再生水滴灌对辣椒产量和品质的影响

董思琼，田军仓，2，3*，沈 晖，2，3，闫新房，2，3，朱永福

（1.宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏银川 750021；2.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，宁夏银川 750021；3.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心，宁夏 银川 750021）

辣椒是宁夏地区栽培的主要蔬菜之一，水资源短缺与水肥利用效率低是限制辣椒产业发展的重要因素[1]。不合理的灌水施肥不仅造成水资源和肥料的浪费，还导致辣椒发病率高、产量和品质下降[2]。水肥的耦合效应对植物可产生协同、叠加和拮抗三种结果或现象[3]。因地制宜协调水肥，使其产生协同作用，以达到“以水促肥”和“以肥促水”的目的，对节约水肥资源、增加产量、改善品质和保护环境具有重要的意义[4]。再生水作为一种合理且可持续性替代水源，富含N，P，K 等营养元素且水源稳定，将其用于农田灌溉，对缓解水资源短缺、节肥具有重要的意义[5]。近年来，国内外学者对再生水灌溉条件下作物产量和品质等方面进行了较多研究[6—9]，得出短期再生水灌溉，对作物生长、增产具有一定促进作用并且无不利影响；学者们开展了灌溉水量和肥料施用量对辣椒产量和品质影响的研究，证实了水肥耦合对节约水肥资源与提高辣椒产量和品质的作用效果[10—14]。但在滴灌再生水条件下水肥耦合对辣椒产量和品质影响及确定水肥最优组合的研究鲜见报道。因此，本试验在不同再生水灌溉水质条件下，探索辣椒产量、品质和果实重金属含量对水肥耦合的响应规律，旨在获取再生水膜下滴灌辣椒最适宜水肥耦合组合，为宁夏中卫地区再生水滴灌辣椒水肥管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在宁夏水投中卫水务有限公司再生水灌溉示范基地（北纬37°30′31.22″，东经105°13′7.6″）进行。试验田土壤干容重为1.46 g/cm3，田间持水率为23.51%，辣椒全生育期降雨量为174.30 mm。再生水为中卫市第一污水处理厂生活污水二级处理水，自来水为中卫市生活用自来水。再生水水质符合《农田灌溉水质标准》（GB 5084—2005），水质指标见表1，土壤理化性质见表2。

表1 灌溉水质指标

表2 土壤理化性质

1.2 试验设计

采用正交试验方法，设置灌溉水质S、灌溉定额W、追肥量F 三个因素，每个因素设3 个水平，共计9 个处理，每个处理重复3 次，共设27 个小区，选择L9（34）正交表。正交试验方案如表3 所示。

表3 正交试验方案

1.3 试验实施方案

供试辣椒品种为绿龙十号，于2020 年5 月26日种植，9 月30 日拉秧。各处理面积为11 m2，其中垄面宽70 cm，垄沟宽50 cm，每垄种植2 行，每穴2株，株距35 cm，行距40 cm，小区间用塑料膜防渗。灌溉方式为膜下滴灌，每行辣椒内侧布置一条滴灌带，滴头间距30 cm，滴头流量为3 L/h。

氮磷钾施肥量依据目标产量法和调查研究确定。辣椒种植前施基肥：复合肥料（N∶P2O5∶K2O=25∶6∶9）600 kg/hm2（总养分大于40%），有机肥1 215 kg/hm2（N+P2O5+K2O≥5%，有机质≥45%）。5 月25日和5月26 日，即辣椒定植前和定植期各灌水1 次，灌水定额为240 m3/hm2；生育期共灌水13 次，追肥10次，其中苗期-开花期灌水2 次，1 次随水追肥；结果初期灌水3 次，其中2 次随水追肥；结果中期灌水6次，每次均随水追肥；结果后期灌水2 次，其中1 次灌水追肥。追肥肥料选用以色列海法牌全水溶肥料（N∶P2O5∶K2O∶Ca=15∶5∶35∶25），灌水和施肥时期依据辣椒生育期需水和需肥规律确定。采用文丘里施肥器随水追肥，灌溉量由水表控制。

1.4 观测项目及方法

（1）产量的测定：收获期每隔12 d 左右采摘一次，按处理号分别统计汇总。

（2）品质及重金属测定：2020 年8 月25 日于每小区采摘辣椒果实制作混合样，依据相关标准测定不同处理样品的维生素C、可溶性蛋白、辣椒素、辣椒素类物质总量、硝酸盐与重金属铬、铅、砷含量。

1.5 数据处理和统计方法

采用Excel 和SPSS 26 版本软件进行数据计算和统计性分析，采用Origin 2018 版本软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对产量的影响

由极差分析（表4）可知，三因素对辣椒产量影响的主次顺序为灌溉定额W＞追肥量F＞灌溉水质S。由方差分析可知，灌溉水质、灌溉定额和追肥量对辣椒产量影响分别为不显著（P＞0.05）、极显著（P＜0.01）和显著（P＜0.05）。由图1 可知，S1辣椒产量分别比S2和S3高3.18%和12.67%，产量随着灌溉定额的增加而增加，随着追肥量的增加先增加后减少。再生水中含有大量的氮、钾等营养物质，再生水灌溉与适量追肥能较好地提高辣椒产量，追肥过多或过低均不利于辣椒增产。加大灌溉量能使作物从土壤中吸收更多的养分，促进作物生长，进而提高产量。

图1 各因素水平辣椒产量趋势图

各因素初始最优组合为S1W3F2，参考组合为S1W2F2，参考组合与最优组合不一致。其中S 和F 因素一致，仅W 因素不一致，从W 水平辣椒产量趋势图（图1）来看，W2和W3水平辣椒产量差异不明显且考虑经济、成本因素，取W 的最优水平为W2，故确定最优组合为S1W2F2，即灌溉水质为再生水、灌溉定额为2 820 m3/hm2、追肥量为900 kg/hm2时辣椒植株产量最高，为85.47 t/hm2。

2.2 不同处理对辣椒品质的影响

2.2.1 维生素C 各处理品质和极差结果见表4。由极差分析（表4）可知，三因素对辣椒维生素C 影响的主次顺序为追肥量F＞灌溉水质S＞灌溉定额W。由方差分析可知，灌溉水质、追肥量和灌溉定额对辣椒维生素C 含量影响均极显著（P＜0.01）。S1维生素C 含量分别比S2和S3低5.80%和21.69%，辣椒维生素C 含量随着灌溉定额的增加先增加后减少，随着追肥量的增加先增加后减少。

各因素初始最优组合为S1W2F2，参考组合为S1W2F2，参考组合与最优组合一致，确定最优组合为S1W2F2，该组合辣椒维生素C 含量最高，为117.00 mg/100 g。

2.2.2 可溶性蛋白 由极差分析（表4）可知，三因素对辣椒可溶性蛋白影响的主次顺序为追肥量F＞灌溉水质S＞灌溉定额W。由方差分析可知，灌溉水质、灌溉定额和追肥量对辣椒可溶性蛋白含量影响均显著。S1可溶性蛋白含量分别比S2和S3高23.34%和7.73%，可溶性蛋白含量随着灌溉定额的增加先增加后减少，随着追肥量的增加先增加后减少。

各因素初始最优组合为S1W2F2，参考组合为S1W2F2，参考组合与最优组合一致，确定最优组合为S1W2F2，该组合辣椒可溶性蛋白含量最高，为1.3%。

2.2.3 辣椒素 由极差分析（表4）可知，三因素对辣椒素影响的主次顺序为追肥量F＞灌溉定额W＞灌溉水质S。由方差分析可知，灌溉水质、灌溉定额和追肥量对辣椒中辣椒素含量的影响分别为不显著、显著和极显著。S1辣椒素含量分别比S2和S3高6.39%和10.94%，辣椒中辣椒素含量随着灌溉定额的增加先增加后减少，随着追肥量的增加先增加后减少。

各因素初始最优组合为S1W2F2，参考组合为S1W2F2，参考组合与最优组合一致，确定最优组合为S1W2F2，该组合辣椒中辣椒素含量最高，为0.060 g/kg。

2.2.4 辣椒素类物质总量 由极差分析（表4）可知，三因素对辣椒素类物质总量影响的主次顺序为追肥量F＞灌溉水质S＞灌溉定额W。由方差分析可知，灌溉水质、灌溉定额和追肥量对辣椒中辣椒素类物质总量影响分别为不显著、不显著和极显著。S1辣椒类物质总量分别比S2和S3高4.57%和10.98%，辣椒中辣椒素类物质总量随着灌溉定额的增加先增加后减少，随着追肥量的增加先增加后减少。

表4 不同处理辣椒产量和品质及极差和方差分析结果

各因素初始最优组合为S1W2F2，参考组合为S1W2F2，参考组合与最优组合一致，确定最优组合为S1W2F2，该组合辣椒中辣椒素类物质总量最高，为0.088 g/kg。

2.3 不同处理对辣椒食用安全性的影响

2.3.1 硝酸盐 由极差分析（表5）可知，三因素对辣椒中硝酸盐影响的主次顺序为灌溉定额W＞追肥量F＞灌溉水质S。由方差分析可知，灌溉水质、灌溉定额和追肥量对辣椒中硝酸盐含量影响分别为不显著、显著和不显著。S1辣椒中硝酸盐含量分别比S2和S3高12.94%和26.86%，辣椒中硝酸盐含量随着追肥量的增加而增加，随着灌溉定额的增加而减少。

各因素初始最优组合为S3W3F1，参考组合为S2W3F1，参考组合与最优组合不一致。从主次顺序看，W为首要因素，取W 的最优水平为W3；类似的取F的最优水平为F1；因S 为最次因素，考虑S2和S3水平硝酸盐含量相近且远低于标准限值，取S 的最优水平为S2。故确定最优组合为S2W3F1，即灌溉水质为混合水（1∶1）、灌溉定额为3 600 m3/hm2、追肥量为600 kg/hm2时辣椒中硝酸盐含量最低，为183.60 g/kg。

2.3.2 重金属 各处理中均未检出重金属铅和铬。由表5 可知，重金属砷检出值为0.010 0～0.027 7 mg/kg，远远小于《农产品安全质量无公害蔬菜安全要求》（GB 18406.1—2001）规定限值。由极差分析可知，三因素对辣椒中重金属影响的主次顺序为灌溉定额W＞灌溉水质S≈追肥量F。由方差分析可知，灌溉水质、灌溉定额和追肥量对辣椒中的重金属砷含量影响分别为不显著、显著和不显著。辣椒中重金属砷含量随着灌溉定额、追肥量及灌溉水中再生水比例的增加而增加。

表5 不同处理辣椒硝酸盐和重金属砷含量及极差和方差分析结果

各因素初始最优组合为S3W1F1，参考组合为S1W1F1，参考组合与最优组合不一致。从主次顺序看W 为首要因素，取W 的最优水平为W1；类似的取F的最优水平为F1；因S 为最次因素，考虑S1水平重金属砷含量远低于标准限值，取S 的最优水平为S1。故确定最优组合为S1W1F1，即灌溉水质为再生水、灌溉定额为2 040 m3/hm2、追肥量为600 kg/hm2时辣椒中重金属砷含量最低，为0.010 mg/kg。且S1W1F1组合辣椒硝酸盐和重金属含量远小于《农产品安全质量无公害蔬菜安全要求》（GB 18406.1—2001）规定限值，符合安全要求。

3 结论

（1）三因素影响辣椒产量的顺序依次为灌溉定额＞追肥量＞灌溉水质；产量随着灌溉定额和灌溉水中再生水比例的增加而增加，随着追肥量的增加先增加后减少；确定最优组合为S1W2F2时辣椒产量最高，为85.47 t/hm2。

（2）三因素影响辣椒维生素C、可溶性蛋白和辣椒素类物质总量的顺序依次为追肥量＞灌溉水质＞灌溉定额。各因素最优组合为S1W2F2时辣椒维生素C、可溶性蛋白、辣椒素和辣椒素类物质最高，辣椒品质较好。

（3）各处理辣椒果实中均未检出重金属铅和铬，各处理中的硝酸盐和重金属砷含量均远小于《农产品安全质量 无公害蔬菜安全要求》标准要求。灌溉定额对辣椒果实中的硝酸盐和重金属砷含量影响显著，灌溉水质和追肥量影响不显著。

（4）综上所述，在降雨量为174.30 mm、基肥为复合肥料900 kg/hm2、有机肥1 215 kg/hm2条件下，灌溉定额为2 820 m3/hm2，追肥量为900 kg/hm2，灌水定额为180 m3/hm2，灌水次数为15 次，追肥次数为10 次，此组合辣椒产量高、品质好且硝酸盐低于标准限值，重金属砷（铅、铬未检出）含量远远低于标准限值。