基施微生物菌肥和不同水肥一体化施肥模式对避雨栽培辣椒产量品质和养分吸收的影响

许 艺, 陈 鑫, 巩雪峰, 李 红, 宋占锋

(1.四川省农业科学院园艺研究所/蔬菜种质与品种创新四川省重点实验室,四川成都 610066;2.农业农村部西南地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室,四川成都 610066)

辣椒是世界范围内重要的经济蔬菜和加工调料,四川省是我国重要的辣椒种植大省和消费大省,辣椒产业在促进当地农民增收和农业增效中发挥了重要作用。四川盆地是四川加工辣椒的主产区,以夏季露地栽培为主,每年3月中下旬开始定植,7月开始陆续采收,但7—9月正值四川盆地集中降雨期,高温高湿,导致辣椒疫病、炭疽病等病害高发,采收期缩短,产量品质下降,给四川盆地加工辣椒生产带来严峻考验。避雨栽培配套水肥一体化施肥技术在有效避免雨水对作物影响的同时,可改善土壤理化性质,提高水肥利用率,充分发挥作物生长潜能,提质增产,在葡萄、猕猴桃、梨、番茄等果蔬上已大量应用,效果显著[1-12]。目前,关于辣椒避雨栽培技术,周书栋等就不同地区做了简单介绍[13-15],但水肥管理只是简单描述,未做单独深入探讨;沈建国等研究了半程、全程水肥一体化施肥模式对辣椒产量和效益的影响[16],但研究地点为江南地区,研究对象为早春大棚栽培;针对四川盆地加工红辣椒越夏避雨栽培配套水肥一体化高效生产技术的研究尚不多见。

笔者前期试验已证明,与露地常规栽培相比,四川盆地避雨栽培配套水肥一体化施肥技术总施肥量即使较常规施肥量减少30%,其植株生长发育及果实产量、采收期、果实品质、病害发生率等均表现出绝对优势[17],说明该栽培模式对四川盆地加工辣椒越夏生产具有较好的推广应用前景,为进一步优化该模式管理水平,落实推广应用方案,需对其最佳施肥模式进行深入探讨。本试验主要从微生物菌肥和不同水肥一体化施肥模式2个角度出发,研究不同施肥方案对辣椒生长发育、产量品质、养分吸收和肥料利用率的影响,以期为四川盆地加工辣椒越夏避雨栽培技术的推广应用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验地点为成都市新都区四川省农业科学院现代农业科技创新示范园内(104.21°E,30.77°N),试验地块地势平坦,土壤质地为壤土,于施基肥前测定0～20 cm土层土壤养分基本情况,pH值为 7.54,有机质含量为16.6 g/kg,全氮含量为 1.10 g/kg,碱解氮含量为 82 mg/kg,有效磷含量为26.5 mg/kg,速效钾含量为81 mg/kg。试验设施为钢架避雨棚,长48 m、宽8 m,棚膜为塑料薄膜。

供试辣椒品种为川腾6号,是四川省农业科学院园艺研究所自主选育的辣椒新品种,于2021年4月7日定植,2021年7月12日开始采收红椒,2021年10月6日拉秧。供试肥料有尿素、复合肥(N、P2O5、K2O含量均为15%)、微生物菌肥(3.0×108CFU/g 有效活菌数,70%有机质,菌种名称为枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌)、高氮水溶肥(含N 30%、P2O510%、K2O 10%、TE,TE包含微量元素Ga、Mg、Zn、Fe,总含量为0.2%～3.0%)、高钾水溶肥(含N 10%、P2O55%、K2O 35%、TE,TE包含微量元素Ga、Mg、Zn、Fe,总含量为0.2%～3.0%)。

1.2 试验设计

设5个处理,每个处理重复3次,共15个小区,每个小区种植2垄,垄宽70 cm,沟宽60 cm,每垄种植辣椒2行,株距40 cm,小区面积为19.24 m2(7.4 m×2.6 m)。T1:不施肥;T2:半程水肥一体化施肥;T3:半程水肥一体化施肥+基施微生物菌肥;T4:全程水肥一体化施肥;T5:全程水肥一体化施肥+基施微生物菌肥。各处理肥料运筹方案详见表1。

表1 各试验处理肥料运筹方案

1.3 测定项目

株高、茎粗:于定植后13 d开始,每个小区选择代表性植株6株,每隔2周左右定点动态测定植株株高;定植70 d后,各处理植株株高和茎粗趋于稳定,测量各小区代表性植株茎粗。

叶绿素含量:在采果后期,每个处理选取3株植株,每株植株选取具有代表性的新成熟叶片4张,除去叶脉,将剩余部分剪碎后均匀称取0.5 g左右放入离心管,加入5 mL甲醇,于暗柜中静置48 h 以上,待完全浸提后,取提取液200 μL加入96孔酶标板用分光光度法进行检测。

产量:在辣椒红椒成熟期,各小区分批采收计产,最后汇总。

品质:在盛果期,采收各小区长势均匀的辣椒果实10个,测定其品质,主要包括:总糖含量、维生素C含量、可溶性固形物含量、辣椒素含量、色价。

干物质积累量、养分吸收及肥料利用率:由于辣椒果实分批采收,本试验中辣椒果实相关数据仅在盛果期取样测定:在盛果期,每个小区选取代表性果实20个,带回实验室称鲜质量,杀青烘干后称干质量,计算干物质占比,然后粉碎测定辣椒果实全氮、全磷和全钾含量。待整个采收期结束,再利用盛果期辣椒果实所测数据估算全生育期辣椒果实干物质含量及养分吸收量。辣椒植株相关数据在收获末期(去残留果)采样测定:每个小区选取代表性植株3株,干物质积累量及养分吸收量计算方法同辣椒果实。随后计算各处理氮、磷、钾肥料利用率。

氮肥利用率=(施氮处理氮素吸收量-不施氮处理氮素吸收量)/施氮量× 100%。

磷肥和钾肥利用率计算方式同氮肥利用率。

1.4 数据分析

采用Excel 2019和IBM SPSS Statistics 23 对试验数据进行处理和分析,多重比较采用 Duncan’s法进行显著性测验。

2 结果与分析

2.1 不同处理对辣椒植株生长发育与叶绿素含量的影响

从图1可以看出,不施肥处理(T1)株高在定植34 d前与其他处理无显著性差异,定植54 d后显著低于其他处理,说明不施肥难以满足辣椒植株后期正常生长。各施肥处理(T2～T5)株高全生育期均无显著性差异,但从生长趋势来看,T4和T5处理在定植初期虽然株高低于T2和T3处理,但随后一直保持生长优势,到定植54 d后,T4和T5处理植株株高略高于T2和T3处理。说明本试验中,全程水肥一体化施肥处理(T5和T4)对辣椒植株株高的持续增长有促进作用,且基肥增施微生物菌肥对辣椒植株株高生长更有利(最终株高表现为T5>T4,T3>T2)。

由表2可知,T5处理植株茎粗略高于T4处理,但显著高于T1～T3处理,说明本试验中,全程水肥一体化处理可明显促进辣椒植株茎粗生长,且全程水肥一体化施肥模式+基肥增施微生物菌肥效果最佳。在叶绿素含量方面,除T1处理不施肥导致叶绿素a和总叶绿素含量显著低于其他处理外,T2～T5处理叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均无显著性差异,且规律不明显,说明本试验中,微生物菌肥和施肥模式对各施肥处理叶绿素含量无明显影响。

表2 不同处理对辣椒植株茎粗和叶绿素含量的影响

2.2 不同处理对辣椒果实产量的影响

由表3可知,不同处理对辣椒果实产量有显著影响,不施肥处理(T1)总产量最低,半程水肥一体化处理(T2和T3)显著低于全程水肥一体化处理(T4和T5)。说明本试验中,全程水肥一体化施肥模式较半程水肥一体化可显著提高辣椒果实总产量。在相同水肥一体化模式处理中,T2和T3处理、T4和T5处理两两之间无显著性差异,但基肥增施了微生物菌肥的处理总产量高于未施微生物菌肥的处理(T3>T2,T5>T4),说明基肥增施微生物菌肥对辣椒产量有一定促进作用。

表3 不同处理对辣椒产量的影响

从各处理4次采果的结果(表3)分析可知,不施肥处理(T1)产量从第1次采果开始就明显低于其他处理,主要是缺乏营养所致。在施肥处理(T2～T5)中,基肥未施微生物菌肥的处理(T2)第1次采果产量显著高于基施微生物菌肥的处理(T3),但随后与T3处理的产量差异逐渐减少,到第3次和第4次采果时,T2处理产量已显著低于T3处理;T4处理和T5处理变化趋势相同,T4处理第1次和第2次采果产量高于T5处理,但后期(第3次和第4次)采果产量低于T5处理。说明基肥增施微生物菌肥对辣椒产量的促进作用主要是对辣椒果实后期产量的提高。

2.3 不同处理对辣椒果实品质的影响

由表4可知,施肥可明显提高辣椒果实品质,T1处理的总糖、可溶性固形物、维生素C、辣椒素含量和色价等指标大体低于其他施肥处理。在施肥处理(T2～T5)中,总糖含量表现为T2>T3>T4>T5处理,且T2处理显著高于T4、T5处理;可溶性固形物含量表现为T3>T5>T2>T4处理,且T3处理显著高于T2处理,T5处理显著高于T4处理,说明半程水肥一体化施肥模式较全程水肥一体化更有利于辣椒果实总糖和可溶性固形物的形成,且基肥增施微生物菌肥对辣椒果实可溶性固形物形成有显著促进作用,但对总糖没有促进作用。维生素C、辣椒素含量和色价是评价加工辣椒品质的3个重要指标,本试验中,维生素C和辣椒素含量均表现为 T5>T3>T4≥T2处理,且T5处理的维生素C含量显著高于T2处理,辣椒素含量显著高于T2、T3和T4处理;色价表现为T5>T4>T3>T2处理,且T5处理显著高于T2和T3处理。说明全程水肥一体化施肥模式+基肥增施微生物菌肥可以明显提高辣椒果实维生素C、辣椒素含量和色价等品质,对加工红辣椒品质的提高有重要意义。

表4 不同处理对辣椒果实品质的影响

2.4 不同处理对辣椒干物质积累的影响

由表5可知,不施肥处理(T1)的果实、植株以及全株干物质积累量均较其他施肥处理低,且果实和全株干物质积累量与其他处理相比差异达到显著性水平。在施肥处理(T2～T5)中,果实干物质积累量与全株干物质积累量变化趋势一致,均表现为T5>T4>T3>T2处理,且均为T5处理显著高于T3和T2处理,说明全程水肥一体化施肥模式+基肥增施微生物菌肥可显著促进辣椒果实和全株干物质积累;但在植株干物质积累中,T3处理低于T2处理,说明基肥增施微生物菌肥可能会促进干物质向辣椒果实积累,从而促进辣椒果实产量提高。

表5 不同处理对辣椒干物质积累量的影响

2.5 不同处理对辣椒养分吸收和肥料利用率的影响

由表6可知,不施肥处理(T1)植株及果实N、P2O5、K2O吸收量均较低。在施肥处理(T2～T5)中,各处理果实和全株N、P2O5、K2O吸收量变化趋势一致,均表现为T5>T4>T3>T2处理,且T5处理的N和P2O5吸收量均显著高于T3和T2处理,K2O吸收量显著高于T2处理,说明全程水肥一体化施肥模式可明显促进辣椒果实和全株对N、P2O5、K2O的养分吸收,且基肥增施微生物菌肥效果最佳。各施肥处理辣椒植株N、P2O5、K2O吸收量虽无显著性差异,但从各处理养分吸收量来看,同样是全程水肥一体化+基肥增施微生物菌肥效果最优。由表7可知,在肥料利用率方面,各处理氮、磷、钾肥利用率变化趋势一致,均表现为T5>T4>T3>T2处理,且T5处理氮肥利用率显著高于T2～T4处理,磷、钾肥利用率显著高于T2和T3处理,说明全程水肥一体化施肥处理可明显促进辣椒对氮、磷、钾肥的吸收利用,且基肥增施微生物菌肥效果更优。

表6 不同处理对辣椒养分吸收的影响

表7 不同处理对辣椒肥料利用率的影响

3 讨论与结论

3.1 微生物菌肥对辣椒生长发育、产量品质及养分吸收的影响

微生物菌肥是一种含有大量有益活菌及多种天然活性物质的新型环保肥料,菌肥中微生物能在土壤中繁殖,改善土壤微生态环境,增加土壤肥力,促进土壤养分释放及作物养分吸收,提高肥料利用率,最终增加作物产量,改善产品品质[17-20]。有研究表明,牛粪部分替代化肥并配施微生物菌肥可有效提高辣椒产量和辣椒素、维生素C等品质指标[21];罗希榕等研究也发现,施用微生物菌肥可改善土壤理化性质,促进辣椒植株生长,增加果实产量,降低辣椒病虫害发生率,提高辣椒素、维生素C、可溶性固形物含量等果实品质以及辣椒干物质质量分数[22-24]。本研究也发现,基肥增施微生物菌肥可促进辣椒植株株高生长,提高辣椒果实总产量,改善辣椒果实可溶性固形物、维生素C、辣椒素含量及色价等品质指标,促进辣椒果实和全株干物质积累和N、P2O5、K2O养分吸收,提高氮、磷、钾肥利用率,与前人大量研究结果一致。同时,本试验也发现,基肥增施微生物菌肥对辣椒产量的促进作用主要是对辣椒果实后期产量的提高,王丽丽等在研究微生物菌肥对番茄生长发育和产量品质的影响时也发现,施用微生物菌肥和菌剂对番茄产量和品质的促进作用主要在挂果期的中后期表现出来,在早期表现并不明显[25]。可能是因为微生物菌肥中的有益微生物进入土壤后有一个大量繁殖的过程,且繁殖后主要通过改善土壤微生态环境和提高土壤有效养分含量,进而促进植株养分吸收,最终体现在植株产量形成上,因此发生作用相对较晚。

3.2 水肥一体化施肥方式对辣椒生长发育、产量品质及养分吸收的影响

目前生产上,作物水肥一体化施肥技术多采用底肥施缓效复合肥、追肥施速效水溶肥的方式[26-29],即本试验的半程水肥一体化施肥模式。但水肥一体化施肥技术可以根据作物每个生育期的养分需求规律按需供给水肥,所用速效水溶肥肥效快、土壤残留少,正如设施无土栽培中,根据作物生长发育规律,按需供养水肥,基质中无需施底肥[30-31]。因此,把半程水肥一体化施肥技术中的底肥养分换算为水溶肥,在作物生育期进行追施是否能取得更好效果,即本试验的全程水肥一体化处理,本研究结果表明,全程水肥一体化施肥模式总化肥量在较半程水肥一体化模式减少16.5%时,仍可明显促进辣椒植株株高和茎粗生长,增加辣椒果实产量,提高加工红辣椒辣椒素含量、色价、维生素C含量等重要品质指标,促进辣椒果实及全株干物质积累量和N、P2O5、K2O养分吸收,提高氮、磷、钾肥利用率,且以全程水肥一体化施肥模式+基肥增施微生物菌肥效果最优,说明两者配合有很好的互相促进作用。但沈建国等在研究减量施肥后不同水肥一体化模式对春大棚辣椒产量和效益的影响时发现,半程水肥一体化模式要明显优于全程水肥一体化模式[16],本研究结果与之相反,一方面可能是辣椒栽培地区和模式不同,沈建国等主要研究的是江南地区早春大棚辣椒栽培,此时江南地区低温高湿,全程水肥一体化施肥模式容易造成土壤湿度过大、土温降低,存在难以克服的水肥耦合技术难题;而本试验研究的是四川盆地加工辣椒越夏避雨栽培,辣椒生育期在3月下旬至10月中旬,整个生育期温度高,需水需肥量大,全程水肥一体化正好可以有效补充辣椒水肥需求,改善根区环境;另一方面可能是施肥配方不同,沈建国在肥料运筹方案中倾向性地补充氮素供应,并未掌握好营养生长与生殖生长之间的动态平衡,从而让后期辣椒植株营养生长过旺,生殖生长受影响,而本试验中辣椒水肥方案可满足辣椒各个生育期对养分的需求,效果较佳。

综上所述,全程水肥一体化施肥模式+基肥增施微生物菌肥的处理,在化肥总量较半程水肥一体化施肥模式降低16.5%的情况下,仍可促进辣椒植株生长发育,增加辣椒果实产量,提高辣椒素含量、色价、维生素C含量等重要加工红辣椒品质指标,促进辣椒干物质积累和N、P2O5、K2O养分吸收,提高氮、磷、钾肥利用率,其中植株茎粗、果实总产量、辣椒素含量、色价、辣椒果实和全株干物质积累量及N、P2O5吸收量,以及氮、磷、钾肥利用率均显著高于半程水肥一体化施肥处理,可作为四川盆地加工红辣椒越夏避雨栽培高效、优质、优产施肥方案。