?生物菌液替代部分化肥對土壤養分及辣椒產質量的影響?

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摘 要：為了明確貝萊斯芽孢桿菌在辣椒上的應用效果，研究以“興蔬”215為供試辣椒品種，通過盆栽試驗設置不施肥、單施化肥、單施菌液、100%化肥與菌液配施、化肥減量20%和50%后再與菌液配施等處理，考察了各處理對辣椒產量、果實品質、土壤養分含量等的影響，同時探究了土壤養分與辣椒內在果實品質的相關性，并通過主成分分析確定了化肥與生物菌液合理施用的比例。結果表明：化肥與生物菌液配施可以顯著提升土壤肥力，增加土壤有效磷和速效鉀含量，并有效緩解土壤酸化趨勢，提升土壤pH值；同時促進辣椒根系對氮、磷的吸收，增加植株生物量，顯著提高辣椒產量；增施菌液還能顯著增強辣椒果實品質的各項指標，例如顯著提升辣椒維生素C、纖維素、可溶性糖和辣椒素含量，但對辣椒果實質構無顯著影響；相關性分析得知土壤有效磷與辣椒維生素C有顯著正相關關系，土壤速效鉀與辣椒素存在負相關關系；主成分分析結果表明，常規施肥減量20%配施菌液的效果最佳，可在實際應用中推廣。

關鍵詞：貝萊斯芽孢桿菌；辣椒；化肥科學減量；辣椒品質；土壤養分；主成分分析

中圖分類號：S144.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2023）04-0031-07

Abstract：In order to clarify the application effect of Bacillus velezensis on pepper，" a potted experiment setting eight treatments （CK： clean water， no fertilization; T1： conventional fertilization， 100% chemical fertilizer amount;" T2： 80% chemical fertilizer; T3： 50% chemical fertilizer; T4： 100% chemical fertilizer＋bacterial solution; T5： 80% chemical fertilizer＋bacterial solution; T6： 50% chemical fertilizer＋bacterial solution; T7： bacterial solution） was conducted with \"Xingshu\" 215 as the tested pepper variety. The effects of each treatment on pepper yield， fruit quality， and soil nutrient content were investigated， and the correlation between soil nutrients and internal fruit quality of pepper was explored. The rational proportion of chemical fertilizer to bacterial solution was determined by principal component analysis. The results showed that the combined application of chemical fertilizer and microbial solution could significantly improve soil fertility， increase soil available P and available K contents， effectively alleviate soil acidification trend， and increase soil pH value. At the same time， it promoted the absorption of nitrogen and phosphorus by the root system of pepper， increased plant biomass， and significantly increased the yield of pepper. The additional application of bacterial solution could also significantly enhance fruit quality indices of pepper， such as the contents of vitamin C， cellulose， soluble sugars and capsaicin， but had no significant effect on the texture of pepper fruit. The correlation analysis showed that there existed a significantly positive correlation between soil available phosphorus and vitamin C in pepper fruit， whereas a negative correlation between soil available potassium and capsaicin. The results of principal component analysis showed that 80% chemical fertilizer amount combined with bacterial solution had the best effect， which could be popularized in practical application.

Key words： Bacillus velezensis; pepper; scientific reduction of chemical fertilizers; pepper quality; soil nutrients; principal component analysis

辣椒（Capsicum annuum L.）是目前我國種植面積最大的經濟作物[1]，近年來種植面積穩定在210萬hm2以上，總產量超過6 400萬t，農業產值達2 500億元，已成為我國第一大蔬菜作物[2]。曾經，為了追求更高的產量，農戶在辣椒種植過程中過量施用化肥農藥，雖然在短期內達到了增產提質的目的，但長期如此逐漸導致土壤板結和酸化，土壤微生態環境被破壞，進而不利于辣椒產量和品質的繼續提升[3-5]。基于此，肥藥減施和替代成為必然趨勢。生物有機肥是目前肥藥減施的重要替代產品，具有可以調節植物生長、增加微生物多樣性、改善土壤肥力和提高蔬菜產質量的優良特性[6-10]。因此，探索生物有機肥替代化肥的適宜比例成為近年來辣椒栽培領域的重要課題。

貝萊斯芽孢桿菌（Bacillus velezensis）具有廣譜抑菌活性和植物促生作用[11]，將其制成菌劑施入土壤能有效增加土壤中有益微生物數量，以競爭營養和空間等途徑抑制其他有害菌的繁殖[7]。近年來市場上以貝萊斯芽孢桿菌為主制備的生物肥料或制劑產品較多，使用效果較好，應用前景廣闊[12-13]。

課題組前期從辣椒葉片上分離得到一株內生菌株XY40-1，經鑒定確定為貝萊斯芽孢桿菌。為了明確該菌在辣椒上的應用效果，研究以興蔬215為供試品種，通過盆栽試驗設置不施肥、單施化肥、單施菌液、100%化肥與菌液配施、化肥減量20%和50%后再與菌液配施等處理，考察了各處理對辣椒產量、果實品質、土壤養分含量等的影響，同時探究了土壤養分與辣椒內在果實品質的相關性，并通過主成分分析確定了化肥與生物菌液合理施用的比例，為辣椒種植過程中化肥科學減量提供新的途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試辣椒品種為興蔬215，供試微生物菌種為課題組前期從辣椒葉片上分離得到的內生菌株貝萊斯芽孢桿菌XY40-1。盆栽土壤為園土、基質土、蛭石按5∶3∶2（V/V）的比例混合而成。

1.2 試驗方法

1.2.1 菌液制備 將保存的辣椒內生菌貝萊斯芽孢桿菌XY40-1劃線接種，重新傳代，挑取單菌落于500 mL LB液體培養基中在28℃，220 r/min條件下振蕩培養16 h，用無菌水稀釋至菌體含量為1×108 CFU/mL備用。

1.2.2 試驗設計 設置CK（清水對照，不施肥）、T1（100%常規施肥）、T2（80%常規施肥）、T3（50%常規施肥）、T4（100%常規施肥＋菌液）、T5（80%常規施肥＋菌液）、T6（50%常規施肥＋菌液）、T7（單施菌液，即單施菌液）共計8個處理，每處理6盆辣椒。辣椒幼苗在日光溫室條件下生長，晝夜平均溫度分別為（25±5）℃和（15±3）℃。常規施肥施用方式為：幼苗期第一次施肥，每株苗稱取尿素2.33 g、過磷酸鈣3.29 g、硫酸鉀3.3 g、綠盾中微量元素（Ca、Mg、B、Zn、Fe、Mn、Cu、Mo）3 g溶解定容至1 L灌根施用；開花期第一次追肥，每株苗稱取尿素1.4 g、硫酸鉀0.75 g溶解定容至1 L施用；結果期第二次追肥，每株苗稱取尿素1.87 g、硫酸鉀0.94 g溶解定容至1 L施用。菌液施用方式為辣椒苗定植服盆后每株苗澆根200 mL，與常規施肥同時進行。

1.2.3 測定指標及方法 （1）辣椒生物量和生長指標測定。于果實成熟期取辣椒整株，破壞性采樣。樣品用流水沖洗10～15 s，再以去離子水清洗，105℃下殺青 30 min，75℃下烘干至恒重，采用電子天平（0.01 g）稱量地上部干鮮重和地下部干鮮重；根長、平均直徑用游標卡尺測定，根體積采用排水法測定；根部樣品粉碎用于礦質養分含量的測定。（2）土壤和根系養分含量測定。于果實成熟期采集10～30 cm深度的土壤樣品，經風干處理混勻、過篩后按“四分法”取樣。采用凱氏定氮儀、鉬黃比色法和火焰光度計測定辣椒根系及土壤的全氮、全磷和全鉀含量，水解性氮采用堿解擴散法、速效磷采用鉬藍抗比色法、速效鉀采用火焰分光光度計法測定[14]。（3）產量與果實品質測定。于果實成熟期采整株果實。產量=單株總果數×單果重[15]。單果重用電子天平稱量，果實橫徑與縱徑用直尺測量，果肉厚用游標卡尺測量，辣椒果形指數為辣椒果縱徑與橫徑的比值。采用鉬藍比色法測定維生素C含量；采用苯酚法測定可溶性糖含量；采用煤油－丙酮萃取、紫外分光光度法測定辣椒素含量，采用蒽酮比色法測定纖維素含量[16-17]；采用質構儀測定果實質構特性指標。

1.3 數據處理

采用Excel 2016和SPSS 20軟件進行數據整理、相關性分析和方差分析，采用LSD法分析處理間的差異顯著性（α=0.05），運用Origin 2022制圖。參考主成分綜合得分的計算方法[18-19]，利用公式（1）～（2）計算綜合得分。

式中，Zm指第m個主成分，ZXij表示第i個處理的第j個指標的標準化數據，Cmj表示第m個主成分對應第j個指標的得分系數；Di為各處理多個性狀指標的綜合評分值，Fmi為第i個處理第m個主成分的分值，Em為第m個主成分的方差貢獻率。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對辣椒生物量和產量的影響

從圖1可以看出，100%常規施肥（T1）以及化肥與生物菌液配施（T4～T6）處理對辣椒地上部干、鮮重的促進作用最顯著，T5處理的地上部干、鮮重最重，均顯著重于CK，而其他處理地上部干重與CK無顯著差異。各處理辣椒的地下部干、鮮重較CK均有不同程度的增加，其中T6處理的地下部干、鮮重最重。當化肥與生物菌液配施時，化肥施用量越低，辣椒地下部干重越重。與CK相比，其他處理的增產效果均達顯著水平，其中T4處理的辣椒產量最高，較對照增產112.81%。

2.2 不同施肥處理對辣椒根系形態的影響

由表1可知，化肥與生物菌液配施能促進辣椒根系的生長，T6處理的效果最顯著。與CK相比，其他處理辣椒的根長、根表面積、根尖數均有所增加；當化肥與生物菌液配施時，隨著化肥減施量的增加，辣椒根長呈現上升趨勢。單施菌液（T7）除了能顯著提高根長外，對其他指標無顯著影響；而100%常規施肥（T1）處理辣椒的根體積、平均直徑均較CK有所降低。

2.3 不同施肥處理對土壤和辣椒根系養分含量的影響

由表2可知，化肥與生物菌液配施（T4～T6）處理的土壤pH值顯著高于單施化肥（T1～T3）處理，且隨著化肥減施量的增加，土壤pH值呈現上升趨勢；100%常規施肥（T1）處理的土壤pH值最低，單施菌液（T7）處理的土壤pH值最靠近辣椒最適生長pH值（5.5～7.0）。這表明貝萊斯芽孢桿菌XY40-1可顯著提高土壤pH值，使土壤環境朝著適宜辣椒生長的方向發展。

各處理土壤養分（全鉀除外）含量差異均達顯著水平，表明施肥處理對氮磷鉀的活化能力影響顯著。化肥與生物菌液配施可以顯著提高有效磷含量，其中T5處理的土壤有效磷含量最高；除T1處理外，其他施肥處理的速效鉀含量均顯著高于CK，當化肥與生物菌液配施時，隨著化肥減施量的增加，土壤速效鉀含量呈現上升趨勢，全鉀含量則呈現下降趨勢。不同施肥處理均能顯著影響土壤的全氮、全磷含量；與CK相比，單施化肥顯著提高了土壤的全氮、全磷含量，單施菌液則顯著降低了這2種養分的含量，化肥與生物菌液配施則會顯著降低土壤中全氮含量。

各處理對辣椒根系養分含量有不同程度的影響，單施菌液對辣椒根系中全鉀和全磷含量具有顯著促進效應，但會降低根系的全氮含量；當化肥與生物菌液配施時，能促進辣椒根系對氮、磷養分的吸收，但會降低根系的鉀含量，且隨著化肥減施量的增加，辣椒根系氮磷鉀含量均呈現下降趨勢。除T2處理外，其他處理均能提高辣椒根系全磷含量，其中T7處理的效果最顯著。

2.4 不同施肥處理對辣椒果實品質的影響

從表3可以看出，各處理對辣椒果實品質指標的影響有所不同。單施菌液能有效促進辣椒果實橫向生長及果肉厚度增加，不同處理下辣椒縱徑均無顯著變化，故單施菌液處理的辣椒果形指數顯著降低；T1、T6和T7處理的單果重顯著重于CK，其他施肥處理的單果重與CK差異不顯著；對辣椒內在品質來說，單施菌液會顯著降低辣椒維生素C含量，其他內在品質指標均有顯著提升，化肥與生物菌液配施則會顯著提升維生素C含量，不同施肥處理均能提高辣椒纖維素和辣椒素的含量。

2.5 不同施肥處理對辣椒果實質構特性的影響

質構特性是指食物通過口腔、牙齒、舌及黏膜感覺到的一種綜合性質，是繼風味之后，用于果實品質評價的第一標準。由表4可知，化肥與生物菌液配施對辣椒果實質構無顯著影響，但單施菌液可以顯著增強辣椒果的質構特性，各項指標均高于CK。與CK相比，T3處理的內聚性與咀嚼性更好，而T7處理的膠著性更好。不同施肥處理下的辣椒硬度、彈性較CK均無顯著變化。

2.6 辣椒果實品質與土壤養分含量的相關性分析

果實品質與土壤養分彼此之間均存在不同程度的相關關系。如圖2所示，土壤有效磷與辣椒維生素C呈顯著正相關；土壤速效鉀與辣椒纖維素呈顯著正相關；土壤水解性氮與辣椒可溶性糖呈極顯著負相關；土壤全氮與辣椒素呈顯著正相關，與可溶性糖呈極顯著負相關；土壤全磷與辣椒素呈極顯著正相關，與可溶性糖呈極顯著負相關；土壤pH值與土壤水解性氮、有效磷、全氮、全磷和辣椒素呈極顯著負相關，與辣椒可溶性糖呈極顯著正相關。

2.7 影響辣椒果實品質的主成分分析

由表5可知，3個主成分累積貢獻率為88.356%，可綜合反映辣椒果實品質的大部分信息。主成分1主要是綜合了辣椒的維生素C、辣椒素含量，其中維生素C含量與主成分呈正相關，辣椒素含量則與主成分呈負相關；主成分2綜合了可溶性糖、果形指數、果肉厚度3個指標，其中果形指數與主成分呈負相關，其他指標與主成分呈正相關；主成分3中纖維素的貢獻率最大。

為進一步研究各處理得分情況，通過各主成分得分系數和各指標參數標準化，按照公式計算出主成分綜合模型，即F綜＝0.498 Z1+0.341 Z2+0.161 Z3，從而計算出不同處理的辣椒果實品質綜合得分及排名為T5＞T4＞T6＞T7＞T3＞CK＞T2＞T1，說明化肥與生物菌液配施對辣椒果實品質總體效果好，其中以T5處理的綜合得分最高。

3 討論與結論

地上生物量是植物生長發育過程中重要的長勢指標，其大小直接反映植株干物質的多少，最終影響產量的高低[20]。大部分學者研究表明，生物菌肥和化肥配施，能夠有效改善土壤環境，在保持經濟效益不受影響的情況下減少化肥用量，可促進作物生長，提高產量[3-4，21]，該試驗也得出類似的結果，菌液替代處理的果實干重、根系形態指標、產量均高于CK。隨著化肥減施量的增加，辣椒地下部干重、根長呈現上升趨勢，說明生物菌液替代化肥有利于果實干物質的積累及根部生長，這可能與貝萊斯芽孢桿菌XY40-1產生了一些激素類物質如生長素等，直接促進了植物生長有關[22-23]；也可能與貝萊斯芽孢桿菌XY40-1菌液施用后改善了根際生態環境，促進了根系對養分的吸收，增強了辣椒的生長發育有關[24]。

試驗結果顯示，化肥與生物菌液配施可有效提高土壤肥力，具體表現為顯著提高了土壤有效磷和速效鉀含量，且隨著化肥減施量的增加，土壤速效鉀含量呈現上升趨勢，全鉀含量呈現下降趨勢，說明土壤中發生了鉀的轉化，由全鉀轉化為速效鉀[25]。試驗結果還顯示，辣椒根系中的全氮、全磷、全鉀含量大部分高于土壤中相應養分的含量，且生物菌液代替部分化肥的處理辣椒根系的全氮含量顯著高于CK，而其土壤水解性氮、全氮含量顯著低于CK，原因可能是貝萊斯芽孢桿菌可通過固氮、解鉀、溶磷等方式來增加土壤養分供應，增強辣椒根系對養分的吸收能力，以此改善土壤的營養條件[13]。該研究發現，單施菌液處理的土壤pH值最靠近辣椒最適土壤pH值，化肥與生物菌液配施處理的土壤pH值也顯著高于常規施肥處理。這表明貝萊斯芽孢桿菌XY40-1改善土壤pH值的效果較好，可有效緩解單一、大量的常規施肥導致的土壤酸化[4]。其原因可能是貝萊斯芽孢桿菌作為一種優勢菌，在施用后能夠在植物根圍有效定殖，優化辣椒根際土壤微環境，促進土壤細菌和放線菌數量增加，而且可在較長時期內通過提高土壤酶活性、加速土壤中養分循環等方式發揮有益作用[26]。

馬鳳捷等[27]研究表明，微生物菌劑不僅可調控土壤微生物活動，還能改善瓜果品質，包括其大小和口感。該研究也證實了這一點，單施菌液能促進辣椒果實橫向生長，增加果肉厚度，提高可溶性糖、纖維素、辣椒素的含量，增強辣椒果實的質構。化肥與生物菌液配施雖對果實質構無顯著影響，但能顯著增強辣椒果實品質的各項指標。這可能是由于施入的貝萊斯芽孢桿菌可高效分泌植物促生物質，促進植株生長發育，為提高果實產量和品質打下了基礎[28]。

土壤養分含量與果實品質關系密切[29]。主成分分析的前2個主成分解釋的總方差貢獻率為44.998%，說明維生素C、辣椒素含量是評價辣椒營養品質的重要參考指標，通過相關性分析得知土壤有效磷與辣椒維生素C有顯著正相關關系，土壤速效鉀與辣椒素存在負相關關系，故建議按照辣椒質量的需肥特性，提高土壤有效磷、速效鉀含量，適當增加水解性氮含量，并制定科學有效的施肥方案，以生產品質優異、營養豐富的辣椒。不同土壤養分因子與果實品質之間的相關系數差異較大，即便同一養分對果實不同品質指標的影響也不相同，這可能與果實品質受土壤理化條件、栽培方式、生長氣候環境等多重因素影響有關[30-31]。因此，果實品質與土壤養分的相關關系還有待進一步深入研究。

綜上所述，化肥減量配施生物菌液有利于提升土壤養分含量，同時促進辣椒生長、提高果實產量、改善果實品質。主成分分析表明，化肥減量配施生物菌液對辣椒各營養品質指標的總體效果均較好，尤以常規施肥減量20% 配施菌液的效果最佳，可在實際應用中推廣。

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（責任編輯：成 平）