不同水分条件下菌肥施用对陇椒产量与品质的影响

张 芮，温 文＊，董 博，高彦婷，张海粟，陈志丕

（1.甘肃农业大学 水利水电工程学院，甘肃 兰州 730070；2.甘肃省农业科学院 旱地农业研究所，甘肃 兰州 730070；3.定西市水利科学研究所，甘肃 定西 744300）

【研究意义】甘肃省定西市位于甘肃中部，是典型的高原半干旱地区，该地区经济发展较为落后，农民对于摆脱贫困十分渴望。陇椒，因其产量高、营养丰富、市场需求大及适宜于北方地区露地栽培等[1]，现已成为定西农民脱贫致富的首选作物。土壤水分对植物生长及土壤微生物环境有着显著影响[2-3]，适宜的土壤水分是保证辣椒生长发育的基础。解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）是广泛使用的生物肥料，不仅可直接促进植物生长[4]，增加叶片叶绿素含量，提高叶片的净光合速率[5]，而且作为根际促生菌肥可以有效提升土壤肥力[6]，促进植物健康生长[7]。因此，探索适宜的水分菌肥管理模式，对节约水资源、降低环境污染及提高陇椒产量品质具有重要意义。【前人研究进展】大量学者在确定辣椒适宜的土壤水分条件方面做出了很多研究。彭强等[8]对辣椒叶片叶绿素含量、光合特性、保护酶活性和水分利用效率等方面研究的基础上，提出坐果期70%～85%田间持水率是辣椒理想的灌溉指标；陈芳等[9]在对辣椒的干旱胁迫研究结果表明，60%～70%田间持水量可以满足辣椒基本生长要求；刘佳等[10]研究发现，干旱气候条件下60%田间持水量的土壤水分可以满足陇椒2 号的正常生长。合理施用生物菌肥是优质高产的重要保障。张莉等[11]研究发现，施用解淀粉芽孢杆菌QST713 可以有效增强黄瓜幼苗的光合能力。王鲁等[12]研究发现，施用解淀粉芽孢杆菌HM618 可以显著增加小麦幼苗的叶绿素含量。保善存等[13]研究发现，适量的解淀粉芽孢杆菌生物剂可以改善枸杞的生长状况，增加枸杞产量，改善果实品质。

【本研究切入点】由此可见，适宜的土壤水分和菌肥施用均是优质高产的重要因素，然而国内对陇椒的研究集中于新品种选育[14]、水分调控[15-16]和对不同肥料的响应[17]等方面，未见水分和菌肥组合施用的大田试验研究。【拟解决的关键问题】定西等陇中半干旱区水资源极为紧缺，土壤贫瘠。因此，研究该区域不同水分条件下菌肥施用对陇椒产量品质的影响，筛选适宜的水菌组合调控模式，可为高原半干旱地区陇椒高产优质高效栽培提供重要理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试陇椒品种为‘陇椒11号’，由甘肃省农业科学院提供。

试供菌肥为甘肃尚农生物科技有限公司生产的“菌益多天然微生物菌肥”，有效成分为解淀粉芽孢杆菌EZ99，实际活菌数为5 亿CFU/g。

1.2 试验区概况

试验于2021年4月至2021年10月在甘肃省定西市灌溉试验基地（37°52′N，102°50′E，海拔1 958 m）进行，该试验基地位于黄土高原西部丘陵区，属半干旱区，光能较多，年日照时间为2 409 h，年均气温6.3 ℃。试验地土壤以黄棉土为主，pH 8.3，田间持水率为 24%，土壤基本理化性质如表1所示。

表1 试验区土壤基本理化性质Tab.1 The basic physical and chemical properties of soil in experimental plots

1.3 试验设计

设置3个田间持水量条件W1、W2和W3，分别为田间持水量的45%～55%、55%～65%和65%～75%；3个菌肥施用量F0、F1和F2，施用量分别为0，6，12 g/m2，组成9个水分菌肥处理条件，各处理随机区组排列，试验重复3次。

5月上旬进行大田布置，试验采用起垄沟灌，湿润层40 cm，按作物种植走向开沟起垄，将菌肥称重均匀施于土壤中，起垄覆膜。垄宽80 cm，高20 cm，垄长9 m，沟深20 cm，沟宽40 cm。5 月中旬移栽陇椒，单垄种植两排陇椒，行距30 cm，两行之间交错种植，穴距35 cm，每穴栽两株。移栽后对移栽地及时灌水，幼苗成活后进行全生育期水分调控。

7 月10 日后陇椒进入开花坐果阶段，此时期植株发育完整，代谢活动日渐旺盛，是产量和品质形成最关键的时期，其光合特性（净光合速率、气孔导度、蒸腾速率）及SPAD 值数据具有代表性。本试验于7 月26 日追施等量菌肥，为更准确地观察水分菌肥处理对陇椒光合能力的影响，分别于追肥前（7 月22 日）、追肥后（8 月1 日）测定了陇椒叶片光合特性（净光合速率、气孔导度、蒸腾速率）及SPAD 值。陇椒果实分别于8月4日、8月23日、9月18日、10月8日进行了4次收获采摘。

1.4 数据测定及方法

1.4.1 光合特性及SPAD 值检测 采用Li-6400 便携式光合作用测定仪检测光合特性（净光合速率、气孔导度、蒸腾速率），采用SPAD-502 Plus 便携式叶绿素仪测定叶片SPAD 值。于追施菌肥前后挑选晴朗无云的天气测定。

1.4.2 产量测算 每次陇椒采摘后，用电子秤实测各处理收获重量，根据处理所占面积换算为公顷产量。

1.4.3 VC含量测定 采用2，6-二氯靛酚滴定法[18]（GB5009.86—2016）测定，取3次重复平均值。

1.4.4 可溶性糖测定 采用蒽酮乙酸乙酯比色法[19]测定，取3次重复平均值。

1.4.5 总辣椒素测定 根据中华人民共和国农业行业标准NY/T1381—2007，采用高效液相色谱法测定总辣椒素含量，取3次平均值。

1.5 数据处理与分析

采用Excel 软件进行数据整理和绘图。使用SPSS26 软件对数据进行方差分析，并用最小显著法（Duncan’s）进行多重比较，使用双因素方法（Two-way ANOVA）进行水分处理与菌肥处理及其交互效应分析。

2 结果与分析

2.1 不同水分菌肥处理对陇椒光合特性及SPAD值的影响

2.1.1 不同水分菌肥处理对陇椒净光合速率Pn的影响 净光合速率Pn是指净光合作用产生糖类的速率，是表示植物在单位时间内积累有机物量的重要指标。如表2所示，追肥前，水分和菌肥单独处理均极显著影响Pn，二者交互作用的影响不显著，表现为水分处理＞菌肥处理＞水分菌肥交互。各水分菌肥处理中，W3F1表现最佳，Pn值达22.18 µmol/（m2·s）。水分菌肥交互作用不显著，表现为菌肥处理＞水分处理＞水菌交互。追肥后各处理中W3F1表现最佳，达26.03 µmol/（m2·s）。

2.1.2 不同水分菌肥处理对陇椒气孔导度Gs的影响 如表2所示，追肥前，水分处理极显著影响Gs，菌肥处理及水分菌肥交互对陇椒Gs值影响不显著，各水分菌肥处理中，W3F1处理Gs值最大，达0.42 mol/（m2·s）。相较追肥前，追肥后菌肥处理及水分菌肥交互均对Gs值的影响为极显著，表现为菌肥处理＞水分处理＞水分菌肥交互，各水分菌肥处理中，W3F1处理Gs值最大，达0.63 mol/（m2·s）。

2.1.3 不同水分菌肥处理对陇椒蒸腾速率Tr的影响 如表2所示，追肥前，水分处理极显著影响Tr，菌肥处理显著影响Tr值，交互作用影响不显著。各水分菌肥处理中，W3F1表现最佳，Tr值达9.61 µmol/（m2·s）。追肥后，水分处理、菌肥处理及水分菌肥交互均达到极显著水平，表现为菌肥处理＞水分处理＞水菌交互，各水分菌肥处理中，W3F1处理Tr值最大，达11.64 µmol/（m2·s）。

表2 不同时期陇椒叶片光合作用参数Tab.2 Parameters of photosynthesis of long pepper leaves in different periods

2.1.4 不同水分菌肥处理对陇椒SPAD 值的影响 如表3 所示，追肥前，水分处理对SPAD 值影响显著，菌肥处理及水分菌肥交互不显著。各水分菌肥处理中，W3F1 处理SPAD 值最大，达53.3。追肥后，水分菌肥交互显著影响SPAD 值，水分处理、菌肥处理达极显著水平，表现为水分处理＞菌肥处理＞水菌交互。各水分菌肥处理中，W3F1处理SPAD值最大，达64。

表3 不同时期陇椒叶片SPAD值Tab.3 Parameters of SPAD value of Long pepper leaves in different periods

2.2 不同水分菌肥处理对陇椒产量及品质的影响

2.2.1 不同水分菌肥处理对陇椒产量的影响 4 次收获产量由高到低依次为：第2 次收获＞第1 次收获＞第3 次收获＞第4 次收获。如表4 所示，从总产量上看，水分处理与菌肥处理极显著影响陇椒产量，水分菌肥交互也显著影响陇椒总产量，表现为水分处理＞菌肥处理＞水菌交互，W3F1 总产量最高，为57 186 kg/hm2。W1、W2、W3 水分条件下，F1、F2 较F0 处理分别提升3%～10%、11.8%～12%、20%～29%。从水分处理角度看，各采摘时期水分处理均极显著影响陇椒产量，且W3 处理产量均为最高。从菌肥处理角度看，菌肥处理对第1次与第2次收获产量影响极显著，对第3次收获产量影响显著。从水分菌肥交互看，水分与菌肥处理只对第1次收获与第2次收获产量表现出显著的交互作用；从4个收获批次看，水分菌肥处理W3F1、W3F1、W3F2与W3F1的产量依次达到最高。

表4 不同处理的陇椒产量Tab.4 Yield of long pepper with different treatments

2.2.2 不同水分菌肥处理对陇椒维生素C 含量的影响 4 次收获维生素C 含量由高到低依次为：第3次收获＞第2 次收获＞第4 次收获＞第1 次收获。从4 次收获的平均值可以看出，水分处理是影响陇椒VC 含量的主要因素，水分和菌肥处理具有极显著的交互作用（表5）。各水分菌肥处理中，W1F1 表现最好，VC 平均含量达80.4 mg/kg（图1A）。在W1、W2、W3 条件下，F0 处理均为最低，施加菌肥使VC 含量分别提高0.4%～30%、3%～27%、25%～30%。从水分角度看，各收获时期水分处理均极显著影响了VC含量（表5），且W1 处理均为最高。从菌肥角度看，第1 次采摘时菌肥处理影响不显著，第2 次收获到第4 次收获极显著影响VC 含量。水分菌肥交互作用在第2 次采摘至第4 次采摘时对VC 含量的影响达到极显著水平。各时期VC 含量最高的水分菌肥处理分别为W1F2、W1F1、W1F1 和W1F1，分别达45.2，83，107.3，89.5 mg/kg（图1A）。

表5 不同时期的陇椒营养品质的方差分析Tab.5 Analysis of variance on nutritional quality of long pepper in different periods

2.2.3 不同水分菌肥处理对陇椒可溶性糖含量的影响 4次收获可溶性糖含量由高到低依次为：第3次收获＞第4次收获＞第2次收获＞第1次收获。从4次收获的平均值可以看出，水分处理是影响陇椒可溶性糖含量的主要因素（表5），水分和菌肥处理具有显著的交互作用，各水分菌肥处理中，W3F1 处理的可溶性糖平均含量最高，达24.22 g/kg（图1B）。在W1、W2、W3 条件下，F0 处理均为最低，施加菌肥使可溶性糖含量分别提高4%～21%、17%～28%、11%～31%。各收获时期，水分处理、菌肥处理均极显著影响了可溶性糖含量，水分和菌肥处理也表现出了显著的交互作用（表5）。各时期可溶性糖含量最高的处理分别为W2F1、W1F1、W1F1和W1F1，达20.13，25.35，30.53，28.25 g/kg。

2.2.4 不同水分菌肥处理对陇椒总辣椒素含量的影响 4次收获总辣椒素含量由高到低依次为：第4次收获＞第3次收获＞第2次收获＞第1次收获。从4次收获平均值可以看出，菌肥处理是影响总辣椒素含量的主要因素（表5），水分和菌肥处理具有极显著的交互作用，各水分菌肥处理中，W1F1 处理的总辣椒素含量最高，达122.14 mg/kg（图1C）。在W1、W2、W3条件下，F0处理含量均为最低，施加菌肥使总辣椒素含量分别提高89%～126%、99%～164%、36%～300%。各收获时期，水分处理、菌肥处理、水分菌肥交互均极显著影响了总辣椒素含量（表5）。各时期总辣椒素含量最高的处理均为W1F1，达94.53，122.56，138.13，133.62 mg/kg。

图1 不同水分条件下菌肥施用陇椒品质的影响Fig.1 Effects of fungal fertilizer application on the quality of long pepper under different water conditions

3 讨论与结论

解淀粉芽孢杆菌是典型的植物根际促生菌（PGPR），能够产生多种植物激素类物质，调节植物的生长发育[20]。多数芽孢杆菌还能通过自身生命活动产生铁载体蛋白，加强植物对铁元素的吸收，促进合成叶绿体，进而加强作物的光合能力[21]。薛磊等[22]在对鼓节竹的研究中发现，生物菌肥能一定程度提高作物对光能的利用率，马甜等[23]研究发现，施用解淀粉芽孢杆菌EZ99 有助于提高白芨的光合速率，使叶绿素SPAD 值处于较高水平。本试验在陇椒基施解淀粉芽孢杆菌菌肥EZ99 的基础上，于开花盛果期追施等量菌肥，结果表明追肥后陇椒的光合特性参数Pn、Tr、Gs和叶片SPAD值比追肥前有所提升，且菌肥处理对陇椒光合特性参数影响力高于水分处理，说明追施菌肥EZ99 对提升陇椒光合能力效果明显，有利于陇椒光合能力的提升。

土壤含水量高低不但直接影响微生物的繁殖和生命活动[24]，还会对作物生长及其根际环境造成影响[25]，进而影响微生物群落的生长[26]，使菌肥的效果发生差异[27]。此外，微生物还会改变土壤团聚结构，增强土壤保水能力。水分与菌肥的相互作用会对作物产生显著影响。本试验中，追施菌肥EZ99能加强水分菌肥交互作用，具体表现为：追肥前各指标水分菌肥交互作用均不显著，在追施菌肥后Tr、Gs及SPAD值发生显著水菌交互作用。这可能是由于基施菌肥微生物的存活率受气候、土壤微环境等因素影响，随时间变化，微生物肥料肥效降低，在追施菌肥后，土壤微生物促生菌群落数增加，这为土壤水分和微生物呈显著交互作用提供了先决条件。

陇椒作为一种经济作物，其产量直接影响农户的经济收入。水分是影响作物产量的重要因素，本研究表明水分处理极显著（P＜0.01）影响陇椒所有4个收获批次的产量（表4），陇椒的总产量随着土壤水分的降低而减少，W1（45%～55%θf）处理减产严重，相似结论在马雅丽等[28]研究中得到印证。另一方面，微生物菌肥能够提高土壤养分，为作物的高产提供坚实的基础[29]。本研究发现追施菌肥EZ99 对前两批次陇椒收获产量影响极显著，对第3批收获产量影响达到显著水平，而对第4批次产量影响不显著，说明该菌肥的肥效具有明显的衰减特性；另外，水分与菌肥交互作用对第1、2批次陇椒收获产量和总产量有显著影响，而对第3、4批次产量交互作用不明显。

本试验中相对较低的土壤水分处理能极显著提高陇椒可溶性糖、VC 和总辣椒素含量，这是由于较低的土壤水分，促使植物发生生理生态变化来应对土壤的水分胁迫[30]。姜露露[31]在对无花果进行水分胁迫的研究中发现，水分胁迫可以有效提升果实中可溶性糖与VC 含量。有学者研究发现，土壤水分的降低有利于增加辣椒中辣椒素类物质的含量[32-33]，类似研究结果也出现在彭琼等[34]的研究中。另外，有研究表明施用菌肥可以提升作物产量及品质，且影响显著[35-37]。本试验中，菌肥处理极显著影响陇椒VC含量、可溶性糖含量、总辣椒素含量的平均值，施加EZ99 菌肥，陇椒果实VC、可溶性糖及总辣椒素含量较不施菌肥有明显提升（图1），与相关的研究结果一致[38-41]。同时，研究表明，水分菌肥交互作用显著影响陇椒可溶性糖平均含量，极显著影响VC和总辣椒素平均含量（表5）。另外，EZ99菌肥施用量存在阈值，适宜的微生物菌肥施用量是高产的重要条件，过量的菌肥并不会引起作物长势及产量的显著变化[42]。张建平等[43]研究发现，解淀粉芽孢杆菌EZ99做基肥有利于元胡的增产，在30～75 kg/hm2的范围中，45 kg/hm2效果最好。本研究设置的EZ99菌肥处理中，相比F2（12 g/m2）处理，F1（6 g/m2）处理下陇椒产量及品质表现更优，这可能是添加超出土壤承受范围的微生物会与作物竞争土壤养分，并且在植物根部形成菌膜，阻碍作物吸收养分[44-45]。

在自然界中，水分、土壤、植物和微生物之间有着复杂的互作关系，不同的水分条件导致生物菌肥的生产力不同是多方因素共同作用的结果。水分作为显著影响土壤生态的因素，能够直接改变菌肥的肥力表达效果。当周围水分过低时，土壤微生物会分泌大量物质调节细胞内外渗透压甚至进入休眠状态[46]，这无疑降低了土壤养分的利用效率，阻碍了微生物菌肥与植物的促进发展，使得菌肥肥效大打折扣。水分也直接影响着水、肥、气、热的协调，土壤水分导致的外部环境差异也会影响微生物的繁殖发育，另外，土壤水分含量的不同还会使敏感的土壤根部发育不同，这会使得与植物保持共生关系的土壤微生物结构发生改变，进而影响生物菌肥的效果。本试验设计的水分条件下，W3（田间持水量的65%～75%）更有利于菌肥的肥力表达，这与Ali 等[47]对根际促生菌对胡萝卜产量和品质影响的研究结果类似。这是因为微生物对土壤水分环境极为敏感，适宜的水分条件更能激发菌肥效果[48]。

综上，解淀粉芽孢杆菌EZ99 肥效显著，追施该菌肥有助于提高陇椒光合特性，增加陇椒产量，提升果实品质。较低的土壤水分虽然有助于陇椒品质的提升，但不利于果实产量的提高。综合考虑产量、品质和菌肥肥效指标，推荐土壤含水率为65%～75%，施6 g/m2的解淀粉芽孢杆菌EZ99，为陇椒优质高产栽培模式。

致谢：甘肃农业大学伏羲青年英才项目（Gaufx-03Y10）和甘肃省水利科学试验研究与技术推广计划项目（甘水建管发〔2021〕71号）同时对本研究给予了资助，谨致谢意！