几种秸秆基质对辣椒生长及果实品质的影响

魏晓强　钟启文　张广楠　李莉　谭龙

摘 要： 菊芋是青海高原的特色经济作物，地上部秸秆生物量大，为解决其综合利用问题，将发酵完全的菊芋、小麦、油菜及玉米的秸秆复配羊粪、商品基质土、蛭石和珍珠岩作为辣椒的栽培基质，采用槽式无土栽培，通过对辣椒不同时期生长情况的监测来分析作物秸秆對辣椒生长、品质及产量的影响。结果表明，添加作物秸秆对辣椒生长、品质及产量都有正向影响，尤其是添加了菊芋秸秆的栽培基质在株高、茎粗、株幅等生长指标中都优于对照，果实的可溶性总糖、维生素C含量也都高于其他处理，有效增加了辣椒生物量，提升了果实品质，并且辣椒产量较对照增加了3%～5%。综合试验结果，添加菊芋秸秆可以提高辣椒的生物量、果实品质和产量。

关键词： 辣椒;菊芋秸秆;基质栽培;品质;产量

中图分类号：S641.3     文献标志码：A    文章编号：1673-2871（2020）05-024-08

Abstract： Jerusalem artichoke is a special economic crop of Qinghai Plateau. The biomass of above-ground straw is large. In order to solve the problem of comprehensive utilization， we will fertilize complete straw of Jerusalem artichoke， wheat， rape and corn with sheep manure， matrix soil， vermiculite and perlite. Using slot-type soilless cultivation， the influence of crop straw on chili growth， quality and yield was analyzed by monitoring the growth of chili peppers at different periods. The results showed that the addition of crop straw had a positive effect on the growth， quality and yield of pepper. Especially the cultivation substrate with the addition of Jerusalem artichoke straw was superior to the control in plant height， stem diameter and plant growth. The content of sugar and ascorbic acid was also higher than the other treatments， which effectively increased the biomass of pepper and improved the quality of the fruit， and the yield of pepper increased by 3%-5% compared with the control. Based on the comprehensive test results， the addition of Jerusalem artichoke straw can increase the biomass， fruit quality and yield of pepper.

Key words： Pepper; Jerusalem artichoke straw; Substrate cultivation; Quality; Yield

近年来，随着我国农业的快速发展，农作物种植面积和牲畜养殖数量呈现快速增长趋势，直接导致了这些农作物废弃秸秆和禽畜产生的粪便也大幅增加[1-2]。如果不对其进行合理化处理和再次利用，不仅会污染环境，还会使农牧业的可持续发展受阻。

当下研究中，农作物秸秆做栽培基质主要应用在蔬菜、食用菌和花卉上。如利用菌渣[3]、小麦秸秆[4]做栽培基质的添加物得到黄瓜栽培基质的配方;郜永博等[5]研究发现，在栽培基质中添加10%的菇渣最有利于茄子产量形成，而添加30%或40%的菇渣有利于茄子果实品质形成;贾荣[6]研究发现，V玉米秸秆∶V稻壳∶V菇渣=3∶4∶3时，辣椒株高、茎粗、株幅等均优于对照，平均单果质量最高，单株果数最多，单株产量最高，总产量也显著高于对照。

菊芋做为近年来的一种新型经济作物，具有抗病、耐旱、耐寒等多种优良性状，因此被广泛种植。但目前对菊芋的研究主要在青贮饲料、荒漠化防治、能源加工、果聚糖提取[7-11]等方面，这些研究主要集中在地下块茎部分，关于地上茎叶部分的研究较少。菊芋的地上部茎叶中含有丰富的糖类等营养元素，且生物量占全株的40%～50%[12]。刘明池等[13]研究发现，在番茄栽培基质中添加20%～40%的菊芋发酵秸秆可以优化复合基质的理化性质，促进番茄生长发育;季延海[14]在刘明池的研究基础上进一步发现，在番茄栽培基质中菊芋发酵秸秆添加量为20%～30%处理的维生素C含量、可溶性糖含量和糖酸比显著高于对照，菊芋发酵秸秆添加量20%和10%处理的产量显著高于对照14.50%和12.50%。通过前人的研究可以看出，菊芋秸秆作为栽培基质具有很大的潜力。

因此，笔者以小麦、油菜、玉米和菊芋4种大田作物的秸秆为研究材料，采用静室好氧发酵的方法对秸秆进行发酵，复配上羊粪、商品基质土、珍珠岩与蛭石，作为辣椒有机生态型无土栽培的栽培基质。通过定期采样对辣椒的生长量、品质、产量等进行分析，比较菊芋秸秆与其他3种秸秆之间的差异，探讨适合青海省辣椒有机生态型无土栽培的作物秸秆，开发出适合于青海省日光温室辣椒有机生态型无土栽培的本地化、廉价化、清洁化的基质，为规模化生产实践提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验所用小麦、油菜与玉米秸秆购自青海省海东市民和县西沟乡农户家中，菊芋秸秆来自于青海省农林科学院园艺所试验地。将4种秸秆粉碎成1 cm左右的小段。秸秆发酵菌剂选用郑州益富源生物科技有限公司生产的秸秆降解剂008-J。菌剂使用前进行扩繁，室温下扩繁5～7 d，每天进行搅拌。发酵采用室内静态高温好氧的方式，每5 d翻堆洒水，保持水分含量在60%左右。室内平均温度为6.3 ℃。供试辣椒品种‘乐都长辣椒（P1）和‘航椒八号（P2）。其中青海本地品种‘乐都长辣椒品质较高，但抗病虫害能力较弱，产量较低;‘航椒八号是如今国内栽培面积较大的辣椒品种，其产量高，抗病虫害能力强，但品质略低于‘乐都长辣椒。

1.2 试验设计

试验采用完全随机区组设计，共6个处理（分别表示为Q1玉米秸秆、Q2油菜秸秆、Q3小麦秸秆、Q4菊芋秸秆、CK1基质对照、CK2羊粪对照），每个处理设置3次重复，2个品种共36个试验小区采用槽式栽培，每个小区的种植槽为下挖式种植槽，长3 m，宽70 cm，深35 cm，槽间距为50 cm，垄上采用双行种植，整枝方法采用单杆整枝，株距30 cm，每槽共20株。试验处理的基质体积比如表1所示。

1.3 栽培管理

试验在40 m×7 m的塑料大棚内进行，辣椒种子于2018年2月25日进行温汤浸种消毒。2018年2月26日采用72孔塑料穴盘播种，育苗基质为V基质土︰V珍珠岩︰V蛭石=3︰1︰1。4月20日定植，选择生长情况一致的壮苗。灌溉采用水肥一体化管理，浇灌辣椒专用营养液。

1.4 指标测定与方法

定植时与定植后100 d时对基质进行物理性状的测定。参照李谦胜[15]的方法测定腐熟秸秆的理化性质。取已知体积（650 mL）的烧杯，称重W1;将烘干后的秸秆加入烧杯中，称重W2;将装有秸秆的烧杯用两层湿纱布封口，完全浸泡在水中过夜（即水要没过容器的顶部），取出称重W3，并将湿纱布称重W4。再次用湿纱布将烧杯封口后倒置，让杯内的水自由沥干直至无水流出，称重W5。按以下公式计算各项指标：

容重BD/（g·cm-3）=（W2-W1）/V;

总孔隙度TP/%=（W3-W2-W4）/V×100;

通气孔隙AFP/%=（W3-W5）/V×100;

持水孔隙WPP/%=总孔隙度-通气孔隙;

气水比=通氣孔隙/持水孔隙。

将堆料烘干后粉碎，按堆料和蒸馏水1∶10的体积比混合，置于振荡器中振荡（200 r·min-1，30 min），振荡后离心取上清液待用。用ORION STAR A211 pH仪测定pH，用FiveEasy电导仪测定EC值。

定植后60、90和120 d对辣椒地上部及果实进行取样，并使用直尺测量株高、叶面积及株幅;用游标卡尺测量辣椒的茎粗;在辣椒果实成熟后，直接收获并称量单株产量和总产量。

将所取各个时期的样品进行品质指标测定，辣椒叶片及果实可溶性蛋白测定采用考马斯亮蓝比色法;辣椒果实维生素C含量测定采用钼蓝比色法;辣椒果实及地上部可溶性总糖含量测定采用蒽酮比色法;辣椒地上部及果实干物质含量测定为单株干质量/单株鲜质量。

1.5 数据分析

数据使用Excel 2007和SPSS 16.0数据分析软件进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 不同栽培基质的理化性质

基质理化性质的优劣决定了作物的生长环境。测量2个辣椒品种的不同栽培基质在第1天和第100天的理化性质，如表2所示，pH、EC值和容重在不同处理中都有不同程度的升高，通气孔隙下降而持水孔隙升高，气水比相应下降。结果表明，通过营养液的灌溉、二次发酵和腐殖质的进一步分解，基质疏松透气，有效改善了基质的理化性质。从2个辣椒品种的栽培基质处理中可以看出，Q4处理的pH与EC值在100 d时达到最大值，分别达到了6.72、11.28与6.71、11.32。

2.2 不同栽培基质对辣椒茎粗的影响

定植60 d后测得2个品种中Q4处理的茎粗较大，分别为8.58与9.32 mm;在P1中，Q3的茎粗较小，为6.93 mm，在P2中，Q2茎粗较小，为8.77 mm;P1中Q4处理与CK2差异不显著，与其他处理差异显著;P2中各处理间差异不显著。定植90 d后，在P1中CK2处理最大，Q3处理的茎粗仍为最小;P2中Q1与Q4处理较大，CK2处理较小，但各处理间差异不显著。定植120 d后，各处理表现差异不显著（表3）。各处理在2个品种不同时期中的表现说明Q4处理即添加菊芋秸秆的复合基质对辣椒茎粗的生长有促进作用。

2.3 不同栽培基质对辣椒株高的影响

由表4可知，定植60 d后测得2个品种中均为CK1处理株高较大，分别为52.25与64.22 cm，与其他处理差异显著，在P1中，不同秸秆处理间也有较大差异，在P2中却无显著差异;定植90 d后，在P1中仍为CK1处理株高较大，为56.09 cm，且与其他处理差异显著，添加秸秆的处理中Q2、Q4处理株高大于Q1、Q3处理，在P2中各处理之间差异不显著;定植120 d后，P1、P2处理中均为Q4处理株高较大，分别为93.87和89.78 cm，但各处理间差异不显著。说明添加秸秆能促进辣椒植株的生长，且2个不同辣椒品种间表现基本一致。其中，Q4处理促进效果较好。

2.4 不同栽培基质对辣椒株幅的影响

由表5可知，定植60 d后测得2个品种中均为CK1处理株幅较大，分别为41.54与54.43 cm，与其他处理差异显著，不同秸秆处理间差异不显著;定植90 d后，在P1中不同处理之间差异不显著，在P2中CK1处理株幅最大且与各处理差异显著，不同秸秆处理间以Q4处理株幅最大;定植120 d后，P1、P2处理中均为Q4处理株幅最大，分别为68.98和75.78 cm，但各处理间差异不显著。说明添加秸秆能促进辣椒植株的有效光合面积，且2个不同辣椒品种间表现基本一致。其中，Q4处理促进效果较好。

2.5 不同栽培基质对辣椒地上部可溶性蛋白含量的影响

植物抗逆性提高就说明植物体内有可溶性蛋白合成[16]。由表6可知，定植60 d后测得P1中Q3处理的含量（ρ，后同）最高，为68.76 mg·mL-1，CK2处理可溶性蛋白含量最低，为48.56 mg·mL-1，添加秸秆的处理间差异显著;在P2中，Q4处理可溶性蛋白含量最高，为71.90 mg·mL-1，添加秸秆的处理中Q2、Q4处理显著大于Q1、Q3处理。定植90 d后，在P1中CK1、Q1、Q2处理的含量均较大且无显著差异，Q4处理含量较小且与其他处理差异显著;在P2中Q4处理显著大于其他处理，其他处理间无显著差异。定植120 d后，在P1中CK2含量最大，但各处理无显著差异;在P2中，Q2、Q3含量较大，且Q3显著高于其他处理。从3个时期来说，在2个品种中可溶性蛋白含量均呈先上升后下降的趋势，说明辣椒植株在结果初期抗性最强。在基质中添加秸秆能提高植株的抗性，且以Q2、Q3处理表现较好。

2.6 不同栽培基质对辣椒地上部干物质量的影响

由表7可知，定植60 d后测得P1中干物质含量无显著性差异;在P2中CK2处理最大且显著大于CK1与Q1处理。定植90 d后，在P1中各处理差异不显著;P2中Q2处理最大且显著大于除Q3外的其他处理，为15.47%;定植120 d后，P1中Q2处理的干物质含量最大且显著大于CK;在P2中，CK2处理显著大于其他处理。说明在干物质积累方面2个品种表现不同，在P1中，不同时期不同处理表现基本一致，添加秸秆对P1品种干物质的积累影响不大;在P2中，对照处理的干物质含量高于大部分添加秸秆的处理，只有Q2处理含量较高。

2.7 不同栽培基质对辣椒果实可溶性总糖含量的影响

由表8可知，定植90 d后测定果实可溶性糖含量发现，在P1中，Q1、Q2、Q4处理可溶性总糖含量显著大于其他处理，且3个处理之间差异不显著;在P2中，Q2、Q4处理显著大于其他处理，Q2处理的可溶性糖含量（w，后同）最大，达到了47.64 mg·g-1。定植120 d时，在P1中Q4处理的可溶性糖含量最大，为70.13 mg·g-1，且不同秸秆处理显著大于对照;在P2中，Q4处理的可溶性糖含量最大，显著大于对照。说明在栽培基质中添加秸秆确实可以提高辣椒果实的可溶性糖含量，Q4处理可以更好提高果实的可溶性糖含量。

2.8 不同栽培基质对辣椒果实维生素C含量的影响

由表9可知，定植90 d时，在P1中，Q2、Q4處理维生素C含量显著大于其他秸秆处理，且二者之间差异不显著;在P2中，Q4处理显著大于其他处理，为66.98 mg·g-1，Q2、Q3、处理显著大于对照。定植120 d时，在P1中Q2、Q3、Q4处理的维生素C含量显著大于其他处理，Q4最大，为97.06 mg·g-1;在P2中，Q4处理的维生素C含量最大，为67.70 mg·g-1。

2.9 不同栽培基质对辣椒果实可溶性蛋白含量的影响

由表10可知，定植90 d时，在P1中，Q4处理可溶性蛋白含量最大，为2.85 mg·mL-1;在P2中，Q2处理最大但各处理间无显著性差异;定植120 d时，2个品种均为Q4处理可溶性蛋白含量最大，但各处理间无显著性差异。说明添加秸秆对果实可溶性蛋白含量没有明显影响。

2.10 不同栽培基质对辣椒果实干物质含量的影响

由表11可知，定植90 d时，在P1中，Q4处理干物质含量最大，为3.91%;在P2中，Q3处理干物质含量最大，为3.70%，但各处理间无显著差异。定植120 d时，在P1中CK1、Q2、Q4处理干物质含量大于其他处理且三者之间无显著差异;在P2中，Q4处理的干物质最大，为6.86%。

2.11 不同栽培基质对辣椒产量的影响

由表12可知，添加秸秆对2个辣椒品种的单株果数、单株产量和总产量均有影响，但对P2的影响要大于P1。在P1中，各个处理的单株果数、单株产量和总产量均无显著性差异，CK1处理的单株果数略高于其他处理，Q4处理的单株产量与总产量高于其他处理;在P2中，Q4处理的单株果数最高，为31.87个，Q4处理单株产量与总产量也最大，分别为1.34 kg和4 629.15 kg。说明在栽培基质中添加菊芋秸秆，可以有效提高辣椒的产量，比对照增产3%～5%。

3 讨 论

3.1 不同栽培基质的理化性质对辣椒的影响

有研究表明，有机基质是一种稳定的缓冲体系，含有丰富的微量元素，能增加基质的孔隙度而降低容重，使氧化作用可以更好地进行，从而促进植物根系的生长发育[17]。对于栽培基质，不同的植物有不同的要求，但也有共性，即根系的生长环境，而生长环境反应到数据上就是理化性质。有研究表明[14]，菊芋发酵秸秆与草炭、蛭石进行混合配制，能够实现容重、持水孔隙、总孔隙度和通气孔隙间的互相弥补，满足作物生长的要求。从本试验结果看，pH、EC和容重在不同处理中都有不同程度的升高，通气孔隙下降而持水孔隙升高，气水比相应下降。说明栽培基质在栽培过程中随着营养液的浇灌、自身的二次发酵和腐殖质的进一步分解，使基质疏松透气，氧含量增加，有效改善了基质的理化性质，有利于植物根系的呼吸和有机养分的分解转化，促进了植物根系的生长和养分供应。

3.2 不同栽培基质对辣椒生长的影响

有研究表明，使用有机基质可以增加作物的生长量[18]。在相同的栽培条件下，对于相同的作物品种，其生长量主要取决于栽培基质的理化性质。由试验结果可知，与对照相比，添加秸秆的处理在辣椒植株生长旺期和结果初期对辣椒生长的促进作用不太明显，这可能是因为在添加秸秆的栽培基质中羊粪未能腐熟的原因，但是在结果后期，部分添加秸秆的处理在指标方面开始接近对照或大于对照，这与基质在理化性质方面的变化相似。也有研究表明，造成这种现象的原因是秸秆在腐解时释放出了少量的化感物质[19]，微生物对这些物质进行分解利用[20]，改善了根系的生长环境，进而促进作物生长。不同作物秸秆对辣椒的促进效果也不一样，在本试验中，添加菊芋秸秆的栽培基质对辣椒株高、茎粗、株幅等大多数生长指标的促进作用均优于其他处理，且在结果后期各方面指标基本大于对照处理。

3.3 不同栽培基质对辣椒品质的影响

有机基质能为辣椒提供丰富的营养物质，可以有效提升品质。有机生态型无土栽培可以提高番茄的可溶性糖和维生素C含量[21]，在本试验中，添加秸秆的处理在辣椒的可溶性总糖含量和维生素C含量上都要优于对照处理，这与番茄上的研究结果一致。

不同的作物秸秆对辣椒果实品质的影响不同，在辣椒整个结果期内，添加菊芋秸秆的处理在各项品质指标上都要优于其他处理。马跃[22]研究指出，N、P、K的联合施用可提高番茄的糖含量和维生素C含量;李冬梅等[23]研究表明，氮可以影响黄瓜果实的还原糖含量，增施氮肥能使果实中的可溶性糖含量得到明显提高，N、P、K施用适中时果实中有较高的维生素C含量。通过前人的研究发现，造成这一现象的原因可能是菊芋秸秆栽培基质中的氮、磷、钾配比更适合辣椒栽培，其中的原因需要进一步的研究。

3.4 不同栽培基质对辣椒产量的影响

栽培经济类作物最终目标是高产和优质，产量的增长也是研究和生产中最重要的目标之一。对于辣椒而言，产量的构成也是应用研究的重要课题之一。构成辣椒产量的因素主要有栽培品种的差异、栽培基质的优劣、适宜的栽培环境、精细的管理调控等，而栽培基质的优劣则是影响产量构成的重要原因之一，因为辣椒的产量取决于辣椒生长期中的营养状况，栽培基质中所含的养分与辣椒的营养生长状况密切相关。本研究结果表明，就辣椒产量而言，2个品种中添加作物秸秆的处理产量均高于羊粪对照（CK2），但只有添加菊芋秸秆的处理产量高于其他处理。

3.5 菊芋秸秆的发展前景

菊芋具有抗旱、抗寒以及耐盐碱等优良特性，能有效解决能源植物在种植过程中与粮争地、与人争粮的矛盾[24]。青海地处世界屋脊的青藏高原，生態环境极其脆弱，长期以来保护与开发一直是难以协调的矛盾。青海省作为生态大省，可为菊芋发展提供广阔的用武之地，达到生态保护与产业开发的有机结合[12]。菊芋具有地上部生物量较大且含有大量养分等特点，使得菊芋秸秆的基质化具有广阔的应用空间及发展前景。

4 结 论

添加小麦、油菜、玉米和菊芋4种秸秆均可改变栽培基质的理化性质。对比4种基质栽培结果发现，添加菊芋秸秆的栽培基质能更好地促进辣椒植株的生长，提高辣椒品质、产量。而在增加植物抗性方面，添加小麦和油菜秸秆栽培基质的效果更好。

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