氮肥用量對設施辣椒產量和經濟效益及氮肥利用率的影響

李海峰,張春梅 ,劉志剛,郭紅梅,努爾孜葉古麗·馬合木提，胡西單·買買提

(1.新疆農業科學院吐魯番農業科學研究所,新疆吐魯番 838000 ; 2.新疆吐魯番市高昌區農業技術推廣中心,新疆吐魯番 838000;3.托克遜縣農產品質量安全檢測中心， 新疆托克遜 838100)

0 引 言

【研究意義】辣椒(CapsicumannuumL)又名海椒、番椒、辣茄、辣角等，屬茄科辣椒屬植物[1]。特別是VC含量極高，是番茄的7～15倍，在蔬菜中占居首位[2]。過量的氮肥不僅對蔬菜本身生長產生不利影響，常年大量氮的累計還會造成土壤次生鹽漬化[3]、土壤酸化[4]、地下水污[5]染等一系列問題。研究設施辣椒最適施氮量對生產上確立設施辣椒氮肥用量有實際意義。【前人研究進展】氮肥是植物營養生長和生殖生長的主要元素之一，其過量施用對蔬菜的產量、品質等會造成不良影響。研究表明，當對作物供應過多氮素時，作物易倒伏，貪青晚熟，結實率低，經濟產量下降，品質變劣，容易發成病蟲害[6-7]。何志學等[8]研究發現，過量施用氮肥，會導致單株果數減少，抑制了辣椒果實的膨大，影響產量。也有研究者發現[9-12]，氮肥的合理施用可改善辣椒果實VC的水平,但氮肥用量過多會降低其含量，且隨施氮量的增加，辣椒果實中硝酸鹽含量也隨之增加。【本研究切入點】辣椒生產因不同地域、不同種植模式、氣候、土壤和人的行為等會導致氮肥運用的差異。研究設施辣椒最適施氮量。【擬解決的關鍵問題】分析不同氮水平對設施辣椒生長發育、產量及經濟效益的影響，研究施氮量與產量的模擬關系，為吐魯番設施辣椒合理使用氮肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018年2～6月在吐魯番市高昌區亞爾鎮呂棕村設施基地進行。在施肥前，采取“S”形5點混合采土法，采集0～30 cm深層土壤。試驗地土壤為砂壤土，土壤基本農化性狀如下：pH值7.62，有機質10.73 g/kg、堿解氮89.6 mg/kg、速效磷176.9 mg/kg、速效395 mg/kg。

供試品種為龍椒2號，為吐魯番設施辣椒基地主栽品種。

氮肥為尿素(含N≥46.4%)，磷肥為重過磷酸鈣 (含P2O5≥46%)，鉀肥為硫酸鉀(含K2O≥ 50%)。

1.2 方 法

2018年1月29日整地，施農家肥1 000 kg/667 m2，按照劃定的小區和施肥方案施用化肥、起壟，壟背寬60 cm，壟口寬25 cm。2月8日定植辣椒，株距35 cm，小行距50 cm，大行距70 cm，每小區40 m2種植120株。定植后立即在溝里澆一次透水，緩苗后開始加強通風，控水煉苗，此期溫度早上在18～20℃，中午溫度控制在30℃以下，下午放被子前在23～25℃；3月19日初花期第1次追肥，平均每7 d追肥、澆水1次。各處理小區除施肥量不同外，其他農事操作與常規種植一致。

1.2.1 試驗設計

采用“2+x”試驗設計方案，"2”是指常規施肥和優化施肥，“x”指氮肥總量控制。試驗設5個處理，即①無氮區、②70%優化施氮區、③優化氮區、④130%優化施氮區、⑤常規施肥。試驗每個處理3次重復，共15個小區，小區隨機排列，四周設保護行，小區面積為40 m2，單灌單排，避免水肥互相滲透。表1

表1 不同處理施肥量
Table 1 Fertilization amount of different treatments(kg/667m2)

1.2.2 測定指標

植株生長性狀測定，每小區隨機選取10株掛牌標記，對標記的植株每7 d進行一次調查，調查項目為葉色、株高、莖粗、節間長、葉長、葉寬等指標。其中株高、葉長、葉寬用卷尺測量；莖粗用電子數顯游標卡尺測量主蔓莖基部粗度；節間長度用游標卡尺測量固定節位的長度；果實成熟后采集樣品分別測量其長度、鮮重、干重；收獲后期，測量標記植株的鮮重、干重、氮、磷、鉀含量。

氮肥貢獻率(nitrogen fertilizer contribution rate,NCR)=(施氮區產量-不施氮區產量)/施氮區產量×100%；

氮肥農學利用率(agronomic efficiency of applied N, AEN)=(施氮區產量-不施氮區產量)/施氮量；

氮素吸收利用率(N recovery efficiency,REN)=(施氮區植株地上部氮累積量-空白區地上部植株氮累積量)/施氮量×100%;

氮肥偏生產力(partial factor productivity of applied N,PFPN) =施氮區產量/施氮量;

1.3 數據處理

數據統計在Microsoft Excel 2007中完成，使用SPASS 19.0進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 不同施氮處理對辣椒生長發育性狀的影響

研究表明，隨著施肥量增加，辣椒株高、莖粗、節間長度整體不斷遞增，無氮肥處理與其它處理的株高在0.05水平差異顯著，氮肥可顯著增加辣椒的高度。株高和節間長在處理5達到最大值，而處理5的莖粗卻小于其它處理，各處理葉片長度、寬度無顯著差異。處理3的果長值和單株果數最大，處理4和處理5的植株長勢較旺，但果實長度和單株果數均小于處理3，且處理3與處理5果長和單株果數在0.05水平上差異顯著，氮肥過量施用可導致辣椒營養生長旺盛，影響果實的生長。表2

表2 不同施氮處理下辣椒生長發育性狀變化
Table 2 Effects of different nitrogen treatments on growth character of peppe

注：小寫字母分別表示同列數據差異達1%和5%顯著水平

Note：Lowercase letters indicate significant differences at 5% level at same column data

2.2 不同施氮處理對辣椒產量影響

研究表明，在磷鉀肥一致的情況下，辣椒施氮肥處理均比無氮肥處理產量高，分別增產67%、98%、77%、97%，經方差分析,各處理單產差異極顯著。通過LSD多重比較，處理2、處理3、處理4、處理5產量與對照達到極顯著水平，處理3產量最高，與處理1、處理2差異顯著，與處理4、處理5差異不顯著，氮肥達到一定水平對辣椒產量無顯著影響。表3～5

表3 不同處理辣椒產量
Table 3 Pepper yield of different treatments

處理Treatment單果重 Weight per fruit (g)小區平均產量Plot average yield(kg)產量Yield(kg/667m2)增產Increased rate(%)130104.40 2 300.12 -234171.36 3 830.86 67 338205.20 4 560.23 98 438182.40 4 073.80 77 550204.00 4 533.56 97

表4 方差分析
Table 4 Variance analysis

變異來源Sources of variation平方和Sum of squares自由度Freedom均方Mean squareF值F value顯著性Significant level組間Between groups14 193 750.7843 548 437.69414.1260.035組內Within the group4 270 515.55317251 206.797總計Total18 464 266.3321

注：顯著性水平為1%

Note:Significance level was 1%

表5 辣椒單產多重比較(LSD法)
Table 5 Multiple comparativ of Pepper yield

排序位次Rank處理Treatment產量Yield(kg/667m2)顯著性Significant level5%1%134 560.23aA254 533.56aA344 073.80aA423 830.86bA512 300.12cB

2.3 氮肥水平與辣椒產量之間的數學模型

以各處理純氮施用量為自變量，辣椒產量為因變量，對二者進行二次曲線模擬，辣椒產量和用氮量存在顯著相關性，模擬曲線為：y= -3.290 5x2+ 170.87x+ 2 368.1，R2= 0.910 8*。從曲線可以看出，辣椒產量在一定施氮量范圍內隨氮肥施用量的增加而增加，當氮肥施用量達到一定程度時，產量隨著施氮量的增加而降低。可以用該模型估算辣椒的最佳施氮量，即當純氮施用量為25.9 kg/667m2時，辣椒產量達到最大值，為4 586.3 kg/667m2。圖1

圖1 氮肥水平與產量之間數學模型
Fig.1 The mathematical model between nitrogen level and yield

2.4 不同施氮處理對辣椒經濟效益的影響

研究表明，優化氮區的純收入最高，收入11 211.17元/667m2，其次是常規施肥區，均達到了收入10 000元/667m2以上，無氮區的純收入最低，收入為5 676.09元/667m2。同常規處理相比，優化氮區比常規處理增收731.21元/667 m2，且優氮區的產投比最高，為60.19，而產投比最低的為常規處理，為13.27。優化氮區的施氮量比較合理。表6

表6 不同施氮處理下辣椒經濟效益
Table 6 The economic benefit of pepper in different nitrogen treatments

處理Treatment產值Output value(元/667m2)肥料成本Fertilizer outlays(元/667m2)純收益Net income(元/667m2)較常規施肥增收Increased income compared with conventional fertilization(元/667m2)產投比Output-input ratio15 750.29124.205 626.09-4 853.5746.3029 577.15169.809 407.35-1 072.3156.40311 400.57189.4011 211.17731.5160.19410 184.51209.009 975.51-504.1548.73511 333.90854.2410 479.66-13.27

注：辣椒價格均價2.5元/kg；尿素按 2.0元/kg;重過磷酸鈣按3.0元/kg;硫酸鉀3.6元/kg;人工、水電、農家肥等未計入成本

Note:The average price of pepper is 2.5 yuan/kg;Urea is 2.0 yuan /kg;Heavy phosphorus Acid calcium is 3.0 yuan /kg;Potassium sulfate 3.6 yuan /kg;Labor, water and electricity, farmyard fertilizer did not enter cost

2.5 不同施氮處理對辣椒氮素利用效率的影響

研究表明，隨著施氮量的增加，氮肥貢獻率、氮肥農學效率、氮肥吸收利用率呈現先增大后降低的變化規律。三者在處理3(優化施肥處理)達到最大值，分別為49.56%、150.67 kg/kg、21.7%。氮肥偏生產力隨氮肥用量增加呈下降趨勢，變化幅度在141.94～364.84 kg/kg。不同施氮處理間氮肥貢獻率、農學效率、吸收利用率、偏生產力差異顯著。表7

表7 不同處理下氮素利用效率
Table 7 Nitrogen use efficiency of different treatments

處理Treatment氮肥貢獻率NCR(%)氮肥農學效率NAE(kg/kg)氮肥吸收利用率REN(%)氮肥偏生產力PFPN(kg/kg)1----239.9d145.8b17.5b364.8a349.6a150.7a21.7a304.0b443.5c90.9c16.4c208.9c546.3b69.9d9.1d141.9d

注：不同小字母表示處理間差異達5%顯著水平

Note:Lowercase letters indicate significant at 5% level

3 討 論

現代農業生產中，化學氮肥對蔬菜生長發育、產量和品質起到了關鍵的作用，適時適量地施用氮肥才能使蔬菜正常生長發育，使蔬菜產量增加，品質提高[13]。韓明珠等[14]研究發現，隨著施氮量的增加，辣椒株高、分枝數、莖葉重、根重和根冠比等農藝性狀指標均隨之增加，但施氮量過高反而下降。唐恒朋等[15]研究表明，氮肥可以明顯增加辣椒葉片數目、果實縱橫莖，隨著施氮量的增加，在整個生育期內大致呈先增加后降低的趨勢。試驗研究表明，隨著施氮量的增加，辣椒株高、莖粗、節間長度整體不斷遞增，但果實長度和單株果數卻先增加后降低，說明適量氮肥可顯著促進植株的營養生長，而過多的氮肥導致辣椒營養生長過旺，影響結果量和果實大小。研究結果發現，氮肥可顯著增加辣椒的產量，當施氮量達到25.9 kg/667 m2，產量達到最大值，超過這一水平，產量呈下降趨勢。相關研究亦表明，番茄施氮量在12.3 kg/667 m2時，可獲得最高產量，施氮量繼續增加，反而會引起產量的下降[16]。說明一定范圍內氮肥施用量與蔬菜的產量成正比關系，超出這個界限，氮肥的施用量對蔬菜的產量影響不明顯。

氮肥與作物的氮肥利用效率密切相關，一般作物的產量和對氮素的吸收隨氮肥施用量的增加而增加，但其氮肥的利用率顯著下降。國際上通用的氮肥利用率定量指標包括肥料偏生產力、氮肥吸收利用率、氮肥農學利用率和氮肥偏生產力[17-18]。試驗各處理隨著氮水平提高，氮肥貢獻率、氮肥農學效率、氮肥吸收利用率呈現先增大后降低的變化規律，且各處理的氮肥利用效率均呈現顯著差異性，這與何志學等[7]關于氮肥對辣椒養分利用率的研究結果相同，說明氮肥的用量對氮肥的利用效率影響較大，施肥量只有在一定范圍內，增施氮肥才能提高利用效率。

4 結 論

4.1 適量的氮肥可顯著促進植株的營養生長，增加辣椒的產量，過多的氮肥導致辣椒營養生長過旺，影響結果量和果實大小，最終影響產量。

4.2 以各處理純氮施用量為自變量，辣椒產量為因變量，對二者作二次曲線模擬，辣椒產量和用氮量存在顯著相關性。經計算，當純氮施用量為25.9 kg/667 m2時，辣椒產量達到最大值4 586.3kg/667 m2。

4.3 經濟效益比較中，優化氮區產值最高，且肥料投入低于常規施肥，相應的產投比高，所以純收入高于常規區，是比較經濟合理的施肥方案。

4.4 優化施肥處理的氮肥貢獻率、氮肥農學效率、氮肥吸收利用率大于其它處理，分別為49.56%、150.67 kg/kg、21.7%，且利用效率隨著施氮量的增加呈先增大后降低的變化規律。氮肥偏生產力隨氮肥用量增加呈顯著下降趨勢。