氮肥用量對(duì)設(shè)施辣椒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)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(nóng)業(yè)科學(xué)院吐魯番農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,新疆吐魯番 838000 ; 2.新疆吐魯番市高昌區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,新疆吐魯番 838000;3.托克遜縣農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)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(guò)量的氮肥不僅對(duì)蔬菜本身生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響，常年大量氮的累計(jì)還會(huì)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(wèn)題。研究設(shè)施辣椒最適施氮量對(duì)生產(chǎn)上確立設(shè)施辣椒氮肥用量有實(shí)際意義。【前人研究進(jìn)展】氮肥是植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)的主要元素之一，其過(guò)量施用對(duì)蔬菜的產(chǎn)量、品質(zhì)等會(huì)造成不良影響。研究表明，當(dāng)對(duì)作物供應(yīng)過(guò)多氮素時(shí)，作物易倒伏，貪青晚熟，結(jié)實(shí)率低，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量下降，品質(zhì)變劣，容易發(fā)成病蟲害[6-7]。何志學(xué)等[8]研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)量施用氮肥，會(huì)導(dǎo)致單株果數(shù)減少，抑制了辣椒果實(shí)的膨大，影響產(chǎn)量。也有研究者發(fā)現(xiàn)[9-12]，氮肥的合理施用可改善辣椒果實(shí)VC的水平,但氮肥用量過(guò)多會(huì)降低其含量，且隨施氮量的增加，辣椒果實(shí)中硝酸鹽含量也隨之增加?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】辣椒生產(chǎn)因不同地域、不同種植模式、氣候、土壤和人的行為等會(huì)導(dǎo)致氮肥運(yùn)用的差異。研究設(shè)施辣椒最適施氮量?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】分析不同氮水平對(duì)設(shè)施辣椒生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響，研究施氮量與產(chǎn)量的模擬關(guān)系，為吐魯番設(shè)施辣椒合理使用氮肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2018年2～6月在吐魯番市高昌區(qū)亞爾鎮(zhèn)呂棕村設(shè)施基地進(jìn)行。在施肥前，采取“S”形5點(diǎn)混合采土法，采集0～30 cm深層土壤。試驗(yàn)地土壤為砂壤土，土壤基本農(nóng)化性狀如下：pH值7.62，有機(jī)質(zhì)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(hào)，為吐魯番設(shè)施辣椒基地主栽品種。

氮肥為尿素(含N≥46.4%)，磷肥為重過(guò)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(nóng)家肥1 000 kg/667 m2，按照劃定的小區(qū)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(qū)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(qiáng)通風(fēng)，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(qū)除施肥量不同外，其他農(nóng)事操作與常規(guī)種植一致。

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用“2+x”試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，"2”是指常規(guī)施肥和優(yōu)化施肥，“x”指氮肥總量控制。試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，即①無(wú)氮區(qū)、②70%優(yōu)化施氮區(qū)、③優(yōu)化氮區(qū)、④130%優(yōu)化施氮區(qū)、⑤常規(guī)施肥。試驗(yàn)每個(gè)處理3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)，小區(qū)隨機(jī)排列，四周設(shè)保護(hù)行，小區(qū)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(cè)定指標(biāo)

植株生長(zhǎng)性狀測(cè)定，每小區(qū)隨機(jī)選取10株掛牌標(biāo)記，對(duì)標(biāo)記的植株每7 d進(jìn)行一次調(diào)查，調(diào)查項(xiàng)目為葉色、株高、莖粗、節(jié)間長(zhǎng)、葉長(zhǎng)、葉寬等指標(biāo)。其中株高、葉長(zhǎng)、葉寬用卷尺測(cè)量；莖粗用電子數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量主蔓莖基部粗度；節(jié)間長(zhǎng)度用游標(biāo)卡尺測(cè)量固定節(jié)位的長(zhǎng)度；果實(shí)成熟后采集樣品分別測(cè)量其長(zhǎng)度、鮮重、干重；收獲后期，測(cè)量標(biāo)記植株的鮮重、干重、氮、磷、鉀含量。

氮肥貢獻(xiàn)率(nitrogen fertilizer contribution rate,NCR)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮區(qū)產(chǎn)量×100%；

氮肥農(nóng)學(xué)利用率(agronomic efficiency of applied N, AEN)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮量；

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

氮肥偏生產(chǎn)力(partial factor productivity of applied N,PFPN) =施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量;

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)在Microsoft Excel 2007中完成，使用SPASS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮處理對(duì)辣椒生長(zhǎng)發(fā)育性狀的影響

研究表明，隨著施肥量增加，辣椒株高、莖粗、節(jié)間長(zhǎng)度整體不斷遞增，無(wú)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(jié)間長(zhǎng)在處理5達(dá)到最大值，而處理5的莖粗卻小于其它處理，各處理葉片長(zhǎng)度、寬度無(wú)顯著差異。處理3的果長(zhǎng)值和單株果數(shù)最大，處理4和處理5的植株長(zhǎng)勢(shì)較旺，但果實(shí)長(zhǎng)度和單株果數(shù)均小于處理3，且處理3與處理5果長(zhǎng)和單株果數(shù)在0.05水平上差異顯著，氮肥過(guò)量施用可導(dǎo)致辣椒營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛，影響果實(shí)的生長(zhǎng)。表2

表2 不同施氮處理下辣椒生長(zhǎng)發(fā)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(shù)據(jù)差異達(dá)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(duì)辣椒產(chǎn)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(wú)氮肥處理產(chǎn)量高，分別增產(chǎn)67%、98%、77%、97%，經(jīng)方差分析,各處理單產(chǎn)差異極顯著。通過(guò)LSD多重比較，處理2、處理3、處理4、處理5產(chǎn)量與對(duì)照達(dá)到極顯著水平，處理3產(chǎn)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(dá)到一定水平對(duì)辣椒產(chǎn)量無(wú)顯著影響。表3～5

表3 不同處理辣椒產(chǎn)量
Table 3 Pepper yield of different treatments

處理Treatment單果重 Weight per fruit (g)小區(qū)平均產(chǎn)量Plot average yield(kg)產(chǎn)量Yield(kg/667m2)增產(chǎn)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(lái)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(nèi)Within the group4 270 515.55317251 206.797總計(jì)Total18 464 266.3321

注：顯著性水平為1%

Note:Significance level was 1%

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

排序位次Rank處理Treatment產(chǎn)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(chǎn)量之間的數(shù)學(xué)模型

以各處理純氮施用量為自變量，辣椒產(chǎn)量為因變量，對(duì)二者進(jìn)行二次曲線模擬，辣椒產(chǎn)量和用氮量存在顯著相關(guān)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(chǎn)量在一定施氮量范圍內(nèi)隨氮肥施用量的增加而增加，當(dāng)?shù)适┯昧窟_(dá)到一定程度時(shí)，產(chǎn)量隨著施氮量的增加而降低?？梢杂迷撃Ｐ凸浪憷苯返淖罴咽┑?，即當(dāng)純氮施用量為25.9 kg/667m2時(shí)，辣椒產(chǎn)量達(dá)到最大值，為4 586.3 kg/667m2。圖1

圖1 氮肥水平與產(chǎn)量之間數(shù)學(xué)模型
Fig.1 The mathematical model between nitrogen level and yield

2.4 不同施氮處理對(duì)辣椒經(jīng)濟(jì)效益的影響

研究表明，優(yōu)化氮區(qū)的純收入最高，收入11 211.17元/667m2，其次是常規(guī)施肥區(qū)，均達(dá)到了收入10 000元/667m2以上，無(wú)氮區(qū)的純收入最低，收入為5 676.09元/667m2。同常規(guī)處理相比，優(yōu)化氮區(qū)比常規(guī)處理增收731.21元/667 m2，且優(yōu)氮區(qū)的產(chǎn)投比最高，為60.19，而產(chǎn)投比最低的為常規(guī)處理，為13.27。優(yōu)化氮區(qū)的施氮量比較合理。表6

表6 不同施氮處理下辣椒經(jīng)濟(jì)效益
Table 6 The economic benefit of pepper in different nitrogen treatments

處理Treatment產(chǎn)值Output value(元/667m2)肥料成本Fertilizer outlays(元/667m2)純收益Net income(元/667m2)較常規(guī)施肥增收Increased income compared with conventional fertilization(元/667m2)產(chǎn)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(jià)格均價(jià)2.5元/kg；尿素按 2.0元/kg;重過(guò)磷酸鈣按3.0元/kg;硫酸鉀3.6元/kg;人工、水電、農(nóng)家肥等未計(jì)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(duì)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(xiàn)率、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥吸收利用率呈現(xiàn)先增大后降低的變化規(guī)律。三者在處理3(優(yōu)化施肥處理)達(dá)到最大值，分別為49.56%、150.67 kg/kg、21.7%。氮肥偏生產(chǎn)力隨氮肥用量增加呈下降趨勢(shì)，變化幅度在141.94～364.84 kg/kg。不同施氮處理間氮肥貢獻(xiàn)率、農(nóng)學(xué)效率、吸收利用率、偏生產(chǎn)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(xiàn)率NCR(%)氮肥農(nóng)學(xué)效率NAE(kg/kg)氮肥吸收利用率REN(%)氮肥偏生產(chǎn)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(dá)5%顯著水平

Note:Lowercase letters indicate significant at 5% level

3 討 論

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，化學(xué)氮肥對(duì)蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)起到了關(guān)鍵的作用，適時(shí)適量地施用氮肥才能使蔬菜正常生長(zhǎng)發(fā)育，使蔬菜產(chǎn)量增加，品質(zhì)提高[13]。韓明珠等[14]研究發(fā)現(xiàn)，隨著施氮量的增加，辣椒株高、分枝數(shù)、莖葉重、根重和根冠比等農(nóng)藝性狀指標(biāo)均隨之增加，但施氮量過(guò)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(shù)目、果實(shí)縱橫莖，隨著施氮量的增加，在整個(gè)生育期內(nèi)大致呈先增加后降低的趨勢(shì)。試驗(yàn)研究表明，隨著施氮量的增加，辣椒株高、莖粗、節(jié)間長(zhǎng)度整體不斷遞增，但果實(shí)長(zhǎng)度和單株果數(shù)卻先增加后降低，說(shuō)明適量氮肥可顯著促進(jìn)植株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，而過(guò)多的氮肥導(dǎo)致辣椒營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)旺，影響結(jié)果量和果實(shí)大小。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氮肥可顯著增加辣椒的產(chǎn)量，當(dāng)施氮量達(dá)到25.9 kg/667 m2，產(chǎn)量達(dá)到最大值，超過(guò)這一水平，產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)。相關(guān)研究亦表明，番茄施氮量在12.3 kg/667 m2時(shí)，可獲得最高產(chǎn)量，施氮量繼續(xù)增加，反而會(huì)引起產(chǎn)量的下降[16]。說(shuō)明一定范圍內(nèi)氮肥施用量與蔬菜的產(chǎn)量成正比關(guān)系，超出這個(gè)界限，氮肥的施用量對(duì)蔬菜的產(chǎn)量影響不明顯。

氮肥與作物的氮肥利用效率密切相關(guān)，一般作物的產(chǎn)量和對(duì)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(guó)際上通用的氮肥利用率定量指標(biāo)包括肥料偏生產(chǎn)力、氮肥吸收利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力[17-18]。試驗(yàn)各處理隨著氮水平提高，氮肥貢獻(xiàn)率、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥吸收利用率呈現(xiàn)先增大后降低的變化規(guī)律，且各處理的氮肥利用效率均呈現(xiàn)顯著差異性，這與何志學(xué)等[7]關(guān)于氮肥對(duì)辣椒養(yǎng)分利用率的研究結(jié)果相同，說(shuō)明氮肥的用量對(duì)氮肥的利用效率影響較大，施肥量只有在一定范圍內(nèi)，增施氮肥才能提高利用效率。

4 結(jié) 論

4.1 適量的氮肥可顯著促進(jìn)植株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，增加辣椒的產(chǎn)量，過(guò)多的氮肥導(dǎo)致辣椒營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)旺，影響結(jié)果量和果實(shí)大小，最終影響產(chǎn)量。

4.2 以各處理純氮施用量為自變量，辣椒產(chǎn)量為因變量，對(duì)二者作二次曲線模擬，辣椒產(chǎn)量和用氮量存在顯著相關(guān)性。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)純氮施用量為25.9 kg/667 m2時(shí)，辣椒產(chǎn)量達(dá)到最大值4 586.3kg/667 m2。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益比較中，優(yōu)化氮區(qū)產(chǎn)值最高，且肥料投入低于常規(guī)施肥，相應(yīng)的產(chǎn)投比高，所以純收入高于常規(guī)區(qū)，是比較經(jīng)濟(jì)合理的施肥方案。

4.4 優(yōu)化施肥處理的氮肥貢獻(xiàn)率、氮肥農(nóng)學(xué)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(guī)律。氮肥偏生產(chǎn)力隨氮肥用量增加呈顯著下降趨勢(shì)。