红壤土覆膜种植条件下辣椒生长特征研究

陈 晨，张刘东，倪匡迪

（云南农业大学水利学院，昆明 650201）

辣椒原产中南美洲，属一年或有限多年生草本茄科植物，是一种对土壤环境适应性强，易栽培作物，16世纪后期传入中国，已成为我国重要蔬菜和调味品，因味道独特和富含维生素而深受喜爱[1]。云南省分布面积最大土壤类型为红壤土，铁和铝氧化物较丰富，土壤呈红色，不同栽培方式和土壤处理可为辣椒创造适宜生长环境。地膜具有保墒增温作用，引入我国后发展迅速[2]，地膜保护可合理优化土壤肥力，促进辣椒生长发育，调节作物生长生态环境[3-4]。

不同覆膜方式和不同颜色地膜对土壤理化性状和作物产量的影响一直是学界研究重点。阎旭东等研究3年不同覆膜方式玉米产量和土壤水分变化，表明垄作膜侧种植具有保温保湿、促根壮苗、抗倒伏、增产作用[5]。张文银等、陈海涛等分别研究胡麻和甜瓜保水、保温不同覆膜方式影响[6-7]。张泽锦等研究不同颜色地膜对土壤温度、黄瓜生长及产量影响[8]。闫静琦等研究不同颜色地膜对春季玉米生长的影响，结果表明增温效果、水温利用效率及产量均为白色膜＞黑色膜＞不覆膜[9]。国内学者针对辣椒覆膜种植开展大量研究，卢信等通过覆膜种植提高辣椒土壤温湿度，避免萎蔫，提高植株质量[10]。王陈芹等设置辣椒种植密度、肥料品种及地膜覆盖方式的正交试验发现，覆盖黑色地膜可提高辣椒品种农艺性状及产量[11]。魏红霞筛选半旱地辣椒最佳覆膜种植方式发现，膜侧种植可提高辣椒产量和果实品质[12]。李桢等开展地膜种植试验，结果表明地膜覆盖可明显改善土壤水热条件、增加土壤氮元素含量和提高辣椒产量[13]。

综上可知，通过改变覆膜方式对作物生长环境与产量的影响研究较多，同时伴随耕作方式及地膜颜色改变等多方面比较，探讨引起作物增产因素。改变覆膜方式，为提高作物产量提供更多思路。通过覆膜提升辣椒产量研究起源较早，种植技术根据需求不断改良，但关于云南省高原地区红壤土条件下研究尚未见报道。本研究以红壤土种植辣椒作为研究对象，通过改变不同覆膜方式，不同颜色地膜处理，研究不同处理对辣椒生长和产量指标的影响以及不同覆膜处理对辣椒生长土壤温度以及土壤含水率的影响，为辣椒高效覆膜种植提供科学依据和参考，对优化云南地区种植辣椒技术具有指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验设计与方法

试验于2020年7月13日～2020年12月28日和2021年5月31日～2021年10月28日分两轮进行。试验采用二荆条品种，其具有适应性强，产量高，耐寒耐旱抗病性优等特点。采用栽苗方式东西向种植，待辣椒苗移栽成活后覆膜。

不同覆膜条件下高原红壤土辣椒土壤温湿变化及生长特征研究试验采用垄作辣椒，设置膜下种植（MX）、膜侧种植（MC）及不覆膜种植（NM）3个处理，每个处理重复8次，每垄长4 m，宽40 cm，垄高20 cm，垄间间距40 cm。保持辣椒苗株间间距为25 cm，每垄种植12株，每个试验小区灌水量和施肥量一致。地膜种类为80 cm宽、0.05 mm厚透明聚氯乙烯农用地膜。肥料种类为氮肥（尿素）、磷肥（过磷酸钙）和钾肥（K2O），追氮肥90 kg·hm-2、磷肥60 kg·hm-2、氧化钾22.5 kg·hm-2，追肥时间为2020年8月29日和2020年10月29日。

膜侧种植条件下不同颜色地膜对辣椒生长特征影响试验采用垄作辣椒，设置4种处理种植方式：黑色地膜膜侧种植（HS）、透明薄膜膜侧种植（TM）、银色膜膜侧种植（YF）及不覆膜种植（NM），重复6次，每个试验小区种植3垄，每垄长4 m，宽为40 cm，垄高20 cm，垄间间距40 cm，试验小区之间间隔80 cm。保持辣椒苗株间间距25 cm，每垄种植12株。保持每个试验小区灌水量和施肥量一致。试验采用移栽苗方式种植，待辣椒幼苗存活后覆膜，地膜为统一规格80 cm宽、0.05 mm厚不同颜色聚氯乙烯农用地膜。追肥量与不同覆膜条件下高原红壤土辣椒土壤温湿变化及生长特征研究一致，追肥时间为2021年7月15日和2021年9月15日。具体种植模式如图1所示。

图1 种植模式Fig.1 Planting pattern

根据试验周期，辣椒各生育期划分如表1所示。

表1 不同处理下辣椒生育期划分情况Table 1 Division of pepper growth period under different treatments

1.2 测定项目与方法

1.2.1 株高及株幅

覆膜后第10天开始，每隔10 d固定时间用卷尺测量1次，从土壤表面到辣椒主茎最高处叶片分叉点高度以及植株在地上部分所能形成最大宽度。

1.2.2 土壤温度

采用地温计每间隔10 d固定测量1次各处理下0～20 cm深度土壤温度日变化以及当时相应环境温度，规定每5 cm为1个土层，测定时间分别为测定当日8:00、12:00、16:00、20:00。

1.2.3 土壤含水率

采用烘干法，分别选取不同处理小区苗期、拔节期、开花结果期和果实成熟期各土层土壤测量含水量，根据辣椒生长状况，每15 d测量1次土壤含水率，辣椒根系深度，与水分测定深度相对应，深度为0～20 cm，每5 cm取1个样本，同时采集覆膜期间降雨量。

1.2.4 叶面积指数

直尺测量每株各叶片叶长（Li）j和最大叶宽（Bi）j，按长宽系数法计算叶面积指数。叶面积计算公式为：

式中，n为第j株总叶片数；m为测定株数；ρ种为种植密度。

1.2.5 产量

将2020和2021年辣椒产量每年采摘6轮，将采集到辣椒果实以垄为单位计数、称重，逐一测量果实长度，计算每垄平均长度，将辣椒放入80℃恒温烘箱中烘干后称得其干重并计算含水量，根据种植密度得出不同处理下辣椒产量。

1.3 数据处理与分析

用Microsoft Excel 2010软件整理原始数据，Origin Pro 8制图，用SPSS 25.0软件分析数据。

2 结果与分析

2.1 不同覆膜方式对辣椒生长环境和生长特征的影响

2.1.1 不同覆膜方式对辣椒株高的影响

不同覆膜方式对辣椒株高的影响如图2所示，株高随辣椒生长逐渐增加，增长速率由快变慢。在苗期，NM、MX、MC处理下辣椒株高分别为12.42、13.11、14.86 cm，可见，在9月中旬之前苗期阶段，3种处理下辣椒株高变化差距小，MX和MC处理逐渐开始展现优势。9月中旬开始，3种不同处理下辣椒植株均开始快速增长，MX和MC处理优势明显增加，MC处理植株生长速度也明显快于MX处理植株。10月中旬开始，植株增长速率逐渐变慢，MX和MC处理下植株生长速度相当，NM处理植株株高生长速率低于覆膜处理，从11月开始至试验结束时，NM处理生长平均高度增加值小于2 cm，MX和MC平均生长高度增加值为4 cm。成熟期时，MC处理植株平均高度高于MX处理10.66%，高于NM处理株高42.33%。总体表现为膜侧种植株高最高，生长速度最快。

图2 不同覆膜处理对辣椒株高的影响Fig.2 Effects of different mulching treatments on pepper plant height

2.1.2 不同覆膜方式对土壤温度的影响

由表2可知，一天内环境温度与3种处理下土温变化趋势一致，不覆膜土壤温度低于覆膜土壤温度。

表2 不同覆膜方式对土壤温度日变化的影响Table 2 Effects of different mulching methods on the daily change of soil temperature(℃)

土壤保温性MX＞MC＞NM，通常膜下处理土壤温度高于膜侧处理下土温1～4℃，高于环境温度5～7℃，为辣椒生长提供有利条件。覆膜处理对浅层土壤温度影响较大，尤其是5～10 cm，对10 cm以下中深层土壤增温效果表现出一定滞后性。覆膜处理的两种情况对土壤温度日增温效果显著高于不覆膜处理（P＜0.05），MX处理在太阳落山后（20:00）对5～20 cm土壤增温效果显著大于MC处理（P＜0.05），在白天阳光照射时两种覆膜处理情况下土壤温度差异不显著。说明MX处理可更好保持土壤温度，防止夜间随温度降低导致土壤热量快速流失。MC处理夜间温度流失明显快于MX处理，又明显慢于NM处理。

2.1.3 不同覆膜方式对土壤含水率的影响

不同处理下不同深度土壤平均含水率结果如图3所示，随土层深度加深，土壤含水率呈增加趋势，覆膜处理之间浅层土壤含水率差距较小，与无膜处理之间差距较大，表层到浅层之间无膜处理土壤含水率增速较快。中层和较深层时，MX处理保水性能表现较好，与另外两种处理方式差距明显。但较深层时，MX处理土壤含水率有一定程度减小，平均保水性能MX＞MC＞NM。

图3 不同处理下不同深度土壤平均含水率Fig.3 Average soil moisture content at different depths under different treatments

2.1.4 不同覆膜方式对辣椒叶面积指数（LAI）的影响

NM、MX、MC处理下生育期内辣椒叶面积指数（LAI）变化如图4所示。由图4可知，生育期内3种不同处理条件下LAI变化规律一致，均呈左偏单峰曲线变化。在9月前苗期阶段，3种处理下LAI变化较小，无明显差异。在9月中旬拔节期后，辣椒枝叶逐渐茂盛，LAI急剧增大，覆膜处理和不覆膜处理辣椒LAI呈现一定差距。11月中旬前后，LAI达最大值，随后有减小趋势。进入拔节期后，同一时间段内覆膜条件下叶面积指数比不覆膜情况更大，变化更快，MC处理下辣椒LAI略大于MX处理。辣椒LAI增长呈3个阶段，前期缓慢增长，3种不同处理条件下LAI无明显差距；中期LAI快速增长，覆膜种植优势得以体现，MC种植相较于MX种植更具优势，NM处理下LAI达到5.0119，MX处理下LAI达到5.0300，MC处理下LAI达到5.1006时，整体LAI达到最大值；后期随叶片大面积衰老，LAI开始迅速下降。

图4 不同处理下LAI变化Fig.4 Changes of LAI under different treatments

2.1.5 不同覆膜方式对辣椒产量的影响

本试验共收获6次辣椒，果实产量、鲜重、干物质重量、平均长度、单果均重和果实含水率等参数如表3所示。

表3 不同覆膜处理下辣椒产量Table 3 Production of peppers under different mulching treatments

早期收获时NM和MC处理产量相对占优，从第三轮收获开始，MX处理下产量才大幅度增加，MX处理产量达到第三轮收获产量最佳。从第四轮收获开始，MC处理产量优势得到充分体现，辣椒产量和鲜重均高于其他两种处理方式。从平均长度和平均单个辣椒鲜重来看，绝大多数情况下均是MC＞MX＞NM，说明MC处理更适合辣椒果实生长和发育。早期收获的平均长度和平均单个辣椒鲜重高于后期，但第五轮采摘时果实数量和鲜重达到顶峰。

汇总六批产量，对比3种处理下产量指标相对关系，如图5所示。MC处理下产量结果优于其他处理。除单果均重MX处理高于MC处理3.96%以外，其余产量参数均为MC＞MX＞NM。从含水率来看，覆膜种植含水率高于不覆膜情况，而MC处理下辣椒大多数情况下含水率高于MX处理，由于MX处理保水保墒能力优于MC处理，而LAI和果实含水率MC处理高于MX处理，说明MC处理下，植株对水分利用率高于MX处理。NM、MX、MC条件下收获辣椒产量所占比例分别为18%、37%和45%，从结果可知覆膜种植优势明显，MC处理产量占据更大优势，产量比MX种植高21.6%。从试验结果可看出，膜侧种植相较于膜下种植更具有增产潜力。

图5 不同覆膜处理下产量关系对比Fig.5 Yield relationship comparison under different covering methods

2.1.6 综合评价

覆膜种植辣椒各方面均优于不覆膜种植，适宜的水分和温度是农作物增产必不可少的条件，MC与MX处理相比，地温和土壤含水率均相对较低，但MC种植土壤水热利用效率高于MX种植，导致MC种植更适合辣椒枝叶生长，保持植株拥有较高光合效率，从而提高产量。MX处理尽管保水保墒能力强于MC处理，最终产量却低于MC处理，土壤温度过高或土壤水分过剩也可能加速养分矿质化，导致植株生长后期养分不足，造成产量无法最大化，MC与MX处理相比，辣椒根系处地温最多可降低2.9℃，有效解决MX处理由于土壤温度过高而导致的营养物质矿物质化而引起早衰的问题，使植株后期也有较高坐果率，提高超过两成的产量，MC处理更适合高原红壤土辣椒生长发育，达到最佳收益，使产量最大化。

2.2 不同颜色地膜膜侧处理试验结果

2.2.1 不同颜色地膜膜侧种植处理对辣椒株高及株幅的影响

通过不同覆膜方式条件试验可知，膜侧种植相较于膜下种植更具有增产潜力。在确定覆膜方式基础上，均使用膜侧种植，改变地膜种类，采用不同颜色膜侧处理对辣椒株高影响如图6所示，株高随辣椒生长而逐渐增加，7～9月株高增长速率较快，10月开始生长速率变慢。可看出，在种植1个月内，各处理下辣椒苗株高变化差距小，7月开始，HS处理对株高的影响逐渐展现优势，TM和YF处理株高生长速率相当，在生长阶段覆膜处理株高高于不覆膜处理。8月开始，辣椒植株开始快速增长，YF处理生长速率逐渐高于TM处理，YF处理植株生长速度快于TM处理植株，与HS处理情况相当。试验结束时，覆膜处理生长的平均高度明显高于不覆膜处理，覆膜处理下，辣椒株高HS＞YF＞TM。7～8月辣椒株幅随生长日期不断增加，植株生长旺盛，株幅增长明显，但整体呈上升趋势。覆膜种植株幅大于不覆膜处理，7月时辣椒株幅HS＞YF＞TM＞NM，8月开始YF和TM处理株幅增长加快，并超过HS株幅，透明膜处理株幅稍大于银色膜处理，明显大于黑色地膜和无膜处理。9月起辣椒株幅增加平稳且缓慢，试验结束时，辣椒株幅TM＞YF＞HS＞NM。

图6 不同颜色膜侧处理对辣椒株高和株幅的影响Fig.6 Effects of different color film side treatments on plant height and plant width of pepper

2.2.2 不同颜色地膜膜侧种植处理对土壤温度的影响

不同颜色膜侧种植对土壤温度日变化影响如表4所示，4种不同覆膜处理下土温一天内变化趋势一致，不覆膜土壤温度低于覆膜土壤温度。土壤保温性TM＞HS＞YF＞NM，与不覆膜相比，覆膜可显著提高土壤温度，不同土层和时段透明地膜处理下土温高于环境温度3～6℃。与NM处理相比，各时间段内覆膜处理在5～15 cm土壤层有显著增温性（P＜0.05），更适合辣椒根系生长。16:00时，除表层土外，透明地膜增温性相较于银色膜和黑色膜显著增强（P＜0.05）。20:00时不同土层覆膜种植温度均高于不覆膜及环境温度，覆膜种植增温明显，在15～20 cm时，银色地膜提高土温效果不及透明地膜和黑色地膜，透明地膜和黑色地膜相较于银色膜显著提高土温。

表4 不同颜色膜侧种植对土壤温度日变化的影响Table 4 Effects of side planting with different color films on daily variation of soil temperature（℃）

2.2.3 不同颜色地膜膜侧种植处理对土壤含水率的影响

不同处理下不同深度土壤平均含水率结果如图7所示，0～5 cm，随土层深度加深，土壤含水率有增加趋势，覆膜处理之间浅层土壤含水率差距较小，与无膜处理之间差距较大，NM处理土壤含水率增速较快，此时保水性能YF＞HS＞TM＞NM；5～10 cm时，YF处理土壤含水率减小，另外3种处理下土壤含水率增加，HS处理增加效果明显，此时保水性能HS＞YF＞TM＞NM；10～15 cm时，YF处理土壤含水率增加，而另外3种处理下土壤含水率减小，此时保水性能YF＞HS＞TM＞NM。

图7 不同颜色地膜处理下不同深度土壤平均含水率Fig.7 Average soil moisture contents at different depths under different color plastic film treatments

2.2.4 不同颜色地膜膜侧处理对辣椒叶面积指数（LAI）的影响

不同颜色处理下生育期内辣椒叶面积指数（LAI）变化如图8所示。在生育期内，各种处理LAI变化一致，呈左偏单峰曲线变化“S”形。在8月之前，各处理下LAI变化较小，大致呈YF＞HS＞TM＞NM趋势。在8月之后，植株生长旺盛，LAI快速增长，HS和TM两种处理长势相当。到9月底，HS和YF两种处理LAI达最大值，随后呈减小趋势，TM和NM两种处理LAI达最大值在10月初，且LAI最大值TM＞HS＞YF＞NM。而后随叶片开始逐渐衰老凋零，各处理下LAI下降，TM和HS两种处理下降速率相对较快。

图8 不同处理对辣椒叶面积指数的影响Fig.8 Effects of different treatments on pepper leaf area index(LAI)

2.2.5 不同覆膜处理对辣椒产量的影响

本试验共收获6次，其对应果实产量、鲜重、干物质重量、平均长度、单果均重和果实含水率等参数如表5所示。

由表5可知，早期收获时TM和HS处理产量相对占优，从第三轮收获开始，YF处理下产量大幅增加，从第三、四、五轮收获产量和鲜重均高于其他3种处理。中期收获平均长度和平均单个辣椒鲜重高于前、后期，果实产量和鲜重依然是第五轮采摘达顶峰。

汇总六批产量及其产量关系见图9。可知，收获产量、鲜重、干重、单果均重均为YF＞TM＞HS＞NM，平均长度为YF＞TM＞NM＞HS，而平均含水率则为TM＞HS＞YF＞NM。对比结果可知，银色地膜对于增加辣椒产量、鲜重及果实长度效果明显。从果实含水率看，YF处理土壤含水率高于其他处理，但果实含水率却低于其余两种颜色膜处理下含水率，说明YF处理下，植株对果实水分输送效率低于HS和TM处理。NM、TM、YF和HS处理下收获辣椒产量所占比例分别为18%、28%、30%、24%。从不同地膜颜色看，银色膜对产量提升明显，相较于传统无膜种植辣椒产量提高66.7%。采用银色膜进行膜侧种植，更适合云南地区高原红壤土辣椒产量提高。

图9 不同颜色覆膜处理产量对比Fig.9 Yield relationship comparison under different color plastic film covering

2.2.6 综合评价

膜侧种植情况下，辣椒各生长性状特征均优于无膜种植情况。覆膜种植可显著提高土壤温度，不同颜色膜侧种植处理下，土壤保温效果TM＞HS＞YF＞NM。通常覆膜种植处理比不覆膜种植处理下土壤保水性更好，总体来说，土壤保水性能HS＞YF＞TM＞NM，前期浅层土壤，透明地膜保水性能较好，较深层土壤种植后期，银色和黑色地膜保水性能更好。银色地膜对植株水分输送效率低于HS和TM处理，但对增加辣椒产量、重量及果实长度效果明显。

3 讨论

作物健康生长离不开适宜的土壤水分和温度，Walker认为，土温每变化1℃，对作物发育产生明显影响[14]。从全生育期内各处理下土壤温湿变化情况看，地膜保水保温能力良好，影响植株生长，田间试验期间，覆膜处理下辣椒植株平均株高均高于不覆膜处理，与孔程伟、李长照、王星垚等在小麦、玉米、马铃薯等作物开展的试验结论相似[15-17]。

本研究通过对同一品种辣椒进行不同覆膜方式处理，膜侧处理与膜下处理相比，地温和土壤含水率均相对较低，膜下处理尽管保水保墒能力优于膜侧处理，但膜侧种植土壤温湿利用率高于膜下种植，植株拥有较高坐果率，从而提高产量，与曹昌林等研究高粱产量结论相似[18]。后期土壤温度和水分含量过高可能加速土壤中营养物质矿质化，引起早衰造成后期坐果率降低。通过数据分析发现，膜侧与膜下处理相比，辣椒根系处地温最多可降低2.9℃，避免引起早衰问题，从而使植株后期有较高坐果率，提高超过两成的产量，与闫旭东等增产结论相似[19]。高维常等针对烟草研究表明，完全覆膜易发生早衰现象，甚至产生“灰色叶”，研究者采用半膜覆盖栽培，改善植株根系及地上部中后期生长发育的营养条件[20]，与本文膜侧处理结果类似。郭景山等认为膜侧种植的产量、单果重量和品质均高于膜内种植，可能是环境、条件等因素造成[21]。综合试验结果与其他研究结果，膜侧处理更适合高原红壤土辣椒生长发育，达到最佳收益，对于解决辣椒早衰问题，合理解决膜下种植引起的早衰现象，促进增产增收，可作为未来研究方向。

本试验通过对南方地区采用不同颜色地膜覆盖处理，表明在膜侧种植条件下，银色膜可更大程度增大辣椒产量和质量。刘岳飞等在南方地区辣椒种植试验研究得出透明地膜覆不同深度的土壤温度在不同季节均显著高于不覆膜处理情况，保温效果较优[22]。李式军等研究发现无色透明膜对土壤温度提高效果优，但易滋生杂草，黑色地膜可有效防止杂草滋生，但升温效果不及透明地膜，与本文研究结果一致[23]。李宗耕等通过不同颜色地膜番茄根区温热的影响结果表明，银色地膜隔热性能较好，根区温度日变化平缓，降温效果显著[24]。张泽锦等分析透明、黑色和银色膜3种颜色薄膜对四川盆地秋季土壤温度、黄瓜生长及产量的影响，结果表明银色膜单果质量高于其他两种覆膜情况[25]。张卓等通过试验证明铺设银色膜有助于提升樱桃果实品质[26]。张学琴等在调查苹果树冠内辐照度分布规律基础上，发现采用银色可有效提高苹果单果重和总产量的理论和果实品质[27]。

4 结论

研究发现覆膜种植的辣椒生长环境和生长数据均优于不覆膜种植，膜侧与膜下处理相比，辣椒根系处土壤温度相对较低，在土壤增温同时应避免由于土壤温度太高而导致的营养物质矿物质化而引起的早衰问题，植株后期坐果率较高，比膜下处理增加21.60%产量。不同颜色膜侧种植均提高辣椒果实产量，其中银色反光地膜处理相较于传统无膜种植辣椒产量提高66.70%，增产效果最明显。

综上所述，覆膜种植可为辣椒生长营造良好的土壤水热环境，对作物生长具有积极意义。本研究为云南高原地区红壤土地旱作辣椒发展提供技术指导。但第二轮试验缺乏不同颜色地膜条件下膜下种植结果对照，虽已明确产量不及膜侧种植，但其增产效力有待进一步研究。