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作者简介:

梁怡(1995-),男,湖北黄冈人,在读硕士研究生,研究方向为土壤-植物镁素营养调控。E-mail:714845825@qq.com。

通讯作者:

刘敦一,E-mail:liudy1989@swu.edu.cn。

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    摘要

    当前西南黄壤地区辣椒生产中,大量元素肥料配比不合理,钙、镁肥料投入不足是限制辣椒提质增效的重要因素。基于辣椒的养分需求规律设计了辣椒配方肥,并在此基础上添加钙镁形成含钙镁辣椒配方肥。同时在重庆石柱和贵州锦屏分别进行田间试验,研究含钙镁辣椒配方肥对辣椒产量、植株干物质累积量、钾钙镁养分平衡、氮磷肥偏生产力、品质及经济效益的影响。结果表明:与普通复合肥处理相比,配方肥的施用能显著提高磷肥偏生产力,两试验点平均提高 63.7%;含钙镁普通复合肥和含钙镁配方肥的处理辣椒干物质累积量和产量显著增加了 41.8% 和 44.3%,并提高了农户经济效益;同时促进了辣椒植株钾、钙、镁养分向可食用部分的转移,分别提高果实维生素 C 含量 35.7% 和 29.7%。施用含钙镁普通复合肥和含钙镁辣椒配方肥分别较普通复合肥提高了氮肥偏生产力 30.5% 和 37.3%,提高磷肥偏生产力 30.5% 和 117.9%,同时增加土壤钙镁盈余。综上,在西南黄壤辣椒种植区,施用含钙镁辣椒配方肥能显著提高辣椒的产量和品质,增加农户收益,同时有效提高氮和磷肥偏生产力。

    Abstract

    At present,in the production of pepper in the yellow soil area of southwest,the ratio of macro-element fertilizers and the insufficient input of calcium and magnesium fertilizers is an important factor that limits the quality and efficiency of pepper.Based on the nutrient requirement of pepper,a formula fertilizer of pepper was designed,and Ca and Mg were added to the formula fertilizer.Addition,two field experiments were conducted at Shizhu county,Chongqing city and Jinping county,Guizhou province with the same fertilization treatments,respectively.And the effects of formula fertilizer containing Ca and Mg on the yield,plant dry matter accumulation,K,Ca,Mg nutrients balance,partial productivity of N and P fertilizer,quality and economic benefit were studied.The results showed that:compared with the treatment of common compound fertilizer,the application of formula fertilizer can significantly improved the partial productivity of P fertilizer,with an average increase of 63.7% in the two test sites;two treatments of additional of Ca and Mg(common compound fertilizer containing Ca and Mg,formula fertilizer containing Ca and Mg)significantly increased the dry matter accumulation and yield of pepper with an average increase of 41.8% and 44.3%,respectively,and improved the economic benefits of farmers.Besides, these treatments promoted the transfer of K,Ca and Mg nutrients from stem and leaf to fruit of pepper plant,and increased the content of Vc in fruits by 35.7% and 29.7%,respectively.The application of common compound fertilizer containing Ca and Mg and formula fertilizer containing Ca and Mg increased partial productivity of N fertilizer by 30.5% and 37.3%, respectively;and increased portial productivity of P fertilizer by 30.5% and 117.9%,respectively;while increasing the soil Ca and Mg surplus.In conclusion,in the southwest yellow soil pepper planting area,the application of formula fertilizer containing Ca and Mg can significantly improve the yield and quality of pepper,increase the income of farmers,improve the partial productivity of N and P fertilizer.

  • 我国辣椒的种植面积日益扩大,为仅次于白菜的第二大蔬菜[1]。西南地区为辣椒的优势产区之一,其种植面积和产量分别占全国辣椒总种植面积和总产量的29.3%和19.5%,但其单产仅为全国平均单产的79.3%[2]。因此,在西南地区开展辣椒提质增效研究对增加区域蔬菜产量,提高农户经济效益具有重要意义。

  • 长期以来,受经济效益驱动,蔬菜生产中大量元素肥料过量施用现象普遍存在,露地蔬菜氮、磷和钾施用总量分别是各自推荐量的2.7、5.9 和1.5 倍[3],且过度依赖氮磷钾三元复合肥,缺少科学的养分配比[4-5]。Ti等[6]总结发现我国露地蔬菜的肥料利用效率极低,氮肥利用率仅为25.9%,严重影响农业的效益和可持续发展[7-8]。此外,长期的中微量元素(如钙、镁等)投入不足导致作物-土壤中钙镁素养分的收支极不平衡[9-10]。黄壤是我国西南地区典型土壤之一[11],具有高风化、强酸性和保肥性能差等特点,加之该区域降雨量大,极易造成土壤钙镁离子淋洗损失[12]。李丹萍等[13]研究发现黄壤上不同镁肥处理镁累积淋洗量为105 ~ 244 kg/hm2,是红壤的2 ~ 3 倍。因此,黄壤中镁的含量普遍较低,蔬菜种植中钙镁缺乏(交换性镁<50 mg/kg[14],交换性钙<1512 mg/kg[15])成为作物产量与营养品质提升的主要限制因素[16-17]。过去研究表明,在缺镁土壤上施用镁肥能够显著提高大白菜和洋葱的产量及矿质养分含量,增产率分别高达20.4%和38.0%[18-19]。此外发现番茄补施钙镁肥明显增加产量、果实中的维生素C及矿物质养分含量[20]。辣椒同属茄科类作物,具有生物量大、钙镁需求高等特点[21],刘彬等[22]研究发现辣椒整个生育期对钙镁的需求量分别为CaO 135 kg/hm2 和MgO 74.9 kg/hm2,高于大量元素磷的需求量(P2O5 61.0 kg/hm2)。因此,黄壤区辣椒种植的养分管理不仅需要关注大量元素配方的优化,同时要注重钙镁等中微量元素的施用。

  • 作物根层的养分供应与其地上部生长需求相匹配,是保障土壤-作物系统高产高效的科学管理策略[23]。目前,关于含钙镁辣椒配方肥的研究较少,本研究基于辣椒的养分需求规律,设计了含钙镁的辣椒配方肥,并通过田间试验明确其对辣椒产量、营养品质及经济效益的影响,为辣椒高产高效栽培及含钙镁辣椒配方肥的推广应用提供理论依据。

  • 1 材料与方法

  • 1.1 试验地概况

  • 重庆试验点位于重庆市石柱县三河镇红明村(N 30°04′,E 108°10′),属中亚热带湿润季风区,土壤类型为黄壤亚类灰山黄泥土。土壤基础理化性质为:pH值4.51,有机质13.1 g/kg,交换性钙279 mg/kg,交换性镁31.3 mg/kg,速效钾65.0 mg/kg,碱解氮208 mg/kg,有效磷31.9 mg/kg。供试辣椒品种为“精质翠美”。

  • 贵州试验点位于贵州省黔东南苗族侗族自治州锦屏县敦寨镇三合村(N 26°15′,E 109°15′),属中亚热带湿润季风区,土壤类型为贵阳黄砂泥。土壤基础理化性质为:pH值4.87,有机质23.2 g/kg,交换性钙945 mg/kg,交换性镁48.8 mg/kg,速效钾91.0 mg/kg,碱解氮268 mg/kg,有效磷24.9 mg/kg。供试辣椒品种为“辛香8 号”。两试验点土壤的交换性钙和交换性镁含量均表现为缺乏或极度缺乏[15-16]

  • 1.2 配方肥设计

  • 基于本研究小组前期对辣椒氮磷钾需求规律的研究[22],设计氮磷钾养分配比为16-8-18 的辣椒配方肥,并在普通复合肥及辣椒配方肥的基础上添加硫酸钾钙镁(Polyhalite,以下简称Poly),设计含钙镁普通复合肥及含钙镁辣椒配方肥,具体原料及肥料养分配比信息见表1。其中Poly含有14%的氧化钾(K2O)、6%的氧化镁(MgO)、17%的氧化钙(CaO)和48%的三氧化硫(SO3)。

  • 表1 不同施肥处理施肥量、原料配比及肥料养分配比

  • 1.3 试验设计

  • 试验设4 个施肥处理:T1 为普通复合肥(15-15-15),T2 为含钙镁普通复合肥(15-15-15+Ca, Mg),T3 为辣椒配方肥(16-8-18),T4 为含钙镁辣椒配方肥(16-8-18+Ca,Mg),详细施肥信息见表1。每个处理4 个重复,随机区组排列,小区间用排水沟隔开,四周设保护行。肥料基追比设计为1∶3,追肥均分为3 次,分别于开花期、初果期和盛果期施用。各试验处理除肥料用量不同外,其他田间管理措施严格一致。

  • 辣椒种植行株距统一为0.55 m×0.40 m。重庆试验地小区规格为5 m×2 m,辣椒定植于2018 年4 月27 日,8 月18 日收获。贵州试验地小区规格为5 m×4 m,辣椒于2018 年5 月11 日定植,8 月26 日收获。种植模式均为单垄覆膜种植,田间管理按照当地农民习惯进行。

  • 1.4 测定项目与方法

  • 基础土壤于翻地前按“S”型采样路线采集,风干过筛后按常规农化分析方法测定其基础理化性质[24]。自辣椒坐果至落茬前,分前中后3 次对其固定测产小区进行商品果产量统计,采样面积设置为1.6 m×2.2 m(16 株)。于辣椒落茬期(重庆石柱,8 月18 日;贵州锦屏,8 月26 日)进行植株取样,每小区随机选取4 株代表性植株,分茎、叶片、果实去离子水洗净后在105℃烘箱杀青处理30 min, 70℃烘干至恒重,用不锈钢粉碎机粉碎,称取0.2 g, HNO3-H2O2(GR)消煮,消煮液使用ICP-OES(5110, Agilent,美国)测定钾、钙、镁浓度。果实维生素C含量用2,6-二氯靛酚法测定[24]

  • 1.5 数据处理与分析

  • 各部位钾(钙镁)累积量=各部位钾(钙镁) 浓度 × 各部位干物质量;

  • 各部位钾(钙镁)累积量占比(%)=各部位钾(钙镁)累积量/地上部钾(钙镁)累积量 ×100[25]

  • 氮(磷)肥偏生产力(kg/kg)=施氮(磷)处理产量/施氮(磷)量;

  • 产值(元/hm2)=辣椒产量 × 辣椒价格;

  • 经济效益(元/hm2)=产值-肥料投入成本;

  • 增值(元/hm2)=其他施肥处理经济效益-对照施肥处理经济效益;

  • 产投比=增值/肥料投入成本[26]

  • 采用SAS 8.1 软件进行统计分析和差异显著性检验,用Excel2016 软件进行数据处理与作图。

  • 2 结果与分析

  • 2.1 不同施肥处理对辣椒产量和收获期辣椒干物质累积量的影响

  • 如表2 所示,相比于T1 处理,普通复合肥T2 处理在两个试验点均表现出显著增产的效果,且在重庆石柱和贵州锦屏试验点的增产率分别为42.3%和41.4%(两地平均为41.8%)。此外,T4 处理也可明显提高辣椒产量,在贵州黄壤上的增产效果尤为显著,增产率高达49.7%。说明西南地区黄壤上镁缺乏是限制辣椒产量水平提高的重要影响因子。与T1 处理相比,T4 处理增产效果显著,在重庆石柱和贵州锦屏试验点的增产率分别为36.1%和52.5%(两地平均为44.3%);T3 处理增产效果虽不显著,但有一定增产趋势。

  • 表2 不同施肥处理对辣椒产量和收获期辣椒各部位干物质累积量的影响

  • 注:数据表示为平均值 ± 标准差,同列数据后不同小写字母表示5%水平下差异显著。下同。

  • 各处理对叶片、茎秆、果实及地上部干物质累积量的影响与对产量的影响趋势类似。总体来说,在普通复合肥及配方肥基础上添加钙镁肥能显著提高植株茎、叶、果实及地上部总体干物质累积量,配方肥对辣椒地上部及各部位干物质累积量也有一定提升作用。

  • 2.2 不同施肥处理对收获期辣椒各部位钾、钙、镁浓度及累积量的影响

  • 不同施肥处理对收获期辣椒各部位钾、钙、镁浓度及累积量影响如表3(重庆石柱)、表4(贵州锦屏)所示。在辣椒各生理部位中,叶片中的钾、钙浓度均最高,茎秆中的钾浓度和果实中的钙浓度均最低,且不同部位的钙浓度变幅较大,镁浓度变幅较小。叶片中的钙累积量最高,果实中的钾、镁累积量最高。

  • 与T1 处理相比,T3 处理对两试验点植株地上部及各部位钾、钙、镁浓度和累积量影响不显著。T2 处理与T1 处理相比,T4 处理与T2 处理相比,虽钙镁的添加对两试验点植株的地上部及各部位钾、钙、镁浓度总体上无显著性影响,甚至在重庆石柱果实中钙镁浓度有所降低,但钙镁的添加能显著提高地上部钾、镁及果实中的钾、钙、镁累积量,且各处理中T4 处理果实钾钙镁累积量最高,两试验点平均为50.1、1.17、4.58 kg/hm2

  • 2.3 不同施肥处理对收获期辣椒各部位钾、钙、镁分配的影响

  • 如图1 所示,钾镁元素绝大部分积累在辣椒果实中,分别占地上部总累积量的64.0%~ 68.3%, 55.6%~ 60.6%,而钙元素主要集中在辣椒叶片。与T1 处理相比,T2 处理能显著提高收获期辣椒果实中的钙镁累积量占比;对比T3 处理,T4 处理显著提高收获期辣椒果实中的钾、钙、镁累积量占比,说明添加钙镁能有效提高辣椒植株的钾钙镁养分转移至果实的效率。

  • 表3 不同施肥处理对收获期辣椒各部位钾、钙、镁浓度及累积量的影响(重庆石柱)

  • 表4 不同施肥处理对收获期辣椒各部位钾、钙、镁浓度及累积量的影响(贵州锦屏)

  • 图1 不同施肥处理对收获期辣椒各部位钾、钙、镁分配的影响

  • 注:图中数据均为两块试验地的平均值;不同小写字母表示处理间5%水平下的显著差异,下同。

  • 2.4 不同施肥处理对辣椒钾、钙、镁养分平衡及氮、磷肥偏生产力的影响

  • 由表5 可知,在只考虑作物收获的钾、钙、镁养分产出情况下,相对于T1 处理,T2 处理能显著降低钾盈余量,相对减少了26.0 kg/hm2(重庆石柱)、 15.0 kg/hm2(贵州锦屏),增加钙、镁盈余,两地钙、镁盈余平均为33.4、6.42 kg/hm2。相对于T3 处理,T4 处理能显著降低钾盈余量,相对减少了25.0 kg/hm2(重庆石柱)、13.0 kg/hm2(贵州锦屏),增加钙、镁盈余,两地钙、镁盈余平均为37.1、9.18 kg/hm2

  • 表5 不同施肥处理对辣椒季钾、钙、镁养分平衡的影响 [kg/(hm2 ·季)]

  • 注:钾(钙、镁)养分盈余=肥料钾(钙、镁)养分投入量-作物钾(钙、镁)养分产出量。

  • 在重庆石柱和贵州锦屏两试验点,T1 和T3 处理间的氮肥偏生产力差异不显著(图2A、C),T2 处理的氮肥偏生产力分别较T1 处理提高了42.3%和18.7%(平均为30.5%),T4 处理分别较T1 处理提高29.5%和45.0%(平均为37.3%)。

  • 不同施肥处理对磷肥偏生产力的影响如图2B、 D所示。在重庆石柱和贵州锦屏两试验点,T1 处理磷肥偏生产力较T3 处理分别提高了73.2%和54.1%(平均为63.7%),T2 处理磷肥偏生产力分别较T1 处理提高42.3%和18.7%(平均为30.5%),T4 处理磷肥偏生产力分别较T1 处理提高105.5%和130.2%(平均为117.9%)。

  • 2.5 不同施肥处理对辣椒果实维生素C含量的影响

  • 由图3 可知,两试验点的分析结果均表明,T1 处理辣椒果实中的维生素C含量最低,分别为57.8 mg/100 g(重庆石柱)和134.2 mg/100 g(贵州锦屏),T2 处理较之提高了50.9%(重庆石柱)和20.4%(贵州锦屏),T4 处理较之提高了38.0%(重庆石柱)和21.3%(贵州锦屏)。重庆石柱试验点T3 处理较T1 辣椒果实维生素C含量增加了36.0%。

  • 2.6 不同配方肥施用的经济效益分析

  • 辣椒不同配方肥施用的经济效益分析结果如表6 所示,与T1 相比,T2 的肥料投入虽增加了1010 元/hm2,但两试验点分别增值27805 元/hm2(重庆石柱)和15571 元/hm2(贵州锦屏);与T3 相比, T4 的投入虽增加了1168 元/hm2,但在两试验点增收效益也十分显著,相对增值了13401 元/hm2(重庆石柱)和19225 元/hm2(贵州锦屏)。此外,相对于T1处理,各施肥处理均能提高增值效益及产投比。其中,在重庆石柱试验点T2 处理的增值及产投比最高,在贵州锦屏试验点T4 处理的增值及产投比最高。

  • 图2 不同施肥处理对氮、磷肥偏生产力的影响

  • 图3 不同施肥处理对辣椒果实维生素C含量的影响

  • 表6 施用不同配方肥的经济效益

  • 注:2018 ~ 2019 年度重庆石柱、贵州锦屏辣椒的收购价格分别为3.0、 2.5 元/kg,普通复合肥(15-15-15)、配方肥(16-8-18)、含钙镁普通复合肥、含钙镁配方肥的价格分别为3.0、2.9、3.612、3.644 元/kg。

  • 3 讨论

  • 钙、镁均为蔬菜生长发育所必需的中量元素,而辣椒对钙镁的需求量均超过了磷[27]。本试验在普通复合肥和配方肥的基础上添加钙镁肥均对辣椒有明显的增产效果,这与Klelber等[19]及张佳蕾等[28]在洋葱和花生上的增产效应一致,这表明土壤钙镁缺乏是西南黄壤地区辣椒生产的主要限制因子之一。此外,本研究也表明钙镁养分的施入可显著提高辣椒各生理部位干物质累积量,高的干物质累积是获得高产的基础[29]

  • 镁元素主要集中在作物的果实和籽粒中[30]。以往研究表明,钙镁的添加能显著提高番茄和辣椒果实及蔬菜菜心中的钾、钙、镁等矿质养分的累积量[31-32]。在本研究中,含钙镁复合肥和配方肥的施用显著增加了果实和地上部钾、钙、镁的累积量,并提高了在果实中的累积量占比,说明外源钙镁的补充能明显提高辣椒植株钾、钙、镁养分向可食用部分的转移效率。辣椒具有极高的食用及药用价值,在蔬菜中其维生素C含量高居榜首[33]。已有研究发现,中量元素(钙、镁)的施用可提高番茄、黄瓜及小白菜等蔬菜维生素C含量[34-36]。在重庆石柱辣椒试验地,钙镁的添加及减量的辣椒配方肥均能显著提高辣椒果实中维生素C含量;但并未提高辣椒可食用部分钙、镁浓度,可能是由于产量大幅度上升(两试验点平均增加7.3%~ 44.3%)而导致的稀释效应。

  • 本研究中,一方面,N、K2O投入相对于普通复合肥施肥处理和配方肥处理分别增加了12、36 kg/hm2,但减少了总养分投入(-36 kg/hm2),主要是减少磷的投入(-84 kg/hm2),在保证产量的同时显著提高了磷肥偏生产力。在实际生产中,农户在忽略中量元素(钙、镁)投入的同时,重氮磷轻钾肥的施肥习惯常见,致使肥料利用率低且加剧了农田环境负荷[37]。另一方面,钙镁的添加显著提高了氮磷肥偏生产力及减少土壤钾盈余,增加了钙镁的表观盈余。亚热带强降雨区域钙镁淋失严重,Oliveira等[38]在甘蔗系统中探明钙镁淋洗损失分别高达302 和80 kg/hm2。因此,含钙镁辣椒配方肥的应用能有效补给土壤钙和镁库,匹配作物需求,提高作物产量。

  • 与施用等量的普通三元复合肥料相比,施用辣椒配方肥及含钙镁的辣椒配方肥具有明显的增值效果,在我国农业生产实践中,产投比高于2.0 时被认为经济效益显著[39],而本研究两试验区钙镁添加的产投比均值分别高达3.64 和3.62,远远高于2.0,这表明含钙镁肥的施入能显著提升辣椒的经济效益。

  • 在目前黄壤区辣椒生产中,降雨量大和养分淋洗损失严重依然是限制肥料利用率提高的主要因素。培肥地力,发展新型缓控释肥料,优化施肥方式,进一步提高辣椒产量及肥料利用率是下一步需要深入研究的问题。

  • 4 结论

  • 在西南黄壤地区辣椒生产中,辣椒配方肥的施用能显著提高磷肥偏生产力,含钙镁辣椒配方肥能显著提高辣椒地上部干物质累积,并促进植株钾、钙和镁矿质养分向果实中转移,从而显著提升辣椒产量、维生素C含量及农户经济效益。此外,含钙镁辣椒配方肥能显著提高氮磷肥偏生产力和氮磷肥利用率。

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