辣椒水肥一體化效應研究進展

關鍵詞：水肥一體化；辣椒；水肥利用效率；節(jié)水灌溉

0引言

辣椒作為主要的蔬菜類調味品，因生長周期較短、加工方式多樣、種植風險小且收益高，現(xiàn)已成為我國種植面積較大的蔬菜之一[1]。世界上辣椒栽培主要集中在中國、印度、西班牙和馬來西亞等國家，其中，中國和印度占80%[2]。近年來，我國辣椒種植面積及產量分別穩(wěn)定在210萬hm2和6400多萬t．種植區(qū)主要分布在湖南省、貴州省、四川省和陜西省等[3]。研究表明，水分和肥料之間存在協(xié)同效應，增加其中一因子投入量的同時，另一因子也會隨之產生相應的促進效應，提高水肥利用率和作物的產量[4]。然而在辣椒的實際生產中，農戶們?yōu)樽非蟾弋a量和高收入，造成過量灌溉和大量施肥，導致水肥利用率下降、硝態(tài)氮累積和土壤酸化等環(huán)境問題[5-6]。因此，如何實現(xiàn)水肥調控進行合理的灌溉與施肥，是辣椒生產中需要解決的重要問題。

水肥一體化技術也稱為水肥耦合技術，可根據(jù)不同作物的養(yǎng)分需求，適時、適量地將肥料溶解于水中，通過灌溉系統(tǒng)隨水一起輸送給作物，從而實現(xiàn)將灌溉和施肥融為一體的農業(yè)新技術[7-9]。水肥一體化技術不僅可以改善土壤板結和通透性差的問題，還可以增加作物產量、改善品質、提高經(jīng)濟效益。黃雅麗等[10]研究灌溉施肥方式對核桃幼苗土壤環(huán)境的影響中發(fā)現(xiàn)，滴灌+60%施肥量比漫灌+60%施肥量處理會提高土壤的含水量和pH值16.7%和1.32%，而降低23.9%的土壤EC值，說明滴灌施肥相結合可有效減緩土壤的酸化和鹽分的累積。張銅津等[11]采用水肥一體化技術研究烤煙時發(fā)現(xiàn)，相比于常規(guī)施肥，水肥一體化技術可以提高36.72%的干物質積累，并且提前了最大積累速率出現(xiàn)的時間點。王遠等[12]研究發(fā)現(xiàn)，水肥一體化技術可將番茄質量增加4.8%，氮肥農學效率提高121%。楊柳等[13]研究葉用枸杞時發(fā)現(xiàn)，采用水肥一體化技術時葉用枸杞全株干物質積累量、氮肥利用率、磷肥利用率、鉀肥利用率、水分利用效率及產量均高于常規(guī)溝灌施肥，分別提高1310.1kg/hm2、72%、57%、39%、141%和69%。針對辣椒，目前國內外也進行了大量的水肥一體化試驗研究，并取得了顯著的成果，結果表明，辣椒的生長發(fā)育和高產優(yōu)質離不開水肥的作用，而合理的灌溉施肥模式是提高辣椒產量與品質的根本保證。為此，本文在前人研究的基礎上，圍繞水肥一體化技術對于辣椒生長發(fā)育、干物質積累與分配、氮磷鉀養(yǎng)分吸收、水肥利用率及產品和質量的影響進行了歸納和總結，并就水肥一體化技術在農業(yè)應用上存在的問題給出了參考建議。

1辣椒生長發(fā)育

保證作物正常的生長發(fā)育是農產品質量和品質的根本，而水肥是關鍵的影響因子[14]。胡晨曦等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在水肥一體化模式下，揚椒2號的葉面積指數(shù)在開花期、盛花期和盛果期比傳統(tǒng)水肥模式下分別提高20.78%、24.65%和18.94%。不同滴灌施肥處理下辣椒的生長發(fā)育也有所不同，陸軍勝等[16]在試驗中采用自動控制灌溉施肥系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)中水中氮即施肥225kg/hm2、灌溉75%作物蒸發(fā)蒸騰量時，最有利于促進溫室辣椒的株高和莖粗生長；而高水高氮即施肥300kg/hm2、灌溉90%作物蒸發(fā)蒸騰量時，辣椒全生育期葉面積指數(shù)顯著高于其他處理。張松婷等[17]研究認為，水肥一體化模式下灌水量為田間持水量的70%～100%、施氮肥187.4kg/hm2、鉀肥262.4kg/hm2，與常規(guī)灌溉（施氮肥374.8kg/hm2、鉀肥524.7kg/hm2）相比紅辣椒莖粗提高5.52%；而株高則在灌水量為田間持水量的95%～100%、施氮肥374.8kg/hm2、鉀肥524.7kg/hm2時，比常規(guī)灌溉施肥提高40.30%。以上研究表明，水肥一體化技術可根據(jù)作物需水、需肥規(guī)律，在灌溉的同時根據(jù)水量精準施肥，尋求到一個最適合辣椒生長發(fā)育的水肥配比。

2干物質積累與分配

作物的產量和干物質的積累與分配密切相關，氣候狀況、田間管理、土壤環(huán)境和水肥管理等因素都會影響作物干物質積累的分配動態(tài)，最終決定產量的高低[18]。孟亮等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在隴椒3號的整個生育期內，常規(guī)溝灌沖施肥時全株干物質積累量為11412.0kg/hm2，而水肥一體化技術下為12463.5kg/hm2，比前者提高了9.21%；水肥一體化技術有利于辣椒不同器官干物質積累比例的合理分配，在盛果期和盛熟期兩個生育期，辣椒果實干物質的分配比例、根及果實的干物質積累量分別提高了10%、7.29%和22.47%。高晶霞等[20]采用水肥一體化技術對拱棚辣椒進行試驗，研究發(fā)現(xiàn)辣椒在盛花一盛果期，常規(guī)施肥模式下葉干質量與水肥一體化各處理的結果在40～48g范圍內，差異不顯著，而對于根干物質、莖干物質和根冠比3個指標，水肥一體化模式的某些處理高于常規(guī)施肥處理。韓廣泉等[21]研究發(fā)現(xiàn)，滴灌+滴施滴灌專用肥一體化處理時，辣椒地上部干物質量在盛花期和盛果期分別比溝灌沖施肥處理提高了31.91%和20.52%，而地下部干物質量顯著降低。表明水肥一體化技術有利于辣椒植株的干物質分配比例，使更多的同化物流向果實，進而提高辣椒產量。

3水肥利用效率

水肥一體化技術將肥料溶解于水借助壓力管道將液體直接輸送到作物根部，減少了肥料的淋失，可使磷肥、氮肥和鉀肥分別提高40%～50%、60%以上和60%以上，節(jié)約用水40%以上[22]。李利民[23]研究發(fā)現(xiàn)，大棚彩椒應用水肥一體化灌溉施肥時，相比于常規(guī)灌溉施肥減少水量56m3，節(jié)約用水34.8%；同時，減少肥料用量32kg，省肥25.6%。安緒華等[24]研究表明，辣椒滴灌施肥處理比常規(guī)畦灌沖肥處理節(jié)水27.47%～30.19%，并且滴灌中施肥時氮、磷、鉀的肥料利用率達到了37.74%、6.78%和74.37%。付蕾等[25]在溫室中以甜椒為研究對象進行冬春茬和秋冬茬兩次試驗，發(fā)現(xiàn)每日定量滴灌1/2劑量營養(yǎng)液比傳統(tǒng)溝灌定期沖肥，水分生產效率分別在冬春茬提高89.85%、秋冬茬提高82.71%；肥料偏生產力則在冬春茬和秋冬茬分別提高3.03和3.71倍。李杏等[26]研究表明，辣椒在精準水肥一體化模式下氮肥偏生產力比常規(guī)施肥提高了135.33%，并且收獲期時，辣椒果實中總氮、總磷含量分別為（51.82±3 .14）g/kg和（5.13±0.35）g/kg，氮磷積累量增幅最高。由此可說明，水肥一體化技術能夠避免肥料在干土壤表面而造成的揮發(fā)損失和緩慢溶解，更有利于滿足作物所需養(yǎng)分和水分的要求。

4產量及品質

辣椒營養(yǎng)價值高，其鮮辣椒產量居世界首位。維生素C、辣椒素、可溶性糖和可溶性蛋白質是辣椒重要的品質指標[27-28]。眾多研究發(fā)現(xiàn)，水肥的高效耦合比單一的水分或養(yǎng)分管理顯著提高辣椒的產量和品質[29]。胡曉輝等[30]指出，基質相對水量為55%～60%、標準山崎辣椒營養(yǎng)液濃度為100%時，辣椒最終的優(yōu)化產量和果實綜合品質最高。王瑞等[31]采用水肥一體化技術，即施底肥600kg/hm2并追肥5次，每次149.9kg/hm2，結果表明，辣椒單產21544.2 kg/hm2，比常規(guī)施肥增產15.0%。周紅偉等[32]研究表明，與常規(guī)施肥相比，滴灌施肥各處理平均增加可溶性蛋白質0.22g/kg、辣椒素2.30mg/kg、可溶性糖3.42g/kg。單株果數(shù)和單株果質量是決定辣椒產量的關鍵因子，高水處理下辣椒單株果質量最高，而中氮處理下辣椒單株果數(shù)最高，這是因為水分不足而施氮過高時，土壤水分鹽濃度增大，影響辣椒坐果；并且在中水中氮處理下，辣椒產量、維生素C含量顯著高于其他處理。綜上所述，保證辣椒優(yōu)質高產的前提是合理的水肥供應，水肥一體化技術可以使用不同配比的水溶肥，使辣椒充分吸收營養(yǎng)進而增產調質。

5問題與對策

水肥一體化技術作為一項節(jié)水節(jié)肥、增產調質的新型農業(yè)技術，將逐步應用于我國大田試驗并成為未來農業(yè)發(fā)展的必然選擇。但該技術在實際生產中也存在一些不足。

（1）目前水肥一體化技術僅限于對點數(shù)據(jù)的展示，而針對辣椒全生育期的水肥信息做不到完全的精準監(jiān)測和分析[33]。因此，互聯(lián)網(wǎng)+水肥一體化系統(tǒng)對于農業(yè)生產十分必要。通過該系統(tǒng)可以準確收集農田信息，進行墑情監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳送，計算最佳水肥條件及增產率等，可以實現(xiàn)辣椒的精準灌溉和農田的優(yōu)化管理[34]。

（2）農藥對于辣椒的害蟲防治和提高果實質量方面也有不可忽視的作用，而水肥一體化技術沒有將農藥噴灑這一因素考慮在內。近年來，針對水分、肥料和農藥的過量使用導致土壤肥力下降這一問題，許多學者對于水肥藥一體化技術進行了探討。已有研究表明，該技術比常規(guī)栽培技術可以節(jié)水50%、節(jié)肥10%～20%、節(jié)藥15%～25%，并且已應用于西瓜、芹菜、哈密瓜等作物[35]。由此，采用水肥藥一體化技術可以實現(xiàn)水肥平衡、水藥平衡，對實現(xiàn)生態(tài)農業(yè)有一定的推進作用。

（3）針對水肥一體化技術對辣椒的諸多大田試驗研究發(fā)現(xiàn)，涉及建立水肥耦合模型的內容偏少。通過構建辣椒的水肥耦合模型可以找到最佳水肥方案，為辣椒的科學灌溉提供理論依據(jù)。為解決辣椒種植中水肥技術的問題，在今后的大田試驗中，應加強模型構建這方面的研究。

6結束語

水肥一體化技術作為一項資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的新型農業(yè)技術，在節(jié)水省肥、高效增產及提高土壤肥力等方面都有著積極的影響。通過歸納發(fā)現(xiàn)，水肥一體化技術對辣椒生長發(fā)育、干物質積累、水肥效率、產量及品質方面均存在積極影響。統(tǒng)盤考慮辣椒的綜合效益和土壤生態(tài)環(huán)境方面，水肥一體化技術將會廣泛應用于大田試驗研究。同時，應充分利用大數(shù)據(jù)構建一套合理的水肥耦合模型或水肥藥耦合模型，考慮多因素對辣椒的影響，使水肥一體化技術走向可持續(xù)發(fā)展農業(yè)的進程。