不同水分條件下菌肥施用對隴椒產量與品質的影響

張 芮，溫 文＊，董 博，高彥婷，張海粟，陳志丕

（1.甘肅農業大學 水利水電工程學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農業科學院 旱地農業研究所，甘肅 蘭州 730070；3.定西市水利科學研究所，甘肅 定西 744300）

【研究意義】甘肅省定西市位于甘肅中部，是典型的高原半干旱地區，該地區經濟發展較為落后，農民對于擺脫貧困十分渴望。隴椒，因其產量高、營養豐富、市場需求大及適宜于北方地區露地栽培等[1]，現已成為定西農民脫貧致富的首選作物。土壤水分對植物生長及土壤微生物環境有著顯著影響[2-3]，適宜的土壤水分是保證辣椒生長發育的基礎。解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）是廣泛使用的生物肥料，不僅可直接促進植物生長[4]，增加葉片葉綠素含量，提高葉片的凈光合速率[5]，而且作為根際促生菌肥可以有效提升土壤肥力[6]，促進植物健康生長[7]。因此，探索適宜的水分菌肥管理模式，對節約水資源、降低環境污染及提高隴椒產量品質具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】大量學者在確定辣椒適宜的土壤水分條件方面做出了很多研究。彭強等[8]對辣椒葉片葉綠素含量、光合特性、保護酶活性和水分利用效率等方面研究的基礎上，提出坐果期70%～85%田間持水率是辣椒理想的灌溉指標；陳芳等[9]在對辣椒的干旱脅迫研究結果表明，60%～70%田間持水量可以滿足辣椒基本生長要求；劉佳等[10]研究發現，干旱氣候條件下60%田間持水量的土壤水分可以滿足隴椒2 號的正常生長。合理施用生物菌肥是優質高產的重要保障。張莉等[11]研究發現，施用解淀粉芽孢桿菌QST713 可以有效增強黃瓜幼苗的光合能力。王魯等[12]研究發現，施用解淀粉芽孢桿菌HM618 可以顯著增加小麥幼苗的葉綠素含量。保善存等[13]研究發現，適量的解淀粉芽孢桿菌生物劑可以改善枸杞的生長狀況，增加枸杞產量，改善果實品質。

【本研究切入點】由此可見，適宜的土壤水分和菌肥施用均是優質高產的重要因素，然而國內對隴椒的研究集中于新品種選育[14]、水分調控[15-16]和對不同肥料的響應[17]等方面，未見水分和菌肥組合施用的大田試驗研究?！緮M解決的關鍵問題】定西等隴中半干旱區水資源極為緊缺，土壤貧瘠。因此，研究該區域不同水分條件下菌肥施用對隴椒產量品質的影響，篩選適宜的水菌組合調控模式，可為高原半干旱地區隴椒高產優質高效栽培提供重要理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試隴椒品種為‘隴椒11號’，由甘肅省農業科學院提供。

試供菌肥為甘肅尚農生物科技有限公司生產的“菌益多天然微生物菌肥”，有效成分為解淀粉芽孢桿菌EZ99，實際活菌數為5 億CFU/g。

1.2 試驗區概況

試驗于2021年4月至2021年10月在甘肅省定西市灌溉試驗基地（37°52′N，102°50′E，海拔1 958 m）進行，該試驗基地位于黃土高原西部丘陵區，屬半干旱區，光能較多，年日照時間為2 409 h，年均氣溫6.3 ℃。試驗地土壤以黃棉土為主，pH 8.3，田間持水率為 24%，土壤基本理化性質如表1所示。

表1 試驗區土壤基本理化性質Tab.1 The basic physical and chemical properties of soil in experimental plots

1.3 試驗設計

設置3個田間持水量條件W1、W2和W3，分別為田間持水量的45%～55%、55%～65%和65%～75%；3個菌肥施用量F0、F1和F2，施用量分別為0，6，12 g/m2，組成9個水分菌肥處理條件，各處理隨機區組排列，試驗重復3次。

5月上旬進行大田布置，試驗采用起壟溝灌，濕潤層40 cm，按作物種植走向開溝起壟，將菌肥稱重均勻施于土壤中，起壟覆膜。壟寬80 cm，高20 cm，壟長9 m，溝深20 cm，溝寬40 cm。5 月中旬移栽隴椒，單壟種植兩排隴椒，行距30 cm，兩行之間交錯種植，穴距35 cm，每穴栽兩株。移栽后對移栽地及時灌水，幼苗成活后進行全生育期水分調控。

7 月10 日后隴椒進入開花坐果階段，此時期植株發育完整，代謝活動日漸旺盛，是產量和品質形成最關鍵的時期，其光合特性（凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率）及SPAD 值數據具有代表性。本試驗于7 月26 日追施等量菌肥，為更準確地觀察水分菌肥處理對隴椒光合能力的影響，分別于追肥前（7 月22 日）、追肥后（8 月1 日）測定了隴椒葉片光合特性（凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率）及SPAD 值。隴椒果實分別于8月4日、8月23日、9月18日、10月8日進行了4次收獲采摘。

1.4 數據測定及方法

1.4.1 光合特性及SPAD 值檢測 采用Li-6400 便攜式光合作用測定儀檢測光合特性（凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率），采用SPAD-502 Plus 便攜式葉綠素儀測定葉片SPAD 值。于追施菌肥前后挑選晴朗無云的天氣測定。

1.4.2 產量測算 每次隴椒采摘后，用電子秤實測各處理收獲重量，根據處理所占面積換算為公頃產量。

1.4.3 VC含量測定 采用2，6-二氯靛酚滴定法[18]（GB5009.86—2016）測定，取3次重復平均值。

1.4.4 可溶性糖測定 采用蒽酮乙酸乙酯比色法[19]測定，取3次重復平均值。

1.4.5 總辣椒素測定 根據中華人民共和國農業行業標準NY/T1381—2007，采用高效液相色譜法測定總辣椒素含量，取3次平均值。

1.5 數據處理與分析

采用Excel 軟件進行數據整理和繪圖。使用SPSS26 軟件對數據進行方差分析，并用最小顯著法（Duncan’s）進行多重比較，使用雙因素方法（Two-way ANOVA）進行水分處理與菌肥處理及其交互效應分析。

2 結果與分析

2.1 不同水分菌肥處理對隴椒光合特性及SPAD值的影響

2.1.1 不同水分菌肥處理對隴椒凈光合速率Pn的影響 凈光合速率Pn是指凈光合作用產生糖類的速率，是表示植物在單位時間內積累有機物量的重要指標。如表2所示，追肥前，水分和菌肥單獨處理均極顯著影響Pn，二者交互作用的影響不顯著，表現為水分處理＞菌肥處理＞水分菌肥交互。各水分菌肥處理中，W3F1表現最佳，Pn值達22.18 μmol/（m2·s）。水分菌肥交互作用不顯著，表現為菌肥處理＞水分處理＞水菌交互。追肥后各處理中W3F1表現最佳，達26.03 μmol/（m2·s）。

2.1.2 不同水分菌肥處理對隴椒氣孔導度Gs的影響 如表2所示，追肥前，水分處理極顯著影響Gs，菌肥處理及水分菌肥交互對隴椒Gs值影響不顯著，各水分菌肥處理中，W3F1處理Gs值最大，達0.42 mol/（m2·s）。相較追肥前，追肥后菌肥處理及水分菌肥交互均對Gs值的影響為極顯著，表現為菌肥處理＞水分處理＞水分菌肥交互，各水分菌肥處理中，W3F1處理Gs值最大，達0.63 mol/（m2·s）。

2.1.3 不同水分菌肥處理對隴椒蒸騰速率Tr的影響 如表2所示，追肥前，水分處理極顯著影響Tr，菌肥處理顯著影響Tr值，交互作用影響不顯著。各水分菌肥處理中，W3F1表現最佳，Tr值達9.61 μmol/（m2·s）。追肥后，水分處理、菌肥處理及水分菌肥交互均達到極顯著水平，表現為菌肥處理＞水分處理＞水菌交互，各水分菌肥處理中，W3F1處理Tr值最大，達11.64 μmol/（m2·s）。

表2 不同時期隴椒葉片光合作用參數Tab.2 Parameters of photosynthesis of long pepper leaves in different periods

2.1.4 不同水分菌肥處理對隴椒SPAD 值的影響 如表3 所示，追肥前，水分處理對SPAD 值影響顯著，菌肥處理及水分菌肥交互不顯著。各水分菌肥處理中，W3F1 處理SPAD 值最大，達53.3。追肥后，水分菌肥交互顯著影響SPAD 值，水分處理、菌肥處理達極顯著水平，表現為水分處理＞菌肥處理＞水菌交互。各水分菌肥處理中，W3F1處理SPAD值最大，達64。

表3 不同時期隴椒葉片SPAD值Tab.3 Parameters of SPAD value of Long pepper leaves in different periods

2.2 不同水分菌肥處理對隴椒產量及品質的影響

2.2.1 不同水分菌肥處理對隴椒產量的影響 4 次收獲產量由高到低依次為：第2 次收獲＞第1 次收獲＞第3 次收獲＞第4 次收獲。如表4 所示，從總產量上看，水分處理與菌肥處理極顯著影響隴椒產量，水分菌肥交互也顯著影響隴椒總產量，表現為水分處理＞菌肥處理＞水菌交互，W3F1 總產量最高，為57 186 kg/hm2。W1、W2、W3 水分條件下，F1、F2 較F0 處理分別提升3%～10%、11.8%～12%、20%～29%。從水分處理角度看，各采摘時期水分處理均極顯著影響隴椒產量，且W3 處理產量均為最高。從菌肥處理角度看，菌肥處理對第1次與第2次收獲產量影響極顯著，對第3次收獲產量影響顯著。從水分菌肥交互看，水分與菌肥處理只對第1次收獲與第2次收獲產量表現出顯著的交互作用；從4個收獲批次看，水分菌肥處理W3F1、W3F1、W3F2與W3F1的產量依次達到最高。

表4 不同處理的隴椒產量Tab.4 Yield of long pepper with different treatments

2.2.2 不同水分菌肥處理對隴椒維生素C 含量的影響 4 次收獲維生素C 含量由高到低依次為：第3次收獲＞第2 次收獲＞第4 次收獲＞第1 次收獲。從4 次收獲的平均值可以看出，水分處理是影響隴椒VC 含量的主要因素，水分和菌肥處理具有極顯著的交互作用（表5）。各水分菌肥處理中，W1F1 表現最好，VC 平均含量達80.4 mg/kg（圖1A）。在W1、W2、W3 條件下，F0 處理均為最低，施加菌肥使VC 含量分別提高0.4%～30%、3%～27%、25%～30%。從水分角度看，各收獲時期水分處理均極顯著影響了VC含量（表5），且W1 處理均為最高。從菌肥角度看，第1 次采摘時菌肥處理影響不顯著，第2 次收獲到第4 次收獲極顯著影響VC 含量。水分菌肥交互作用在第2 次采摘至第4 次采摘時對VC 含量的影響達到極顯著水平。各時期VC 含量最高的水分菌肥處理分別為W1F2、W1F1、W1F1 和W1F1，分別達45.2，83，107.3，89.5 mg/kg（圖1A）。

表5 不同時期的隴椒營養品質的方差分析Tab.5 Analysis of variance on nutritional quality of long pepper in different periods

2.2.3 不同水分菌肥處理對隴椒可溶性糖含量的影響 4次收獲可溶性糖含量由高到低依次為：第3次收獲＞第4次收獲＞第2次收獲＞第1次收獲。從4次收獲的平均值可以看出，水分處理是影響隴椒可溶性糖含量的主要因素（表5），水分和菌肥處理具有顯著的交互作用，各水分菌肥處理中，W3F1 處理的可溶性糖平均含量最高，達24.22 g/kg（圖1B）。在W1、W2、W3 條件下，F0 處理均為最低，施加菌肥使可溶性糖含量分別提高4%～21%、17%～28%、11%～31%。各收獲時期，水分處理、菌肥處理均極顯著影響了可溶性糖含量，水分和菌肥處理也表現出了顯著的交互作用（表5）。各時期可溶性糖含量最高的處理分別為W2F1、W1F1、W1F1和W1F1，達20.13，25.35，30.53，28.25 g/kg。

2.2.4 不同水分菌肥處理對隴椒總辣椒素含量的影響 4次收獲總辣椒素含量由高到低依次為：第4次收獲＞第3次收獲＞第2次收獲＞第1次收獲。從4次收獲平均值可以看出，菌肥處理是影響總辣椒素含量的主要因素（表5），水分和菌肥處理具有極顯著的交互作用，各水分菌肥處理中，W1F1 處理的總辣椒素含量最高，達122.14 mg/kg（圖1C）。在W1、W2、W3條件下，F0處理含量均為最低，施加菌肥使總辣椒素含量分別提高89%～126%、99%～164%、36%～300%。各收獲時期，水分處理、菌肥處理、水分菌肥交互均極顯著影響了總辣椒素含量（表5）。各時期總辣椒素含量最高的處理均為W1F1，達94.53，122.56，138.13，133.62 mg/kg。

圖1 不同水分條件下菌肥施用隴椒品質的影響Fig.1 Effects of fungal fertilizer application on the quality of long pepper under different water conditions

3 討論與結論

解淀粉芽孢桿菌是典型的植物根際促生菌（PGPR），能夠產生多種植物激素類物質，調節植物的生長發育[20]。多數芽孢桿菌還能通過自身生命活動產生鐵載體蛋白，加強植物對鐵元素的吸收，促進合成葉綠體，進而加強作物的光合能力[21]。薛磊等[22]在對鼓節竹的研究中發現，生物菌肥能一定程度提高作物對光能的利用率，馬甜等[23]研究發現，施用解淀粉芽孢桿菌EZ99 有助于提高白芨的光合速率，使葉綠素SPAD 值處于較高水平。本試驗在隴椒基施解淀粉芽孢桿菌菌肥EZ99 的基礎上，于開花盛果期追施等量菌肥，結果表明追肥后隴椒的光合特性參數Pn、Tr、Gs和葉片SPAD值比追肥前有所提升，且菌肥處理對隴椒光合特性參數影響力高于水分處理，說明追施菌肥EZ99 對提升隴椒光合能力效果明顯，有利于隴椒光合能力的提升。

土壤含水量高低不但直接影響微生物的繁殖和生命活動[24]，還會對作物生長及其根際環境造成影響[25]，進而影響微生物群落的生長[26]，使菌肥的效果發生差異[27]。此外，微生物還會改變土壤團聚結構，增強土壤保水能力。水分與菌肥的相互作用會對作物產生顯著影響。本試驗中，追施菌肥EZ99能加強水分菌肥交互作用，具體表現為：追肥前各指標水分菌肥交互作用均不顯著，在追施菌肥后Tr、Gs及SPAD值發生顯著水菌交互作用。這可能是由于基施菌肥微生物的存活率受氣候、土壤微環境等因素影響，隨時間變化，微生物肥料肥效降低，在追施菌肥后，土壤微生物促生菌群落數增加，這為土壤水分和微生物呈顯著交互作用提供了先決條件。

隴椒作為一種經濟作物，其產量直接影響農戶的經濟收入。水分是影響作物產量的重要因素，本研究表明水分處理極顯著（P＜0.01）影響隴椒所有4個收獲批次的產量（表4），隴椒的總產量隨著土壤水分的降低而減少，W1（45%～55%θf）處理減產嚴重，相似結論在馬雅麗等[28]研究中得到印證。另一方面，微生物菌肥能夠提高土壤養分，為作物的高產提供堅實的基礎[29]。本研究發現追施菌肥EZ99 對前兩批次隴椒收獲產量影響極顯著，對第3批收獲產量影響達到顯著水平，而對第4批次產量影響不顯著，說明該菌肥的肥效具有明顯的衰減特性；另外，水分與菌肥交互作用對第1、2批次隴椒收獲產量和總產量有顯著影響，而對第3、4批次產量交互作用不明顯。

本試驗中相對較低的土壤水分處理能極顯著提高隴椒可溶性糖、VC 和總辣椒素含量，這是由于較低的土壤水分，促使植物發生生理生態變化來應對土壤的水分脅迫[30]。姜露露[31]在對無花果進行水分脅迫的研究中發現，水分脅迫可以有效提升果實中可溶性糖與VC 含量。有學者研究發現，土壤水分的降低有利于增加辣椒中辣椒素類物質的含量[32-33]，類似研究結果也出現在彭瓊等[34]的研究中。另外，有研究表明施用菌肥可以提升作物產量及品質，且影響顯著[35-37]。本試驗中，菌肥處理極顯著影響隴椒VC含量、可溶性糖含量、總辣椒素含量的平均值，施加EZ99 菌肥，隴椒果實VC、可溶性糖及總辣椒素含量較不施菌肥有明顯提升（圖1），與相關的研究結果一致[38-41]。同時，研究表明，水分菌肥交互作用顯著影響隴椒可溶性糖平均含量，極顯著影響VC和總辣椒素平均含量（表5）。另外，EZ99菌肥施用量存在閾值，適宜的微生物菌肥施用量是高產的重要條件，過量的菌肥并不會引起作物長勢及產量的顯著變化[42]。張建平等[43]研究發現，解淀粉芽孢桿菌EZ99做基肥有利于元胡的增產，在30～75 kg/hm2的范圍中，45 kg/hm2效果最好。本研究設置的EZ99菌肥處理中，相比F2（12 g/m2）處理，F1（6 g/m2）處理下隴椒產量及品質表現更優，這可能是添加超出土壤承受范圍的微生物會與作物競爭土壤養分，并且在植物根部形成菌膜，阻礙作物吸收養分[44-45]。

在自然界中，水分、土壤、植物和微生物之間有著復雜的互作關系，不同的水分條件導致生物菌肥的生產力不同是多方因素共同作用的結果。水分作為顯著影響土壤生態的因素，能夠直接改變菌肥的肥力表達效果。當周圍水分過低時，土壤微生物會分泌大量物質調節細胞內外滲透壓甚至進入休眠狀態[46]，這無疑降低了土壤養分的利用效率，阻礙了微生物菌肥與植物的促進發展，使得菌肥肥效大打折扣。水分也直接影響著水、肥、氣、熱的協調，土壤水分導致的外部環境差異也會影響微生物的繁殖發育，另外，土壤水分含量的不同還會使敏感的土壤根部發育不同，這會使得與植物保持共生關系的土壤微生物結構發生改變，進而影響生物菌肥的效果。本試驗設計的水分條件下，W3（田間持水量的65%～75%）更有利于菌肥的肥力表達，這與Ali 等[47]對根際促生菌對胡蘿卜產量和品質影響的研究結果類似。這是因為微生物對土壤水分環境極為敏感，適宜的水分條件更能激發菌肥效果[48]。

綜上，解淀粉芽孢桿菌EZ99 肥效顯著，追施該菌肥有助于提高隴椒光合特性，增加隴椒產量，提升果實品質。較低的土壤水分雖然有助于隴椒品質的提升，但不利于果實產量的提高。綜合考慮產量、品質和菌肥肥效指標，推薦土壤含水率為65%～75%，施6 g/m2的解淀粉芽孢桿菌EZ99，為隴椒優質高產栽培模式。

致謝：甘肅農業大學伏羲青年英才項目（Gaufx-03Y10）和甘肅省水利科學試驗研究與技術推廣計劃項目（甘水建管發〔2021〕71號）同時對本研究給予了資助，謹致謝意！