钾肥（硫酸钾、液体硅钾肥、磷酸二氢钾），分别测定辣椒根茎叶的镉含量，探讨3种钾肥对污染土壤pH及辣椒吸收土壤镉的差异性。结果表明：辣椒茎对镉的富集系数均大于0.7，对重金属镉富集能力较强；辣椒根和果实对镉的富集系数均小于0.7，对重金属镉富集能力较弱。在土壤肥力相同，且施用尿素1.17 kg/hm2，复合肥3.33 kg/hm2的情况下，与常规施肥相比，在开花坐果期叶面喷施硫酸钾0.67 kg/hm2，液体硅钾肥1.33 mL/hm2为最佳的钾肥施用方式，可增加土壤EC、提高土壤pH值，减少土壤中的镉含量6.7%，提高辣椒产量41.5%，提高辣椒根、茎对镉的吸收能力，降低辣椒果实中的镉含量，增加辣椒中的维生素C和辣椒素含量，提高辣椒辣度，改善辣椒品质。

钾肥; 辣椒; 镉; 品质

辣椒是我国蔬菜产业中主要的蔬菜种类，是主要的调味品之一，在我国的种植面积非常大，仅次于大白菜[1]。镉是人体非必需且生物毒性最强的重金属要素，具有很强的生物迁移性和富集性，极易被植物吸收累积，最终通过食物链危害人体健康[2]。Zhao ZQ等[3]研究发现，硝酸钾的用量与春小麦对镉的吸收能力成正相关，Grant CA等[4]研究表明施用氯化钾可以提高大麦对镉的吸收能力，Mclaughlin MJ等[5]研究发现分别施用氯化钾与硫酸钾对马铃薯中镉的影响相同。对于吸收镉差异性研究多集中在水稻和小麦等作物中，很少集中研究辣椒。因此，研究不同钾肥对辣椒品质和重金属镉的积累效应对于蔬菜栽培和重金属污染土壤具有很高的指导价值。本试验通过不同的钾肥施用降低辣椒对重金属镉的吸收，降低镉富集系数，提高辣椒品质，达到辣椒生产与土壤镉污染修复协同效果[8-10]。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于河北雄安新区安新县，属暖温带半湿润大陆季风气候，地理坐标为北纬38°10′-40°00′，东经113°40′-116°20′。年平均气温12.2 ℃，年平均降水529.7 mm。试验地南北长182 m，东西宽22 m，试验地四周各留1 m作为保护行，每小区30 m×20 m。试验地前茬作物为小麦-玉米，土壤取样深度为耕作层0～20 cm，其理化性状见表1。

表1 供试土壤基本理化性状

1.2 材料

供试钾肥：硫酸钾（50%K2O，18%S，颗粒硫酸钾肥）、磷酸二氢钾（34%K2O，51.5%P2O5，以色列化工“诺普丰”PeakMKP磷酸二氢钾）；液体硅钾肥（K2O120g/L，Si120g/L，丰采硅钾元素水溶肥料）；氮肥：尿素（1.17 kg/hm2，46.2%总氮，0.06%多肽，1.18 mm～3.35 mm，含多肽尿素）；复合肥：高浓度硫酸钾复合肥料（3.33 kg/hm2，N-P-K15-15-15，总养分45%）；

1.3 试验设计及田间管理

供试辣椒品种为三樱椒（朝天椒），2018年3月16日实地选址，此时辣椒正在育苗；4月27日施肥、打除草剂，然后起垄覆膜起墒7～10 d左右；5月8日于垄上移栽辣椒苗（垄两侧各植一列）；10月22日辣椒收获，每处理随机挖取3株整株辣椒植株，置于尼龙网兜中自然风干，分成根、茎秆、果实三部分分别称重后，粉碎待测，根际土壤风干粉碎后待测。

试验设置4个处理，每个处理3次重复：（1）T1：磷酸二氢钾：1.23 kg/hm2，尿素1.17 kg/hm2，复合肥3.33 kg/hm2）；（2）T2：硫酸钾0.83 kg/hm2，液体硅钾肥66.67 mL/hm2（土壤均匀喷施，稀释40倍），尿素1.17 kg/hm2，复合肥3.33 kg/hm2；（3）T3：硫酸钾0.67 kg/hm2，液体硅钾肥1.33 mL/hm2（开花坐果期叶面喷施，稀释1000倍），尿素1.17 kg/hm2，复合肥3.33 kg/hm2；（4）常规施肥（CK）：硫酸钾0.83 kg/hm2，尿素1.17 kg/hm2，复合肥3.33 kg/hm2。

1.4 样品采集与测定

1.4.1 产量指标每个小区随机选取4株进行测量，测量果重、茎重、根重及整株重，记录各处理小区产量及果实数，计算总产量，即经济学产量。

1.4.2 品质指标采集不同小区熟度一致的辣椒果实进行品质鉴定，每个处理采集3个，测定果实维生素C、辣椒素、辣度及二氢辣椒素含量。

1.4.3 土壤指标辣椒成熟收获期采集0～20 cm新鲜土壤样品，风干过筛，测定方法见表2。在每个小区随机选择10株辣椒，将根、茎、果实分别用水清洗干净后装袋，在105 ℃下杀青30 min，80 ℃烘至恒重；最后根、茎、果实都用不锈钢粉碎机粉碎成粉，室温保存待分析。植株样品镉全量测定方法与土壤样品的测定方法一致。

表2 土壤样品及辣椒品质测定指标及方法

1.5 数据统计与分析

所有测得数据均以Excel2019计算并绘制成图，再依托SPSS19.0进行多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 不同钾肥处理下的土壤镉含量及相关性分析

如图1所示，各处理土壤镉全量大小顺序表现为：T2>T1>CK>T3，T2处理与CK处理差异极显著，总镉高14.4%，T3处理土壤镉与CK处理差异不显著，镉全量低6.7%。对不同处理土壤有效态镉含量进行比较发现，各施肥处理土壤有效态镉含量大小顺序表现为：T2>T1>CK>T3，其中T2和T1处理有效态含量较高，均明显高于CK处理，分别比CK处理高出23.53%和14.7%，T3处理土壤有效态镉含量低于CK处理，但无明显差异。

土壤pH值与土壤镉全量及有效态含量呈极显著负相关。除土壤pH值以外，其他所有指标含量土与土壤镉全量及有效态含量均呈正相关关系，其中土壤EC、有效磷、速效钾与土壤镉全量及有效态含量均呈极显著正相关，土壤全磷与土壤镉全量及有效态含量均呈显著正相关，土壤全氮与土壤镉全量呈显著正相关，土壤全氮与土壤镉有效态含量呈正相关关系。这说明在土壤中施用钾肥，可以显著增加土壤肥力，降低土壤中重金属镉含量。相关性分析结果见表3。

图1 不同钾肥处理下的土壤镉含量

图柱上不同小写字母表示差异达到5%的显著水平

Different lowercase letters on the column indicate a significant difference of 5%

表3 土壤理化性质与重金属镉全量及有效态含量的相关性分析

*表示5%水平显著；**表示1%水平显著（=3）。

*5% is significant; ** 1% is significant（=3）.

2.2 不同钾肥处理下的辣椒产量和品质

如表4所示，不同钾肥处理下辣椒产量具有显著的区别，田间小区试验辣椒整株重最高的处理为T3，与其他处理差异均达极显著水平（<0.05）；与常规施肥CK相比，T2与T3处理分别增产23.1%和41.5%，T1处理与CK处理无显著性差异，但仍增产4.1%。其中果实、茎产量最高的为T3，与其他处理差异均达极显著水平（<0.05），其次为T2>CK≥T1；根的产量4个处理均无显著性差异。

如表5所示，维生素C是反映辣椒营养品质的指标之一，辣椒素、二氢辣椒素和辣度是反映辣椒食用品质的重要指标。由表5可知，各施肥处理对辣椒维生素C的含量影响较大，不同处理对辣椒维生素C含量均呈显著性差异，总体表现为T3>CK>T1>T2。不同处理对辣椒的辣椒素含量均呈显著性差异，总体表现为T3>T2>T1>CK，这也说明辣椒素的含量与钾肥息息相关。T3处理下辣椒的二氢辣椒素含量与其他处理间差异均达显著水平，T1和CK处理间无显著性差异。不同处理下辣椒的辣度也是不同的，并且各处理间均呈显著性差异，总体表现为T3>T2>T1>CK，辣度随辣椒素的增长而增长。

表4 不同钾肥处理下的辣椒产量

表5 不同钾肥处理下的辣椒品质

2.3 不同钾肥处理下的辣椒吸收累积镉含量

结果如表6所示，辣椒不同部位的镉含量变化较大，镉含量由大到小的顺序依次为：茎>根>果实。不同钾肥处理下辣椒茎中的镉含量存在明显差异，其中以T3处理为最高，显著高于CK处理（<0.05），比CK处理高出4.38%，T1和T2处理显著低于CK处理（<0.05），分别比CK处理减少20.16%和28.81%；各处理辣椒根系镉含量存在显著性差异，以T2处理为最低，显著低于其他处理（<0.05）；其含量的大小顺序表现为：T2>CK>T1>T3。各处理辣椒果实镉含量存在显著性差异，其含量的大小顺序表现为CK>T1>T2>T3。

表6 不同钾肥处理下的辣椒吸收累积镉含量

2.6 辣椒不同部位的镉富集系数

富集系数是指作物体内某一元素含量与土壤中该元素含量之比，数据越大说明其对该元素的吸收能力越强[13-17]，通常用于表述作物对重金属的吸收能力。从表7可知，各处理辣椒的各个部位对镉的富集系数均以茎最高，其次是根和果实。各处理辣椒茎对镉的富集系数均大于0.7，说明辣椒茎的重金属镉富集能力较强；各施肥处理的根和果实对镉的富集系数均小于0.7，说明辣椒根和果实的重金属镉富集能力较弱。

表7 重金属镉在辣椒不同部位的富集系数

3 讨论

土壤重金属镉全量和有效态含量的影响因素有很多，例如土地利用方式、土壤理化性质和施肥措施等[18-24]。刘晓燕等[25]研究表明钾离子在植物体内参与多种代谢和生命活动，能够增强植物的拮抗作用。陈苏等[26]研究结果表明，小麦干重与施用硫酸钾的量成显著正相关关系，能有效减少镉对小麦的毒害作用。本试验结果表明，不同钾肥组合均降低了辣椒耕层（0～20 cm）土壤镉有效态含量，且在叶面喷施硫酸钾和液体硅钾肥降低土壤中的镉含量效果最好。研究表明元素硅对于土壤和植物中的镉具有钝化作用，减少其活性，且硅进入土壤之后对于土壤pH具有提升作用，加速了土壤中重金属离子的累积作用，降低辣椒对重金属镉的吸收能力。而不同钾肥处理均没有增加辣椒中的镉全量，这可能是施用钾肥有利于辣椒植株的生长发育，辣椒茎带走了大量的活性镉。本研究采用叶面喷施硫酸钾和液体硅钾肥提高pH明显，减少土壤镉全量及有效态含量显著，能对辣椒起到很好的降镉效果，说明配施钾肥和硅肥能作为一种可推广的植物镉污染控制技术。

施肥一直是作物增产的主要因素，不同的施用方式、施用时间均会对作物产生不同的影响，相关研究表明钾肥对果实中的微量元素含量与分配具有较大的作用。Zornoza P等[26]研究表明在镉胁迫条件下，白羽扇豆植株内钾含量明显降低；Kim CG等[27]研究发现香芹体内钾的含量与镉成负相关；赵玉霞等[28]的研究结果表明冬小麦产量、全生育期内各器官的吸硫量与施硫肥的量成正比。在本研究中，不同施肥处理均显著提高了辣椒植株根、茎和果实等部位重金属的累积量，其原因可能是由于钾肥的施用，辣椒生物量的增加导致辣椒大量吸收累积镉。因此需因地制宜地控制钾肥的施用量和施用方式，以避免其对土壤和作物生产安全构成威胁。而与常规施肥相比，控释钾肥可以增加辣椒产量并提高辣椒品质，其增产幅度在4.1%～41.5%。相关研究表明，在一定范围内，辣椒产量随氮肥施用量的增加而增大，当氮肥的施用量过大时，辣椒产量与氮肥的施用量呈反相关关系；在一定范围内，辣椒的产量也会随着磷肥、钾肥的增加而增大[29-35]。本文在分析不同种类钾肥对辣椒的产量和品质影响中得出，在土壤肥力相同，且每1 hm2的土地施用尿素1.17 kg，复合肥3.33 kg的情况下，开花坐果期叶面喷施硫酸钾0.67 kg/hm2，液体硅钾肥1.33 mL/hm2为最佳的钾肥用量，对辣椒镉含量的降低、产量和品质提高均具有较好的效果。

4 结论

（1）辣椒各部分吸收累积镉含量呈显著性差异，辣椒茎对镉富集能力最强，根次之；

（2）不同钾肥组合对土壤镉全量和有效态含量均具有一定的影响，在镉污染的辣椒种植地上，开花坐果期叶面喷施硫酸钾0.67 kg/hm2，液体硅钾肥1.33 mL/hm2为最佳的钾肥施用方式，可提高土壤pH值，减少土壤中的镉含量6.7%，提高辣椒产量41.5%，提高辣椒根、茎对镉的吸收能力，降低辣椒果实中的镉含量，增加辣椒中的维生素C和辣椒素含量，改善辣椒品质；

（3）在辣椒种植生产期间，开花坐果期采用叶面喷施硫酸钾和液体硅钾肥，以便更好地控制辣椒中的镉含量，提高辣椒的产量和品质。

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Effects of Different Potassium Fertilizers on the Quality of Pepper and the Absorption Accumulation of Cadmium in Soil

WANG Lei1, AN Zhi-zhuang1, LI Hu-qun2, ZHANG Yan-gang2, XU Ning3, LI Jia4, LIANG Li-na1, SUO Lin-na1*

1.100097,2.071600,3.050000,4.050000,

In order to further clarify the effect of potassium on the quality of Capsicum in cadmium contaminated soil, the effects of different potassium treatments on the growth, physiological characteristics and the absorption and accumulation of cadmium in Capsicum were studied through field experiments. After transplanting and planting, three kinds of potassium fertilizers (potassium sulfate, liquid silicon potassium and potassium dihydrogen phosphm2te) were applied to capsicum for determining the content of cadmium in the roots, stems and leaves of capsicum, respectively. The effects of three kinds of Potassium Fertilizers on the pH of polluted soil and the differences of cadmium uptake by capsicum were discussed. The results showed that the bioaccumulation factor of cadmium in pepper stems was higher than 0.7, and the accumulation ability of cadmium in Pepper roots and fruits was lower than 0.7. The soil fertility is same, and 1 hm2Compared with conventional fertilization, the best way to apply potassium fertilizer is to spray 0.67 kg/hm2of potassium sulfate on the leaves during flowering and fruit setting period, and 1.33 mL/hm2of liquid silicon potassium fertilizer. It can increase soil EC and pH value, reduced the content of cadmium in the soil by 6.7%, increased the output of pepper by 41.5%, increased the absorption capacity of pepper roots and stems to cadmium, and reduce the spicy The content of cadmium in pepper fruit increased the content of vitamin C and capsaicin in pepper, increased the spicy degree and improved the quality of pepper.

Potassium fertilizer; pepper; cadmium; quality

S641.3

A

1000-2324(2021)03-0371-06

2021-02-25

2021-05-18

北京市农林科学院植物营养与资源研究所自主立项课题(YZS201910);国家重点研发计划项目(2017YFD0801104);联合国开发计划署项目:—密云水库面源污染生态控制与环境可持续发展研究(cpr/19/401);北京市农林科学院青年科研基金(QNJJ201810)

王磊(1993-),男,硕士研究生,研究实习员,研究方向:农业面源污染与土壤重金属修复. E-mail:yzswanglei@163.com

Author for correspondence. E-mail:suolinna@163.com