化肥减施与木霉菌有机肥配施对辣椒产量、品质及根际土壤酶活性的影响

靳亚忠，熊亚男，孙 雪，李金雨，李 响，何淑平，李春霞

（黑龙江八一农垦大学园艺园林学院，黑龙江大庆 163319）

农业生产已经在我国的经济和社会发展中发挥了重要的作用。在中国，农业生产已形成了高化肥投入进行作物生产的模式[1-3]，然而化学肥料的大量投入却带来了环境污染、土壤肥力的下降、养分失衡以及作物产量和品质降低等问题[1，3-5]，且化肥的过量施用也导致蔬菜生产中肥料的利用率降低、土壤硝态氮积累、土壤板结及酸化、土传病害严重等问题[6]。为了解决不合理施用化学肥料问题，在绿色生产的要求下，必然选择提高肥料利用率和降低化学肥料投入量的方法。近年来许多研究表明，农业生产中采用化肥减施[4]、平衡营养肥料施用[5]、有机肥和无机肥配施[7-10]、水肥耦合使用[11]、肥料增效剂使用[12-14]等措施能有效提高肥料利用率，降低农业面源污染，并提高作物产量和品质，但是各种措施发挥调节作用的机理或方式存在差异。

木霉菌（Trichoderma spp.）是一类丝状子囊菌类绿色孢子真菌，大部分来自土壤[15]，可以保护或减轻逆境胁迫对作物的伤害。木霉菌可以通过与植物根系互作，诱导植物体内代谢发生变化，如激素、可溶性糖、次级代谢物、氨基酸含量以及光合作用等发生变化，促进植物生长、提高作物产量及产品品质[16-18]，它已作为有益生防菌及生物肥料被应用于生产。为了提高辣椒栽培中肥料的利用，进行养分综合管理是有效方法之一。在番茄、黄瓜、蕹菜栽培中，化肥减量配施木霉菌有机肥通过调节土壤微生物群体变化，活化养分，促进产量增加和品质提高[19-22]，但关于木霉菌有机肥及木霉菌菌剂对瓜果、蔬菜及作物品质的影响结果还存在争论[20，23-24]。

辣椒（Capsicum annuum L），一种茄科蔬菜植物，其果实富含Vc，已经成为全国各地重要的经济作物[3，25]。辣椒在全生育期对肥料的需求量较大，氮、磷、钾施用量影响了辣椒的产量与品质[26]，尤其是氮肥的过量施用降低了辣椒果实品质，而产量未呈现增加，且肥料利用率较低[27-28]。已有研究表明，氮、磷与硅钙肥配施可以显著提高辣椒的产量和品质[3]；减施化肥40%～50%并配施沼液可以明显增加辣椒产量与可溶性糖、Vc及氨基酸的含量[29]。此外，利用畜禽粪肥[30]、蘑菇渣[31]及沼渣堆肥[32]配施化肥显著提高了辣椒产量和品质，而关于通过减施化肥配施木霉菌有机肥来调节辣椒果实产量、品质的研究较少。因此，本研究拟利用化肥减量配施木霉菌有机肥进行处理，了解其对辣椒生长、产量、品质及其根际土壤酶活性、有效氮磷钾含量的影响，为辣椒优质可持续性生产提供理论支持，并初步探讨木霉菌有机肥配施化肥调节辣椒产量、品质的可能原因。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试辣椒品种为“东北辣妹子”（黑龙江省五大连池市富民种子有限公司生产）；供试土壤为黑钙土，土壤为pH 7.3，有机质含量19.1 g/kg，铵态氮含量27.5 mg/kg，硝态氮含量1.1 mg/kg，有效磷含量99.5 mg/kg，速效钾含量142.8 mg/kg。供试化肥为氮磷钾复合肥（15-15-15）（由黑龙江牧康牧业有限责任公司提供）；试验所用木霉菌有机肥为棘孢木霉菌DQ001孢子粉（由黑龙江田力保生物科技有限公司提供），与羊粪和秸秆的混合发酵物按照1 kg∶500 kg的比例进行混合，有效活菌孢子量达到3亿以上，含有基质≥25%、氮磷钾≥6，由黑龙江牧康牧业有限责任公司提供。

1.2 试验设计

试验于2019年5月10日—9月30日在黑龙江八一农垦大学园艺园林学院实验基地露地试验田进行。试验设置：A，100%化肥（农民常规施用复合肥 75 kg/667 m2）；B，85%化肥施肥（63.75 kg/667 m2）+木霉菌微生物肥245 kg/667 m2；C，70%化肥（52.5 kg/667 m2）+木霉菌微生物肥 290 kg/667 m2；D，50%化肥（37.5 kg/667 m2）+木霉菌微生物肥 450 kg/667 m2；CK，不施肥。每个处理3次重复，共15个小区，每个小区面积6 m2，每个小区定植辣椒苗24株，定植密度为2 500株/667 m2，采用完全随机区组设计。100%化肥处理中，50%的化肥作为基肥进行施用，另外的50%肥料作为追肥进行施用，在“四门斗”辣椒花后10 d左右进行追施（田间温度大约25℃±2℃），其他处理中的化肥作为基肥一次性施入；木霉菌有机肥作为基肥施用。试验期间，各处理辣椒植株的田间管理按照常规田间管理方法进行，在“四门斗”花后30 d（商品绿果期）和45 d（红果期）采集样品，进行测定辣椒品质；另外选择固定植株，于花后45 d（红果期）进行单株产量和生物量的测定；同时采集辣椒植株根际土壤，每个小区多点混合采集土壤样品，其中一部分土壤进行风干、过筛，取2～10 g土用于测定速效氮、磷、钾养分含量；另外一部分放入4℃冰箱中保存，进行测定土壤酶活性。

1.3 测定项目及方法

果实硝态氮含量测定采用水杨酸-硫酸比色法[33]；可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法测定[33]；可溶性糖含量测定采用比色法[33]；Vc含量测定2,6-二氯酚靛酚滴定法[33]；辣椒单果重及产量采用电子天平秤称量法测定；土壤铵态氮、硝态氮、有效磷和速效钾测定采用孔涛等的方法进行[34]；土壤蔗糖酶活性测定采用3,5-二硝基水杨酸比色法[8]；土壤多酚氧化酶活性测定采用高锰酸钾滴定法[8]；土壤脲酶活性测定采用靛酚蓝比色法[8]；土壤脱氢酶活性测定采用TTC比色法[8]；碱性磷酸酶活性测定采用磷酸苯二钠比色法[8]。

1.4 数据处理与统计分析

采用Excel 2013和DPS 9.01软件对数据进行处理和统计分析，其中用Duncan新复极差法进行数据的显著性分析，并得出结果。

2 结果与分析

2.1 化肥减施配施木霉菌有机肥对辣椒生物量及单株果实产量的影响

由表1可知，不同处理之间辣椒植株生物量、单株果实及小区果实产量存在显著差异（P＜0.05）。与CK（对照）处理相比较，各施肥处理辣椒单株生物量、单株果实及小区果实产量显著高于对照（P＜0.05）。各施肥处理之间相比，A处理（100%的化学肥料）的辣椒单株生物量显著高于B（85%化肥施肥+木霉菌微生物肥）、C（70%化肥+木霉菌微生物肥）、D（50%化肥+木霉菌微生物肥）处理，而单株果实产量和小区果实产量则与C和D处理之间无显著差异（P＜0.05）；化肥减施与木霉菌有机肥配合施用的各处理产量相比，C和D处理的辣椒单株果实和小区果实产量显著高于B处理（P＜0.05），而C和D处理辣椒单株果实和小区果实产量之间无明显差异（P＜0.05）。

表1 辣椒生物量与单株果实产量Table 1 Peper biomass and fruit weight of per plant

2.2 化肥减施配施木霉菌有机肥对辣椒果实硝酸盐含量的影响

由图1可知，随着“四门斗”辣椒的生长发育，各处理辣椒果实中的硝酸盐含量存在明显差异。在花后30 d（绿色商品果期）和45 d（红果期）时，A处理（100%施用化学肥料）果实的硝酸盐含量显著高于CK和其他施肥处理（P＜0.05）；B（85%化肥施肥+木霉菌微生物肥）、C（70%化肥+木霉菌微生物肥）、D（50%化肥+木霉菌微生物肥）处理果实中硝酸盐含量显著地高于CK处理果实中硝酸盐的含量（P＜0.05）。在化学肥料与木霉菌有机肥配施的处理中，B处理辣椒果实硝酸盐含量明显大于C和D处理，而在花后30 d和45 d时，D处理辣椒果实硝酸盐含量最低（P＜0.05）。

图1 辣椒果实硝酸盐的含量Figure 1 Nitrate content in pepper fruit

2.3 化肥减施配施木霉菌有机肥对辣椒可溶性蛋白含量的影响

由图2可知，随着“四门斗”辣椒的生长发育，不同处理的辣椒果实可溶性蛋白含量不同。在花后30d（绿色商品果期）时，A处理（100%施用化学肥料）辣椒果实中可溶性蛋白的含量显著高于B（85%化肥施肥+木霉菌微生物肥）、C（70%化肥+木霉菌微生物肥）、D（50%化肥+木霉菌微生物肥）以及CK（不施肥）处理；而化肥减施配施木霉菌有机肥的处理之间相比较，C（70%化肥+木霉菌微生物肥）处理辣椒果实可溶性蛋白含量最低，明显低于B和D处理（P＜0.05）。此外，在花后45 d（红果期）时，A 处理和B处理辣椒果实可溶性蛋白含量之间无明显差异，且显著高于其他处理（P＜0.05），而C和D处理辣椒果实可溶性蛋白含量也无明显差异，且高于CK处理（P＜0.05）。

图2 辣椒果实可溶性蛋白含量Figure 2 Content of soluble protein in pepper fruit

2.4 化肥减施配施木霉菌有机肥对辣椒可溶性糖含量的影响

由图3可以看出，施肥方式的不同对辣椒果实可溶性糖含量的影响不同。在辣椒果实花后30 d（绿色商品果期）时，施肥处理辣椒果实可溶性糖含量明显高于CK，且施肥处理中，C（70%化肥+木霉菌微生物肥）和D（50%化肥+木霉菌微生物肥）处理辣椒果实中可溶性糖含量显著高于A（100%的化学肥料）和B（85%化肥施肥+木霉菌微生物肥）处理（P＜0.05）。在花后45 d（红果期）时，A处理辣椒果实可溶性糖含量明显低于CK和B、C、D施肥处理，且CK辣椒果实中可溶性糖含量最高，而C（70%化肥+木霉菌微生物肥）和D（50%化肥+木霉菌微生物肥）处理辣椒果实可溶性糖含量显著大于B（85%化肥施肥+木霉菌微生物肥）处理，且C和D处理之间无显著差异（P＜0.05）。

图3 辣椒果实可溶性糖含量Figure 3 Content of soluble sugar in pepper fruit

2.5 化肥减施配施木霉菌有机肥对辣椒Vc含量的影响

图4表明，不同施肥方式调节了辣椒果实中Vc含量。在花后30 d（绿色商品果期）时，各种施肥处理辣椒果实中Vc含量显著高于CK处理，而施肥处理之间相比较，发现A（100%的化学肥料）处理辣椒果实中Vc的含量则明显低于化肥与木霉菌有机肥配施处理（B、C、D）处理（P＜0.05），且 C（70%化肥+木霉菌微生物肥）处理辣椒果实中Vc含量最高。在花后45 d（红果期）的辣椒果实中，B（85%化肥施肥+木霉菌微生物肥）、C、D（50%化肥+木霉菌微生物肥）处理的辣椒果实中Vc含量则显著高于A和CK处理，且B、C、D处理辣椒果实Vc含量之间无显著差异（P＜0.05）。

图4 辣椒果实Vc含量Figure 4 Content of Vc in pepper fruit

2.6 化学肥料配施木霉菌有机肥对土壤速效氮磷钾含量的影响

施肥影响了土壤中速效氮、磷、钾养分的含量，且存在施肥方式之间的差异（表2）。与CK处理相比，各施肥处理土壤中铵态氮、硝态氮、速效磷以及速效钾的含量显著高于其他处理与CK处理（P＜0.05）。从表2也可以看出，与100%化学肥料处理（A）相比，C（70%化肥+木霉菌微生物肥）和D（50%化肥+木霉菌微生物肥）处理明显提高了土壤中铵态氮、速效磷以及速效钾的积累，而显著降低了硝态氮的含量（P＜0.05），而化肥减施与木霉菌有机肥配施处理中，D处理土壤铵态氮含量则低于C处理，而C和D处理土壤中速效钾和硝态氮含量无明显差异（P＜0.05），说明木霉菌有机肥配施的量影响了土壤中速效氮、磷、钾的有效性。

表2 土壤速效氮磷钾含量Table 2 The contents of available nitrogen，phosphorus and potassium in soil mg·kg-1

2.7 化学肥料配施木霉菌有机肥对土壤酶活性的影响

土壤中的各种酶活性能反映土壤肥力状况。如表3所示，与CK处理相比，施肥处理的蔗糖酶和脲酶活性显著高于CK（不施肥）处理。各施肥处理之间，D（50%化肥+木霉菌微生物肥）处理土壤蔗糖酶活性明显大于A处理（100%施用化学肥料）、B（85%化肥施肥+木霉菌微生物肥）和C（70%化肥+木霉菌微生物肥）土壤中蔗糖酶活性，而A、B和C处理蔗糖酶活性之间无显著差异（P＜0.05）。对脲酶活性而言，A（100%施用化学肥料）土壤脲酶活性显著低于B、C、D处理土壤脲酶活性，但B、C及D处理之间无明显差异（P＜0.05）。此外，化肥减施与木霉菌有机肥配施（B、C、D）处理土壤多酚氧化酶活性明显大于A（100%施用化学肥料）和CK（不施肥处理），且在B、C、D处理之间，D处理土壤多酚氧化酶活性最高，而各施肥处理土壤中脱氢酶活性也存在与多酚氧化酶活性相似的规律，D处理土壤脱氢酶活性显著高于其他处理与CK（P＜0.05）（表3）。施肥处理土壤碱性磷酸酶活性显著高于CK，而C和D处理土壤碱性磷酸酶活性则明显大于A处理和B处理（P＜0.05）（表 3）。

表3 土壤酶活性Table 3 Soil enzyme activities

3 讨论

在农业生产中，减少化学肥料的投入量和提高化学肥料的利用率是生产绿色产品的方式之一。许多研究表明，木霉菌作为一种环境友好型有益微生物能应用于绿色、无害农产品生产中，实现减肥减药增效的目的[19-24]。本研究中发现，相对于100%的化肥处理（A），化肥减量30%和50%配施木霉菌有机肥的处理（C和D）能维持辣椒生物量和果实产量，与对番茄[19-20]、黄瓜[21]、蕹菜[22]等的研究结果相一致，即减施化肥配施木霉菌有机肥可以提高叶菜和瓜果类蔬菜的产量。有研究认为，木霉菌有机肥与化肥配施提高了土壤有机质含量，提升了土壤养分的有效性，进而提高了产量[22]；在番茄上研究发现，木霉菌生物肥与75%化肥配施促进了根际土壤中真菌、细菌以及放线菌数量的增加，提高了土壤养分有效性，维持了番茄的产量[20]；等氮量条件下，木霉菌有机肥处理提高了土壤中总氮、磷、钾以及速效氮、磷、钾的含量，并提高了木霉菌、细菌以及真菌数量，促进了小白菜[34]和生菜[35]的产量增加。在不同的作物上，木霉菌有机肥的使用促进产量增加的调节作用存在差异[20，22，34-35]。本研究中，化肥减量 30%和50%配施木霉菌有机肥（C和D）处理明显提高了根际土壤蔗糖酶、多酚氧化酶、脱氢酶、脲酶、碱性磷酸酶活性以及提高了土壤中有效氮、磷、钾的含量，从而促进了辣椒生物量及产量的提高，推测木霉菌有机肥配施减量化肥可能提高了土壤有机质含量[36]，发挥了木霉菌在土壤中招募有益微生物的作用，进而促进了土壤酶活性[19，32]，活化了土壤中速效养分[37-38]，且木霉菌可能优化了根际环境[39]，进而促进辣椒生长，提高产量，但还需进一步进行验证。

除了产量之外，化肥减量配施木霉菌有机肥提高了辣椒绿果和红果果实（花后45 d）可溶性糖含量、Vc含量，而显著降低了辣椒果实中硝酸盐的含量，赵政等[20]的研究也得到了相同的结果。此外，本研究发现，在化肥减量下，配施木霉菌的处理并没有提高果实中可溶性蛋白的含量，与鹰嘴豆中的研究结果相一致[39]，其中的原因还不清楚。许多研究已经表明，有机肥的使用能够保证作物营养代谢协调均衡[40]，进而促进果实优质生产，且木霉菌能活化土壤中的矿物质营养，提高养分有效性和利用率[39]，调节了植物生理代谢及果实品质形成途径中关键酶基因的表达[41]，进而提高了果实品质，但是木霉菌有机肥如何启动辣椒果实糖、Vc合成途径中的代谢网络途径还不明确。

4 结论

与100%化肥处理相比，化肥减量30%和50%配施木霉菌有机肥能稳定辣椒植株生物量及辣椒产量，并提高了辣椒红色果实可溶性糖含量和Vc含量（仅C处理提高了绿色果实（花后30 d）中可溶性糖含量），显著降低了果实中硝酸盐的积累量，但果实中可溶性蛋白含量低于100%化肥处理；同时也提高了辣椒植株根际土壤中蔗糖酶、多酚氧化酶、脱氢酶、脲酶以及碱性磷酸酶活性，提高了土壤中铵态氮、速效磷、速效钾的含量，说明化肥减量30%和50%配施木霉菌有机肥能通过改变根际土壤酶活性，进而活化土壤有效养分和供应能力，从而改善土壤肥力，促进辣椒生长、产量的提高以及品质的改善，但是木霉菌有机肥与化肥配施调节辣椒生长及品质改善的机理还有待于进一步研究。