化肥減量配施生物菌肥對色素辣椒生長的影響

石 磊，王 軍，陳 云，呂 寧, 2

(1.新疆農墾科學院農田水利與土壤肥料研究所，新疆石河子 832000；2.石河子大學經濟與管理學院，新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意義】新疆是我國加工辣椒的特色種植區。2018年新疆辣椒種植面積達3.67×104hm2，年產干椒25×104t以上，干椒年產量占全國的1/5[1]。加工辣椒品種主要分為醬用辣椒和色素辣椒，色素椒主要用于工業上提取辣椒紅色素和辣椒堿等，色素辣椒產業現已成為新疆重要的紅色產業之一[2-3]。開展化肥生物肥替代研究十分必要[4]。合理的養分供給及科學的水肥運籌，不僅有利于提高作物產量，對提升作物品質、改善土壤生態環境具有顯著的促進作用[5-7]。當前，在加工辣椒上側重于施用大量元素復合肥，生物菌肥種類及施用技術研究較少[8]。有機生物菌肥，是利用有機物和有益微生物菌劑，并復配一定比例的中微量元素經發酵培養而成，以隨水滴施方式施入土壤，即通過有目的地將有益微生物或植物生長調節劑引進土壤微生態系統，具有分解土壤有機質、改善土壤養分狀況，調節土壤微生物菌群環境，抑制土壤病蟲害，刺激地上部作物生長發育和增強作物抗逆性[9-10]。疫霉病(Pnytophthoradisease)和臍腐病(Umbilical rot disease)是色素辣椒生產中最易發生的2種病害。疫霉病一般由葉片感病并迅速蔓延到整株，可在整個生育期均可發病；臍腐病主要發生在辣椒結果期，尤其是新疆7～8月高溫高熱天氣下，如果滴水失調最容易誘發此病害。研究適用于辣椒的生物菌肥及其合適的滴施用量，對提高加工辣椒的產量和優化品質具有重要意義，為化肥減施提供理論依據。【前人研究進展】在番茄、油菜、馬鈴薯、葡萄、茭白等作物上開展了生物肥用量篩選及肥效評價[11-17]，研究指出，化肥配施生物肥在增加作物生物量、提高產量和品質方面效果顯著，并有利于植株對肥料養分的吸收利用。在棉花和西紅柿上的試驗結果，也證實了生物菌肥隨水滴施后對改善作物品質和土壤微環境效果顯著優于化肥處理，施用生物菌肥顯著提高土壤微生物豐度和土壤酶活性，對土傳病害棉花黃萎病、番茄臍腐病均起到較好的防治作用[18]。不同作物對養分需求量不同，因此，對化肥減施比例響應顯著不同。目前，關于色素辣椒的研究主要集中于品種選育與加工工藝優化方面[19-20]，而對其新型生物肥料替代研究關注不足。張貴青等[21]對沼液在色素辣椒上的滴施用量進行了篩選，研究指出滴施沼液2 000 kg/667 m2時，可使辣椒莖粗增加，單株坐果數和單果重提高，改善辣椒的植物學性狀，且抗病性顯著增強。Liu等[22]研究發現，含有木霉菌的生物有機肥在不同種植質地辣椒上應用后，較化肥處理產量增幅40%以上，使用兩季后土壤磷酸酶、脲酶活性顯著增加。合理的肥料配施，不僅有利于促進辣椒養分吸收利用，提高辣椒的產量和品質，用時具有改善土壤質量、增強植株抗性的作用。【本研究切入點】更關注于辣椒品質檢測技術的提升研究，關于色素辣椒新型生物肥料應用研究較少。研究色素辣椒上生物菌肥施用量及其與化肥配施效果。【擬解決的關鍵問題】設置單施化肥、單施生物有機肥、100%化肥與生物肥配施、減施10%、20%與生物肥配施等不同肥料處理試驗，分析不同肥料處理對色素辣椒生長、產量、品質及作物和土壤養分積累量，對比各處理施肥成本與綜合經濟收益，確定最佳施肥方案，為新疆加工辣椒的科學施肥提供技術指導。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 供試肥料

試驗于2019年在新疆農墾科學院試驗場農業試驗基地進行，小區總面積166.75 m2。前茬為棉花，土壤肥力中等偏低。表1

表1 試驗點基本情況

常規肥料：尿素(N≥46%)、磷酸二氫鉀(K2O≥33.9%)；P2O5含量(≥51.5%)，市場上購得。

有機生物菌肥：由新疆農墾科學院土壤肥料與農田水利研究所研制，含枯草芽孢桿菌、側孢芽孢桿菌，活芽孢菌1.0×108/g；水溶性有機質179 g/L；含N 15.3 g/L、P2O54.0 g/L、K2O 6.2 g/L，鐵、鋅、錳、硼、鉬等微量元素合計9.7 g/L，pH 5.5。

試驗中供試肥料市場價格：尿素1 500元/t，磷酸二氫銨7 500元/t，有機生物菌肥3 500元/t，根據各處理畝用肥量計算肥料使用成本。按照當年當季紅龍23號辣椒的市場收購價(10元/kg)，以及各處理測產量，計算不同施肥處理辣椒經濟效益。

1.1.2 辣椒品種

紅龍23號由新疆天椒紅安農業科技有限責任公司提供。該品種屬早熟高色價雜交品種，植株長勢中等，坐果節位低，結果集中；成熟果色深紅，易脫水晾曬，色價高，主要用于提取色素制作口紅和辣椒堿。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

辣椒苗于5月1日進行移栽，覆膜栽培模式，栽植密度為5 000株/667m2，株行距為27 cm×40 cm。

設置5個施肥處理：T1為全部滴施常規化肥，標記為CF；T2為全部滴施生物菌肥，標記為BF；T3為滴施化肥+生物菌肥(其中，生物菌肥用量40 kg/667m2，化肥用量同T1)，標記為CF+BF；T4為化肥減施10%+生物菌肥，標記為90%CF+BF；T5為化肥減施20%+生物菌肥，標記為80%CF+BF；T6為不施肥處理，記為CK。每個處理小區面積61.64 m2，共9膜，3膜為1個重復；處理間設置保護行。常規化肥施用量按照氮、磷、鉀肥當季利用率來計算，即氮肥利用率30%，磷肥利用率20%，鉀肥利用率50%。每生產1 000 kg辣椒需吸收純N 3.29 kg、P2O50.48 kg、K2O 4.10 kg(N∶P2O5∶K2O=1∶0.15∶1.25)[23]。各小區為單獨灌水施肥，全生育期滴水12次，第3水時(5月30日)開始隨水滴施肥料，按照一水一肥原則，施肥方式全部采用加壓滴灌模式，于每次滴水結束前約2 h內進行，將肥料加入到滴灌系統的施肥罐，隨水滴入完成。因生物菌肥具有緩效性，故重施苗肥和花肥。表2

表2 不同處理施肥量

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 辣椒生長發育

每個處理小區采取對角線取樣法選5個點，每個調查選取長勢均勻的20株，從苗期開始調查記錄各生育期不同處理辣椒的株高(莖基部到生長點頂端的距離)、主莖莖粗(子葉處植株直徑)、葉色等生物學性狀；觀察記錄植株疫霉病和臍腐病發病率及發病級數。 每個小區累計調查100株。

1.2.2.2 辣椒產量和品質

產量構成因子：9月20日(各處理小區2/3以上辣椒對椒和門椒處于半脫水狀態時)，對定點調查小區20株辣椒進行全部采摘，記錄單株轉色成椒數、單果鮮重、單果干重，計算鮮干比，測算667 m2產鮮椒和干椒重量。

內外觀品：收獲前期，各處理小區選擇3株長勢均勻的辣椒，采集20顆紅熟辣椒果，其中10顆用于測定VC、可溶性糖、可溶性蛋白含量內在品質指標，另外10顆烘干粉碎用于測定色價值。辣椒果VC、可溶性糖、可溶性蛋白等指標按照《作物品質分析》[24]方法測定，其中，可溶性糖含量采用蒽酮浸提-分光光度計比色法測定，VC含量用草酸浸提-2, 6 二氯酚靛酚鈉染色滴定法測定，可溶性蛋白用考馬斯亮藍法測定。色價值測定采用丙酮浸提-分光光度計法測定，辣椒樣品取果柄后，于65℃下烘干至恒質量，再用粉碎機粉碎，過40目篩后稱樣測定。

1.2.2.3 辣椒植株、土壤養分

辣椒收獲前，各處理定點調查小區隨機取3株，按根、莖葉、果實不同器官進行分割，分開裝入紙袋放入鼓風干燥箱內，先在105℃殺青30 min，然后調至 80℃下烘至恒重，記錄干重。將烘干的辣椒植株樣品用小型粉碎機粉碎后過0.25 mm的篩，測定全氮、全磷、全鉀養分含量。辣椒收獲后在定點調查小區采集0～40 cm土壤樣品檢測根層土壤養分含量，其中，土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法、速效氮采用堿解擴散法、速效磷采用鉬銻抗比色法、速效鉀采用火焰分光光度計法測定，具體方法參考《土壤農化分析》(鮑士旦著)[25]。

1.3 數據處理

采用SPSS 19.0一般線性模型進行方差分析，采用最小顯著極差法(LSD)進行差異顯著性檢驗，運用Sigmaplot 12.5制圖。數據均為3次重復的平均值。

2 結果與分析

2.1 不同肥料處理對色素辣椒生長發育的影響

2.1.1 辣椒生長性狀

研究表明，苗期各施肥處理之間辣椒長勢(P=0.096)和主莖粗(P=0.056)差異并不大，開花結果期，各處理之間辣椒生物性狀指標差異極顯著。開花期，T1到T5處理辣椒株高分別較對照平均增加了8.3、4.4、14.3、12.0和9.1 cm，主莖粗較對照平均增加了0.17、0.27、0.39、0.32和0.30 cm，T3處理株高和莖粗增加幅度最為顯著，T4和T5處理，但T3、T4、T5處理之間差異不顯著。單施化肥或生物菌肥處理的辣椒長勢要弱于生物菌肥與化肥配施處理，生物菌肥處理植株葉色濃綠，而化肥處理葉片表現為黃綠色，果實膨大期，各處理辣椒長勢變化特征同開花期一致，T3處理株高最高，平均達到70.3 cm，依次是T4、T5、T1、T2和T6；各處理莖粗達到1.1～1.79 cm，生物肥與化肥配施主莖粗明顯高于2種肥料的單施處理。各處理單株結果數差異顯著(P=0.007)，T1～T5處理單株結果數較對照分別增加了8.1、7.0、17、15.1、12.4個，T3較對照結果數增加了近1倍，T3、T4、T5處理單株結果數均達到了30個以上，3個處理之間差異不大。

化肥與生物肥配施對辣椒生長促進作用最顯著，辣椒群體長勢整齊且主莖發育強壯，化肥減施10%～20%并配施40 kg/667m2生物菌肥的條件下，主莖粗和單株結果數并沒有明顯降低。表3

表3 不同處理辣椒生長性狀動態變化

2.1.2 辣椒主要病害發生情況

研究表明，與對照相比，單施生物菌肥及化肥與生物菌肥配施處理顯著降低了疫霉病的發生率，整個生育期白疫病發病率在1.0%～2.0%，病株率較對照降低了約2～4倍，且以單施生物菌肥處理的病害最輕。單施化肥與不施肥處理白疫病發病率均在4.0%以上，2種處理之間差異不大，單施化肥對辣椒疫病無抑制作用。

各處理平均發病率在0.42%～0.86%，當年該病害整體發病較輕。單施生物菌肥處理辣椒臍腐病發病率最低，顯著低于其它施肥處理，生物菌肥與不同比例化肥配施處理之間臍腐病發病表現差異不明顯(P=0.128)，但還是明顯低于化肥處理，生物菌肥滴施后對辣椒疫霉病和臍腐病具有一定的抑制作用。

5種施肥處理之間這2種病害發病率差異顯著，抑菌效果T2最優，T3、T4、T5疫病發病率顯著低于T1和T6處理，T3、T4、T5處理之間差異不大。圖1

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同

2.2 不同肥料處理對色素辣椒產量和品質影響

2.2.1 辣椒產量

研究表明，不同施肥處理均顯著提高了單株成椒數、單果鮮重和辣椒產量，且生物菌肥與化肥配施的增產效果顯著高于2種肥料單施處理，其中，T3、T4、T5處理平均單株成椒數較T1和T2分別增加了5.5、3.7、1.3個和8.7、5.5、3.1個，T1處理單株轉色成椒數要高于T2；T3、T4、T5處理平均單果鮮重較T1處理增加了2.6 ～ 4.2 g，較T2處理增加1.1 ～ 2.7 g。單施化肥處理單株成椒數要高于單施生物菌肥處理，而單果鮮重低于生物菌肥處理。

通過單果重、單株結椒數及小區栽培密度對各處理辣椒產量進行測算，各施肥處理辣椒鮮重達到2 142.17～3 276.83 kg/667 m2，折算單產干椒在465.68～668.74 kg，產量由高到低依次是：T3、T4、T5、T1、T2，T3、T4、T5處理干椒產量較對照分別增產109.34%、104.02%和78.37%。方差分析顯示，生物菌肥與100%化肥配施、生物菌肥與化肥減施10%處理之間對辣椒產量的影響不顯著(P=0.597)，但化肥減施20%對辣椒產量影響較大，較100%化肥與生物菌肥配施處理降低近100 kg/667 m2。表4

表4 不同施肥處理下辣椒經濟學性狀及產量

2.2.2 辣椒果實品質

研究表明，施肥處理均顯著提高了辣椒果色價，其中，以T3處理的色價指標最高，達到24.15，T2、T4、T5處理色價略低于T3，但顯著高于T1和T6。T2、T4、T5處理VC含量顯著高于T3，即生物菌肥單施、化肥減施10%～20%與生物菌配施后對辣椒果VC含量提升效果明顯優于100%化肥+生物菌肥處理，過量的化肥施用可能會影響生物菌肥在改善辣椒品質方面作用。不同處理辣椒果中可溶性蛋白含量T3、T4最高，下來依次是T5、T2、T1、T6，化肥與生物菌肥配施顯著提高了辣椒果中可溶性蛋白的含量，化肥減施10%對可溶性蛋白含量影響不大。單施生物菌肥40 kg/667m2處理辣椒果可溶性糖含量最高，化肥與生物菌肥配施后，果中可溶性糖含量較單施生物菌肥處理降低了0.4%～0.6%。

不同施肥處理組合對辣椒果品質指標的影響顯著不同，100%化肥與生物菌肥配施在提高辣椒果色價和可溶性蛋白含量方面最突出，化肥減施10%～20%配施生物菌肥處理對提升辣椒果VC含量最顯著，而單施生物菌肥處理辣椒果可溶性糖含量顯著高于化肥與生物肥配施。圖2

圖2 不同施肥處理下辣椒果品質

2.2.3 不同處理辣椒經濟效益

研究表明，生物菌肥與化肥配施后較化肥、生物菌肥單施顯著提高了辣椒經濟效益，其中，T3、T4處理增效最顯著，較對照分別每667 m2增收2 925.30、2 798.05元，2處理之間差異不大，但T5處理產值要顯著低于T3和T4，化肥減施10%，并配合一定比例的生物菌肥施用不影響辣椒產量產值。T1處理辣椒畝收益低于T2處理約22元，單施化肥處理增效較低于生物菌肥處理。表5

表5 不同施肥處理下辣椒經濟效益比較

2.3 不同肥料處理辣椒植株和根際土壤中養分分布

研究表明，各施肥處理對辣椒植株中養分積累量具有顯著影響，從植株中全N、全K養分變化來看，化肥與生物菌肥配施對植株全N和全K養分吸收量具有顯著促進效應，以T3處理含量最高，T4、T5處理較次之，其次是T1、T2處理；T3、T4、T5之間全N和全K含量差異不顯著(P值分別為：0.059、0.275)；T1處理植株全N含量高于T2約30%，全K含量兩者之間相差不大。從植株全P含量變化來看，各施肥處理較對照全P含量增加了21.6%～83.9%，其中，以T2處理積累量最高，T3、T4、T5、T1處理之間差異不大，單施生物菌肥在促進辣椒P養分的吸收方面效果最明顯。生物菌肥與化肥合理配施有助于提高辣椒對養分的吸收，即使化肥減施10%～20%對植株養分積累影響不大，植株中不同養分的積累特征全N>全K>全P。

各施肥處理土壤中速效N、P、K養分和有機質含量差異顯著。較對照，生物菌肥單施土壤中速效N、K養分含量是降低的，T2、T3、T4、T5處理較對照分別提高了41.38%、104.05%、70.09%、66.31%，T1與對照差異不顯著，故生物菌肥的配施對提高土壤根層有機質養分具有顯著作用。土壤中速效N和有機質含量以T3處理最高，速效K、速效P養分在化肥減施10%、20%處理積累最顯著。表6

表6 不同施肥處理下辣椒植株和根層土壤養分分布

3 討 論

肥料是作物生長必不可少的養分來源，然而化肥過量使用反而會造成減產和作物品質下降，這與土壤環境質量下降密切相關。李金玲等[26]指出，將樂田生物肥做基肥，并輔以適量復合肥和尿素作追肥，能夠促進辣椒花芽分化，并可協調生殖生長和營養生長，提高辣椒的坐果率和單果重。賈豪語等[27]研究指出，化肥減量20%并配施生物肥，并未引起花椰菜產量的降低。Adesemoye等[12]將植物根際促生細菌(PGPR)和叢枝菌根真菌(AMF)與化肥配施應用在西紅柿上，較100%化肥處理，75%化肥與2種菌劑配施番茄單果重和植株養分吸收率顯著提高，90%化肥與PGPR+AMF配施顯著提高了植株對磷養分的吸收率。與單施無機肥相比，生根型和膨果型生物菌肥追施提高了蘿卜的VC、可溶性蛋白和可溶性糖含量，土壤中速效氮、磷、鉀和有機質含量均隨生物菌水溶肥追施量的增加而提高，同時追施生物菌水溶肥提高了根際土壤細菌和放線菌數量，而降低了真菌數量[14]。已有研究發現，生物菌肥養分作用發揮具有緩效性，較化肥一般提前施用，養分的釋放可與作物吸收同步， 更好的促進作物對養分的吸收利用，從而提高肥料利用率。研究表明，生物菌肥替代部分化肥不但沒有引起作物減產，反而會促進作物生長和提高品質[13-17, 28]，一方面生物肥配施一定比例的化肥可促進作物株高和倒四葉寬，增強葉片光合性能，從而提高養分吸收率；另一方面，生物菌肥施用后會增加土壤微生物豐富度和養分含量，調節土壤菌群環境，從而促進地上植株健康生長和產量形成[29]。

加工辣椒專用的新型生物菌肥，含水溶性有機質179 g/L，有機物料是從安琪酵母廠廢液中提取發酵而得，因此，富含酵母蛋白、氨基酸、腐殖酸等有機物，還含有可抑制土壤真菌病害的拮抗菌劑，另配伍了一定比例的大量元素和微量元素，可供給作物較為全面的營養元素。2018～2019年開展了不同用量肥效試驗，結果顯示，在滴施常規化肥尿素(60 kg/667 m2)、磷酸二氫鉀肥(45 kg/667 m2)的基礎上，配施40 kg/667 m2生物菌肥，對色素辣椒生長發育、產量形成及品質改善具有顯著的促進作用，并且在化肥減施10%情況下，對辣椒生長長勢、產量及品質并無顯著影響，但當化肥減施20%時，辣椒產量及植株養分積累度顯著低于100%化肥處理。從生物學指標來看，生物菌肥與化肥配施辣椒株高、主莖粗和單株結果數均顯著高于2種肥料的單施處理，開花期和結果期植株葉色濃綠、莖稈健壯，長勢明顯優于僅施化肥處理，生物菌肥配施90%化肥處理和配施100%化肥之間差異不大，這與王瑤[30]、宋以玲等[14]的研究結論相一致。試驗中單施生物菌肥處理疫霉病發病最輕，化肥與生物菌肥配施處理較對照病株率降低了約2～4倍。研究發現[31]，噴施生物菌劑NEB(125 mL/667m2)和中合生物肥(167 kg/667m2)，對辣椒疫霉病的相對防效達到60%以上。有研究將酵素菌生物肥對辣椒進行灌根處理，對辣椒疫霉病防效達到81.8%[32]。通過對作物根層土壤微生物分析得到，生物菌劑施于根區土壤中，有益微生物群落繁殖后通過營養競爭、空間占領，產生抗生素等抑菌物質可在作物根系周圍形成保護屏障，抑制病原菌的生長、繁殖，最大限度的減輕植物病害發生率[31]。從增產效果來看，生物菌肥配施100%化肥與生物菌肥配施90%化肥處理增產最顯著，較化肥單施提高了30%以上，較不施肥處理產量提高了1倍多；通過成本收益換算，100%化肥與生物菌肥配施每畝辣椒可增收近6 200元，即使化肥用量減施10%，其畝收益也達到近6 000元。內外觀品質來看，試驗條件下，供試生物菌肥與化肥配施在提高色價方面優勢突出，以100%化肥+菌肥處理色價值最高，90%化肥與生物菌肥配施對辣椒果VC和可溶性蛋白含量提升效果顯著。前人研究也發現，黃綠木霉菌生物肥料施用后，辣椒植株葉綠素、果實中VC含量均增加[26]。生物菌肥與100%化肥配施后提高了植株中全N和全K的吸收量，化肥減施10%植株養分積累效應未發生顯著改變；化肥與菌肥配施后土壤中有機質含量顯著增加，化肥減施10%～20%后更有利于土壤中速效P和速效K養分轉化和積累。不同的土壤理化性狀對礦質養分轉化利用機制不同，故這也造成土壤中養分積累和被作物吸收利用量相差較大[17]。

綜合不同施肥處理辣椒的生物學性狀(株高、莖粗和結果數)、產量表現(單株成椒數、單果重和經濟產量)和營養品質(VC和可溶性蛋白含量)，化肥減施10%與40 kg/667 m2生物菌肥配施對加工辣椒生長發育及植株養分積累都具有積極的促進作用，滴施后使得土壤有機質和無機養分P和K含量顯著增加。

4 結 論

667 m2滴施常規化肥(尿素60 kg、磷酸二氫鉀肥45 kg)基礎上，配施供試的生物菌肥40 kg/667m2，對色素辣椒生長促進作用最顯著。在化肥減施10%后，對辣椒生長、產量和品質影響不大，且化肥減施10%～20%更有利于土壤中速效P和速效K養分的積累和轉化。在研究區辣椒生產上采用減施化肥10%配施40 kg/667m2的施肥方案。