辣椒（Capsicum annuum L.）是一种茄科辣椒属植物,富含维生素C,在我国常年种植面积稳定在130万hm2以上,产值和效益仅次于大白菜[1]。2018年海南省的辣椒种植面积占海南冬季瓜菜生产总面积的15.33%,产量占冬季瓜菜总产量的16.06%[2],是海南省主要的冬季瓜菜品种之一。海南省农作物的复种指数为162.4%[2]。与内地相比,海南气候高温高湿,农户的辣椒栽培管理水平仍相对粗放。尤其如辣椒等果菜蔬菜的需肥量相对较高,在经济效益驱使下,易出现农户过量用肥现象。2017年,海南省农作物化肥施用强度是480 kg/hm2[3],是全国农作物化肥施用强度最高的省份,是国家生态县和生态乡镇建设要求化肥施用强度250 kg/hm2的1.92倍。过量地施用化肥会造成农田土壤面源污染。如何在保证作物产量的同时,减少农药、化肥的投入量,保证植株对氮、磷、钾的吸收与累积,是当前农田化学品替代施肥的关键。前人的研究表明,施肥过多,容易出现肥料下渗,导致植株出现矮化,根变褐色以至枯死,果实生长缓慢,甚至会出现植株萎蔫、枯萎,降低作物产量[4,5],而且如果环境温、湿度过高,土壤中磷、氮肥的挥发速度会加快,极易导致作物发生肥害,影响作物养分累积[6]。氮、磷、钾是影响作物产量的3个主要元素[7]。在不同作物上,尽管作物可接受的化肥量的减少量不同,但是适当的减量施肥并不会显著影响作物的产量[8,9,10]。因此,本研究拟讨论5个减量替代施肥方式下辣椒的形态、产量及养分累积情况,量化明确各施肥技术模式的施用效果,为今后辣椒地绿色、高产、健康的精准施肥、减施增效提供重要的科学理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 供试材料 供试辣椒为超长大椒（Capsicum annuum L.）,由淮北市久保田种业有限公司生产。
1.1.2 试验地概况 试验于2017年10月至2018年8月,在海南省儋州市农业农村部儋州农业环境科学观测实验站（109°29′34″ E,19°34′54″ N）进行。该试验区平均海拔134 m,属热带季风气候,年平均气温23. 2 ℃~23. 9 ℃,≥15 ℃日均积温7500 ℃~8500 ℃,最冷月（1月）平均气温 16.9 ℃~18.0 ℃,最热月（7月）平均气温25.3 ℃~ 27.8 ℃,年降水量1500~2000 mm。试验区地势平缓,土壤为海南砖红壤。试验区耕层土壤pH为5.0,有机质为4.94 g/kg,全氮为0.028%,速效磷为0.35 mg/kg,速效钾为28.57 mg/kg。
1.2 方法
1.2.1 试验设计 试验为田间试验,土壤施用肥量保持田间N：213 kg/hm2,P2O5 135 kg/hm2,K2O 229 kg/hm2。设置5个施肥处理,分别是对照处理CK,为100%肥效的复合肥;T1处理为50%肥效的复合肥+50%肥效的秸秆;T2处理为50%肥效的复合肥+50%肥效的蚯蚓粪;T3处理为50%肥效的复合肥+50%肥效的生物炭;T4处理为50%肥效的复合肥+50%肥效的羊粪。试验为完全随机区组设计,3次重复,每个试验小区面积约为57.7 m2（7.8 m×7.4 m）。相邻小区间以水泥板隔开,以防止水肥互扰。辣椒株、行距为45 cm× 50 cm,肥料采用条施,田间管理同大田生产管理。测定辣椒植株中全氮、全磷、全钾的含量情况,以及分支、株高、茎粗、鲜重、干重及产量等常规生长指标。
1.3 数据处理
采用Microsoft Excel 2010软件进行数据整理和制图,采用SPSS 19.0软件进行数据统计及方差分析,并用Duncan’s新复极差法进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 不同施肥处理下的辣椒形态
施肥对植物最直观的影响表现在植物的生长形态上。在植株的分枝上,与CK相比,T1和T4差异不显著,T2、T3与CK差异显著,分枝个数分别增加了125.56%和200.01%。在植株的茎高上,T2的茎高最高,为9.18 cm,显著高于CK、T1、T3、T4,且分别是以上处理的1.63倍、1.43倍、1.27倍、1.44倍。与CK相比,T1、T3、T4并无显著性差异。在植株的茎粗上,不同处理下辣椒的茎粗变化范围为9.76~11.94 cm。除了T1的茎粗显著低于T2和T3外,CK、T2、T3、T4之间的茎粗并无显著差异。研究表明,施用不同的替代肥,辣椒植株在分枝、茎粗和茎高上具有不同的表现。与CK相比,T2能显著促进植物的茎高生长,T2和T3能有效增加辣椒植株分叉;与T1相比,T2和T3能有效地增加植株茎粗（图1）。
图1 不同替代施肥下辣椒的植株形态A：不同替代施肥下辣椒的植株分叉;B：不同替代施肥下辣椒的植株茎高;C：不同替代施肥下辣椒的植株茎粗。不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异显著。 Fig. 1 Plant morphology of pepper under different alternative fertilization A: Branching of pepper under different alternative fertilization; B: Stem height of pepper under different alternative fertilization; C: Stem diameter of pepper under different alternative fertilization. Different lowercase letters indicate significant difference among treatments at the 0.05 level. |
2.2 不同施肥处理下的田间辣椒地上、地下部分的干物质
在辣椒植株的干物质累积上,与CK相比,各处理间地上部分的累积并无显著性差异。对于辣椒地下部分干物质累积,除了T2显著大于CK外,各处理间辣椒植株的地下部分干物质累积并未达到显著性差异水平。与CK相比,T2处理植株的地下部分干重显著最大,达8.45 g（图2）。
2.3 不同施肥处理下的田间辣椒的根冠比
根冠比是植物生长过程中地上部和地下部生物量分配比例的直观指标。由图3看出,各处理显著高于CK。与CK相比,T1、T2、T3、T4的根冠比分别是其1.28倍、1.32倍、1.08倍、1.28倍。
2.4 不同施肥处理下的田间辣椒植株的养分
在对植物N、P、K元素的测定中发现,各处理下的植株N含量无显著差异;在辣椒植株的P含量上,与CK相比,T1、T3、T4之间差异不显著,T1与T2差异不显著,但T2显著高于T3和T4,其中T2处理下的植株P含量为4.53 g/kg,分别是T3的1.35倍,T4的1.15倍;在辣椒植株的K含量上,除T1的植株K含量极显著低于其他各处理之外,CK、T2、T3、T4之间差异不显著（表1）。
表1 不同替代施肥下辣椒植株的氮磷钾含量Tab. 1 Nitrogen, phosphorus and potassium contents of pepper plants under different alternative fertilization |
| 处理Treatments | N/% | P/(g·kg-1) | K/(g·kg-1) |
|---|---|---|---|
| CK | 2.89±0.13a | 3.78±0.03ab | 32.24±1.13a |
| T1 | 2.87±0.05a | 4.05±0.10ab | 28.84±0.11b |
| T2 | 2.87±0.13a | 4.53±0.10a | 31.39±0.35a |
| T3 | 2.65±0.16a | 3.36±0.12b | 30.89±0.72a |
| T4 | 2.89±0.06a | 3.47±0.21bc | 31.48±0.37a |
注：不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异显著。 | |
Note: Different lowercase letters indicate significant difference among treatments at the 0.05 level. |
2.5 不同施肥处理下的田间辣椒的产量
各处理下田间辣椒的产量与CK相比差异性不显著。其中,T2的产量为3.02 kg/m2,且显著高于T4,是其产量的1.82倍（表2）。
表2 不同替代施肥下田间辣椒的产量Tab. 2 Yield of pepper under different alternative fertilization |
| 处理 Treatments | 产量 Yield/(kg·m-2) |
|---|---|
| CK | 2.38±0.25ab |
| T1 | 2.64±0.75ab |
| T2 | 3.02±0.64a |
| T3 | 2.86±0.54ab |
| T4 | 1.66±0.78b |
注：不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异显著。 | |
Note: Different lowercase letters indicate significant difference among treatments at the 0.05 level. |
3 讨论
3.1 不同施肥处理对辣椒形态的影响
株高是作物的主要农艺性状,主要由主茎高决定,与产量密切相关[12]。Tandazo-Yunga等[13]认为,相较于传统施肥栽培,温暖和干燥一点的环境下,施用有机肥的植物生长效果会更好一些。在本研究中,与CK相比,T2处理下辣椒植株的茎高生长表现较好,与其在桑树[14]上的研究相似。但并不是施用了有机肥都会显著促进植株生长。同为有机肥替代的T4处理的辣椒植株在形态上却与CK无显著性差异。在茎高上,T2显著高于T4。这可能是因为蚯蚓粪和羊粪等量替代对辣椒的营养生长影响程度不同。羊粪中难降解的N-化合物在肥料施用年度里以低速率矿化[15]。且蚯蚓粪的表面积较大,能形成良好的微循环环境,且携带的赤霉素等激素物质能够加速植物生长[16]。
3.2 不同施肥处理对辣椒干物质和根冠比的影响
3.3 不同施肥处理对辣椒养分累积及产量的影响
氮、磷、钾在植物体内的吸收与积累是作物产量形成的基础[26]。作物产量是由生育期内干物质及养分的积累、分配和转移特性所决定的[27,28,29]。在本研究中,与CK相比,各替代施肥模式并不会显著影响辣椒的产量。然而,T2的辣椒产量显著高于T4处理下的辣椒产量。这与竹荪[30]、番茄[31]上的研究结论相似。进一步分析2个处理之间的养分累积情况发现,T2和T4处理下辣椒植株的N、K含量并无差异,仅T2的辣椒P含量显著高于T4的P含量。Materechera[32]认为当土壤中缺乏一些无机元素,尤其是P、Mg、Zn和Mn的时候,施用蚯蚓粪能表现出较好的肥力效果。佐证了在热带亚热带农业中,磷常被认为是生态系统生产力的限制因子之一的观点[33,34]。但同样的P含量表现也发现在T2与T3之间,它们的P含量差异达显著水平,然而二者间产量表现并不明显。这可能是由于生物炭能通过促进辣椒植株发叉,改善养分运转途径,增强作物的光合能力和同化作用,通过增加地上部生物量,进而提高产量[35]。在本试验中,除了发现T1的植株K含量显著低于其他处理外,各施肥模式下植株的N、K含量差异不显著。作物吸收钾素的形态主要来源于非交换性钾和矿物态钾[36]。而秸秆中的钾素多以游离态存在,虽然可以较快地溶入土壤,但增加土壤中的离子态钾,削弱了矿物钾的比例[37],短期内很难提高辣椒植株的K含量。
4 结论
研究结果表明,在保持田间施用等量肥效下,与施用100%复合肥相比,50%肥效的复合肥+50%肥效的蚯蚓粪（T2）和50%肥效的复合肥+50%肥效的生物炭（T3）具有促进辣椒植株生长发育的潜力。但施用50%肥效的复合肥+50%肥效的蚯蚓粪还能够保持辣椒植株的P含量。那么,在土壤缺磷地区施用蚯蚓粪和化肥配施模式能更有利于保证辣椒产量,并减少化肥投入量。