海南有机肥替代氮肥对辣椒生长和品质的影响

李晓亮，余小兰，戚志强，杜公福，杨 衍*

（1.中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所，海南 儋州 571737；2.中国热带农业科学院环境与植物保护研究所，海南 海口 571101；3.海南省热带生态循环农业重点实验室，海南 海口 571101）

海南以红壤为主［1］，有机质含量低［2］，保水保肥能力差，导致肥料利用率低。而且土壤有机质缺乏也不利于土壤孔隙结构的形成，使得土壤对极端天气的缓冲能力较差，进而导致辣椒生长易受季节性干旱影响［3-4］。此外，随着海南农业的快速发展，土地复种指数较高［5］，常年种植水稻和蔬菜作物，而很少施用有机肥，导致含量本就不高的土壤有机质进一步下降，不利于海南农业的可持续发展。

氮是辣椒和玉米生长中需求最多的养分，吸收量达到186 kg/hm2［6］。由于土壤有机质含量低，土壤保肥能力差，农民需要过量施用氮肥以保证养分供应，农户平均氮肥投入达到357 kg/hm2［7］。然而，过量施用氮肥会提高蔬菜中硝酸盐和亚硝酸盐含量，严重降低蔬菜品质，且硝态氮在土壤中大量累积，促进了氧化亚氮的排放，造成严重的大气污染［8］。海南辣椒氮肥利用率为19.7%～26.9%，且氮肥利用率与有机氮、铵态氮、硝态氮的配比密切相关［9］。虽然，目前有机肥增施的相关研究较多，但是，在优化施肥条件下，有机肥部分替代氮肥对辣椒生长、品质和土壤性状影响的研究非常缺乏，有必要开展相关研究，为有机肥的应用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究在海南省琼海市的砖红壤旱地开展，前茬作物为玉米，收获后秸秆还田，腐熟60 d后使用，土壤基本理化性状为：pH值6.36，碱解氮42.92 mg/kg，有效磷56.75 mg/kg，速效钾94.89 mg/kg，有机质36.15 g/kg。辣椒品种为 “巨陇828”，该品种为用于鲜食的青果螺丝椒。

1.2 试验设计

本研究采用羊粪有机肥替代氮肥，设置4个处理，分别是100%化肥（对照），有机肥替代20%氮肥（20%）、有机肥替代40%氮肥（40%）、有机肥替代60%氮肥（60%），每个处理设置4个重复，每个重复84 m2。试验所用材料中羊粪有机肥含N 2%、P2O50.5%、K2O 1.3%，尿素含N 46%，硫酸钾含K2O 50%，过磷酸钙含P2O518%。每公顷辣椒N、P2O5、K2O投入量分别为421.5、120、397.5 kg。各处理具体肥料投入量详见表1。

表1 不同处理的有机肥和化肥投入量（kg/hm2）

有机肥全部用于底肥，采取等量控制的原则，分配底肥和追肥量。4个处理总氮量相同，20%、40%、60%处理从总养分中减去有机肥所含养分，余下养分采用化学肥料补足。磷肥全部用于基肥，氮钾养分按底肥30%、追肥70%的原则分配。坐果期追肥占追肥总量的30%，采摘期追肥占70%。追肥的尿素和硫酸钾采取膜下滴灌的方式。辣椒于2017年10月14日种植，2018年3月14日收获，于收获期采集土壤及植株样品，进行各生理指标测定。

1.3 样品分析

记录辣椒产量。在盛果期采集辣椒植株，每个小区随机取3株，将根、茎、叶分别洗净烘干并称重，粉碎后分析果实、叶片和茎秆中的氮磷钾养分含量，同时采集0～20 cm土壤样品，分析土壤物理、化学性状。

所有样品均采用鲍士旦［10］的分析方法进行测定。土壤pH采用土水比为1∶10（m/v）进行测定，采用重铬酸钾外加热法测定土壤有机质含量，采用碱解扩散法测定土壤碱解氮，采用乙酸铵提取土壤，用火焰光度计测定速效钾含量，采用氟化铵-盐酸溶液提取土壤，并用钼蓝比色法测定土壤有效磷含量。植株养分采用硫酸-双氧水消煮至透明，分别采用凯氏定氮仪、钼黄比色法和火焰光度计测定植株全氮、全磷、全钾含量。

1.4 数据处理

在SPSS 18.0中使用One-way ANOVA分析不同有机肥替代处理的土壤理化性状、植株生物量、植株生长指标、果实品质，采用Tukey’s HSD进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 有机肥替代氮肥对辣椒生长的影响

有机肥替代氮肥对辣椒产量、单果重、果长和果宽均无显著影响。20%替代量不会影响辣椒的株高和冠幅，但是40%替代量会降低辣椒株高，60%替代量下的株高和冠幅均会降低（表2）。

表2 有机肥替代氮肥对辣椒生长的影响

总体来说，随着有机肥替代量的增加，植物各组织的生物量逐渐下降。有机肥替代40%～60%的氮肥后，显著降低了辣椒叶片和茎秆的生物量，虽然果实和根系生物量均有下降的趋势，但是未达显著水平（图1）。此外，辣椒株高和冠幅也在替代40%氮肥处理时开始下降（表2）。该结果表明40%替代量已经不能满足辣椒后期生长的需求。

2.2 有机肥替代氮肥对植株养分吸收的影响

有机肥替代氮肥显著降低了辣椒茎秆中的氮含量（图2），对叶片、果实和根系中的氮含量（图2），各器官内的磷含量（图3）以及叶片、茎秆、根内的钾含量无显著影响（图4），但提高了果实中的钾含量（图4）。

随着有机肥替代量的增加，氮、磷的养分吸收效率逐渐降低，钾的养分吸收效率呈先升高后降低的趋势。氮、磷、钾的养分收获指数均随有机肥替代量的增加而升高（表3）。

表3 有机肥替代氮肥对氮、磷、钾养分吸收利用效率和收获指数的影响 （%）

2.3 有机肥替代氮肥对土壤理化性状和果实营养品质的影响

土壤pH值随有机肥替代量的增加而升高，不同有机肥替代处理对土壤碱解氮、有效磷、速效钾无显著影响，60%有机肥替代氮肥处理的土壤有机质含量显著高于其他3个处理（表4）。

随着有机肥替代氮肥比例的提高，辣椒果实中的Vc含量呈现先升高后降低的趋势，并在替代比例为20%和40%时达到最高，与纯化肥处理相比提高了约1倍（表4）。此外，20%、40%和60%有机肥替代氮肥处理均显著降低了辣椒果实中的亚硝酸盐含量，但是3个有机肥处理之间并无显著差异（表4）。然而，有机肥替代氮肥并不会影响辣椒果实中的可溶性糖和可溶性蛋白含量（表4）。

表4 有机肥替代氮肥对土壤理化性状和果实营养品质的影响

3 讨论

有机肥替代化肥是减少化肥用量、改良土壤的一项重要措施。在马铃薯上的研究发现，有机肥替代化肥可以提高马铃薯块茎产量，提高氮肥利用效率，而单纯施用有机肥则会降低产量［11］。与单纯施用化肥相比，有机肥替代氮肥降低了中后期水稻叶面积衰减率，提高了结实率、叶面积指数、叶片叶绿素含量，同时早晚稻的产量分别提高4.86%～7.74%和1.27%～8.10%［12］。在优化施肥的基础上，增施有机肥、氨基酸发酵废液等有机物料，则会显著提高辣椒产量［13-14］。然而，本研究发现，在优化辣椒养分投入量的基础上，采用有机肥替代氮肥不会提高辣椒产量，而且40%氮肥处理的辣椒株高、冠幅以及叶片和茎秆生物量均显著降低，表明40%的替代量已经不能满足辣椒后期生长的需求（表2）。究其原因可能是由于本研究的养分投入量较为合理，没有造成养分的过量投入，而且有机肥替代氮肥可以降低茎秆中氮含量（图2）。同时本研究采取膜下滴灌的水肥一体化技术，有效提高了肥料利用效率，其中化肥处理的氮吸收效率达到72.06%（表3），而随着有机肥替代比例增加，有机态的养分占比升高，反而会降低氮的吸收效率。

本研究中，有机肥替代氮肥对辣椒果长、果宽和单果重等外观品质无显著影响（表2），但是显著提高了果实中的Vc含量，降低了硝酸盐含量，从而提高了果实的营养品质（表4）。其他研究也发现，施用1200 kg/hm2菌糠有机肥后，Vc含量提高了85.7%，可溶性糖提高4.2倍，可溶性蛋白含量是对照的1.46倍［15］。施用45 t/hm2的猪粪和鸡粪有机肥可以显著提高辣椒可溶性蛋白和游离氨基酸含量，同时降低硝酸盐含量［16］，其原因可能是由于有机肥中的养分主要以有机态存在，必须经分解矿化后才能被作物吸收利用，不会导致硝态氮在植物体内的快速积累［17］。此外，有机肥中富含多糖、有机酸、肽类、氨基酸等营养成分，可以提高土壤对铵态氮的吸附能力，同时抑制了硝化作用［18-19］。辣椒品质与有机肥种类密切相关，牛粪处理的辣椒可溶性糖和可溶性蛋白质含量显著高于羊粪和鸡粪处理［20］。此外，过量施用有机肥也会降低辣椒产量，影响品质［14］。因此，有必要根据不同地区的生产条件，合理地选择有机肥种类，优化其用量。

目前，施用有机肥能否提高土壤有机质含量仍然有一些争议。研究发现，合理施用化肥可以维持土壤有机质含量，而长期不施肥会导致土壤有机质矿化，含量下降［21］。通过氮磷钾肥合理配施，可以提高土壤中残留的根系生物量，从而提高土壤有机质含量。在土壤肥力较低的情况下，施用有机肥可以提高土壤有机质含量［22］。本研究发现，与化肥处理相比，20%～40%替代量的土壤有机质含量均无显著差异，而60%替代量下的土壤有机质含量显著高于其他3个处理（表4），该结果可能是由于本试验田的碱解氮含量较低，而60%处理的有机肥投入较多，导致有机质矿化速率较慢，从而提高了该处理下的土壤有机质含量（表4）；此外，施用有机肥提高了土壤pH值，而且60%替代处理的pH值最高（表4），在一定范围内，有机质的矿化速率与pH值呈负相关，这也可能是导致60%替代处理下的有机质含量高的原因。例如，在酸性土壤的茶园施用生物质碳提高了土壤pH值，显著降低了茶园土壤氮矿化量、净氮矿化速率和净硝化速率［23］。

4 结论

有机肥替代氮肥可显著提高辣椒果实中Vc含量，降低亚硝酸盐含量，提高土壤pH值和土壤有机质含量。因此，在海南酸性土壤中使用有机肥替代氮肥，可以提高辣椒品质、改良土壤，合理的替代比例为20%。