亞高溫下土壤含水率對(duì)辣椒生長(zhǎng)發(fā)育的影響

劉文宇 ，李彥儀 ，李 欣 ，余林蔓 ，張宇民

（河海大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 211100）

0 引言

辣椒原產(chǎn)于中部美洲，包括墨西哥、秘魯?shù)鹊?，其?duì)種植環(huán)境的敏感度較高。我國(guó)絕大部分地區(qū)處于北溫帶，冬暖夏涼，光照充足，適合大面積種植生產(chǎn)辣椒。然而近年來(lái)隨著溫室效應(yīng)的加劇，全球氣溫顯著升高[1]，大棚、溫室辣椒越夏栽培的難度增大，辣椒的生長(zhǎng)發(fā)育受到嚴(yán)重影響。同時(shí)，植物長(zhǎng)勢(shì)減弱，抗性降低，進(jìn)而導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)下降。研究辣椒耐熱性相關(guān)機(jī)理，培育耐熱品種成為應(yīng)對(duì)高溫問(wèn)題的關(guān)鍵途徑之一。國(guó)內(nèi)外研究者已從不同的角度對(duì)熱脅迫下的辣椒生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)行研究[2-3]，對(duì)辣椒耐熱品種選育具有一定的參考價(jià)值[4]。潘寶貴等研究高溫脅迫對(duì)不同品種辣椒光合作用的影響[5]。胡志輝等對(duì)辣椒新品種耐熱性鑒定方法進(jìn)行分析[6]。Karni等研究熱脅迫對(duì)辣椒花粉的發(fā)育和生活力的影響[7]。孟令波等研究高溫脅迫黃瓜幼苗根系生長(zhǎng)的影響，指出了主根生長(zhǎng)變化率與溫度脅迫呈正相關(guān)[8]。但這些研究大多建立在單方面的亞高溫條件下，忽視了土壤含水率的改變對(duì)辣椒生長(zhǎng)的影響。同時(shí)，我國(guó)夏季適宜種植辣椒地區(qū)的溫度基本屬于介于常溫和高溫之間的亞高溫，以上研究對(duì)我國(guó)眾多農(nóng)戶(hù)種植的實(shí)用性不強(qiáng)。探索亞高溫環(huán)境下土壤含水率對(duì)辣椒形態(tài)性狀的影響，無(wú)疑對(duì)揭示辣椒的生長(zhǎng)機(jī)理大有益處。本文分析了亞高溫環(huán)境下，不同土壤含水率對(duì)辣椒形態(tài)特征變化的影響，旨在進(jìn)一步探究辣椒的生長(zhǎng)機(jī)理，為適宜我國(guó)環(huán)境的辣椒土壤含水率方案及選種提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)過(guò)程

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在河海大學(xué)節(jié)水園實(shí)驗(yàn)基地玻璃溫室中進(jìn)行。本次試驗(yàn)首先選取5個(gè)不同品種的辣椒，分別為DH27、DH260、DH196、DH200、DH168，所有種子由北京農(nóng)科院提供。研究小組于2021年4月26日首次播種，采用穴盤(pán)基質(zhì)育苗的方式，并用膜覆蓋來(lái)降低種子發(fā)育期失水率。因?qū)λ芰夏ぬ幚聿划?dāng)，導(dǎo)致種子生存環(huán)境溫度超過(guò)40 ℃，高于辣椒發(fā)芽溫度（25 ℃～30 ℃），種子直接死亡。

2021年6月5日，小組進(jìn)行第二次種子的培育，共6個(gè)品種，分別為DH27、DH59、DH260、DH196、DH200、DH168。試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在通風(fēng)大棚內(nèi)，預(yù)先將種子在陽(yáng)光下暴曬1 h～2 h，隨后用溫水進(jìn)行消毒，采用穴盤(pán)基質(zhì)育苗的方式育苗，未覆蓋保溫保水膜，每日7：00、17：00補(bǔ)充澆水。

種子發(fā)芽后，在其幼苗三葉一心時(shí)選擇長(zhǎng)勢(shì)相同、葉面相對(duì)完整的每種植株9株轉(zhuǎn)入塑料營(yíng)養(yǎng)缽中栽培。營(yíng)養(yǎng)缽規(guī)格：口徑20.6 cm，高17.5 cm，地徑15 cm，每缽定植1株。營(yíng)養(yǎng)土為園土∶黑土=8∶1。

1.2 測(cè)定內(nèi)容與方法

土壤含水率的測(cè)定：將每一品種的辣椒分為3組，每組3株，以便攜式土壤含水量測(cè)定儀顯示的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，分別按照土壤含水率30%、35%、40%進(jìn)行灌溉澆水，記為處理1、處理2和處理3。每日7：00補(bǔ)充水分，間隔3日測(cè)量株高，其他按常規(guī)處理。

7月10日起，每3天對(duì)各處理樣本進(jìn)行以下指標(biāo)測(cè)定：利用卷尺測(cè)定植株株高、株幅，每次測(cè)定位置均一致；每1天澆兩次水，澆水時(shí)利用便攜式含水量測(cè)定儀使各盆的土壤含水率保持在30%、35%、40%。各指標(biāo)均測(cè)定5株幼苗，作為5次重復(fù)，取平均值。

采用自動(dòng)溫度采集器對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，試驗(yàn)期內(nèi)大棚內(nèi)環(huán)境溫度表現(xiàn)為35 ℃～40 ℃，遠(yuǎn)高于辣椒適宜生長(zhǎng)溫度（20 ℃～30 ℃），辣椒處于亞高溫狀態(tài)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤含水率對(duì)辣椒株高的影響

不同土壤含水率下辣椒幼苗植株的株高如表1所示。處理1、處理2和處理3分別指保持土壤含水率為30%、35%、40%；品種1、2、3、4、5、6分別指DH27、DH59、DH260、DH196、DH200、DH168。不同土壤含水率下各試樣株高增長(zhǎng)情況如圖1、圖2、圖3所示。

從表1、圖1、圖2、圖3可以看出，亞高溫下（39 ℃），各品種辣椒植株株高均呈穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)，不同處理下辣椒幼苗的株高表現(xiàn)趨勢(shì)基本一致，處理1下辣椒幼苗株高最低，處理3辣椒幼苗株高最高，且三種處理呈等差增長(zhǎng)。對(duì)于同一品種，在對(duì)應(yīng)日期內(nèi)，株高均為處理3＞處理2＞處理1。可見(jiàn)同一溫度環(huán)境下，處理3對(duì)辣椒幼苗株高長(zhǎng)勢(shì)更有利。同時(shí)間內(nèi)，品種1、品種2相對(duì)增長(zhǎng)最多，長(zhǎng)勢(shì)較好；品種3相對(duì)增長(zhǎng)最少，長(zhǎng)勢(shì)較差?？梢?jiàn)品種1、品種2耐高溫性較其他組強(qiáng)。

圖1 土壤含水率為30%6種辣椒幼苗株高增長(zhǎng)情況

圖2 土壤含水率為35%6種辣椒幼苗株高增長(zhǎng)情況

圖3 土壤含水率為40%6種辣椒幼苗株高增長(zhǎng)情況

表1 不同土壤含水率下辣椒幼苗植株的株高

綜上，品種1、品種2在3種處理下均顯示出較高增長(zhǎng)率，為耐高溫優(yōu)異品種。

2.2 同一品種在不同土壤含水率下的生長(zhǎng)率

如圖4所示，在試驗(yàn)周期中，辣椒植株均增長(zhǎng)4 cm左右，其中在土壤含水率為40%時(shí)株高最高，達(dá)到了19.1 cm。亞高溫條件下（39 ℃），在不同的土壤含水率時(shí)，品種1辣椒株高均能保持穩(wěn)定持續(xù)增長(zhǎng)，不過(guò)增長(zhǎng)趨勢(shì)略有不同。在試驗(yàn)檢驗(yàn)的范圍內(nèi)，土壤含水率越高，辣椒植株株高越高，即對(duì)于品種1而言，增加土壤含水率，其耐高溫性能有所提高。在實(shí)際種植生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)適度增加該品種的土壤含水率，有利于提高此種辣椒植株的株高與產(chǎn)量。

圖4 品種1在3種處理下辣椒幼苗株高增長(zhǎng)情況

如圖5所示，在試驗(yàn)周期中，辣椒植株增長(zhǎng)4.2 cm～4.6 cm，在土壤含水率為40%時(shí)增長(zhǎng)量最多且株高最高，從試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的18 cm增長(zhǎng)到了22.6 cm，相比于30%土壤含水率下，多增高9.5%。亞高溫的條件下（39 ℃），在不同的土壤含水率時(shí)，品種2辣椒株高均能保持穩(wěn)定持續(xù)增長(zhǎng)，不過(guò)增長(zhǎng)趨勢(shì)略有不同。在試驗(yàn)檢驗(yàn)的范圍內(nèi)，土壤含水率越高，辣椒植株株高越高。在實(shí)際種植生產(chǎn)過(guò)程中，適度增加土壤含水率有利于提高品種2辣椒植株的株高與產(chǎn)量。

圖5 品種2在3種處理下辣椒幼苗株高增長(zhǎng)情況

如圖6所示，在試驗(yàn)周期中，在30%土壤含水率時(shí)，植株增長(zhǎng)了2.8 cm，株高達(dá)到了最高9.3 cm；在35%土壤含水率時(shí)，植株增長(zhǎng)量最小，為1.7 cm，株高為最低的6.9 cm；在40%土壤含水率時(shí)，植株增長(zhǎng)量最大，為2.9 cm，株高達(dá)到了7.5 cm，相比于30%土壤含水率下，多增高3.6%。亞高溫的條件下（39 ℃），在不同的土壤含水率時(shí)，品種3辣椒株高均能保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，不過(guò)增長(zhǎng)趨勢(shì)略有不同。在試驗(yàn)檢驗(yàn)的范圍內(nèi)，在處理1條件下，辣椒株高較高，在處理2條件下，株高較低，土壤含水率的增加對(duì)于品種3適應(yīng)亞高溫環(huán)境的影響較小，品種3較為抗旱。

圖6 品種3在3種處理下辣椒幼苗株高增長(zhǎng)情況

如圖7所示，在試驗(yàn)周期內(nèi)，在土壤含水率為30%時(shí)辣椒植株株高增長(zhǎng)了4.5 cm；在土壤含水率為35%時(shí)株高增長(zhǎng)了4.6 cm；在土壤含水率為40%時(shí)株高增長(zhǎng)了4.6 cm，相比于30%土壤含水率下，多增高2.2%。在實(shí)際種植生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)適度降低土壤含水率，提高辣椒種植的經(jīng)濟(jì)性。亞高溫的條件下（39 ℃），在不同的土壤含水率時(shí)，品種4辣椒株高均能保持穩(wěn)定持續(xù)增長(zhǎng)。

圖7 品種4在3種處理下辣椒幼苗株高增長(zhǎng)情況

如圖8所示，在試驗(yàn)周期中，在土壤含水率為30%時(shí)辣椒植株株高增長(zhǎng)了3.4 cm；在土壤含水率為35%時(shí)株高增長(zhǎng)了4.6 cm，在土壤含水率為40%時(shí)株高增長(zhǎng)了4.6 cm，相比于30%土壤含水率下，多增高35.3%。亞高溫的條件下（39 ℃），在不同的土壤含水率時(shí)，品種5辣椒均能保持穩(wěn)定持續(xù)增長(zhǎng)。在試驗(yàn)檢驗(yàn)的范圍內(nèi)，土壤含水率提高，辣椒植株株高也會(huì)一定程度增高。在實(shí)際種植生產(chǎn)過(guò)程中，適度降低土壤含水率，有利于提高辣椒種植的經(jīng)濟(jì)性。

圖8 品種5在3種處理下辣椒幼苗株高增長(zhǎng)情況

如圖9所示，試驗(yàn)周期中，在30%土壤含水率時(shí)辣椒植株株高增長(zhǎng)了3.5 cm；在35%土壤含水率時(shí)株高增長(zhǎng)了3.8 cm；在40%土壤含水率時(shí)株高增長(zhǎng)了4.4 cm，最終達(dá)到了14.8 cm，相比于30%土壤含水率下，多增高26%。亞高溫的條件下（39 ℃），在不同的土壤含水率時(shí)，品種6辣椒株高均能保持穩(wěn)定持續(xù)增長(zhǎng)，增長(zhǎng)趨勢(shì)隨著土壤含水率的升高而增加。

圖9 品種6在3種處理下辣椒幼苗株高增長(zhǎng)情況

3 結(jié)論與討論

研究表明，辣椒是一種怕高溫、喜陽(yáng)光的作物，在辣椒的整個(gè)生長(zhǎng)周期中，適宜溫度范圍為16 ℃～25 ℃。在種子萌發(fā)過(guò)程中，如果遇到白天氣溫超過(guò)35 ℃，持續(xù)時(shí)間超過(guò)12個(gè)小時(shí)，辣椒種子將不會(huì)萌發(fā)[9]；在辣椒的生長(zhǎng)過(guò)程中，如果氣溫長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)35 ℃會(huì)發(fā)生熱害，將嚴(yán)重影響辣椒的生長(zhǎng)發(fā)育，使得落葉數(shù)和死亡率增加[10]。在全球變暖的大趨勢(shì)下，辣椒的栽培將會(huì)愈發(fā)容易遭遇亞高溫脅迫，嚴(yán)重影響辣椒的生長(zhǎng)。

此次試驗(yàn)中，設(shè)置了多組不同品種的辣椒在亞高溫下進(jìn)行試驗(yàn)，并設(shè)定了不同的含水率。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在亞高溫條件下，不同品種的辣椒對(duì)土壤含水量的要求不同。品種1、2、6在試驗(yàn)范圍內(nèi)，土壤含水率越高，株高越高，辣椒的結(jié)實(shí)率越高；品種3在試驗(yàn)范圍內(nèi)，土壤含水率越低，株高越高；品種4在試驗(yàn)范圍內(nèi)，土壤含水率變化時(shí)，株高變化不大。因此，對(duì)于不同品種的辣椒，只有經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)才能找到在高溫下最適宜的土壤含水率，進(jìn)而提高結(jié)實(shí)率和辣椒產(chǎn)量。此次試驗(yàn)的6個(gè)品種中，在高溫脅迫下生長(zhǎng)發(fā)育得最為良好的是品種2（DH59），其在試驗(yàn)范圍內(nèi)的最適宜土壤含水率為40%，其在亞高溫條件下仍能保持較好的生長(zhǎng)發(fā)育能力，具有較強(qiáng)的耐熱性。同時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整土壤含水率改善亞高溫脅迫下辣椒落葉、落花、萎蔫等情況。土壤含水率過(guò)低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致辣椒體內(nèi)的水分代謝和生理代謝失調(diào)，植株矮小、葉面積減小等，對(duì)植株生長(zhǎng)有較大的影響。土壤含水率過(guò)高時(shí)，會(huì)影響辣椒植株的株高和莖高，使植株出現(xiàn)落花、落葉等情況。當(dāng)面對(duì)亞高溫條件時(shí)，選擇合適的耐高溫品種，保持適宜的土壤含水率，注意覆蓋防曬、搭棚遮陽(yáng)以及合理施肥，可以有效地緩解辣椒生長(zhǎng)期的亞高溫脅迫，提高辣椒的發(fā)芽率與結(jié)實(shí)率。