不同作物填闲对辣椒幼苗生长及产量的影响

2022-01-05吴凤芝方振兴田罡铭董吉德高丽红

东北农业大学学报 2022年1期

吴凤芝，方振兴，田罡铭，董吉德，高丽红

（1.东北农业大学园艺园林学院，哈尔滨 150030；2.甘肃永昌县农业技术推广中心，甘肃永昌 737200；3.中国农业大学园艺学院，北京 100193）

辣椒（Capsicum anmumL.）为茄科辣椒属，是一种全球性蔬菜[1]。然而，受制于有限耕地、外部气候条件及高产需求，辣椒长期连作，土地过度利用现象普遍，加之化肥过量施用、工业污染等问题，土壤盐渍化程度加剧，辣椒连作障碍屡见不鲜，导致辣椒幼苗易发生枯萎、烂根、生长缓慢及新生枝发育不正常等现象，辣椒产量和品质下降，不利于辣椒产业绿色发展[2]。因此，如何采用绿色生态措施减轻连作障碍，是目前迫切需解决的问题。填闲栽培是指蔬菜等主栽作物收获后，在休闲期种植具有特殊性状填闲植物，作为轮作倒茬、绿肥等，是一种有效轮作模式[3]。不同种类作物及作物组合具有不同农业生态收益，如减少土壤侵蚀，提高土壤质量，增加土壤肥力，减少养分损失，控制杂草、病虫害等[4]。填闲是减轻连作障碍的有效措施之一，但辣椒采用何种作物填闲及填闲后效果持续性尚不清楚，因此研究不同作物填闲后土壤是否具有促进辣椒幼苗生长作用十分重要。

以填闲、轮作为代表的农业防治，可保留原有种植体系，改善栽培环境，减轻连作障碍[5]。彭亚静等研究表明，将苋菜、茼蒿、甜玉米作为设施夏季休闲期的填闲作物，可促进下茬主栽作物生长，有效改善连作土壤微生物环境，对土壤修复具有特殊作用[6]。王哲昕等发现，填闲小麦显著促进黄瓜生长[7]。陈子薇等研究发现，在连作西瓜土壤中施入一定量小麦残茬，不仅促进西瓜蔓长伸长，并在生长后期显著促进西瓜生长[8]。高晶霞等研究发现，玉米、万寿菊及芹菜秸秆腐解还田显著促进辣椒根系长度、根表面积及根体积[9]。根系是植物重要的代谢和吸收器官，在植物生长发育过程中发挥重要作用。植物根系形态特征（如根表面积、根体积、根长、根系几何构型、根毛数量、根系分布水平和垂直深度等）和结构特征均对养分吸收利用有直接影响。填闲增加土壤养分贮存和循环能力，可通过根系生长发育进一步促进作物生长。

在填闲栽培体系中，种植填闲作物可获得对应科属的混合收益。Wan 等发现，在田间耕作间歇期混合填闲十字花科与豆科作物，既发挥十字花科作物减少硝酸盐淋洗的作用，又增加豆科作物绿肥收益[10]。此外，混合种植具有种间促进作用的填闲作物，提高填闲作用效率及收益。Blan⁃co-Canqui 等研究发现，禾本科作物黑麦草、甘蔗，十字花科作物萝卜和豆科作物红三叶草在休耕期混合填闲，与对照相比显著促进下茬作物生长[11]。Blesh 等研究发现，休耕期开展混合作物填闲相较于单一作物填闲可提高下茬作物干物质量[12]。禾本科作物高粱与水稻混合填闲后将秸秆粉碎入土也促进甘蔗生长，提高产量[13]。而禾本科作物小麦作为世界第一大粮食作物，具有较强吸氮能力[14]，秸秆分解释放入土后，调节氮肥释放。

综上，根据前人研究结果，选择禾本科作物小麦、豆科作物蚕豆及十字花科作物大叶臭菜3种作物为试验材料。设置3种作物单独填闲、两种作物及3种作物混合填闲，研究填闲后土壤对辣椒幼苗生长的影响及其持续作用，以期为减轻辣椒连作障碍提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试辣椒（Capsicum annuumL.）品种：“华煜”牛角椒。

供试填闲作物：小麦（Triticum aestivumL.）为“东农125”；蚕豆（Vicia fabaL.）为“青14”；大叶臭菜（Diplotaxis tenuifoliaL.DC.）为“美味大叶臭菜”。

供试土壤：东北农业大学设施工程中心连作辣椒土壤，土壤基本化学性状测定采用鲍士旦方法[15]：EC 值0.45 mS·cm-1（1∶5，W/V），pH 6.82（1∶5，W/V），速效磷105.9 mg·kg-1，NH4+-N 16.72 mg·kg-1，NO3--N 130.88 mg·kg-1，速效钾222.2 mg·kg-1，有机质56.48 g·kg-1。

1.2 试验设计

1.2.1 不同填闲作物对大棚连作辣椒产量的影响

本试验于2019 年3 月至2020 年12 月在东北农业大学设施工程中心大棚和农业农村部东北地区园艺作物生物学与种质创新重点实验室完成。

试验共设8个处理，每个处理3次重复（3个小区），随机排列，每个重复面积为4.5 m2（5 m×0.9 m）。不同处理采用塑料膜隔离，防止各处理间相互影响（见表1）。

①填闲作物播种：在预试验基础上，小麦填闲处理每小区播种量为34 g，蚕豆处理每小区播种量为420 g，大叶臭菜处理每小区播种量为3.96 g。两种作物和3种作物混合处理播种量分别为相应作物单作区的1/2和1/3，以满足替代效应。填闲作物播种方式均为条播，行距18 cm，其中填闲两种作物以上处理采用条状混播，混播时先将一种作物种子条播后再条播其他作物种子，其中对照处理空闲，填闲作物生长期间无水肥管理。各填闲处理及时间安排见表1。

表1 田间、盆栽试验处理及代码Table 1 Field and pot experiment treatment and code

②填闲作物收割及处理：根据前期小麦填闲试验结果，收割时期以小麦为标准，待小麦植株高达40 cm 时，按照五点取样法在不同处理各小区测量填闲作物生物量（见表2），将填闲作物刈割置于地表，剪成10 cm段翻入土壤中，30 d后定植辣椒。

表2 填闲作物生物量（鲜重）Table 2 Biomass of cover crops(Fresh weight)

③辣椒定植与测产：辣椒常规育苗，待长至六叶一心后定植上述表1处理中，每小区2行，每行14株，行距40 cm，株距35 cm，常规管理和测产。

1.2.2 不同作物填闲土壤对辣椒幼苗生长的影响

分别在2019 年与2020 年选取表1 田间试验中种植辣椒后土壤作盆栽试验。辣椒常规育苗，四叶一心定植到10 cm×10 cm营养钵中，每个营养钵装入上述不同田间试验土壤400 g，每处理设3 次重复，每个重复15 钵，随机排列。分别在定植后10、20、30 d时，每个处理每个重复随机选取3 株辣椒幼苗测量株高和全株干鲜重，并在30 d 时测量辣椒幼苗根系形态指标。

1.3 测定指标

大棚辣椒产量测定：每重复全区测产，最后换算成每m2产量。

株高测定：米尺量取茎基部到植株生长点长度。

全株干鲜重测定：随机取样，每个重复选取3株长势一致辣椒幼苗，清洗后擦拭干净，电子天平称量鲜重，放入80 ℃烘箱烘干至恒重，称重。

根系形态测定：使用根系分析仪（LA-S2400）扫描每个植株根长、根尖数、根体积和根表面积。

1.4 数据处理与分析

试验中原始数据均采用Microsoft OfficeExcel（2019）软件整理，数据处理采用SAS 8.1 软件中Tukey's honestly significant difference（HSD）test 作方差分析，采用GraphPad Prism 8软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同作物填闲对连作辣椒产量的影响

由图1 可知，2019 年，小麦+蚕豆混合、小麦+大叶臭菜混合及小麦+蚕豆+大叶臭菜3 种混合填闲处理的辣椒产量显著高于对照（P＜0.05）。2020年，除大叶臭菜及蚕豆+大叶臭菜混合填闲两个处理外，其他填闲处理辣椒产量均显著高于对照（P＜0.05）。

图1 大棚不同作物填闲对辣椒产量的影响Fig.1 Effects of different cover crops on pepper yield in greenhouse

2.2 不同作物填闲土壤对辣椒幼苗生长的影响

2.2.1 不同作物填闲对辣椒幼苗株高的影响

由图2 可知，2019 年及2020 年辣椒定植10 d时，小麦+蚕豆混合、小麦+大叶臭菜混合及小麦+蚕豆+大叶臭菜混合填闲处理的辣椒植株株高显著高于对照（P＜0.05）。2019 年辣椒定植20 d 时，除大叶臭菜及蚕豆+大叶臭菜混合填闲处理外，其余处理辣椒植株株高均显著高于对照（P＜0.05）。2020年辣椒定植20 d、2019与2020 年辣椒定植30 d时，所有处理辣椒植株株高均显著高于对照（P＜0.05）。

图2 不同填闲土壤对辣椒幼苗株高的影响Fig.2 Effect of soil taken from pepper field covered by cover crops on plant height of pepper seedling

2.2.2 不同作物填闲对辣椒幼苗全株干鲜重的影响

在2019年辣椒定植10 d时，除蚕豆+大叶臭菜混合填闲处理外，其他处理辣椒幼苗全株鲜重均显著高于对照（P＜0.05），除大叶臭菜及蚕豆+大叶臭菜混合填闲处理外，其他处理辣椒全株干重均显著高于对照（P＜0.05）；20 d时，除大叶臭菜及蚕豆+大叶臭菜混合填闲处理外，其他处理辣椒全株鲜重均显著高于对照（P＜0.05），除蚕豆+大叶臭菜混合填闲处理外，其他处理辣椒全株干重均显著高于对照（P＜0.05）；30 d 时，除蚕豆、大叶臭菜、蚕豆+大叶臭菜混合填闲处理外，其他处理辣椒全株鲜重均显著高于对照（P＜0.05）（见图3A），除蚕豆+大叶臭菜混合填闲处理外，其他处理辣椒全株干重均显著高于对照（P＜0.05）（见图3C）。

2020年辣椒定植10 d时，除大叶臭菜、蚕豆+大叶臭菜混合填闲处理外，其他处理辣椒全株鲜重均显著高于对照（P＜0.05，见图3B），除大叶臭菜及小麦+蚕豆混合填闲处理外，其他处理辣椒全株干重均显著高于对照（P＜0.05）；20及30 d时，除大叶臭菜、蚕豆+大叶臭菜混合填闲处理外，其他处理辣椒全株鲜重均显著高于对照（P＜0.05），所有处理辣椒全株干重均显著高于对照（P＜0.05，见图3D）。

图3 不同填闲土壤对辣椒幼苗全株干鲜重的影响Fig.3 Effects of different cover crops soils on dry and fresh weight of pepper seedlings

2.2.3 不同作物填闲土壤对辣椒幼苗根系生长影响

2019 年和2020 年，除蚕豆+大叶臭菜混合填闲处理外，其他处理辣椒根长均显著高于对照（P＜0.05）（见图4 A）；2019年，蚕豆、大叶臭菜、小麦+蚕豆及小麦+大叶臭菜混合填闲处理的辣椒根尖数均显著高于对照（P＜0.05）。2020年，所有处理辣椒根尖数均显著高于对照（P＜0.05，见图4 B）。2019年和2020 年，除蚕豆+大叶臭菜混合填闲处理外，其他处理辣椒根体积均显著高于对照（P＜0.05，见图4C）；2019年和2020年，除蚕豆+大叶臭菜混合填闲处理外，其他处理辣椒根表面积均显著高于对照（P＜0.05，见图4D）。

图4 不同填闲土壤对辣椒根长、根表面积、根体积及根尖数的影响Fig.4 Effects of different cover cropssoils on root length,root surface area,root volume and root tip number of pepper seedling

2019年和2020年，除蚕豆+大叶臭菜混合填闲处理外，其他处理辣椒在0≤L＜0.5 mm、0.5≤L＜2 mm 内根长均显著高于对照（P＜0.05，见表3）。2019年，除蚕豆+大叶臭菜混合填闲处理外，其他处理辣椒在2.0≤L＜3 mm 内根长均显著高于对照（P＜0.05）。2020年，除大叶臭菜、蚕豆+大叶臭菜混合填闲处理外，其他处理辣椒在2.0≤L＜3 mm 内根长均显著高于对照（P＜0.05）。

表3 不同填闲土壤对辣椒各级根长的影响Table 3 Effects of different cover crops soils on the root number of pepper seedling

3 讨论

3.1 不同作物填闲对土壤连作辣椒产量的影响

作物物种多样性增加可提高其生物量和产量[16]。禾本科作物玉米、小麦和大豆轮作相较于大豆连作显著提高大豆产量、结荚数、单株粒数[17]。利用小麦和大豆轮作及分蘖洋葱套作栽培模式极显著提高黄瓜产量[18]，此外，利用小麦、毛苕子与黄瓜轮作试验也极显著提高黄瓜产量[19]。本试验结果表明，利用不同作物填闲栽培辣椒，结果发现，小麦与蚕豆混合、填闲小麦与大叶臭菜混合及填闲小麦、蚕豆与大叶臭菜混合填闲处理在两年试验中均显著增加辣椒产量，这与课题组前期研究一致。另外，2020 年填闲对辣椒产量提高效果优于2019 年且小麦、蚕豆填闲也显著增加辣椒产量。可能填闲并非短期收益，一段时间后方可显现[20]。研究发现小麦混合填闲处理提高辣椒产量效果较好，证实小麦填闲增产收益，与课题组前期发现小麦填闲可保证黄瓜产量研究结果一致。

3.2 不同作物填闲土壤对辣椒幼苗生长的影响

谢华等研究表明，通过种植填闲作物，可促进下茬主栽作物生长。填闲小麦及青葱均显著增加黄瓜株高与茎粗[21]。填闲黑麦增加玉米地上部干重、叶绿素、和株高[22]。本研究结果表明，用小麦与蚕豆混合、小麦与大叶臭菜混合及小麦、蚕豆与大叶臭菜混合填闲土壤处理辣椒幼苗株高在各取样时期均显著高于对照，与前人研究结果一致。另外，吴凤芝等研究发现，填闲可促进作物生长，施入一定量小麦、燕麦残茬后，可提高连作土壤黄瓜全株干鲜重[23]；填闲毛苕子可促进番茄地上部生物量[24]；小麦填闲可提高土壤养分促进黄瓜幼苗全株干重[25]；填闲亚麻芥可促进玉米生长[11]。本研究表明，选用小麦、小麦+蚕豆、小麦+大叶臭菜混合及小麦、蚕豆+大叶臭菜混合填闲后种植辣椒土壤培育的辣椒幼苗全株干、鲜重均显著高于对照，与前人研究结果一致。此外，本研究发现，小麦填闲处理效果较好，可能因小麦残茬或根系分泌物对土壤环境起正向积极作用。另外，蚕豆与大叶臭菜混合填闲处理效果较差，可能因两种作物之间存在竞争性相互作用。李乃荟等研究发现，茼蒿、芥菜和三叶草等作物混合填闲对黄瓜全株干重无影响[26]。由此可知，植物多样性高填闲效果并不一定好。

3.3 不同作物填闲土壤对辣椒幼苗根系形态特征的影响

填闲植物种植不仅有效降低营养成分累积，还可有效改良土壤养分分布和结构，且对下茬作物根系生长产生积极影响。彭春瑞等研究发现秸秆覆盖还田促进花生和大豆根系发育，增加根系生物总量和深层根系数量[27]；混合填闲三叶草、芥菜和豌豆等作物改善植株根系结构特征，提高植株根系覆盖度[28]。本研究中，选用小麦、小麦+蚕豆混合、小麦+大叶臭菜混合填闲及小麦、蚕豆与大叶臭菜混合填闲后辣椒幼苗根长、根表面积及根体积均显著高于对照，与前人研究结果一致。本试验盆栽用土为田间试验结束前取各处理种植辣椒后的土体，再种植辣椒发现，仍可促进其幼苗生长。结果显示，填闲影响多茬作物生长，填闲效果具有持续性。