優(yōu)化配方施肥對華北地區(qū)露地辣椒產(chǎn)量、品質(zhì)和養(yǎng)分吸收利用的影響

史建碩，郭 麗，王麗英，任燕利，李若楠，張彥才，李廷瑞

（1．河北省農(nóng)林科學院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所，河北 石家莊 050051；2．河北省肥料技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 石家莊 050051）

辣椒是世界上最大的調(diào)味料作物，在60 多個國家和地區(qū)都有種植［1］，中國的辣椒種植面積和產(chǎn)量均居世界首位［2］。辣椒生育期需肥量較大，合理施肥可提高辣椒產(chǎn)量、品質(zhì)、養(yǎng)分吸收等性狀［3-4］。合理施氮能顯著提高辣椒結(jié)果數(shù)、單果重、維生素C 和可溶性固形物含量［4］。磷以多種方式參與植物體內(nèi)的代謝過程，促進根系對養(yǎng)分和水分的吸收利用，適量的氮磷肥能夠提高辣椒產(chǎn)量、品質(zhì)，調(diào)節(jié)養(yǎng)分吸收［5］，有機肥配施磷鉀肥能夠疏松土壤，穩(wěn)定pH，提高土壤供氮能力［6］。有研究表明，鈣能夠維持細胞壁穩(wěn)定［7］，改善作物光合特性［8］，提高作物中微量元素含量，顯著降低干燒心病和臍腐病的發(fā)病率［9］；鎂能夠促進作物根系發(fā)育［10］，提高葉綠素含量［11］，促進作物對水肥的吸收，提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)［12］。

目前，露地辣椒普遍存在盲目過量投入化肥的現(xiàn)象，大量施用化肥增產(chǎn)效果不再明顯，且由此引發(fā)了一系列生態(tài)環(huán)境問題［13-14］。施氮過量易改變土壤微環(huán)境，不利于植株吸收利用［15］，最終導致作物產(chǎn)量降低和品質(zhì)下降［5］。當施磷量超過一定水平則會降低辣椒根冠比和土壤酸性磷酸酶活性，不利于磷素的吸收利用［16］。過量施用氮肥，磷、鉀肥供應不合理，不重視有機肥和中微量元素的投入，是我國露地辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)降低以及肥料浪費嚴重的主要原因。忽略有機肥的投入，容易導致土壤板結(jié)，有機質(zhì)含量和土壤肥力降低。隨著大量元素的不斷施入，限制作物產(chǎn)量的因子從單養(yǎng)分因子逐漸變?yōu)槎鄠€養(yǎng)分因子或從大量元素逐漸變?yōu)橹辛亢臀⒘吭兀?7］，中微量元素逐漸成為限制辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)的“短板”［12］。

因此，迫切須要探討露地辣椒科學合理的施肥管理措施。當前多以化肥或有機無機配施為主要研究對象，而對于添加中微量元素以及優(yōu)化施肥量對辣椒生長、養(yǎng)分吸收利用的研究鮮有報道。本文通過優(yōu)化施氮量、有機無機配施和添加中微量元素的田間試驗，研究了優(yōu)化施肥對露地辣椒生長、養(yǎng)分吸收利用和經(jīng)濟效益的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2017 年5 ～10 月在河北雞澤正言堡進行。供試土壤為砂壤質(zhì)潮土，基礎(chǔ)土壤耕層主要理化性質(zhì)：容重1.45 g/cm3，硝態(tài)氮160.3 mg/kg，有效磷37.6 mg/kg，速效鉀140 mg/kg，交換性鈣7.61 g/kg， 交 換 性 鎂560.1 mg/kg， 有 效 硼1.34 mg/kg，pH 7.76。供試辣椒品種為羊角紅一號，2017 年5 月10 日定植，10 月21 日拉秧，采用大小行平栽種植，大行距80 cm，小行距40 cm，株距30 cm。

1.2 供試肥料

有機肥為發(fā)酵牛糞商品有機肥（N 1.67%，P2O50.43%，K2O 0.95%，含水率13.05%），化肥為尿素（N 46.2%）、磷酸一銨（12-61-0）、硫酸鉀（K2O 51%）、過磷酸鈣（P2O512%）、氯化鈣（工業(yè)級，98%）、無水硫酸鎂（工業(yè)級，99%）、硼砂（工業(yè)級，95%）。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置6 個施肥處理：不施化肥氮（N0）、80%N 優(yōu)化配方施肥（N1）、優(yōu)化配方施肥（N2）、120%N 優(yōu)化配方施肥（N3）、優(yōu)化配方施肥添加中微量元素（N2+TE）和常規(guī)施肥（CF），每個處理3 次重復，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積100 m2，長寬均為10 m。各處理肥料養(yǎng)分投入量見表1。

表1 各處理施肥量 （kg/hm2）

優(yōu)化配方施肥：按照每生產(chǎn)1000 kg 鮮辣椒需吸收N 5.19 kg、P 0.47 kg、K 5.40 kg 的養(yǎng)分比例［18］確定施N 350 kg/hm2、P2O5129 kg/hm2、K2O 439 kg/hm2。有機肥以磷帶入量推薦，施磷量（P2O5）為32 kg/hm2，替代推薦施磷量的25%，一次性基施。

化肥基施N、P2O5、K2O 養(yǎng)分量為化肥氮、磷、鉀推薦量的30%、70%、40%，追肥3 次，第1 次追肥30%N、10%P2O5、10%K2O，第2 次 追 肥20%N、10%P2O5、20%K2O，第3 次 追 肥20%N、10%P2O5、30%K2O。中微量元素肥料采用氯化鈣75 kg/hm2，無水硫酸鎂37.5 kg/hm2，硼砂7.5 kg/hm2，配合有機肥全部基施。田間灌溉、植保管理按照當?shù)爻Ｒ?guī)管理。

1.4 樣品采集與測定方法

產(chǎn)量和品質(zhì)：按小區(qū)記錄產(chǎn)量，小區(qū)總產(chǎn)量為每次收獲辣椒產(chǎn)量總和；結(jié)果中期，每小區(qū)采集10 個代表性辣椒測定品質(zhì)，硝酸鹽測定采用紫外分光光度法，可溶性總糖測定采用蒽酮比色法，維生素C 測定采用2，6-二氯靛酚法，可溶性固形物測定采用糖量計法。

辣椒植株全量養(yǎng)分：在辣椒采收中期，每小區(qū)采集2 株代表性辣椒植株，將根、莖、葉、果實分別烘干后記錄干物重，粉碎過0.5 mm 篩后，用濃硫酸-雙氧水消煮，凱氏定氮儀測定全氮含量，全磷含量按照NY/T 2421-2013 進行測定，全鉀含量采用火焰光度法測定。

氮肥表觀利用率（%）=（施氮肥處理辣椒吸收氮量-不施氮肥處理辣椒吸收氮量）/施氮量×100；氮肥農(nóng)學效率（kg/kg）=（施氮處理辣椒果實產(chǎn)量-不施氮肥處理辣椒果實產(chǎn)量）/施氮量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010、SAS 9.4 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，用Duncan 新復極差法進行顯著性檢驗（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 優(yōu)化配方施肥對露地辣椒產(chǎn)量的影響

由表2 可知，優(yōu)化配方施肥在基施有機肥基礎(chǔ)上，通過調(diào)整氮磷鉀配比，較常規(guī)施肥的氮磷鉀總養(yǎng)分量減施8.18%～33.90%。增施氮肥和優(yōu)化配方施肥能夠顯著增加露地辣椒單果重和產(chǎn)量，較N0 處理增產(chǎn)8.22%～34.50%，較CF 處理增產(chǎn)2.60%～27.52%。說明在基施有機肥基礎(chǔ)上，通過配方優(yōu)化和添加中微量元素，不僅減少了化肥投入，而且提高了辣椒產(chǎn)量；優(yōu)化配方施肥處理中，以N2+TE 處理表現(xiàn)最好，辣椒單果重較N0 和CF處理分別增加26.63%和20.55%，辣椒產(chǎn)量較N0和CF 處理分別增加34.50%和27.52%，較N2 處理增加15.49%，差異均達顯著水平，說明添加中微量元素對露地辣椒的增產(chǎn)效果顯著；優(yōu)化配方施肥處理中N2 處理較N0 處理增產(chǎn)顯著，但與CF 處理產(chǎn)量差異未達到顯著水平，說明優(yōu)化配方施肥，減少化肥投入未降低辣椒產(chǎn)量。

2.2 優(yōu)化配方施肥對露地辣椒品質(zhì)的影響

硝酸鹽、可溶性總糖、維生素C 以及可溶性固形物含量表征了露地辣椒的營養(yǎng)品質(zhì)。由表3 可知，露地辣椒硝酸鹽含量隨著施氮量的增加而增加，CF 處理最高，達247.81 mg/kg，較N0 處理增加34.94%，差異顯著；優(yōu)化配方施肥處理中，N2處理硝酸鹽含量最低，與N3 處理差異顯著，與N1和N2+TE 處理差異不顯著，但均低于CF 處理，說明優(yōu)化配方施肥可顯著降低露地辣椒硝酸鹽含量。露地辣椒可溶性總糖含量以N2+TE 處理最佳，較其他處理提高6.92%～27.67%，除CF 處理外，與其他處理差異均達到顯著水平；與N2 處理相比，添加中微量元素能夠顯著提高辣椒可溶性總糖含量，增幅為26.93%，說明優(yōu)化配方施肥中配施中微量元素，有助于提高露地辣椒可溶性總糖含量。辣椒維生素C 含量以N1 處理最高，與其他優(yōu)化配方施肥以及CF 處理差異顯著，CF 處理維生素C含量最低，總體趨勢為辣椒維生素C 含量隨著施肥量增加而降低。不同施肥處理的辣椒可溶性固形物含量在7.82%～8.73%之間，其中N2+TE 處理最高，但各處理之間差異不顯著。

表3 優(yōu)化配方施肥對露地辣椒品質(zhì)的影響

2.3 優(yōu)化配方施肥對露地辣椒養(yǎng)分吸收的影響

由表4 可知，優(yōu)化配方施肥對辣椒氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量影響較大。優(yōu)化配方施肥處理辣椒氮素吸收量、磷素吸收量和鉀素吸收量均呈隨著施氮量的增加而增加的趨勢。N2+TE 處理辣椒氮素吸收量顯著高于N0 和CF 處理，分別增加55.41 和45.13 kg/hm2，增幅達39.65%和30.08%；磷素吸收量也表現(xiàn)出同樣的規(guī)律，較N0 和CF 處理分別增加48.21%和47.95%；鉀素吸收量低于N3 處理，但顯著高于CF 處理，增加41.37%。N2+TE 處理辣椒氮素吸收量和鉀素吸收量與N2 處理差異不顯著。這表明通過優(yōu)化配方施肥能顯著提高氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量，添加中微量元素未顯著提高氮、鉀養(yǎng)分吸收量。

表4 優(yōu)化配方施肥下辣椒氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量（kg/hm2）

2.4 優(yōu)化配方施肥對氮肥利用效率的影響

氮肥的表觀利用率和農(nóng)學效率反映了作物對氮肥的吸收利用效率，也是檢驗氮肥施用量是否合理的指標。由表5 可知，氮肥表觀利用率隨著氮肥用量的增加呈遞減趨勢，但整體利用率較低，介于13.24%～24.63%之間，N2 處理最低，N2+TE 處理顯著高于其他處理；氮肥的農(nóng)學效率也表現(xiàn)出類似規(guī)律，為10.78 ～54.31 kg/kg，N2+TE 處理最高，顯著高于其他處理。比較不同優(yōu)化配方施肥處理，N2+TE 處理氮肥的表觀利用率和農(nóng)學效率均較高，這可能是由于添加中微量元素與氮磷鉀產(chǎn)生協(xié)同作用，促進了辣椒對養(yǎng)分的吸收從而提高了產(chǎn)量。

表5 不同優(yōu)化配方施肥下氮肥表觀利用率和農(nóng)學效率

根據(jù)露地辣椒產(chǎn)量水平和養(yǎng)分吸收量，以N2+TE處理為例，得到露地辣椒全生育期內(nèi)吸收的N、P2O5和K2O 量 分 別 為195.17、76.03 和288.62 kg/hm2，每形成1000 kg 鮮辣椒N、P2O5和K2O 吸收量分別為4.10、1.59 和6.06 kg，N∶P2O5∶K2O 為1∶0.39∶1.48，與湯宏等［19］在湖南露地辣椒上的研究結(jié)果基本一致。

2.5 優(yōu)化配方施肥對露地辣椒經(jīng)濟效益的影響

在基施有機肥基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化配方施肥，減少了化肥用量。優(yōu)化配方施肥處理氮素用量較CF 處理降低了12.15%～32.15%，磷素降低了48.40%，鉀素提高了25.43%。由表6 可知，露地辣椒以N2+TE 處理產(chǎn)值最高，達95280元/hm2，較CF 處 理 增 加27.52%，其 次 為N2 處理；N2+TE 處理收益最高，較CF 處理增收19622元/hm2，增幅達28.29%，其次為N2 和N1 處理。N2+TE 處理的產(chǎn)投比顯著高于N0 和N3 處理，較CF 處理增加8.55%，但差異未達到顯著水平，說明優(yōu)化施肥能夠提高露地辣椒產(chǎn)值和純收益。

表6 優(yōu)化配方施肥下辣椒的經(jīng)濟效益

3 討論

3.1 不同施肥處理對辣椒產(chǎn)量的影響

優(yōu)化施肥是根據(jù)農(nóng)作物需肥規(guī)律、土壤供肥特性和肥料效應，在施用有機肥料的基礎(chǔ)上，提出氮、磷、鉀和中微量肥料的用量、配比及其施用技術(shù)［20］，能夠提高作物產(chǎn)量。高原等［21］研究表明，基施黃腐酸肥料條件下，減施15%的化肥可顯著提高設(shè)施辣椒的產(chǎn)量。張春霞等［22］通過優(yōu)化常規(guī)施肥的氮素投入量，提高了番茄產(chǎn)量、經(jīng)濟效益和氮素利用率，同時降低了環(huán)境污染的風險。李子雙等［5］通過三因素二次飽和D-最優(yōu)設(shè)計方法研究表明，硅鈣肥、氮肥、磷肥具有提高辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)、調(diào)節(jié)辣椒營養(yǎng)元素吸收等功能。本研究顯示，在基施有機肥的基礎(chǔ)上，辣椒產(chǎn)量隨施氮量增加呈先增加后降低的趨勢，這與前人在四川［23］、貴州［24］、海南［25］針對不同品種辣椒產(chǎn)量的研究結(jié)果趨勢基本一致。本研究條件下，添加鈣鎂硼中微量元素處理可顯著增加辣椒產(chǎn)量，李子雙等［5］研究認為硅鈣肥可增加辣椒產(chǎn)量，王秀娟等［12］研究表明硅鈣肥、鎂肥和復合微肥可增加辣椒產(chǎn)量，硼肥和鋅肥對辣椒增產(chǎn)效果不顯著，而劉建玲等［26］研究發(fā)現(xiàn)鋅肥和硼肥在辣椒上有顯著增產(chǎn)效應。中微量元素肥效與土壤中微量元素含量有關(guān)，另外，還可能是通過提高辣椒商品果率達到顯著增產(chǎn)的效果。

3.2 不同施肥處理對辣椒品質(zhì)的影響

硝酸鹽、可溶性總糖、維生素C 和可溶性固形物含量是反映辣椒品質(zhì)的重要指標。配施有機肥能顯著降低蔬菜硝酸鹽含量［27-28］，但需要合理搭配化肥施用，史建碩等［29］研究發(fā)現(xiàn)在不施化學磷肥的基礎(chǔ)上配施有機肥氮素投入量過高可能增加番茄果實的硝酸鹽含量。本試驗研究條件下，常規(guī)施肥處理的辣椒果實硝酸鹽含量顯著高于其他處理，其次為120%N 優(yōu)化配方施肥處理，但均低于國家規(guī)定的標準。辣椒是維生素C 含量較高的蔬菜之一［28］，黃科等［30］發(fā)現(xiàn)辣椒維生素C 含量與鉀肥顯著相關(guān)，與氮肥合理配施效果更加顯著。喻華等［23］研究表明辣椒維生素C 含量隨施肥量增加呈先增加后降低的趨勢。本研究顯示，不施化肥氮和80%N 優(yōu)化配方施肥處理辣椒維生素C 含量最高，顯著高于其他處理，且隨著施肥量增加而降低，說明當總施鉀量為439 kg/hm2時，合理的氮肥配施用量為125 ～305 kg/hm2。文廷剛等［31］研究發(fā)現(xiàn)增施有機復合肥和鋅肥能夠提高辣椒可溶性總糖含量，李子雙等［5］研究發(fā)現(xiàn)影響辣椒綜合品質(zhì)的順序為硅鈣肥＞磷肥＞氮肥。本試驗增施中微量元素，有助于提高露地辣椒可溶性總糖和可溶性固形物含量。整體上來看，優(yōu)化施肥基礎(chǔ)上增施中微量元素處理辣椒果實品質(zhì)效果最好。

3.3 不同施肥處理對辣椒養(yǎng)分吸收利用的影響

辣椒的養(yǎng)分吸收量與產(chǎn)量密切相關(guān)，是影響辣椒產(chǎn)量和肥料利用率的重要因素。大量研究表明，有機無機配施［19，32］、平衡施肥［33-34］、中微量元素［12］可提高辣椒的養(yǎng)分吸收量。本試驗中優(yōu)化施肥添加中微量元素處理的氮和磷吸收量最高，分別為195.17 和33.20 kg/hm2，顯著高于不施化肥氮和常規(guī)施肥處理，但添加中微量元素并未增加辣椒鉀的吸收量。王秀娟等［12］研究發(fā)現(xiàn)增施硅鈣肥、鎂肥、復合微肥、硼肥提高對鉀的吸收，但增施鋅肥反而降低對鉀的吸收。分析原因，在氮磷鉀養(yǎng)分供應充足的條件下，中微量元素的施用效果與土壤中微量元素豐缺密切相關(guān)，同時注意與鉀肥的合理搭配。與常規(guī)施肥相比，本試驗采用有機肥與化肥配施模式和養(yǎng)分總量控制“減氮、控磷、增鉀”技術(shù)，來實現(xiàn)優(yōu)化配方施肥的增產(chǎn)、提質(zhì)、增效。優(yōu)化配方施肥確定施N 為350 kg/hm2，P2O5為129 kg/hm2，K2O 為439 kg/hm2，較常規(guī)施肥減氮22.22%，減磷48.40%，增鉀25.43%。與高原等［21］基施600 kg/hm2黃腐酸鉀的基礎(chǔ)上最優(yōu)施氮量和施磷量相當，與劉建玲等［26］不施有機肥條件下的最優(yōu)氮磷鉀用量相當。本試驗中氮肥表觀利用率為13.24%～24.63%，農(nóng)學效率為10.78 ～54.31 kg/kg，較許仙菊等［35］研究結(jié)果相當或偏高，而低于張萌等［36］添加生物炭及脲酶抑制劑的研究結(jié)果，這可能是與基礎(chǔ)地力較高導致氮肥當季利用率不高有關(guān)。添加中微量元素的優(yōu)化施肥處理的農(nóng)學效率高于常規(guī)水平［35-36］，表明添加中微量元素對氮肥利用率影響不大，但是能顯著提高氮肥的農(nóng)學效率，這與添加中微量元素可顯著提高露地辣椒產(chǎn)量的結(jié)果相一致。

3.4 不同施肥處理對辣椒經(jīng)濟效益的影響

優(yōu)化施肥能夠促進辣椒生長、提高產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，也有利于土壤養(yǎng)分協(xié)調(diào)供應，保障土壤健康［37-38］。通過有機肥部分替代化肥，增加了一些成本投入，但辣椒收益增加3995 ～19622 元/hm2，尤其優(yōu)化施肥添加中微量元素處理，雖然成本較常規(guī)施肥增加938 元/hm2，但收益增加28.29%，并且產(chǎn)投比顯著高于常規(guī)施肥處理，說明有機無機配施、合理的氮磷鉀配比以及中微量元素的添加是提高辣椒經(jīng)濟效益的重要措施，這與王彥飛等［3］、李順等［39］研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

在磷、鉀肥充足供應條件下，通過基施有機肥、優(yōu)化施氮量和添加中微量元素措施的優(yōu)化施肥能夠顯著增加辣椒單果重和產(chǎn)量，尤其優(yōu)化施肥添加中微量元素增產(chǎn)效果最好；提高了果實可溶性總糖和可溶性固形物含量，降低了果實硝酸鹽含量，提高了辣椒品質(zhì)。通過基施有機肥，較常規(guī)施肥減少了化肥用量，節(jié)約了肥料成本，顯著提高了氮、磷吸收總量，提高了肥料農(nóng)學效率、辣椒產(chǎn)值和經(jīng)濟效益。因此，華北地區(qū)露地辣椒在基施有機肥7500 kg/hm2的基礎(chǔ)上，推薦N、P2O5、K2O 施用量為225、97、368 kg/hm2，適量添加鈣、鎂、硼等中微量元素能夠顯著提高產(chǎn)量、品質(zhì)、養(yǎng)分吸收和經(jīng)濟效益。每形成1000 kg 鮮辣椒N、P2O5和K2O 養(yǎng)分吸收量分別為4.10、1.59 和6.06 kg，N∶P2O5∶K2O為1∶0.39∶1.48。