氮肥用量对设施辣椒产量和经济效益及氮肥利用率的影响

李海峰,张春梅 ,刘志刚,郭红梅,努尔孜叶古丽·马合木提，胡西单·买买提

(1.新疆农业科学院吐鲁番农业科学研究所,新疆吐鲁番 838000 ; 2.新疆吐鲁番市高昌区农业技术推广中心,新疆吐鲁番 838000;3.托克逊县农产品质量安全检测中心， 新疆托克逊 838100)

0 引 言

【研究意义】辣椒(CapsicumannuumL)又名海椒、番椒、辣茄、辣角等，属茄科辣椒属植物[1]。特别是VC含量极高，是番茄的7～15倍，在蔬菜中占居首位[2]。过量的氮肥不仅对蔬菜本身生长产生不利影响，常年大量氮的累计还会造成土壤次生盐渍化[3]、土壤酸化[4]、地下水污[5]染等一系列问题。研究设施辣椒最适施氮量对生产上确立设施辣椒氮肥用量有实际意义。【前人研究进展】氮肥是植物营养生长和生殖生长的主要元素之一，其过量施用对蔬菜的产量、品质等会造成不良影响。研究表明，当对作物供应过多氮素时，作物易倒伏，贪青晚熟，结实率低，经济产量下降，品质变劣，容易发成病虫害[6-7]。何志学等[8]研究发现，过量施用氮肥，会导致单株果数减少，抑制了辣椒果实的膨大，影响产量。也有研究者发现[9-12]，氮肥的合理施用可改善辣椒果实VC的水平,但氮肥用量过多会降低其含量，且随施氮量的增加，辣椒果实中硝酸盐含量也随之增加。【本研究切入点】辣椒生产因不同地域、不同种植模式、气候、土壤和人的行为等会导致氮肥运用的差异。研究设施辣椒最适施氮量。【拟解决的关键问题】分析不同氮水平对设施辣椒生长发育、产量及经济效益的影响，研究施氮量与产量的模拟关系，为吐鲁番设施辣椒合理使用氮肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2018年2～6月在吐鲁番市高昌区亚尔镇吕棕村设施基地进行。在施肥前，采取“S”形5点混合采土法，采集0～30 cm深层土壤。试验地土壤为砂壤土，土壤基本农化性状如下：pH值7.62，有机质10.73 g/kg、碱解氮89.6 mg/kg、速效磷176.9 mg/kg、速效395 mg/kg。

供试品种为龙椒2号，为吐鲁番设施辣椒基地主栽品种。

氮肥为尿素(含N≥46.4%)，磷肥为重过磷酸钙 (含P2O5≥46%)，钾肥为硫酸钾(含K2O≥ 50%)。

1.2 方 法

2018年1月29日整地，施农家肥1 000 kg/667 m2，按照划定的小区和施肥方案施用化肥、起垄，垄背宽60 cm，垄口宽25 cm。2月8日定植辣椒，株距35 cm，小行距50 cm，大行距70 cm，每小区40 m2种植120株。定植后立即在沟里浇一次透水，缓苗后开始加强通风，控水炼苗，此期温度早上在18～20℃，中午温度控制在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、浇水1次。各处理小区除施肥量不同外，其他农事操作与常规种植一致。

1.2.1 试验设计

采用“2+x”试验设计方案，"2”是指常规施肥和优化施肥，“x”指氮肥总量控制。试验设5个处理，即①无氮区、②70%优化施氮区、③优化氮区、④130%优化施氮区、⑤常规施肥。试验每个处理3次重复，共15个小区，小区随机排列，四周设保护行，小区面积为40 m2，单灌单排，避免水肥互相渗透。表1

表1 不同处理施肥量
Table 1 Fertilization amount of different treatments(kg/667m2)

1.2.2 测定指标

植株生长性状测定，每小区随机选取10株挂牌标记，对标记的植株每7 d进行一次调查，调查项目为叶色、株高、茎粗、节间长、叶长、叶宽等指标。其中株高、叶长、叶宽用卷尺测量；茎粗用电子数显游标卡尺测量主蔓茎基部粗度；节间长度用游标卡尺测量固定节位的长度；果实成熟后采集样品分别测量其长度、鲜重、干重；收获后期，测量标记植株的鲜重、干重、氮、磷、钾含量。

氮肥贡献率(nitrogen fertilizer contribution rate,NCR)=(施氮区产量-不施氮区产量)/施氮区产量×100%；

氮肥农学利用率(agronomic efficiency of applied N, AEN)=(施氮区产量-不施氮区产量)/施氮量；

氮素吸收利用率(N recovery efficiency,REN)=(施氮区植株地上部氮累积量-空白区地上部植株氮累积量)/施氮量×100%;

氮肥偏生产力(partial factor productivity of applied N,PFPN) =施氮区产量/施氮量;

1.3 数据处理

数据统计在Microsoft Excel 2007中完成，使用SPASS 19.0进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同施氮处理对辣椒生长发育性状的影响

研究表明，随着施肥量增加，辣椒株高、茎粗、节间长度整体不断递增，无氮肥处理与其它处理的株高在0.05水平差异显著，氮肥可显著增加辣椒的高度。株高和节间长在处理5达到最大值，而处理5的茎粗却小于其它处理，各处理叶片长度、宽度无显著差异。处理3的果长值和单株果数最大，处理4和处理5的植株长势较旺，但果实长度和单株果数均小于处理3，且处理3与处理5果长和单株果数在0.05水平上差异显著，氮肥过量施用可导致辣椒营养生长旺盛，影响果实的生长。表2

表2 不同施氮处理下辣椒生长发育性状变化
Table 2 Effects of different nitrogen treatments on growth character of peppe

注：小写字母分别表示同列数据差异达1%和5%显著水平

Note：Lowercase letters indicate significant differences at 5% level at same column data

2.2 不同施氮处理对辣椒产量影响

研究表明，在磷钾肥一致的情况下，辣椒施氮肥处理均比无氮肥处理产量高，分别增产67%、98%、77%、97%，经方差分析,各处理单产差异极显著。通过LSD多重比较，处理2、处理3、处理4、处理5产量与对照达到极显著水平，处理3产量最高，与处理1、处理2差异显著，与处理4、处理5差异不显著，氮肥达到一定水平对辣椒产量无显著影响。表3～5

表3 不同处理辣椒产量
Table 3 Pepper yield of different treatments

处理Treatment单果重 Weight per fruit (g)小区平均产量Plot average yield(kg)产量Yield(kg/667m2)增产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

变异来源Sources of variation平方和Sum of squares自由度Freedom均方Mean squareF值F value显著性Significant level组间Between groups14 193 750.7843 548 437.69414.1260.035组内Within the group4 270 515.55317251 206.797总计Total18 464 266.3321

注：显著性水平为1%

Note:Significance level was 1%

表5 辣椒单产多重比较(LSD法)
Table 5 Multiple comparativ of Pepper yield

排序位次Rank处理Treatment产量Yield(kg/667m2)显著性Significant level5%1%134 560.23aA254 533.56aA344 073.80aA423 830.86bA512 300.12cB

2.3 氮肥水平与辣椒产量之间的数学模型

以各处理纯氮施用量为自变量，辣椒产量为因变量，对二者进行二次曲线模拟，辣椒产量和用氮量存在显著相关性，模拟曲线为：y= -3.290 5x2+ 170.87x+ 2 368.1，R2= 0.910 8*。从曲线可以看出，辣椒产量在一定施氮量范围内随氮肥施用量的增加而增加，当氮肥施用量达到一定程度时，产量随着施氮量的增加而降低。可以用该模型估算辣椒的最佳施氮量，即当纯氮施用量为25.9 kg/667m2时，辣椒产量达到最大值，为4 586.3 kg/667m2。图1

图1 氮肥水平与产量之间数学模型
Fig.1 The mathematical model between nitrogen level and yield

2.4 不同施氮处理对辣椒经济效益的影响

研究表明，优化氮区的纯收入最高，收入11 211.17元/667m2，其次是常规施肥区，均达到了收入10 000元/667m2以上，无氮区的纯收入最低，收入为5 676.09元/667m2。同常规处理相比，优化氮区比常规处理增收731.21元/667 m2，且优氮区的产投比最高，为60.19，而产投比最低的为常规处理，为13.27。优化氮区的施氮量比较合理。表6

表6 不同施氮处理下辣椒经济效益
Table 6 The economic benefit of pepper in different nitrogen treatments

处理Treatment产值Output value(元/667m2)肥料成本Fertilizer outlays(元/667m2)纯收益Net income(元/667m2)较常规施肥增收Increased income compared with conventional fertilization(元/667m2)产投比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：辣椒价格均价2.5元/kg；尿素按 2.0元/kg;重过磷酸钙按3.0元/kg;硫酸钾3.6元/kg;人工、水电、农家肥等未计入成本

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 不同施氮处理对辣椒氮素利用效率的影响

研究表明，随着施氮量的增加，氮肥贡献率、氮肥农学效率、氮肥吸收利用率呈现先增大后降低的变化规律。三者在处理3(优化施肥处理)达到最大值，分别为49.56%、150.67 kg/kg、21.7%。氮肥偏生产力随氮肥用量增加呈下降趋势，变化幅度在141.94～364.84 kg/kg。不同施氮处理间氮肥贡献率、农学效率、吸收利用率、偏生产力差异显著。表7

表7 不同处理下氮素利用效率
Table 7 Nitrogen use efficiency of different treatments

处理Treatment氮肥贡献率NCR(%)氮肥农学效率NAE(kg/kg)氮肥吸收利用率REN(%)氮肥偏生产力PFPN(kg/kg)1----239.9d145.8b17.5b364.8a349.6a150.7a21.7a304.0b443.5c90.9c16.4c208.9c546.3b69.9d9.1d141.9d

注：不同小字母表示处理间差异达5%显著水平

Note:Lowercase letters indicate significant at 5% level

3 讨 论

现代农业生产中，化学氮肥对蔬菜生长发育、产量和品质起到了关键的作用，适时适量地施用氮肥才能使蔬菜正常生长发育，使蔬菜产量增加，品质提高[13]。韩明珠等[14]研究发现，随着施氮量的增加，辣椒株高、分枝数、茎叶重、根重和根冠比等农艺性状指标均随之增加，但施氮量过高反而下降。唐恒朋等[15]研究表明，氮肥可以明显增加辣椒叶片数目、果实纵横茎，随着施氮量的增加，在整个生育期内大致呈先增加后降低的趋势。试验研究表明，随着施氮量的增加，辣椒株高、茎粗、节间长度整体不断递增，但果实长度和单株果数却先增加后降低，说明适量氮肥可显著促进植株的营养生长，而过多的氮肥导致辣椒营养生长过旺，影响结果量和果实大小。研究结果发现，氮肥可显著增加辣椒的产量，当施氮量达到25.9 kg/667 m2，产量达到最大值，超过这一水平，产量呈下降趋势。相关研究亦表明，番茄施氮量在12.3 kg/667 m2时，可获得最高产量，施氮量继续增加，反而会引起产量的下降[16]。说明一定范围内氮肥施用量与蔬菜的产量成正比关系，超出这个界限，氮肥的施用量对蔬菜的产量影响不明显。

氮肥与作物的氮肥利用效率密切相关，一般作物的产量和对氮素的吸收随氮肥施用量的增加而增加，但其氮肥的利用率显著下降。国际上通用的氮肥利用率定量指标包括肥料偏生产力、氮肥吸收利用率、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力[17-18]。试验各处理随着氮水平提高，氮肥贡献率、氮肥农学效率、氮肥吸收利用率呈现先增大后降低的变化规律，且各处理的氮肥利用效率均呈现显著差异性，这与何志学等[7]关于氮肥对辣椒养分利用率的研究结果相同，说明氮肥的用量对氮肥的利用效率影响较大，施肥量只有在一定范围内，增施氮肥才能提高利用效率。

4 结 论

4.1 适量的氮肥可显著促进植株的营养生长，增加辣椒的产量，过多的氮肥导致辣椒营养生长过旺，影响结果量和果实大小，最终影响产量。

4.2 以各处理纯氮施用量为自变量，辣椒产量为因变量，对二者作二次曲线模拟，辣椒产量和用氮量存在显著相关性。经计算，当纯氮施用量为25.9 kg/667 m2时，辣椒产量达到最大值4 586.3kg/667 m2。

4.3 经济效益比较中，优化氮区产值最高，且肥料投入低于常规施肥，相应的产投比高，所以纯收入高于常规区，是比较经济合理的施肥方案。

4.4 优化施肥处理的氮肥贡献率、氮肥农学效率、氮肥吸收利用率大于其它处理，分别为49.56%、150.67 kg/kg、21.7%，且利用效率随着施氮量的增加呈先增大后降低的变化规律。氮肥偏生产力随氮肥用量增加呈显著下降趋势。