石墨烯地膜覆盖对辣椒生长发育及品质的影响

李 鹏，莫艳君，姜 丹，颜 婷，陈致印，龚意辉*

（1 湖南农业大学园艺学院，湖南长沙 410128；2 湘潭市农业科学研究所，湖南湘潭 411134；3 湖南人文科技学院农业与生物技术学院，湖南娄底 417000）

辣椒是喜温作物，最适宜的温度为25～30℃，在反季节栽培时，易受低温的限制，影响辣椒的生长发育和果实品质，导致辣椒产量下降。然而，传统的增温方式一般采用燃烧煤炭、燃烧汽油、电力加热等，容易造成能源消耗高、安全性能低、污染环境等问题，本研究选用绿色环保的石墨烯地膜，不仅可以提高棚内温度，为辣椒生长发育提供适宜环境，而且能安全稳定地发热，不会对辣椒造成烧苗等现象，为提高辣椒产量与品质提供了理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以“丰抗21 号”辣椒为试验材料，由湖南湘研种业有限公司生产提供。石墨烯是由湖南烯源新材料科技有限公司生产提供，规格为600mm×1000mm×20mm，单片功率为500 W，工作电压220 V。基质由山东鲁青基质生产提供。黑色地膜由山东亿德塑业有限公司生产提供，规格为宽度为2.2m，厚度为0.04mm。漂浮育苗盘由湖南湘晖农业技术开发有限公司生产提供，规格为120 穴。便携式叶面积仪是由美国LI-COR 公司生产提供，型号为LI-3100 AREA METER。测定果实品质采用的试剂有：水杨酸—硫酸、NaOH、蒸馏水、蒽酮、草酸、2,6-二氯酚靛酚钠、考马斯亮蓝G-250。

1.2 试验设计

试验于2020 年8 月3 日－12 月10 日在湖南省湘潭市农业科学研究所蔬菜种苗中心进行。8 月3 日播种，采用漂浮育苗方式进行育苗，每穴播1 粒辣椒种子，覆盖一层薄基质，放入水槽中。于9 月7 日进行移栽（从移栽当天起算试验第0d），将生长健壮、长势良好无病虫害的辣椒苗移至大棚内，大棚规格44m×8m，设2 个大棚，每个大棚设3 个小区，每个小区规格18m×2m。每个小区随机选取3 株长势良好的辣椒植株作为测试样本，每隔15d 测量辣椒的株高、茎粗、叶面积等生长指标；每个小区随机选取3 个没有病虫害、长势好的辣椒果实作为测试样本，在果实不同发育时期测量辣椒果实中的Vc、可溶性糖、可溶性蛋白、硝酸盐的含量以及辣椒的横径、纵径；在辣椒果实进入成熟期后，采收成熟的果实测量辣椒的单果重、单株果实数及总产量，并计算出辣椒单株产量。

1.3 试验方法

1.3.1 辣椒生长指标的测定。①株高：根据高文瑞等[9]的研究方法，用直尺从根茎部到辣椒生长点最高点。②茎粗：根据姜怡帆等[10]学者的研究方法，用游标卡尺从根茎部往上1cm 处，统一测量此部位。③叶片数：根据倪世存等[11]的研究方法，至上而下地计数每株植株叶片宽度在2cm 以上的叶片。④叶面积：摘取每株叶片宽度在2cm 以上的叶片，每株叶片分别装入密封袋，使用便携式叶面积仪测量叶面积。⑤胚根数：根据郑向阳等[12]的研究方法，将辣椒植株从土壤中小心取出，用清水将辣椒的根部泥土清洗干净，数辣椒植株的胚根数。⑥干鲜重：根据张婧等[13]的研究方法，将辣椒植株从土壤中小心取出，用清水将辣椒的根部泥土清洗干净，用剪刀沿辣椒植株根茎部剪断，分为地上地下部分，然后用电子天平分别称取地上部分地下部分的鲜重。将辣椒植株的地上地下部分放入100℃WGZ 型精密鼓风干燥箱中，烘干至恒重，然后用电子天平分别称取地上部分、地下部分的干重。

1.3.2 辣椒果实品质的测定。①纵径：根据姜怡帆等[10]的研究方法，用游标卡尺测量辣椒果实果柄下1cm 处辣椒果实的宽度。②横径：根据姜怡帆等[10]的研究方法，用直尺从辣椒果实果柄处到果实尖端。③Vc 含量：根据华国伟[14]的研究方法，采用2，6-二氯酚靛酚钠滴定法测定Vc 含量。将辣椒样品清洗干净，吸干水分，然后将称取5g 辣椒果肉切碎放入研钵，加2%草酸5mL 研磨成浆，注入100mL 的容量瓶中，加2%的草酸溶液稀释至刻度。取50mL 锥形瓶2 个，加入滤液10mL，用2,6-二氯酚靛酚溶液滴定至桃红色15s 不褪为止。④可溶性蛋白含量：根据华国伟[14]的研究方法，采用考马斯亮蓝G-250 染色法测定可溶性蛋白含量。称取0.5g 辣椒果肉放入研钵中加5 mL 蒸馏水研磨成浆，放入离心机中离心10min，吸取上清液放入25mL的容量瓶中，取0.1mL 样品放入具塞刻度试管中，加考马斯亮蓝G-250 试剂5mL 混合均匀，静置2min，在595nm 下比色。⑤可溶性糖含量：根据华国伟[14]的研究方法，采用蒽酮比色法测定可溶性糖的含量。取0.5～1g 的辣椒样品研磨成浆放入大试管中，加15mL的蒸馏水，在沸水浴中煮沸20min，然后冷却，过滤到100mL 的容量瓶中，用蒸馏水洗涤残渣数次，定容至刻度。取1mL 样品加入蒽酮试剂5mL，快速混匀，沸水浴中煮10min，后冷却，在620nm 波长下测定。⑥硝酸盐含量：根据华国伟[14]的研究方法，采用水杨酸——硫酸比色法测定硝酸盐的含量。取1g 辣椒果实研磨成浆放置离心管中，加20～30mL 的去离子水，封口放置沸水浴中30min，后冷却。在离心机中离心5min，取0.1mL放置玻璃试管中加5%水杨酸-硫酸0.4 mL，混合均匀放在室温下20min，再加9.5mL 的8%NaOH 溶液，冷却后在410nm 下测定。

1.3.3 辣椒产量指标测定。①单果重：将辣椒果实采收，并记录辣椒果实的个数。②单株果实数：将辣椒果实用电子天平称取每个单果的重量，记录好单果重。③单株产量：据单株果实数和单果重计算出单株产量。单株产量=单果重×单株果实数；④总产量：将每个处理的辣椒进行采收，用电子秤称出每个处理的总产量。

1.4 数据分析

采用Excel 2010 软件处理数据、绘制图表。

2 结果与分析

2.1 石墨烯地膜覆盖对辣椒生长指标的影响

2.1.1 石墨烯地膜覆盖对辣椒株高的影响。由图1 可知，随着辣椒的生长，辣椒株高总体呈逐渐上升的趋势。在辣椒生长期间，石墨烯地膜覆盖的辣椒株高总体高于对照。移栽后90d 辣椒植株株高最高，石墨烯地膜的辣椒株高为91.02cm，对照的辣椒株高为82.44cm，比对照高10.4%，表明石墨烯地膜显著促进了辣椒植株的生长。

图1 石墨烯地膜覆盖对辣椒株高的影响

2.1.2 石墨烯地膜覆盖对辣椒茎粗的影响。由图2 可知，随着辣椒的生长，各处理的辣椒茎粗呈逐渐增加的趋势。在辣椒的生长期间，石墨烯地膜地膜覆盖的茎粗总体高于对照。移栽后90d 辣椒茎粗达到最大值，石墨烯地膜的辣椒茎粗为13.72mm，对照的辣椒茎粗为12.21mm 石墨烯地膜覆盖的辣椒茎粗比对照高12.36%，表明石墨烯地膜促进了辣椒植株的生长。

图2 石墨烯地膜覆盖对辣椒茎粗的影响

2.1.3 石墨烯地膜覆盖对辣椒叶片数的影响。由图3 可知，随着辣椒的生长，各处理辣椒的叶片数均呈现先上升后有所下降的趋势，由于叶片到了生长后期会黄化、掉落，因此叶片数会呈现出有所下降的趋势。在辣椒生长时期，石墨烯地膜覆盖的辣椒叶片数总体高于对照。移栽后60d 辣椒植株的叶片数最多，石墨烯地膜的辣椒叶片数为136 片，对照的辣椒叶片数为119 片，比对照高14.29%，表明石墨烯地膜促进了辣椒植株的生长。

图3 石墨烯地膜覆盖对辣椒叶片数的影响

2.1.4 石墨烯地膜覆盖对辣椒叶面积的影响。由图4 可知，随着辣椒的生长，辣椒叶面积总体呈先增加再降低的趋势。由于叶片到了生长后期会黄化、掉落，因此叶片数会呈现出有所下降的趋势。在辣椒生长的时期内，石墨烯地膜地膜的辣椒叶面积总体高于对照。移栽后60d 辣椒叶面积最大，石墨烯地膜的辣椒叶面积为1910mm2，对照的辣椒叶面积为1720mm2，比对照高11.05%。表明石墨烯地膜显著促进了辣椒植株的生长。

图4 石墨烯地膜覆盖对辣椒叶面积的影响

2.1.5 石墨烯地膜覆盖对辣椒胚根数的影响。由图5 可知，随着辣椒的生长，各处理的辣椒胚根数呈逐渐增加的趋势，在辣椒生长期间，石墨烯地膜覆盖的辣椒胚根数高于对照。移栽后90d 辣椒植株的胚根数最多，石墨烯地膜的辣椒胚根数为213 根，对照的辣椒胚根数高为192 根，比对照高10.94%，表明石墨烯地膜显著促进了辣椒植株的生长。

图5 石墨烯地膜覆盖对辣椒胚根数的影响

2.1.6 石墨烯地膜覆盖对辣椒干鲜重的影响。由图6可知，随着辣椒生长，辣椒干鲜重总体呈逐渐上升的趋势。在辣椒生长发育期间，石墨烯地膜覆盖的辣椒干鲜重总体高于对照。移栽后90d 辣椒植株干鲜重最大，在90d 时石墨烯地膜覆盖地上干重为35.6g，对照地上部分干重为29.5g（图6A）；石墨烯地膜覆盖地下部分干重为2.7g，对照地下部分干重为1.1g（图6B）；石墨烯地膜覆盖地上部分鲜重为133.9g，对照地上部分鲜重为96.23g（图6C）。在90d 时石墨烯地膜覆盖地下部分鲜重为14.1g，对照地下部分鲜重为11.0g（图6D）。表明石墨烯地膜提高了辣椒植株的生物积累量。

图6 石墨烯地膜覆盖对辣椒干鲜重的影响

2.2 石墨烯地膜覆盖对辣椒果实品质的影响

2.2.1 石墨烯地膜覆盖对辣椒横径、纵径及果形指数的影响。由表1 可知，石墨烯地膜覆盖栽培有利于增加辣椒果实的横径、纵径和果形指数。石墨烯地膜的辣椒果实横径为85.54cm,与对照相比增加了15.0%。石墨烯地膜石墨烯地膜的辣椒果实纵径为56.27cm，与对照相比增加了8.40%。石墨烯地膜的辣椒果实果形指数为4.32，与对照相比增加了4.10%。

表1 石墨烯地膜覆盖对辣椒果实横径、纵径及果形指数的影响

2.2.2 石墨烯地膜覆盖对辣椒单果重量、单株数量及产量的影响。由表2 可知，石墨烯地膜覆盖对辣椒采收期单果重、果实数、单株产量以及单位面积产量具有促进作用，与对照相比石墨烯地膜的单果重增加了4.25%，与对照相比石墨烯地膜的果实数增加了2.44%，与对照相比石墨烯地膜的单株产量增加了5.36%，与对照相比石墨烯地膜单位面积产量增加了8.09%。

表2 石墨烯地膜覆盖对辣椒产量的影响

2.2.3 石墨烯地膜覆盖对辣椒Vc 的影响。由图7 可知，随着辣椒果实的生长，果实中Vc 含量呈先上升后下降的趋势，破色期为Vc 含量最高的时期，红熟期Vc含量有所下降，但是下降不多。破色期石墨烯地膜Vc含量为136.14mg/kg，而对照的Vc含量为115.09mg/kg，比对照增加了18.29%。所以，石墨烯地膜能够显著促进辣椒破色期、红熟期果实中Vc 的含量的增加。

图7 石墨烯地膜覆盖对辣椒Vc 的影响

2.2.4 石墨烯地膜覆盖对辣椒可溶性蛋白的影响。由图8 可知，随着果实的生长，果实中可溶性蛋白含量呈先增加后降低的趋势，破色期为可溶性蛋白含量最高的时期，红熟期可溶性蛋白含量有所下降。破色期石墨烯地膜可溶性蛋白含量为46.62mg/kg，而对照的可溶性蛋白含量为38.42mg/kg，比对照高21.34%。所以，石墨烯地膜能够促进辣椒幼果期、破色期果实中可溶性蛋白的含量的增加。

图8 石墨烯地膜覆盖对辣椒可溶性蛋白的影响

2.2.5 石墨烯地膜覆盖对辣椒可溶性糖的影响。由图9可知，随着果实的生长果实中可溶性糖含量呈逐渐上升的趋势，红熟期为可溶性糖含量最高的时期。红熟期石墨烯地膜可溶性糖含量为33.00mg/kg，而对照的可溶性蛋白含量为16.7mg/kg，比对照高97.60%，石墨烯地膜可以大幅度增加可溶性糖的含量。因此，石墨烯地膜能够显著促进辣椒破色期、红熟期果实中可溶性糖含量的增加。

图9 石墨烯地膜覆盖对辣椒可溶性糖的影响

2.2.6 石墨烯地膜覆盖对辣椒硝酸盐的影响。由图10可知，随着果实的生长，果实中硝酸盐含量呈先增加后下降的趋势，破色期为硝酸盐含量最高的时期，红熟期硝酸盐含量有所下降。破色期石墨烯地膜硝酸盐含量为152.35mg/kg，而对照的可溶性蛋白含量为221.77mg/kg，比对照低了31.30%。因此，石墨烯地膜对降低辣椒果实中硝酸盐的含量具有一定作用。

图10 石墨烯地膜覆盖对辣椒硝酸盐的影响

3 讨论

石墨烯地膜作为一种新型的升温材料，不仅能够促进作物的生长发育，增加产量，还能提高果实品质。刘泽慧等[15]研究发现，25mg/L 的石墨烯溶液能促进蚕豆的生长发育。胡晓飞等[16]研究表明，随石墨烯浓度的增加，树莓的株高、根系等呈先增加后减小的趋势。吴金海等[17]研究发现，氧化石墨烯处理能促进油菜种子的萌发，并对甘蓝型油菜幼苗的生长发育有明显的影响。本研究发现，石墨烯地膜覆盖能够促进辣椒植株的生长，与刘泽慧等[15]学者研究结果相同。

对于石墨烯在作物产量及果实品质上的研究相对较少，大多数学者研究的是石墨烯对于作物苗期的影响，地膜覆盖对提高辣椒产量具有一定作用。许洋等[18]研究发现，黑色地膜覆盖对辣椒产量的提高是最大的，为1569 kg/hm2，白色地膜覆盖对辣椒的产量影响是最低的。姜成等[19]研究发现，有机肥和地膜覆盖能够提高辣椒的产量，促进果实的增宽和增长。陈亮等[20]研究发现，双层地膜覆盖能够促进辣椒的生长，增加其产量。不同的地膜覆盖于不同的覆盖方式对辣椒的产量的影响是不同的。本研究发现，石墨烯地膜覆盖能提高辣椒单果重、单株果实数及总产量。

罗莎等[2]研究发现，可降解地膜和普通地膜与不覆盖地膜相比，辣椒果实的可溶性糖、可溶性蛋白都有一定的提高，对硝酸盐的含量有所下降。王斌等[21]研究发现，黑色地膜对于马铃薯果实品质各项指标都有显著的提高。陈和杰等[22]研究发现，黑色地膜覆盖能提高西瓜果实可溶性糖、Vc、番茄红素和可溶性固形物含量。本研究表明，石墨烯地膜覆盖能提高辣椒果实中可溶性糖、可溶性蛋白、Vc含量，降低硝酸盐的含量，与罗莎等[2]学者的研究结果一致。石墨烯具有安全性高、绿色环保、风险小、电热转换效率高且发热稳定等优点，符合我国大力发展低碳经济的生产要求，可为企业带来显著的生态效益和经济效益，因此，应加强石墨烯地膜在蔬菜栽培中的推广和应用。

4 结语

石墨烯地膜覆盖提高了辣椒的株高、茎粗、叶片数、叶面积、胚根数、干鲜重等，促进了辣椒的生长。石墨烯地膜覆盖增加了辣椒的单果重量和单株果实的数量，进而提高辣椒8.09%的产量。石墨烯地膜覆盖提高了辣椒果实中Vc、可溶性蛋白、可溶性糖等含量，在一定程度上提高了辣椒的品质。本研究为进一步推广石墨烯地膜覆盖在蔬菜栽培中的应用打下了良好基础。