不同鉀肥對辣椒品質(zhì)及鎘吸收累積的影響

王磊,安志裝,李虎群,張艷剛,許寧,李佳,梁麗娜,索琳娜*

不同鉀肥對辣椒品質(zhì)及鎘吸收累積的影響

王磊1,安志裝1,李虎群2,張艷剛2,許寧3,李佳4,梁麗娜1,索琳娜1*

1. 北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所, 北京 100097 2. 安新縣植保站, 雄安新區(qū) 071600 3. 河北省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站, 河北 石家莊 050000 4. 河北省畜牧總站, 河北 石家莊 050000

為了揭示鎘污染土壤中施用鉀肥對辣椒的影響，采用大田試驗，研究不同鉀肥處理對辣椒生長狀態(tài)和辣椒不同部位對鎘吸收累積的效果。辣椒通過移栽定植后追肥施入3種鉀肥（硫酸鉀、液體硅鉀肥、磷酸二氫鉀），分別測定辣椒根莖葉的鎘含量，探討3種鉀肥對污染土壤pH及辣椒吸收土壤鎘的差異性。結(jié)果表明：辣椒莖對鎘的富集系數(shù)均大于0.7，對重金屬鎘富集能力較強；辣椒根和果實對鎘的富集系數(shù)均小于0.7，對重金屬鎘富集能力較弱。在土壤肥力相同，且施用尿素1.17 kg/hm2，復(fù)合肥3.33 kg/hm2的情況下，與常規(guī)施肥相比，在開花坐果期葉面噴施硫酸鉀0.67 kg/hm2，液體硅鉀肥1.33 mL/hm2為最佳的鉀肥施用方式，可增加土壤EC、提高土壤pH值，減少土壤中的鎘含量6.7%，提高辣椒產(chǎn)量41.5%，提高辣椒根、莖對鎘的吸收能力，降低辣椒果實中的鎘含量，增加辣椒中的維生素C和辣椒素含量，提高辣椒辣度，改善辣椒品質(zhì)。

鉀肥; 辣椒; 鎘; 品質(zhì)

辣椒是我國蔬菜產(chǎn)業(yè)中主要的蔬菜種類，是主要的調(diào)味品之一，在我國的種植面積非常大，僅次于大白菜[1]。鎘是人體非必需且生物毒性最強的重金屬要素，具有很強的生物遷移性和富集性，極易被植物吸收累積，最終通過食物鏈危害人體健康[2]。Zhao ZQ等[3]研究發(fā)現(xiàn)，硝酸鉀的用量與春小麥對鎘的吸收能力成正相關(guān)，Grant CA等[4]研究表明施用氯化鉀可以提高大麥對鎘的吸收能力，Mclaughlin MJ等[5]研究發(fā)現(xiàn)分別施用氯化鉀與硫酸鉀對馬鈴薯中鎘的影響相同。對于吸收鎘差異性研究多集中在水稻和小麥等作物中，很少集中研究辣椒。因此，研究不同鉀肥對辣椒品質(zhì)和重金屬鎘的積累效應(yīng)對于蔬菜栽培和重金屬污染土壤具有很高的指導(dǎo)價值。本試驗通過不同的鉀肥施用降低辣椒對重金屬鎘的吸收，降低鎘富集系數(shù)，提高辣椒品質(zhì)，達(dá)到辣椒生產(chǎn)與土壤鎘污染修復(fù)協(xié)同效果[8-10]。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于河北雄安新區(qū)安新縣，屬暖溫帶半濕潤大陸季風(fēng)氣候，地理坐標(biāo)為北緯38°10′-40°00′，東經(jīng)113°40′-116°20′。年平均氣溫12.2 ℃，年平均降水529.7 mm。試驗地南北長182 m，東西寬22 m，試驗地四周各留1 m作為保護(hù)行，每小區(qū)30 m×20 m。試驗地前茬作物為小麥-玉米，土壤取樣深度為耕作層0～20 cm，其理化性狀見表1。

表1 供試土壤基本理化性狀

1.2 材料

供試鉀肥：硫酸鉀（50%K2O，18%S，顆粒硫酸鉀肥）、磷酸二氫鉀（34%K2O，51.5%P2O5，以色列化工“諾普豐”PeakMKP磷酸二氫鉀）；液體硅鉀肥（K2O120g/L，Si120g/L，豐采硅鉀元素水溶肥料）；氮肥：尿素（1.17 kg/hm2，46.2%總氮，0.06%多肽，1.18 mm～3.35 mm，含多肽尿素）；復(fù)合肥：高濃度硫酸鉀復(fù)合肥料（3.33 kg/hm2，N-P-K15-15-15，總養(yǎng)分45%）；

1.3 試驗設(shè)計及田間管理

供試?yán)苯菲贩N為三櫻椒（朝天椒），2018年3月16日實地選址，此時辣椒正在育苗；4月27日施肥、打除草劑，然后起壟覆膜起墑7～10 d左右；5月8日于壟上移栽辣椒苗（壟兩側(cè)各植一列）；10月22日辣椒收獲，每處理隨機挖取3株整株辣椒植株，置于尼龍網(wǎng)兜中自然風(fēng)干，分成根、莖稈、果實三部分分別稱重后，粉碎待測，根際土壤風(fēng)干粉碎后待測。

試驗設(shè)置4個處理，每個處理3次重復(fù)：（1）T1：磷酸二氫鉀：1.23 kg/hm2，尿素1.17 kg/hm2，復(fù)合肥3.33 kg/hm2）；（2）T2：硫酸鉀0.83 kg/hm2，液體硅鉀肥66.67 mL/hm2（土壤均勻噴施，稀釋40倍），尿素1.17 kg/hm2，復(fù)合肥3.33 kg/hm2；（3）T3：硫酸鉀0.67 kg/hm2，液體硅鉀肥1.33 mL/hm2（開花坐果期葉面噴施，稀釋1000倍），尿素1.17 kg/hm2，復(fù)合肥3.33 kg/hm2；（4）常規(guī)施肥（CK）：硫酸鉀0.83 kg/hm2，尿素1.17 kg/hm2，復(fù)合肥3.33 kg/hm2。

1.4 樣品采集與測定

1.4.1 產(chǎn)量指標(biāo)每個小區(qū)隨機選取4株進(jìn)行測量，測量果重、莖重、根重及整株重，記錄各處理小區(qū)產(chǎn)量及果實數(shù)，計算總產(chǎn)量，即經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量。

1.4.2 品質(zhì)指標(biāo)采集不同小區(qū)熟度一致的辣椒果實進(jìn)行品質(zhì)鑒定，每個處理采集3個，測定果實維生素C、辣椒素、辣度及二氫辣椒素含量。

1.4.3 土壤指標(biāo)辣椒成熟收獲期采集0～20 cm新鮮土壤樣品，風(fēng)干過篩，測定方法見表2。在每個小區(qū)隨機選擇10株辣椒，將根、莖、果實分別用水清洗干凈后裝袋，在105 ℃下殺青30 min，80 ℃烘至恒重；最后根、莖、果實都用不銹鋼粉碎機粉碎成粉，室溫保存待分析。植株樣品鎘全量測定方法與土壤樣品的測定方法一致。

表2 土壤樣品及辣椒品質(zhì)測定指標(biāo)及方法

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所有測得數(shù)據(jù)均以Excel2019計算并繪制成圖，再依托SPSS19.0進(jìn)行多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鉀肥處理下的土壤鎘含量及相關(guān)性分析

如圖1所示，各處理土壤鎘全量大小順序表現(xiàn)為：T2>T1>CK>T3，T2處理與CK處理差異極顯著，總鎘高14.4%，T3處理土壤鎘與CK處理差異不顯著，鎘全量低6.7%。對不同處理土壤有效態(tài)鎘含量進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，各施肥處理土壤有效態(tài)鎘含量大小順序表現(xiàn)為：T2>T1>CK>T3，其中T2和T1處理有效態(tài)含量較高，均明顯高于CK處理，分別比CK處理高出23.53%和14.7%，T3處理土壤有效態(tài)鎘含量低于CK處理，但無明顯差異。

土壤pH值與土壤鎘全量及有效態(tài)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。除土壤pH值以外，其他所有指標(biāo)含量土與土壤鎘全量及有效態(tài)含量均呈正相關(guān)關(guān)系，其中土壤EC、有效磷、速效鉀與土壤鎘全量及有效態(tài)含量均呈極顯著正相關(guān)，土壤全磷與土壤鎘全量及有效態(tài)含量均呈顯著正相關(guān)，土壤全氮與土壤鎘全量呈顯著正相關(guān)，土壤全氮與土壤鎘有效態(tài)含量呈正相關(guān)關(guān)系。這說明在土壤中施用鉀肥，可以顯著增加土壤肥力，降低土壤中重金屬鎘含量。相關(guān)性分析結(jié)果見表3。

圖1 不同鉀肥處理下的土壤鎘含量

圖柱上不同小寫字母表示差異達(dá)到5%的顯著水平

Different lowercase letters on the column indicate a significant difference of 5%

表3 土壤理化性質(zhì)與重金屬鎘全量及有效態(tài)含量的相關(guān)性分析

*表示5%水平顯著；**表示1%水平顯著（=3）。

*5% is significant; ** 1% is significant（=3）.

2.2 不同鉀肥處理下的辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)

如表4所示，不同鉀肥處理下辣椒產(chǎn)量具有顯著的區(qū)別，田間小區(qū)試驗辣椒整株重最高的處理為T3，與其他處理差異均達(dá)極顯著水平（<0.05）；與常規(guī)施肥CK相比，T2與T3處理分別增產(chǎn)23.1%和41.5%，T1處理與CK處理無顯著性差異，但仍增產(chǎn)4.1%。其中果實、莖產(chǎn)量最高的為T3，與其他處理差異均達(dá)極顯著水平（<0.05），其次為T2>CK≥T1；根的產(chǎn)量4個處理均無顯著性差異。

如表5所示，維生素C是反映辣椒營養(yǎng)品質(zhì)的指標(biāo)之一，辣椒素、二氫辣椒素和辣度是反映辣椒食用品質(zhì)的重要指標(biāo)。由表5可知，各施肥處理對辣椒維生素C的含量影響較大，不同處理對辣椒維生素C含量均呈顯著性差異，總體表現(xiàn)為T3>CK>T1>T2。不同處理對辣椒的辣椒素含量均呈顯著性差異，總體表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK，這也說明辣椒素的含量與鉀肥息息相關(guān)。T3處理下辣椒的二氫辣椒素含量與其他處理間差異均達(dá)顯著水平，T1和CK處理間無顯著性差異。不同處理下辣椒的辣度也是不同的，并且各處理間均呈顯著性差異，總體表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK，辣度隨辣椒素的增長而增長。

表4 不同鉀肥處理下的辣椒產(chǎn)量

表5 不同鉀肥處理下的辣椒品質(zhì)

2.3 不同鉀肥處理下的辣椒吸收累積鎘含量

結(jié)果如表6所示，辣椒不同部位的鎘含量變化較大，鎘含量由大到小的順序依次為：莖>根>果實。不同鉀肥處理下辣椒莖中的鎘含量存在明顯差異，其中以T3處理為最高，顯著高于CK處理（<0.05），比CK處理高出4.38%，T1和T2處理顯著低于CK處理（<0.05），分別比CK處理減少20.16%和28.81%；各處理辣椒根系鎘含量存在顯著性差異，以T2處理為最低，顯著低于其他處理（<0.05）；其含量的大小順序表現(xiàn)為：T2>CK>T1>T3。各處理辣椒果實鎘含量存在顯著性差異，其含量的大小順序表現(xiàn)為CK>T1>T2>T3。

表6 不同鉀肥處理下的辣椒吸收累積鎘含量

2.6 辣椒不同部位的鎘富集系數(shù)

富集系數(shù)是指作物體內(nèi)某一元素含量與土壤中該元素含量之比，數(shù)據(jù)越大說明其對該元素的吸收能力越強[13-17]，通常用于表述作物對重金屬的吸收能力。從表7可知，各處理辣椒的各個部位對鎘的富集系數(shù)均以莖最高，其次是根和果實。各處理辣椒莖對鎘的富集系數(shù)均大于0.7，說明辣椒莖的重金屬鎘富集能力較強；各施肥處理的根和果實對鎘的富集系數(shù)均小于0.7，說明辣椒根和果實的重金屬鎘富集能力較弱。

表7 重金屬鎘在辣椒不同部位的富集系數(shù)

3 討論

土壤重金屬鎘全量和有效態(tài)含量的影響因素有很多，例如土地利用方式、土壤理化性質(zhì)和施肥措施等[18-24]。劉曉燕等[25]研究表明鉀離子在植物體內(nèi)參與多種代謝和生命活動，能夠增強植物的拮抗作用。陳蘇等[26]研究結(jié)果表明，小麥干重與施用硫酸鉀的量成顯著正相關(guān)關(guān)系，能有效減少鎘對小麥的毒害作用。本試驗結(jié)果表明，不同鉀肥組合均降低了辣椒耕層（0～20 cm）土壤鎘有效態(tài)含量，且在葉面噴施硫酸鉀和液體硅鉀肥降低土壤中的鎘含量效果最好。研究表明元素硅對于土壤和植物中的鎘具有鈍化作用，減少其活性，且硅進(jìn)入土壤之后對于土壤pH具有提升作用，加速了土壤中重金屬離子的累積作用，降低辣椒對重金屬鎘的吸收能力。而不同鉀肥處理均沒有增加辣椒中的鎘全量，這可能是施用鉀肥有利于辣椒植株的生長發(fā)育，辣椒莖帶走了大量的活性鎘。本研究采用葉面噴施硫酸鉀和液體硅鉀肥提高pH明顯，減少土壤鎘全量及有效態(tài)含量顯著，能對辣椒起到很好的降鎘效果，說明配施鉀肥和硅肥能作為一種可推廣的植物鎘污染控制技術(shù)。

施肥一直是作物增產(chǎn)的主要因素，不同的施用方式、施用時間均會對作物產(chǎn)生不同的影響，相關(guān)研究表明鉀肥對果實中的微量元素含量與分配具有較大的作用。Zornoza P等[26]研究表明在鎘脅迫條件下，白羽扇豆植株內(nèi)鉀含量明顯降低；Kim CG等[27]研究發(fā)現(xiàn)香芹體內(nèi)鉀的含量與鎘成負(fù)相關(guān)；趙玉霞等[28]的研究結(jié)果表明冬小麥產(chǎn)量、全生育期內(nèi)各器官的吸硫量與施硫肥的量成正比。在本研究中，不同施肥處理均顯著提高了辣椒植株根、莖和果實等部位重金屬的累積量，其原因可能是由于鉀肥的施用，辣椒生物量的增加導(dǎo)致辣椒大量吸收累積鎘。因此需因地制宜地控制鉀肥的施用量和施用方式，以避免其對土壤和作物生產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。而與常規(guī)施肥相比，控釋鉀肥可以增加辣椒產(chǎn)量并提高辣椒品質(zhì)，其增產(chǎn)幅度在4.1%～41.5%。相關(guān)研究表明，在一定范圍內(nèi)，辣椒產(chǎn)量隨氮肥施用量的增加而增大，當(dāng)?shù)实氖┯昧窟^大時，辣椒產(chǎn)量與氮肥的施用量呈反相關(guān)關(guān)系；在一定范圍內(nèi)，辣椒的產(chǎn)量也會隨著磷肥、鉀肥的增加而增大[29-35]。本文在分析不同種類鉀肥對辣椒的產(chǎn)量和品質(zhì)影響中得出，在土壤肥力相同，且每1 hm2的土地施用尿素1.17 kg，復(fù)合肥3.33 kg的情況下，開花坐果期葉面噴施硫酸鉀0.67 kg/hm2，液體硅鉀肥1.33 mL/hm2為最佳的鉀肥用量，對辣椒鎘含量的降低、產(chǎn)量和品質(zhì)提高均具有較好的效果。

4 結(jié)論

（1）辣椒各部分吸收累積鎘含量呈顯著性差異，辣椒莖對鎘富集能力最強，根次之；

（2）不同鉀肥組合對土壤鎘全量和有效態(tài)含量均具有一定的影響，在鎘污染的辣椒種植地上，開花坐果期葉面噴施硫酸鉀0.67 kg/hm2，液體硅鉀肥1.33 mL/hm2為最佳的鉀肥施用方式，可提高土壤pH值，減少土壤中的鎘含量6.7%，提高辣椒產(chǎn)量41.5%，提高辣椒根、莖對鎘的吸收能力，降低辣椒果實中的鎘含量，增加辣椒中的維生素C和辣椒素含量，改善辣椒品質(zhì)；

（3）在辣椒種植生產(chǎn)期間，開花坐果期采用葉面噴施硫酸鉀和液體硅鉀肥，以便更好地控制辣椒中的鎘含量，提高辣椒的產(chǎn)量和品質(zhì)。

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Effects of Different Potassium Fertilizers on the Quality of Pepper and the Absorption Accumulation of Cadmium in Soil

WANG Lei1, AN Zhi-zhuang1, LI Hu-qun2, ZHANG Yan-gang2, XU Ning3, LI Jia4, LIANG Li-na1, SUO Lin-na1*

1.100097,2.071600,3.050000,4.050000,

In order to further clarify the effect of potassium on the quality of Capsicum in cadmium contaminated soil, the effects of different potassium treatments on the growth, physiological characteristics and the absorption and accumulation of cadmium in Capsicum were studied through field experiments. After transplanting and planting, three kinds of potassium fertilizers (potassium sulfate, liquid silicon potassium and potassium dihydrogen phosphm2te) were applied to capsicum for determining the content of cadmium in the roots, stems and leaves of capsicum, respectively. The effects of three kinds of Potassium Fertilizers on the pH of polluted soil and the differences of cadmium uptake by capsicum were discussed. The results showed that the bioaccumulation factor of cadmium in pepper stems was higher than 0.7, and the accumulation ability of cadmium in Pepper roots and fruits was lower than 0.7. The soil fertility is same, and 1 hm2Compared with conventional fertilization, the best way to apply potassium fertilizer is to spray 0.67 kg/hm2of potassium sulfate on the leaves during flowering and fruit setting period, and 1.33 mL/hm2of liquid silicon potassium fertilizer. It can increase soil EC and pH value, reduced the content of cadmium in the soil by 6.7%, increased the output of pepper by 41.5%, increased the absorption capacity of pepper roots and stems to cadmium, and reduce the spicy The content of cadmium in pepper fruit increased the content of vitamin C and capsaicin in pepper, increased the spicy degree and improved the quality of pepper.

Potassium fertilizer; pepper; cadmium; quality

S641.3

A

1000-2324(2021)03-0371-06

2021-02-25

2021-05-18

北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所自主立項課題(YZS201910);國家重點研發(fā)計劃項目(2017YFD0801104);聯(lián)合國開發(fā)計劃署項目:—密云水庫面源污染生態(tài)控制與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展研究(cpr/19/401);北京市農(nóng)林科學(xué)院青年科研基金(QNJJ201810)

王磊(1993-),男,碩士研究生,研究實習(xí)員,研究方向:農(nóng)業(yè)面源污染與土壤重金屬修復(fù). E-mail:yzswanglei@163.com

Author for correspondence. E-mail:suolinna@163.com