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作者简介:

罗建(1994-),男,甘肃高台人,硕士研究生,主要从事设施蔬菜栽培。E-mail:1143688036@qq.com。

通讯作者:

张国斌,E-mail:zhanggb@gsau.edu.cn。

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目录contents

    摘要

    采用盆栽试验,连续两年研究结果期短期(9 d)低氮(0.83 和 5.83 mmol/L)处理对辣椒生长发育、产量及果实品质的影响。结果表明,适度低氮(5.83 mmol/L,T2)对辣椒净光合速率无显著影响;低氮处理后各处理组辣椒株高较对照降低,但在恢复正常供氮(即对照水平,9.83 mmol/L)9 d 后,适度低氮处理的株高较对照增加,但无显著差异;植株叶面积在处理期无显著差异,恢复正常供氮 9 d 后,适度低氮处理的植株叶面积较对照显著增加,而其产量与对照无显著差异;低氮处理后果实品质提高,适度低氮处理植株果实中相比对照的 Vc 、 可溶性蛋白、可溶性糖、辣椒素、二氢辣椒素含量增加,硝酸盐含量减少,均差异显著;低氮处理后植物生物量也有所提高,适度低氮处理植株叶片干鲜重量显著高于对照水平。因此,结果期短时期适度低氮处理(5.83 mmol/L) 能够在保证植株生长和产量的基础上提高果实品质。

    Abstract

    The experiment was carried out to evaluate the effects of short-term(9 days)low nitrogen supply on growth,yield and quality of pepper grown in nutrient solution with potted cultivation during fruit stage,in 2018 ~ 2019.Three treatments were set up,including low nitrogen supply(0.83 mmol/L,T1),moderately low nitrogen supply(5.83 mmol/L,T2)and the control(9.83 mmol/L,CK).The results showed that T2 had no significant effect on net photosynthetic rate of pepper plant.The plant height of T1 and T2 treatments decreased compared with the control.However,after returning to normal nitrogen supply(9.83 mmol/L)for 9 days,the plant height of T2 increased compared with the control,but there was no significant difference.The leaf area of the plants was not significantly different during the treatment period.After recovering to normal nitrogen supply for 9 days,the leaf area of the plants treated with moderately low nitrogen treatment significantly increased compared with the control,while the yield was not significantly different from the control.Low nitrogen treatment improved the fruit quality.Compared with the control,the level of Vc,soluble protein,soluble sugar,capsaicin and dihydrocapsaicin in the fruits of moderately low nitrogen treatment significantly increased,and the nitrate level decreased significantly.Low nitrogen treatment increased plant biomass,and both the dry and fresh weight of plants leaves supplied with moderately low nitrogen treatment were higher than the control.Consequently,moderately low nitrogen treatment(5.83 mmol/L)in a short period during fruit stage improved fruit quality on the basis of ensuring plant growth and yield.

    关键词

    辣椒低氮结果期生长品质

  • 辣椒(Capsicum frutescent L.)系茄科辣椒属作物,北方重要的设施栽培蔬菜[1]。辣椒作为人们喜爱的调味品蔬菜之一[2],在全世界栽培范围比较广泛[3-4]。已有研究表明,保护地蔬菜栽培化肥施用量明显高于露地栽培化肥用量,使得施肥量(尤其是氮肥)远远高于栽培作物生长所需求的养分量[5-7]。过量施用化学肥料,造成大量过剩的氮肥在土壤中逐年累积,使蔬菜栽培用地质量退化,经济效益降低,环境污染等问题突出[8-9]。近几年来, 国内外对蔬菜栽培的合理施肥以及施肥量对栽培作物经济产量、品质等方面的研究较多,设施蔬菜对氮肥比较敏感,氮肥施用量的增减会影响设施蔬菜的生长发育,商品产量以及品质的改善。有研究表明,辣椒前期营养生长旺盛,株高显著增加,是在一定范围内增施氮肥造成的[10],但是超过一定施用量限度后,会导致辣椒的落花落果、诱发病害、 产生徒长,进而影响到经济产量[11-12],与此同时, 辣椒果实中一些有益物质如Vc、辣椒素等含量下降,而有害物质如硝酸盐的含量会急剧上升,而影响到果实品质[13],进而对健康造成危害。

  • 研究表明,不同的氮素形态(NO3-/NH4 +)配比对蔬菜的商品产量和果实品质有显著影响,而大部分蔬菜吸收和利用NO3 - 的速率较高。Muller等[14]和Mozafar等[15]已证实蔬菜体内的抗坏血酸含量在一定程度上受氮肥供应水平和不同氮素形态比例等因素的影响。Britto等[16]研究表明以铵态氮作为唯一氮源时会诱发铵毒害而抑制栽培作物生长,而适当的铵硝配比较单一铵态氮源更利于植株生长发育。Sun等[17]研究表明氮素的不同配比形态对温度的敏感程度也有不同,一般来说秋冬季节时,低温作用于作物,会造成作物对硝态氮的吸收缓慢,而当炎热的夏季时,高温强光会造成植物体内铵态氮的转运受阻而造成累积,这不但影响植株的正常生长,还会导致作物对钙离子的正常吸收, 使钙离子吸收受阻,形成铵盐毒害造成膜脂过氧化加剧,如番茄果实中钙离子无法运转,出现果实的较早脱落和果实无法食用的脐腐病等[18-19]

  • 在提高蔬菜食用品质的同时,能够减少化肥的大量施用和对环境的污染,变成了提高商品产量之外的另一个重要课题,研究表明,改变氮肥用量,适度低氮肥施用可以在一定程度上提高果实品质,刘啸然[20]研究发现,黄瓜短时期适度低硝态氮处理与对照相比果实抗坏血酸含量增加,硝酸盐含量减少。孙娜等[21]研究发现,结果期适度低硝态氮营养液处理黄瓜后,与对照组相比,在保证经济产量的情况下显著提高了黄瓜果实中抗坏血酸和可溶性固形物的含量。Benard等[22]研究发现,结果期短期低硝态氮营养液处理番茄可显著降低果实中硝酸盐含量,增加抗坏血酸含量,但长时期对作物进行低氮处理在一定程度上限制了植株正常生长发育,造成经济产量一定幅度的下降。硝态氮对蔬菜品质形成具有重要作用。目前研究多集中于水肥耦合对蔬菜品质的影响。辣椒是人类日常的调味品,其品质中Vc、辣椒素含量是衡量辣椒品质的重要指标。然而,关于不同时期短期低硝态氮处理对辣椒品质、产量等方面的影响研究较少。

  • 本文采用盆栽试验,在辣椒结果期初期对植株进行短期低氮处理,通过对植株的生长发育、产量与果实品质指标的测定,研究短时期的低氮处理是否可以在不显著影响植株生长和经济产量的情况下,提高果实品质,降低对人体有害物质硝酸盐的含量,为温室辣椒氮肥管理及果实品质改善的研究提供一定的技术指导和理论依据。

  • 1 材料与方法

  • 1.1 试验材料

  • 试验所用辣椒品种为“陇椒5 号”,是甘肃省当地日光温室主栽辣椒品种之一,该品种具有熟性早,抗病疫等的特点,适宜在北方地区保护地和露地栽培[23-24]

  • 1.2 试验方法

  • 试验于2018 和2019 年1 ~ 7 月在甘肃农业大学玻璃温室内进行。采用盆栽方法,盆栽基质为珍珠岩∶蛭石=2∶1(体积比)配制而成,试验所用盆为口径(30 cm)× 高(25 cm)的塑料花盆, 每盆装入混合的培养基质0.01 m3,装盆时用水冲洗基质减少杂质。 1 月15 日育苗,4 月7 日定植, 定植后每9 d浇灌一次500 mL营养液,炎热季节每3 d浇灌300 mL水,浇灌用营养液为日本山崎营养液(对照),除硝态氮外其它成分及浓度如下: Ca2+4 mmol/L,NH4 + 0.83 mmol/L,K+ 6 mmol/L,Mg2+ 0.75 mmol/L,Fe3+74.6 μmol/L,PO4 3- 1.0 μmol/L,SO4 2- 3.5 μmol/L,Mo6+0.1 μmol/L,Cu2+0.3 μmol/L, Zn2+0.8 μmol/L,Mn2+9.6 μmol/L,B3+46.3 μmol/L。

  • 试验共设3 个处理,各处理总氮浓度分别为: T1,0.83 mmol/L;T2,5.83 mmol/L;CK,9.83 mmol/L; 其中硝态氮(NO3 -)浓度分别为0、5、9 mmol/L, 每个处理固定含有0.83 mmol/L的铵态氮(NH4 +)。每个处理40 盆,4 次重复,随机区组排列。在辣椒结果初期既第二朵花开花后第二天开始进行为期9 d的低氮处理,即为处理期,处理9 d后恢复正常供氮,即对照水平的氮供应量,此阶段为恢复期。 植株生长期间,每9 d浇灌营养液500 mL一次。其它栽培管理各处理保持一致。

  • 1.3 测定项目及方法

  • 光合参数:分别在处理期的第3、6、9 d和恢复期的第3、6、9 d晴天9:00 ~ 11:00 采用CIRAS-2 型光合仪(PP-System),测定辣椒植株生长点下数第4 片完全展开功能叶的气孔导度(Gs)、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)及胞间CO2 浓度(Ci)。光合仪器参数设定:光强为1000 μmol/(m²·S),CO2 浓度为380 μmol/mol,温度为25℃,相对湿度为75%。每处理测定12 株,取平均值。

  • 生长指标:处理前1 d,处理第9 d,恢复第9 d测量植株株高、茎粗及叶面积,每个处理测定12 株。其中茎粗测量点为距茎基部1 cm处。叶面积通过剪纸称重法[25]来计算。

  • 果实品质:在恢复后第18 d对2、3、4 穗果进行果实品质指标的测定,每个处理测定12 株,取平均值。用蒽酮比色法[26]测定可溶性糖含量,考马斯亮蓝法[27]测定可溶性蛋白量,水杨酸—硫酸比色法[28] 测定硝酸盐含量,2,6—二氯靛酚法[26]测定Vc含量,高效液相色谱法[29]测定辣椒素及二氢辣椒素。

  • 果实产量:在恢复后第18 d开始测定产量,每个处理测定30 株,取平均值。

  • 生物量测定:在恢复第18 d测定各处理植株根茎叶的干鲜重,鲜样测完鲜重后放入编号的纸袋,在烘箱中150℃杀青15 min后,在80℃下烘至恒重后测干重。每个处理测12 株,取平均值。

  • 1.4 数据处理

  • 采用Excel 2010 进行数据处理和Origin 9.5 作图,测定结果利用SPSS 22 Duncan多重比较法进行方差分析。

  • 2 结果与分析

  • 2.1 结果期短期低氮处理对辣椒植株生物量的影响

  • 由图1 可知,结果期短时期低氮处理在恢复正常供氮水平18 d后,各处理的干、鲜重各部分依然存在差异。2018 年度,在恢复正常供氮18 d后, 过度低氮处理的T1 植株的叶片、茎和根部分鲜重相对于CK降低了9.4%、15.5%和16.6%,且都达到显著差异。T2 植株的叶片鲜重高于CK 15.4%,达到显著差异,而根、茎部分鲜重与CK保持相同水平。 2019 年各处理的茎、根部分鲜重与2018 年表现一致,叶片鲜重有所不同,T1 植株的叶片鲜重相对于CK显著降低了13.9%。T2 植株的叶片鲜重高于CK11.1%,达到显著差异。可见,适度低氮处理(T2) 在一定程度上有助于提高叶片的鲜物质量。

  • 在干重方面两年的试验结果均表现为T1 处理的叶、茎、根都显著低于CK处理。T2 处理的叶在2018 和2019 年相比对照分别升高了4.3%和6.05%,且都达到显著差异。茎、根部干重与CK保持在同一水平。这说明适度低氮处理(T2)有助于叶片干物质量增加。

  • 图1 恢复后第18 d植株干、鲜重

  • 2.2 结果期短期低氮处理对辣椒光合特性的影响

  • 从图2 中可以看出,结果期短时期低氮处理对辣椒光合特性的影响不同年份表现一致,在对结果期辣椒植株进行短时期低氮处理期间,植株的各项光合指标都有不同程度的变化,其中植株的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度受到影响,短暂上升后下降,且T1 植株光合特性指标变化幅度大于T2。以2018 年为例,在处理第9 d,T1 和T2 的净光合速率分别比CK低48.5%和15.4%。T1 达到显著水平。低氮处理降低了叶片蒸腾速率,T1 和T2 相比对照降低了25%和14.5%,T1 达到显著差异。 T1 和T2 的叶片气孔导度较CK也有所降低,T1 比CK降低了27.8%,达到显著差异,而T2 相比对照降低5.12%,但无显著差异。在低氮处理后叶片胞间CO2 浓度发生了不同程度的上升,这与其他3 项指标不同,在处理第9 d,T1 和T2 相比对照分别显著提高了15.1%和11.6%。这说明虽然适度低氮(T2)处理在处理阶段对植株光合有影响,但影响不显著。

  • 在恢复期,两年的试验结果基本一致,在恢复正常供氮的第9 d,处理组的各项光合指标均恢复到CK水平,无显著差异。这说明虽然低氮,尤其是过度低氮(T1)处理,在处理期间对植株光合作用影响显著,但恢复正常供氮浓度9 d后,其光合指标是可以恢复到CK水平的。

  • 2.3 结果期短期低氮处理对辣椒生长发育的影响

  • 结果初期辣椒的生长发育还在不断进行,其低氮处理期间植株的株高、茎粗和叶面积仍是不断变化的。由表1 得知,两年的试验结果基本一致,在处理期第9 d,处理组与对照组株高差异显著,茎粗和叶面积则无显著差异,在恢复期9 d后,T1 的株高由于过度低氮抑制了生长,降低幅度比较大,差异显著,进而无法恢复到CK水平。 相反,适度低氮处理的T2 高于CK,但差异不显著。各处理之间茎粗没有受到低氮处理的影响,无显著差异。但值得关注的是,T2 的叶面积在恢复期间有所增加,且差异显著。T1 叶面积由于受到过度低氮的影响,没有恢复到CK水平,且差异显著。

  • 以上结果表明,结果期实施短期低氮处理对植株茎粗影响不显著。而短时期的适度低氮(T2)可以促进植株叶面积的增长,有利于其在生长后期保持一定高的水平。

  • 图2 处理期和恢复期植株光合特性

  • 表1 结果期短期低氮处理对辣椒株高、茎粗及叶面积的影响

  • 注:表中同列不同字母表示处理之间差异显著(P<0.05),下同。

  • 2.4 结果期短期低氮处理对辣椒品质及产量的影响

  • 由表2 可以看出,2018 与2019 年在结果期对辣椒植株进行短期低氮处理后对品质及产量的影响,不同年份之间变化表现一致。以2018 年为例, T1 处理果实Vc含量低于CK 15.9%,而处理T2 的果实Vc含量比CK增加17.05%,差异显著。T1 和T2 果实的硝酸盐含量比CK分别降低15.4%和6.8%,差异显著。T1 和T2 果实的可溶性蛋白和可溶性糖含量高于CK水平。T1 的单株产量相比CK显著降低21%,处理T2 的单株产量和对照CK之间无显著差异。T1 的辣椒素和二氢辣椒素含量分别显著低于CK 18%和43%。T2 的辣椒素和二氢辣椒素含量分别显著高于CK 12%和20.4%。

  • 两年试验结果可表明,在结果初期对辣椒进行短期低氮处理,适度低氮(T2)处理有利于果实品质的提高,且对辣椒产量无显著影响。

  • 表2 结果期短期低氮处理对辣椒品质及产量的影响

  • 3 结论与讨论

  • 蔬菜栽培中为了追求高产使用“大水大肥”模式,造成蔬菜生产中氮肥用量过高,利用率过低, 经济效益降低,还导致严重的环境问题。长期的低氮处理虽然可以减少氮肥的用量和提高利用率,但蔬菜产量明显降低[30-33]。因此本试验选择在辣椒第二朵花开时期对辣椒植株进行为期9 d的低氮处理,随即恢复正常供氮水平,一是研究短时间低氮处理对辣椒植株生长发育的抑制程度,二是验证低氮处理是否可以在不影响产量的情况下改善果实品质。

  • 在恢复正常供氮水平后的生物量测定中,连续两年适度低氮处理T2 植株的叶片干重和鲜重相比对照CK显著提高。马国礼[34]在对辣椒进行低氮处理时发现,随着施氮量的适度降低辣椒叶片的生物积累量有小幅度提高。Camille等[35]研究认为,适度低氮处理可以使得番茄植株干物质含量有效增加。王春萍等[36]研究发现,用氮浓度为20%的山崎营养液浇灌辣椒后,叶片和茎的干物质含量增加。

  • 在结果期对辣椒进行短时期低氮处理中,植株的光合特性受到一定的影响,其中适度低氮处理(T2)叶片净光合速率与CK之间差异不显著。孙娜[37]发现,短期适度低氮处理(6 mmol/L)对黄瓜植株净光合速率抑制不显著。刘啸然[20]对黄瓜幼苗进行短期低氮处理时发现,适度低氮(5 mmol/L) 相比CK(11 mmol/L)处理可以使植株净光合速率提高。魏峭嵘等[38]研究认为,在马铃薯块茎膨大期,中氮处理更有利于维持植株较高的净光合速率。

  • 连续两年在辣椒植株生长发育指标值测定中, 各处理株高在处理期表现出显著差异,T1、T2 株高在处理期都低于CK;茎粗从处理到恢复期结束始终没有显著差异。在恢复正常氮浓度18 d后,发现T2 在两年的低氮处理中生长情况良好且叶片面积相比CK分别增加了13.8%和10.5%,差异显著, 结果表明,结果期短时期低氮处理有利于辣椒植株后期的生长发育。王晓伟等[39]在不同氮水平处理中发现,低浓度氮(45 mg/L)处理相比高浓度氮(135 mg/L)处理容易让大豆在后期生长发育中维持较高的叶片面积。苏欣[40]发现低施氮肥下辣椒叶片叶绿素含量增加,延长了叶片的功能时间,有利于后期植株叶面积增加。

  • 两年的试验中,结果期短时期低氮处理T2 果实的Vc含量在收获后都显著高出CK水平。T2 果实的硝酸盐含量比CK显著降低了6.8%~ 7.03%,蛋白质含量、可溶性糖、辣椒素和二氢辣椒素显著高于CK水平。说明短时期的低氮处理提高了辣椒果实品质。氮肥水平的不同对果实品质的影响有许多报道:吕长山等[41]研究表明在一定条件下,施用氮肥量的增加会导致辣椒果实中AsA含量和可溶性糖含量的减少。Ruiz等[42]对温室黄瓜进行不同水平氮肥处理时发现,适度低氮(10 g/m2)处理的植株果实相比高氮(40 g/m2)处理不但硝酸盐含量降低,同时果实中含有的抗坏血酸、可溶性固形物及可溶性糖含量均保持在较高水平。吴春燕等[43]对盆栽辣椒进行不同氮水平处理时,研究发现低氮(1.52 g)相比于高氮(2.28 g)处理,果实中硝酸盐含量减少,整体果实品质最佳。王春萍等[44]研究发现,适度低氮(82.68 mg/L)处理下相比正常施氮(137.8 mg/L)辣椒果实中辣椒素含量显著增加。王淑杰等[45]和陈俊琴等[46]发现,低氮处理促进了辣椒果肉中辣椒素的合成积累,使得辣椒素含量增加。

  • 本试验对结果期辣椒进行短期低氮处理,发现适度低氮处理(T2)的植株单株产量与CK之间无显著差异。王彦波等[47]在对甜椒进行不同氮浓度处理时发现,低氮(15 μmol/L)相比于高氮(20 μmol/L)处理,植株单株产量增加明显。万涛[48] 发现,低氮处理可以增加大豆植株体内干物质积累,提高大豆的产量。张志华等[49]研究表明,低施氮肥可以增加辣椒植株单果果重,有利于产量增加。袁祖华等[50]发现,纯氮施用量增加后,辣椒营养生长时间增加,影响开花与结实,导致产量下降。

  • 综上所述,本试验只在结果初期对辣椒植株进行单次短时间低氮处理,之后恢复正常水平供氮量,发现植株恢复正常供氮水平18 d后,适度短时期低氮处理的T2 不但植株叶片生物量积累增加, 植株叶面积较对照有显著增加,生长情况良好,且收获后果实抗坏血酸含量提高,硝酸盐含量降低, 辣椒素含量增加,总体产量与对照无显著差异。此外,对辣椒植株进行低氮处理浓度的大小,处理时间的长短,处理的次数以及低氮处理施用在不同生育期是否会有其他更好的效果,这些都有待进一步研究。

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