土壤温度对不同施肥方式下辣椒生长及土壤理化性质的影响

闫秋艳，董 飞，段增强，李 汛，王嫒华，汤 英

(1.山西省农业科学院 小麦研究所，山西 临汾 041000；2.中国科学院 南京土壤研究所，土壤与农业可持续发展国家重点实验室，江苏 南京 210008)

全球CO2上升导致全球气候变暖，预计20世纪末，地球表面温度将升高1.4～5.8 ℃[1]。大气变暖将会间接影响土壤养分循环。温度是调节和控制许多生态学过程的关键因素。由于很多生物地球化学过程与气候变化之间存在着反馈关系，它们对温度变化响应的研究就显得尤为重要[2-3]。在1975年，侯光炯院士指出，可以将土温的日变化幅度大小作为评价土壤肥力的数字化指标[4]。土壤微气候环境(温度和湿度)在调节土壤元素的矿化和有效性上起到重要作用[5]。因此，研究设施土壤环境因素与养分之间的关系，对应对全球气候变化有着重要的作用。

在冬春季设施蔬菜生产中，根区温度对作物生长的影响比气温更大[6]。土壤温度可直接影响植物的生长，也可通过对光合作用、水分代谢、矿质营养和植物激素等的作用间接影响植物生长[7]。根区低温环境下设施内作物光合作用等生理活动受到抑制，导致生长延缓和产量降低。土壤温度还可以直接影响土壤养分的有效性，如有机质的分解、矿物质的风化、养分的转化等都伴随着热量的吸收和释放[8]。因此，肥料的施用量及利用率与土壤温度有着密切的关系。在冬春季反季生产上，通过地膜覆盖[9]、根区加温系统[10]等已经实现对土壤温度的调控作用，这对抵抗冬春季低地温有积极作用。

辣椒(CapsicumannuumL.)是我国种植面积较大、供应期较长的蔬菜之一。近年来，保护地栽培面积也不断扩大，在我国已基本实现了周年供应[11]。然而，秋冬茬辣椒易受到低地温的限制，对辣椒生产造成不同程度影响，导致辣椒减产。此外，温室蔬菜生产中由于过多得施用肥料，造成温室土壤养分积累以致次生盐渍化等，使肥料利用率降低[12]。因此，研究土壤温度与施肥耦合效应至关重要。

目前，有关土壤温度对设施蔬菜影响的研究主要侧重于作物生理生化指标[7，9，12]，土壤温度与肥料利用之间的关系研究尚缺。因此，本研究针对温室冬季反季节栽培施肥及其利用率问题进行探讨，以加温和不加温土壤为对比，研究不同土壤温度下不同施肥方式对辣椒生长的影响，并对辣椒不同生长时期土壤理化性状进行监测，以期为冬季温室反季节辣椒高效栽培提供参考。

1 材料和方法

1.1 供试大棚和土壤

试验在江苏省苏州市太仓陆渡镇现代农业园大棚内进行。大棚规格(8连栋大棚，大棚长40 m、宽8 m、高5 m)。供试土壤为潮土，沙壤土，基本理化性状为pH值8.31，EC值467.33 μS/cm，碱解氮59.5 mg/kg，速效磷35.97 mg/kg，速效钾104.24 mg/kg。种植年限约15年，大棚常年以种植小白菜为主。试验前，整地，30 cm深度耕地。每单栋大棚分为4畦，每半畦为一处理小区，小区面积24 m2(长16 m×宽1.5 m)。采用裂区区组设计，每小区为一个重复，共3个重复。

1.2 供试幼苗和培养

以辣椒品种洛椒巨早306为试验材料。选取饱满、整齐一致的辣椒种子，于2012年9月7日播种到含有泥炭和蛭石(2∶1，V/V)混合基质的育苗盘中。2012年10月15日，幼苗4片真叶后，选取整齐一致的辣椒幼苗定植，采用5点法定植(图1)，每个小区定植约90株辣椒，定植株距50 cm，行距30 cm。

1.3 试验设计

试验设置土壤温度和肥料处理2个因素。土壤温度采用地热线(宁波市鄞州东海畜牧器械厂生产，长120 m，功率为1 000 W)加热的方式。地热线铺设方式如图1所示。利用定时器和温控器调节温度。试验设对照不加温和加温20 ℃共2个温度水平。大棚内气温和湿度均在自然状态下，其温度变化规律如图2所示。辣椒苗定植7 d后进行不同土壤温度处理。

每个温度下均设3个肥料水平，分别为：①对照(CK)，不施氮肥；②常规尿素施肥处理(N60)，氮肥用量按照辣椒全生育期需求量和文献确定，施氮肥(尿素)N 900 kg/hm2，其中，40%基施(N 360 kg/hm2)，追肥3次，每次追肥180 kg/hm2；③常规尿素减氮施肥处理(N24)：40%的尿素常规施肥，即施氮肥(尿素)N 360 kg/hm2，其中40%基施(N 144 kg/hm2)，

图1 土壤加热方式示意Fig.1 Flow chart of the heating method for soils

图 2 冬季处理昼夜空气和土壤温度日变化规律Fig.2 Day and night changes of air and soil temperature in winter treatment

追肥3次，每次追肥72 kg/hm2。N60和N24处理在开花期后结果期前各追肥1次，其余2次在结果期后追施。所有肥料处理的磷钾肥用量都相同，磷肥为过磷酸钙，用量为1 031.3 kg/hm2，钾肥为硫酸钾，用量为660 kg/hm2，全部基施。定植前15 d施入肥料，精耕0～20 cm土壤，使肥料与土壤混匀。

1.4 测量项目及方法

1.4.1 辣椒干物质量测定 分别在辣椒生长的苗期和开花期采取辣椒苗，每处理取3株，取样后用纯净水洗干净，用纱布将植株擦干，将辣椒苗分为根系、茎、叶片4个部分，105 ℃烘箱杀青30 min，于75 ℃烘干24 h后，称重。

1.4.2 土壤基本理化性状及酶活性 分别于辣椒生长的苗期、开花期和结果期采集土样。按照“S”曲线采取0～20 cm的混合土样。土壤自然风干，研磨过2 mm筛备用。土壤基本理化性状参照鲁如坤[13]相关方法进行测定。土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸钠比色法测定[14]。

1.5 数据分析

采用Excel 2003作图和SPSS 17.0进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 土壤温度对不同施肥方式下辣椒苗期不同组织生物量的影响

从表1可以看出，苗期不加温土壤，除了N60处理比对照根系鲜质量略有降低外，大多施肥处理比对照辣椒根系、茎、叶片和总鲜质量增加。与对照不施肥处理相比，施肥均使辣椒根系、茎、叶片和总干质量增加。加温20 ℃土壤，施肥使根系、茎、叶片和总鲜质量和干质量增加。加温比不加温对根系干物质量的增加作用显著。各施肥处理下，加温比不加温处理均使辣椒苗总鲜质量增加，CK、N60和N24分别增加12.89%，26.52%和23.69%。相同施肥处理下，加温比不加温均使辣椒苗不同组织和总干质量增加，其中，对根系的影响处理间差异较大，对茎的影响除加温和不加温的CK处理均最低外，其余处理间无显著差异。对叶片干质量的影响除不加温土壤的CK处理最低外，其余处理间无显著差异。总干质量在相同施肥处理下，CK、N60和N24加温比不加温分别增加12.79%，26.94%和32.22%。

从表1还可以看出，开花期2种土壤温度条件下，辣椒根系、茎、叶片和总干质量的影响大都表现为N60>N24>CK。相同施肥处理下，加温比不加温使辣椒根系、茎、叶和总鲜质量大部分增加。加温比不加温使相同施肥处理CK、N60和N24的辣椒苗总鲜质量分别增加10.12%，37.94%和76.31%，总干质量分别增加2.30%，20.05%和65.90%。

表1 土壤温度对不同施肥方式下辣椒幼苗期(生长30 d后)和开花期(生长75 d后)不同组织生物量的影响Tab.1 Effect of soil temperature on different organ biomass of pepper seedling (30-day-old) and flowering (75-day-old) growth periods in different fertilizer treatments g/株

注：同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。表2同。

Note：Values followed by different letters within a column indicated significant differences atP< 0.05. The same as Tab.2.

2.2 土壤温度对不同施肥方式下辣椒株高、植株成活率和产量的影响

从表2可以看出，不加温土壤，辣椒株高、植株成活率和产量在施肥(N60和N24)处理中略高于CK，其中N60处理的辣椒株高和公顷产量显著高于N24和CK。加温土壤，施肥处理N60和N24比CK各项指标均显著增加，产量增加最明显，且N60和N24处理间差异不显著；相同施肥处理下，加温比不加温辣椒成活率增加，苗数增多，单株产量和公顷产量均增加。其中CK、N60和N24处理加温比不加温公顷产量分别增加21.1%，45.6%，69.6%。

表2 土壤温度对不同施肥方式下辣椒植株成活率、单株产量和公顷产量的影响Tab.2 Effect of soil temperature on plant survival rate，yield per plant and yield per hectare of pepper in different fertilizer treatments

2.3 土壤温度对不同施肥方式下土壤理化性状的影响

从图3可以看出，2种温度条件下，施肥均使土壤pH值降低，N60处理pH值降低程度较N24大。加温使同施肥处理下土壤pH值降低更明显；随着辣椒苗生育期的延长，各处理土壤pH值多表现为下降的趋势。从幼苗期到开花期，CK处理在2种温度下pH值变化不大，到结果期明显降低；EC值在CK处理下随着生育期的延长均略有增加，在加温条件下整体高于不加温条件，施肥使土壤EC值明显增加，氮肥施用量越大，EC值增加越明显。同施肥条件下，加温比不加温使苗期和结果期EC值增加；碱解氮含量在不加温条件下表现为随生育期的延长先略升高后降低的趋势，在加温条件下表现为从苗期到开花期N60和CK略有降低，N24升高，结果期均增加。生育中期，加温条件下土壤碱解氮在各施肥处理下有个低谷期，低于不加温土壤的同施肥处理；速效磷随生育期延长，在各处理间的变化趋势不一致。N60和CK处理在2种土壤温度条件下基本呈升高趋势，尤其在加温条件下，升高较明显。N24处理的速效磷含量在2种温度条件下持续降低；2种温度条件下，与CK比， N60和N24处理使辣椒幼苗期和开花期速效钾含量增加，但结果期，CK处理的速效钾含量高于施肥处理；不加温条件下，从幼苗期到开花期，除N60处理脲酶活性升高外，N24和CK处理降低，结果期脲酶活性在各处理下均增加。加温条件下，脲酶活性在各施肥处理中随生育期延长表现为持续上升的趋势。开花期，脲酶活性在加温条件下表现较高。

图3 土壤温度对不同施肥方式下辣椒幼苗期、开花期和结果期土壤基本理化性状的影响Fig.3 Effect of soil temperature on soil physical and chemical properties of pepper seedling growth period in different fertilizer treatments

3 讨论与结论

土壤低温是我国冬季日光温室栽培过程中出现的主要不利环境条件之一[15]。本研究对土壤温度的观测结果表明，冬季土壤温度的回升较慢，幅度也较小，造成土壤温度与气温相差较大。适宜提高地温，可以保障设施蔬菜正常生长[16]。本研究表明，根区温度的提高显著增加了辣椒的株高、干物质量和产量，减少了辣椒沤根及病株的数量、黄叶等现象的发生，显著提高了植株存活率。加温区辣椒苗达到“满天星”时期早于不加温区，缩短大田生育期，提早结果。适宜土壤温度促进植物根的扩展，显著增加单位根长养分的吸收作用[17]。另外，土壤温度升高使植物根系的代谢活动随着土壤温度的增加而加快，促进了细胞分裂和生长激素的分泌，从而促进根系体积和吸收面积的增加，有利于根系吸收更多的水分和养分，继而促进植物地上部生长[18]。土壤加温的作用首先表现在对根系生物量积累上增加，这为辣椒地上部生长提供了基础。在辣椒幼苗期和开花期，施肥处理在不同土壤温度下的表现不一致。不加温土壤，N60和N24处理没有显著达到对辣椒苗生长的促进作用。山西省农业科学院小麦研究所设施栽培逆境生理课题组前期对黄瓜的研究表明，提高根区温度比增加肥料浓度更能增强肥料利用效率并促进作物生长[19]。然而，在土壤加温条件下，施肥量的高低决定了辣椒生长的优劣，加温土壤比不加温土壤使施肥处理N60和N24辣椒单株产量和公顷产量均提高45.6%和69.6%，CK提高21.1%。

本研究显示，2种土壤温度条件下，对照CK处理的pH值从幼苗期到开花期几乎不变，而施肥处理N60和N24使pH值随生育期延长持续降低，说明尿素追肥对pH值影响较大。Silber等[20]研究指出，施氮量比土壤温度和水分对pH值降低影响更显著，可能是因为NO3-增加，使酸中和容量减小，pH值降低。施肥在一定程度上对土壤EC值的贡献较大。速效养分含量对土壤盐分组成起着关键作用。从试验结果可以看出，在生育中期，速效养分含量尤其是碱解氮和速效磷含量处于低峰状态，这可能与生育中期辣椒对养分吸收需求量强有关[21]。但在结果期，不加温土壤速效养分的增加潜力明显低于加温土壤，可能是由于适宜的土壤温度条件促使养分的持续释放，而在不加温土壤中，养分处于一个钝化的状态[22]。结果期，速效磷和速效钾在CK处理中较高，可能与CK处理不施氮肥，磷钾肥释放量加大有关。土壤增温可能会在一定程度上促进土壤呼吸，释放更多的CO2，主要来源于微生物作用下有机物质的分解和化学氧化释放，土壤肥力高，作物生长旺盛，且CO2含量与同时期辣椒产量有一定的正相关关系[23]。

脲酶活性与土壤氮素转化存在密切的关系，土壤加温使脲酶活性增加，使更多的有机氮转化为有效氮[24]。本研究结果显示，加温比不加温土壤使辣椒不同生长时期土壤脲酶活性大多增加。土壤温度升高易于增加土壤酶活性(除过氧化氢酶)，可能是由于土壤酶作为一种活性蛋白，在一定温度范围内，其催化活性往往随温度的增加而增加，土壤温度升高通过影响酶动力学直接影响土壤酶活性[25]。其次，温度升高可能通过影响土壤微生物和土壤动物群落组成结构、微生物生物量和呼吸作用间接影响土壤酶活性[26]。

因此，提高土壤温度比增施氮肥更能提高辣椒植株产量和养分吸收，使肥料得到有效发挥，一方面是适宜温度下根系量的增加；另一方面是肥料有效性增加，速效养分含量提高。这种互助关系使得适宜温度条件下植株生长迅速，性状较优。适宜提高冬春季设施土壤温度，有助于设施蔬菜增产增效。

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