化肥减量配施生物菌肥对色素辣椒生长的影响

石 磊，王 军，陈 云，吕 宁, 2

(1.新疆农垦科学院农田水利与土壤肥料研究所，新疆石河子 832000；2.石河子大学经济与管理学院，新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意义】新疆是我国加工辣椒的特色种植区。2018年新疆辣椒种植面积达3.67×104hm2，年产干椒25×104t以上，干椒年产量占全国的1/5[1]。加工辣椒品种主要分为酱用辣椒和色素辣椒，色素椒主要用于工业上提取辣椒红色素和辣椒碱等，色素辣椒产业现已成为新疆重要的红色产业之一[2-3]。开展化肥生物肥替代研究十分必要[4]。合理的养分供给及科学的水肥运筹，不仅有利于提高作物产量，对提升作物品质、改善土壤生态环境具有显著的促进作用[5-7]。当前，在加工辣椒上侧重于施用大量元素复合肥，生物菌肥种类及施用技术研究较少[8]。有机生物菌肥，是利用有机物和有益微生物菌剂，并复配一定比例的中微量元素经发酵培养而成，以随水滴施方式施入土壤，即通过有目的地将有益微生物或植物生长调节剂引进土壤微生态系统，具有分解土壤有机质、改善土壤养分状况，调节土壤微生物菌群环境，抑制土壤病虫害，刺激地上部作物生长发育和增强作物抗逆性[9-10]。疫霉病(Pnytophthoradisease)和脐腐病(Umbilical rot disease)是色素辣椒生产中最易发生的2种病害。疫霉病一般由叶片感病并迅速蔓延到整株，可在整个生育期均可发病；脐腐病主要发生在辣椒结果期，尤其是新疆7～8月高温高热天气下，如果滴水失调最容易诱发此病害。研究适用于辣椒的生物菌肥及其合适的滴施用量，对提高加工辣椒的产量和优化品质具有重要意义，为化肥减施提供理论依据。【前人研究进展】在番茄、油菜、马铃薯、葡萄、茭白等作物上开展了生物肥用量筛选及肥效评价[11-17]，研究指出，化肥配施生物肥在增加作物生物量、提高产量和品质方面效果显著，并有利于植株对肥料养分的吸收利用。在棉花和西红柿上的试验结果，也证实了生物菌肥随水滴施后对改善作物品质和土壤微环境效果显著优于化肥处理，施用生物菌肥显著提高土壤微生物丰度和土壤酶活性，对土传病害棉花黄萎病、番茄脐腐病均起到较好的防治作用[18]。不同作物对养分需求量不同，因此，对化肥减施比例响应显著不同。目前，关于色素辣椒的研究主要集中于品种选育与加工工艺优化方面[19-20]，而对其新型生物肥料替代研究关注不足。张贵青等[21]对沼液在色素辣椒上的滴施用量进行了筛选，研究指出滴施沼液2 000 kg/667 m2时，可使辣椒茎粗增加，单株坐果数和单果重提高，改善辣椒的植物学性状，且抗病性显著增强。Liu等[22]研究发现，含有木霉菌的生物有机肥在不同种植质地辣椒上应用后，较化肥处理产量增幅40%以上，使用两季后土壤磷酸酶、脲酶活性显著增加。合理的肥料配施，不仅有利于促进辣椒养分吸收利用，提高辣椒的产量和品质，用时具有改善土壤质量、增强植株抗性的作用。【本研究切入点】更关注于辣椒品质检测技术的提升研究，关于色素辣椒新型生物肥料应用研究较少。研究色素辣椒上生物菌肥施用量及其与化肥配施效果。【拟解决的关键问题】设置单施化肥、单施生物有机肥、100%化肥与生物肥配施、减施10%、20%与生物肥配施等不同肥料处理试验，分析不同肥料处理对色素辣椒生长、产量、品质及作物和土壤养分积累量，对比各处理施肥成本与综合经济收益，确定最佳施肥方案，为新疆加工辣椒的科学施肥提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 供试肥料

试验于2019年在新疆农垦科学院试验场农业试验基地进行，小区总面积166.75 m2。前茬为棉花，土壤肥力中等偏低。表1

表1 试验点基本情况

常规肥料：尿素(N≥46%)、磷酸二氢钾(K2O≥33.9%)；P2O5含量(≥51.5%)，市场上购得。

有机生物菌肥：由新疆农垦科学院土壤肥料与农田水利研究所研制，含枯草芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌，活芽孢菌1.0×108/g；水溶性有机质179 g/L；含N 15.3 g/L、P2O54.0 g/L、K2O 6.2 g/L，铁、锌、锰、硼、钼等微量元素合计9.7 g/L，pH 5.5。

试验中供试肥料市场价格：尿素1 500元/t，磷酸二氢铵7 500元/t，有机生物菌肥3 500元/t，根据各处理亩用肥量计算肥料使用成本。按照当年当季红龙23号辣椒的市场收购价(10元/kg)，以及各处理测产量，计算不同施肥处理辣椒经济效益。

1.1.2 辣椒品种

红龙23号由新疆天椒红安农业科技有限责任公司提供。该品种属早熟高色价杂交品种，植株长势中等，坐果节位低，结果集中；成熟果色深红，易脱水晾晒，色价高，主要用于提取色素制作口红和辣椒碱。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

辣椒苗于5月1日进行移栽，覆膜栽培模式，栽植密度为5 000株/667m2，株行距为27 cm×40 cm。

设置5个施肥处理：T1为全部滴施常规化肥，标记为CF；T2为全部滴施生物菌肥，标记为BF；T3为滴施化肥+生物菌肥(其中，生物菌肥用量40 kg/667m2，化肥用量同T1)，标记为CF+BF；T4为化肥减施10%+生物菌肥，标记为90%CF+BF；T5为化肥减施20%+生物菌肥，标记为80%CF+BF；T6为不施肥处理，记为CK。每个处理小区面积61.64 m2，共9膜，3膜为1个重复；处理间设置保护行。常规化肥施用量按照氮、磷、钾肥当季利用率来计算，即氮肥利用率30%，磷肥利用率20%，钾肥利用率50%。每生产1 000 kg辣椒需吸收纯N 3.29 kg、P2O50.48 kg、K2O 4.10 kg(N∶P2O5∶K2O=1∶0.15∶1.25)[23]。各小区为单独灌水施肥，全生育期滴水12次，第3水时(5月30日)开始随水滴施肥料，按照一水一肥原则，施肥方式全部采用加压滴灌模式，于每次滴水结束前约2 h内进行，将肥料加入到滴灌系统的施肥罐，随水滴入完成。因生物菌肥具有缓效性，故重施苗肥和花肥。表2

表2 不同处理施肥量

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 辣椒生长发育

每个处理小区采取对角线取样法选5个点，每个调查选取长势均匀的20株，从苗期开始调查记录各生育期不同处理辣椒的株高(茎基部到生长点顶端的距离)、主茎茎粗(子叶处植株直径)、叶色等生物学性状；观察记录植株疫霉病和脐腐病发病率及发病级数。 每个小区累计调查100株。

1.2.2.2 辣椒产量和品质

产量构成因子：9月20日(各处理小区2/3以上辣椒对椒和门椒处于半脱水状态时)，对定点调查小区20株辣椒进行全部采摘，记录单株转色成椒数、单果鲜重、单果干重，计算鲜干比，测算667 m2产鲜椒和干椒重量。

内外观品：收获前期，各处理小区选择3株长势均匀的辣椒，采集20颗红熟辣椒果，其中10颗用于测定VC、可溶性糖、可溶性蛋白含量内在品质指标，另外10颗烘干粉碎用于测定色价值。辣椒果VC、可溶性糖、可溶性蛋白等指标按照《作物品质分析》[24]方法测定，其中，可溶性糖含量采用蒽酮浸提-分光光度计比色法测定，VC含量用草酸浸提-2, 6 二氯酚靛酚钠染色滴定法测定，可溶性蛋白用考马斯亮蓝法测定。色价值测定采用丙酮浸提-分光光度计法测定，辣椒样品取果柄后，于65℃下烘干至恒质量，再用粉碎机粉碎，过40目筛后称样测定。

1.2.2.3 辣椒植株、土壤养分

辣椒收获前，各处理定点调查小区随机取3株，按根、茎叶、果实不同器官进行分割，分开装入纸袋放入鼓风干燥箱内，先在105℃杀青30 min，然后调至 80℃下烘至恒重，记录干重。将烘干的辣椒植株样品用小型粉碎机粉碎后过0.25 mm的筛，测定全氮、全磷、全钾养分含量。辣椒收获后在定点调查小区采集0～40 cm土壤样品检测根层土壤养分含量，其中，土壤有机质采用重铬酸钾容量法、速效氮采用碱解扩散法、速效磷采用钼锑抗比色法、速效钾采用火焰分光光度计法测定，具体方法参考《土壤农化分析》(鲍士旦著)[25]。

1.3 数据处理

采用SPSS 19.0一般线性模型进行方差分析，采用最小显著极差法(LSD)进行差异显著性检验，运用Sigmaplot 12.5制图。数据均为3次重复的平均值。

2 结果与分析

2.1 不同肥料处理对色素辣椒生长发育的影响

2.1.1 辣椒生长性状

研究表明，苗期各施肥处理之间辣椒长势(P=0.096)和主茎粗(P=0.056)差异并不大，开花结果期，各处理之间辣椒生物性状指标差异极显著。开花期，T1到T5处理辣椒株高分别较对照平均增加了8.3、4.4、14.3、12.0和9.1 cm，主茎粗较对照平均增加了0.17、0.27、0.39、0.32和0.30 cm，T3处理株高和茎粗增加幅度最为显著，T4和T5处理，但T3、T4、T5处理之间差异不显著。单施化肥或生物菌肥处理的辣椒长势要弱于生物菌肥与化肥配施处理，生物菌肥处理植株叶色浓绿，而化肥处理叶片表现为黄绿色，果实膨大期，各处理辣椒长势变化特征同开花期一致，T3处理株高最高，平均达到70.3 cm，依次是T4、T5、T1、T2和T6；各处理茎粗达到1.1～1.79 cm，生物肥与化肥配施主茎粗明显高于2种肥料的单施处理。各处理单株结果数差异显著(P=0.007)，T1～T5处理单株结果数较对照分别增加了8.1、7.0、17、15.1、12.4个，T3较对照结果数增加了近1倍，T3、T4、T5处理单株结果数均达到了30个以上，3个处理之间差异不大。

化肥与生物肥配施对辣椒生长促进作用最显著，辣椒群体长势整齐且主茎发育强壮，化肥减施10%～20%并配施40 kg/667m2生物菌肥的条件下，主茎粗和单株结果数并没有明显降低。表3

表3 不同处理辣椒生长性状动态变化

2.1.2 辣椒主要病害发生情况

研究表明，与对照相比，单施生物菌肥及化肥与生物菌肥配施处理显著降低了疫霉病的发生率，整个生育期白疫病发病率在1.0%～2.0%，病株率较对照降低了约2～4倍，且以单施生物菌肥处理的病害最轻。单施化肥与不施肥处理白疫病发病率均在4.0%以上，2种处理之间差异不大，单施化肥对辣椒疫病无抑制作用。

各处理平均发病率在0.42%～0.86%，当年该病害整体发病较轻。单施生物菌肥处理辣椒脐腐病发病率最低，显著低于其它施肥处理，生物菌肥与不同比例化肥配施处理之间脐腐病发病表现差异不明显(P=0.128)，但还是明显低于化肥处理，生物菌肥滴施后对辣椒疫霉病和脐腐病具有一定的抑制作用。

5种施肥处理之间这2种病害发病率差异显著，抑菌效果T2最优，T3、T4、T5疫病发病率显著低于T1和T6处理，T3、T4、T5处理之间差异不大。图1

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同

2.2 不同肥料处理对色素辣椒产量和品质影响

2.2.1 辣椒产量

研究表明，不同施肥处理均显著提高了单株成椒数、单果鲜重和辣椒产量，且生物菌肥与化肥配施的增产效果显著高于2种肥料单施处理，其中，T3、T4、T5处理平均单株成椒数较T1和T2分别增加了5.5、3.7、1.3个和8.7、5.5、3.1个，T1处理单株转色成椒数要高于T2；T3、T4、T5处理平均单果鲜重较T1处理增加了2.6 ～ 4.2 g，较T2处理增加1.1 ～ 2.7 g。单施化肥处理单株成椒数要高于单施生物菌肥处理，而单果鲜重低于生物菌肥处理。

通过单果重、单株结椒数及小区栽培密度对各处理辣椒产量进行测算，各施肥处理辣椒鲜重达到2 142.17～3 276.83 kg/667 m2，折算单产干椒在465.68～668.74 kg，产量由高到低依次是：T3、T4、T5、T1、T2，T3、T4、T5处理干椒产量较对照分别增产109.34%、104.02%和78.37%。方差分析显示，生物菌肥与100%化肥配施、生物菌肥与化肥减施10%处理之间对辣椒产量的影响不显著(P=0.597)，但化肥减施20%对辣椒产量影响较大，较100%化肥与生物菌肥配施处理降低近100 kg/667 m2。表4

表4 不同施肥处理下辣椒经济学性状及产量

2.2.2 辣椒果实品质

研究表明，施肥处理均显著提高了辣椒果色价，其中，以T3处理的色价指标最高，达到24.15，T2、T4、T5处理色价略低于T3，但显著高于T1和T6。T2、T4、T5处理VC含量显著高于T3，即生物菌肥单施、化肥减施10%～20%与生物菌配施后对辣椒果VC含量提升效果明显优于100%化肥+生物菌肥处理，过量的化肥施用可能会影响生物菌肥在改善辣椒品质方面作用。不同处理辣椒果中可溶性蛋白含量T3、T4最高，下来依次是T5、T2、T1、T6，化肥与生物菌肥配施显著提高了辣椒果中可溶性蛋白的含量，化肥减施10%对可溶性蛋白含量影响不大。单施生物菌肥40 kg/667m2处理辣椒果可溶性糖含量最高，化肥与生物菌肥配施后，果中可溶性糖含量较单施生物菌肥处理降低了0.4%～0.6%。

不同施肥处理组合对辣椒果品质指标的影响显著不同，100%化肥与生物菌肥配施在提高辣椒果色价和可溶性蛋白含量方面最突出，化肥减施10%～20%配施生物菌肥处理对提升辣椒果VC含量最显著，而单施生物菌肥处理辣椒果可溶性糖含量显著高于化肥与生物肥配施。图2

图2 不同施肥处理下辣椒果品质

2.2.3 不同处理辣椒经济效益

研究表明，生物菌肥与化肥配施后较化肥、生物菌肥单施显著提高了辣椒经济效益，其中，T3、T4处理增效最显著，较对照分别每667 m2增收2 925.30、2 798.05元，2处理之间差异不大，但T5处理产值要显著低于T3和T4，化肥减施10%，并配合一定比例的生物菌肥施用不影响辣椒产量产值。T1处理辣椒亩收益低于T2处理约22元，单施化肥处理增效较低于生物菌肥处理。表5

表5 不同施肥处理下辣椒经济效益比较

2.3 不同肥料处理辣椒植株和根际土壤中养分分布

研究表明，各施肥处理对辣椒植株中养分积累量具有显著影响，从植株中全N、全K养分变化来看，化肥与生物菌肥配施对植株全N和全K养分吸收量具有显著促进效应，以T3处理含量最高，T4、T5处理较次之，其次是T1、T2处理；T3、T4、T5之间全N和全K含量差异不显著(P值分别为：0.059、0.275)；T1处理植株全N含量高于T2约30%，全K含量两者之间相差不大。从植株全P含量变化来看，各施肥处理较对照全P含量增加了21.6%～83.9%，其中，以T2处理积累量最高，T3、T4、T5、T1处理之间差异不大，单施生物菌肥在促进辣椒P养分的吸收方面效果最明显。生物菌肥与化肥合理配施有助于提高辣椒对养分的吸收，即使化肥减施10%～20%对植株养分积累影响不大，植株中不同养分的积累特征全N>全K>全P。

各施肥处理土壤中速效N、P、K养分和有机质含量差异显著。较对照，生物菌肥单施土壤中速效N、K养分含量是降低的，T2、T3、T4、T5处理较对照分别提高了41.38%、104.05%、70.09%、66.31%，T1与对照差异不显著，故生物菌肥的配施对提高土壤根层有机质养分具有显著作用。土壤中速效N和有机质含量以T3处理最高，速效K、速效P养分在化肥减施10%、20%处理积累最显著。表6

表6 不同施肥处理下辣椒植株和根层土壤养分分布

3 讨 论

肥料是作物生长必不可少的养分来源，然而化肥过量使用反而会造成减产和作物品质下降，这与土壤环境质量下降密切相关。李金玲等[26]指出，将乐田生物肥做基肥，并辅以适量复合肥和尿素作追肥，能够促进辣椒花芽分化，并可协调生殖生长和营养生长，提高辣椒的坐果率和单果重。贾豪语等[27]研究指出，化肥减量20%并配施生物肥，并未引起花椰菜产量的降低。Adesemoye等[12]将植物根际促生细菌(PGPR)和丛枝菌根真菌(AMF)与化肥配施应用在西红柿上，较100%化肥处理，75%化肥与2种菌剂配施番茄单果重和植株养分吸收率显著提高，90%化肥与PGPR+AMF配施显著提高了植株对磷养分的吸收率。与单施无机肥相比，生根型和膨果型生物菌肥追施提高了萝卜的VC、可溶性蛋白和可溶性糖含量，土壤中速效氮、磷、钾和有机质含量均随生物菌水溶肥追施量的增加而提高，同时追施生物菌水溶肥提高了根际土壤细菌和放线菌数量，而降低了真菌数量[14]。已有研究发现，生物菌肥养分作用发挥具有缓效性，较化肥一般提前施用，养分的释放可与作物吸收同步， 更好的促进作物对养分的吸收利用，从而提高肥料利用率。研究表明，生物菌肥替代部分化肥不但没有引起作物减产，反而会促进作物生长和提高品质[13-17, 28]，一方面生物肥配施一定比例的化肥可促进作物株高和倒四叶宽，增强叶片光合性能，从而提高养分吸收率；另一方面，生物菌肥施用后会增加土壤微生物丰富度和养分含量，调节土壤菌群环境，从而促进地上植株健康生长和产量形成[29]。

加工辣椒专用的新型生物菌肥，含水溶性有机质179 g/L，有机物料是从安琪酵母厂废液中提取发酵而得，因此，富含酵母蛋白、氨基酸、腐殖酸等有机物，还含有可抑制土壤真菌病害的拮抗菌剂，另配伍了一定比例的大量元素和微量元素，可供给作物较为全面的营养元素。2018～2019年开展了不同用量肥效试验，结果显示，在滴施常规化肥尿素(60 kg/667 m2)、磷酸二氢钾肥(45 kg/667 m2)的基础上，配施40 kg/667 m2生物菌肥，对色素辣椒生长发育、产量形成及品质改善具有显著的促进作用，并且在化肥减施10%情况下，对辣椒生长长势、产量及品质并无显著影响，但当化肥减施20%时，辣椒产量及植株养分积累度显著低于100%化肥处理。从生物学指标来看，生物菌肥与化肥配施辣椒株高、主茎粗和单株结果数均显著高于2种肥料的单施处理，开花期和结果期植株叶色浓绿、茎秆健壮，长势明显优于仅施化肥处理，生物菌肥配施90%化肥处理和配施100%化肥之间差异不大，这与王瑶[30]、宋以玲等[14]的研究结论相一致。试验中单施生物菌肥处理疫霉病发病最轻，化肥与生物菌肥配施处理较对照病株率降低了约2～4倍。研究发现[31]，喷施生物菌剂NEB(125 mL/667m2)和中合生物肥(167 kg/667m2)，对辣椒疫霉病的相对防效达到60%以上。有研究将酵素菌生物肥对辣椒进行灌根处理，对辣椒疫霉病防效达到81.8%[32]。通过对作物根层土壤微生物分析得到，生物菌剂施于根区土壤中，有益微生物群落繁殖后通过营养竞争、空间占领，产生抗生素等抑菌物质可在作物根系周围形成保护屏障，抑制病原菌的生长、繁殖，最大限度的减轻植物病害发生率[31]。从增产效果来看，生物菌肥配施100%化肥与生物菌肥配施90%化肥处理增产最显著，较化肥单施提高了30%以上，较不施肥处理产量提高了1倍多；通过成本收益换算，100%化肥与生物菌肥配施每亩辣椒可增收近6 200元，即使化肥用量减施10%，其亩收益也达到近6 000元。内外观品质来看，试验条件下，供试生物菌肥与化肥配施在提高色价方面优势突出，以100%化肥+菌肥处理色价值最高，90%化肥与生物菌肥配施对辣椒果VC和可溶性蛋白含量提升效果显著。前人研究也发现，黄绿木霉菌生物肥料施用后，辣椒植株叶绿素、果实中VC含量均增加[26]。生物菌肥与100%化肥配施后提高了植株中全N和全K的吸收量，化肥减施10%植株养分积累效应未发生显著改变；化肥与菌肥配施后土壤中有机质含量显著增加，化肥减施10%～20%后更有利于土壤中速效P和速效K养分转化和积累。不同的土壤理化性状对矿质养分转化利用机制不同，故这也造成土壤中养分积累和被作物吸收利用量相差较大[17]。

综合不同施肥处理辣椒的生物学性状(株高、茎粗和结果数)、产量表现(单株成椒数、单果重和经济产量)和营养品质(VC和可溶性蛋白含量)，化肥减施10%与40 kg/667 m2生物菌肥配施对加工辣椒生长发育及植株养分积累都具有积极的促进作用，滴施后使得土壤有机质和无机养分P和K含量显著增加。

4 结 论

667 m2滴施常规化肥(尿素60 kg、磷酸二氢钾肥45 kg)基础上，配施供试的生物菌肥40 kg/667m2，对色素辣椒生长促进作用最显著。在化肥减施10%后，对辣椒生长、产量和品质影响不大，且化肥减施10%～20%更有利于土壤中速效P和速效K养分的积累和转化。在研究区辣椒生产上采用减施化肥10%配施40 kg/667m2的施肥方案。