不同水肥配比對辣椒葉綠素熒光參數及產量和品質的影響

徐金崇 陳修斌 張雪冬

摘? ? 要：為獲得戈壁溫室辣椒有機生態型無土栽培最適宜水肥用量管理指標，采用裂區試驗設計，以隴椒2號為試驗材料，研究了9種不同水肥配比對辣椒葉片最大量子產額（Fv/Fm）、光系統Ⅱ潛在活性（Fv/Fo）及產量和品質的影響。結果表明，田間持水量65%～80%的W2處理與理論施肥量F2 （N 330 kg·hm-2+P2O5 180 kg·hm-2+K2O 285 kg·hm-2）組成的W2F2水肥用量組合，在辣椒結果前期、中期、末期的Fv/Fm與Fv/Fo均最大，分別為0.67、0.74、0.72和2.95、3.08、2.87；在辣椒株高、莖粗、單株結果數、單株產量和667 m2產量等性狀的表現方面，W2F2均高于其他處理，分別為123.54 cm、1.78 cm、37.75個、1.65 kg和4 075.50 kg；果實中可溶性糖、可溶性固形物、維生素C、可溶性蛋白質和游離氨基酸含量（w）等品質指標也高于其他處理，分別為67.53 mg·g-1、10.46%、4.46 mg·g-1、1.86 mg·g-1、325.43 μg·g-1。綜上，W2F2水肥用量組合的辣椒保持較高的代謝活性，產量最高、果實品質最佳，這一結論可為戈壁溫室辣椒有機生態型無土栽培實現水肥高效利用及高產優質化生產提供理論指導。

關鍵詞：辣椒；不同水肥配比；葉綠素熒光參數；產量；品質

中圖分類號：S641.3 文獻標識碼：A 文章編號：1673-2871（2023）09-048-06

Effects of different water and fertilizer ratios on chlorophyll fluorescence parameters， yield and quality of pepper

XU Jinchong1， 2， CHEN Xiubin2， 3， ZHANG Xuedong2

（1. College of Horticulture， Gansu Agricultural University， Lanzhou 730070， Gansu， China; 2. College of Agriculture and Ecological Engineering， Hexi University， Zhangye 734000， Gansu， China; 3. Hexi Corridor Precision Facilities Horticultural Engineering Technology Research Center， Hexi University， Zhangye 734000， Gansu， China）

Abstract： In order to obtain the most suitable management index of water and fertilizer amount for organic ecological soilless culture of pepper in Gobi greenhouse， a pepper variety named Longjiao No. 2 was used as the test material， and the effects of 9 different water and fertilizer ratios on the maximum seed yield （Fv/Fm）， potential activity （Fv/Fo） of PSII of pepper leaves， yield and quality were studied by split-plot experimental design. The results showed that W2F2 water and fertilizer dosage combination consisting of W2 treatment with field water holding capacity of 65%-80% and theoretical fertilization amount of F2 （N 330 kg·hm-2+P2O5 180 kg·hm-2+K2O 285 kg·hm-2） had the highest Fv/Fm and Fv/Fo in the early， middle and late fruiting stages， which were 0.67， 0.74， 0.72 and 2.95， 3.08， 2.87， respectively. The plant height， stem diameter， fruit number per plant， yield per plant and yield of 667 m2 of pepper treated with W2F2 are higher than those of other treatments， which are 123.54 cm， 1.78 cm， 37.75 single， 1.65 kg and 4 075.50 kg， respectively， while the content of soluble sugar， soluble solid， vitamin C， soluble protein and free amino acid in fruit were also higher than those in other treatments， which were 67.53 mg·g-1， 10.46%， 4.46 mg·g-1， 1.86 mg·g-1， 325.43 μg·g-1， the above 9 treatments， the pepper maintained high metabolic activity and the highest yield with the combination of W2F2 water and fertilizer， and the fruit quality is the best. This research can provide theoretical guidance for organic ecological soilless cultivation of pepper in Gobi greenhouse to realize efficient utilization of water and fertilizer and high-yield and high-quality production.

Key words： Different water and fertilizer ratio; Pepper; Chlorophyll fluorescence parameters; Yield; Quality

河西走廊屬“三北”戈壁沙漠及沙地風沙區，該區南側為祁連山脈，正東、東北和正西方向依次被騰格里、巴丹吉林和庫姆塔格3大沙漠包圍。甘肅省土地總面積42.58萬hm2，非耕地面積18.12萬hm2，占土地總面積的42.55%，主要集中在河西走廊地區，該地區日光溫室占甘肅省的65%，非耕地設施農業面積占甘肅省的95%以上[1-2]。近年來，河西走廊的張掖市認真貫徹甘肅省政府《關于河西戈壁農業發展的意見》[甘政辦發（2017）138號]，把發展戈壁農業作為加快全市現代農業轉型發展的突破口和著力點，在生態保護和資源合理利用的前提下，以農業廢棄物為主要生產原料，配套基質無土栽培技術，有力推動戈壁農業的發展，戈壁溫室蔬菜種植已經成為本區“農業增效、農民增收”的支柱產業。

辣椒（Capsicum annuum L.）以采收期長、產量高、經濟效益顯著等特點，而成為戈壁溫室種植的主要作物之一。生產上辣椒主要采用有機生態型無土栽培，在肥水管理方面存在2個方面的問題：一方面在栽培過程中由于基質營養不能完全滿足其生育期對養分的需求，而導致生產者在栽培過程中盲目追肥，造成基質營養失衡，使基質出現次生鹽漬化；另一方面在水分管理上，往往憑經驗大量灌水，造成水資源浪費、水肥利用效率降低。近年來，有許多學者在水肥高效利用方面開展了相關研究。Ozbahce等[3]認為，適當的水分虧缺可以提高番茄產量，虧水25%的噴灌處理使番茄產量和水分利用效率均有不同程度的提高。陳修斌等[4]研究了水氮配施對綠洲溫室黃瓜氮素代謝及產量和品質的影響，得到了黃瓜高產時的最適水氮用量指標。李琨等[5]研究了不同灌水下限對日光溫室有機生態型無土栽培辣椒生長指標的影響，得到了灌水下限為田間持水量的70%可以作為辣椒理想的水分控制指標。李培[6]研究了以草炭、河沙、珍珠巖體積比1∶1∶1為基質，配施氮肥、磷肥、鉀肥分別為80、175、140 kg·hm-2，在辣椒開花期效果最好，單株產量和總產量也最高。目前關于水肥一體化在保護地土壤栽培條件下或施肥灌水單一因子對作物的生長發育影響方面的研究較多，盡管前人研究得出了辣椒適宜的灌水下限，但由于不同地區溫光環境差異較大，加上不同水肥用量對蔬菜作物產生不同的耦合效果，只有適宜的水肥用量才能產生水肥耦合正效應，從而影響到作物生長與產量[7]。目前，有關不同水肥用量指標對有機生態型無土栽培辣椒的影響尚缺乏系統研究。筆者立足河西走廊戈壁溫室辣椒基質栽培條件，分別設置3個不同的灌水量與施肥量配比，探討水肥一體化對辣椒生長過程中葉片最大量子產額、光系統Ⅱ（PSⅡ）潛在活性及產量和品質的影響，以期篩選出辣椒生長的最適宜水肥量化管理指標，為實現荒漠干旱地區溫室有機生態型無土栽培的水肥用量精準調控提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 地點與材料

試驗于2022年1－8月在張掖市高臺縣合黎鄉戈壁溫室內進行。日光溫室墻體采用砂石結構，墻體基部寬度2.5 m，上部2.5 m，后墻高度3.0 m，側墻脊高5.0 m、跨度10.0 m、長度80.0 m，坐北朝南，東西延長；溫室骨架采用無立柱鋼架結構，透明覆蓋材料采用EVA塑料薄膜，外保溫覆蓋物為棉被。采用地下式槽培方式進行種植，槽規格為長9.0 m、寬0.6 m、深度0.3 m，槽間距0.6 m，槽內鋪設塑料膜。供試的基質為爐渣∶玉米秸稈∶食用菌下腳料∶珍珠巖∶牛糞=1∶2∶1∶0.5∶0.5，按體積比混合均勻后裝入栽培槽內；基質容重0.48 g·cm-3、總孔隙度68.35%、pH 7.85、電導率1.26 mS·cm-1、有機質含量（w，后同）16.75 g·kg-1、堿解氮含量276.34 mg·kg-1、速效磷含量235.62 mg·kg-1、速效鉀含量268.53 mg·kg-1。供試辣椒品種隴椒2號，為甘肅省農業科學院選育的皺皮辣椒雜交種。

1.2 試驗設計

采用裂區試驗設計[8-9]，灌水處理為主區，施肥處理為副區；灌水量參考李靜等[10]設置W1、W2、W3等3個水平；施肥設F1、F2、F3等3個水平，其中F2為辣椒在目標產量75 t·hm-2的理論值減去基質中可提供的養分值所得，F1和F3為F2分別上浮和下浮20%的數值。試驗處理見表1。

試驗共9個處理，每處理種植1槽，每槽為1個小區，小區長9.0 m、寬1.2 m，面積10.8 m2，各處理3次重復。2022年1月8日進行辣椒育苗，3月25日定植，每槽種植2行，株距45 cm、行距50 cm，保苗數2470 株·667 m-2，辣椒采用3稈整枝法，生長過程中不需要摘心。試驗采用膜下滴灌技術，利用水分測定儀控制土壤水分，灌水量參考韋澤秀等[11]確定的方法，用公式M=r×p×h×θf×（q1－q2）/η計算。其中M-灌水量（g·cm-2），r-基質體積質量（0～30 cm），取值為0.48 g·cm-3，p-土壤濕潤比，取100%，h與θf代表灌水計劃濕潤層和最大田間持水率，取值分別為0.25 m和22%，q1與q2分別表示土壤水分上限和實際含水率，η-水分利用系數，滴灌取0.9，不同處理在達到田間持水率的下限時進行灌溉。供試氮肥為尿素（N含量 46.4%），磷肥與鉀肥分別為過磷酸鈣（P2O5含量 12%）和硫酸鉀（K2O含量 50%），磷肥作基肥一次性施入，氮肥與鉀肥用量的50%作基肥，剩余分3次在辣椒結果前期、中期與末期等量施入。其他管理同常規田間種植管理一致。

1.3 測定項目

1.3.1 葉片生理活性測定 在辣椒結果前期（5月8日）、中期（6月8日）、末期（7月7日），于上午10：00－12：00，每個處理選擇相同位置的葉片，用英國Hansatech公司的Handy PEA植物效率分析儀測定經過暗適應20 min以上的葉片初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、可變熒光（Fv），并計算PSⅡ原初光能轉換效率（Fv/Fm）[12]，葉片PSⅡ活性（Fv/Fo）、其中，Fv＝（Fm-Fo），Fv/Fo=（Fm-Fo）/Fo，Fv/Fm=（Fm-Fo）/Fm，每個處理隨機測定4株，3次重復，取其平均值。

1.3.2 植株形態指標與產量測定 每處理隨機標記3株，于辣椒采收末期（7月20日），用卷尺測定株高，用游標卡尺在辣椒莖基部距地面2 cm處測量莖粗；每次收獲時，統計取樣辣椒的單果質量，同時分別記錄各處理的結果數與小區產量，然后進行各處理產量的匯總，最后折合成667 m2產量。

1.3.3 果實品質測定 于辣椒結果末期，隨機選取不同處理的3個果實，測定其可溶性糖、可溶性固形物、維生素C、可溶性蛋白質和游離氨基酸含量[13]；采用苯酚法測定可溶性糖含量，采用TD-45數字折光儀測定可溶性固形物含量，采用鉬藍比色法測定維生素C含量，采用紫外分光光度法測定可溶性蛋白質含量，采用茚三酮法測定游離氨基酸含量。3次重復，取其平均值。

1.4 數據分析

采用DPS 9.50和Excel 2003進行數據分析，采用Duncan’s法進行差異顯著性分析，顯著性水平為0.05。

2 結果與分析

2.1 不同處理對辣椒生長最大量子產額和潛在活性的影響

從圖1可以看出，在辣椒結果前期、中期與末期，不同處理對辣椒生長最大量子產額（Fv/Fm）的影響不同，W2F2水肥用量組合的Fv/Fm數值最高，分別為0.67、0.74和0.72，其中處理中期和末期顯著高于其他處理；而同一處理在不同生長階段，辣椒葉片最大量子產額的變化均呈現出中期>末期>前期的變化規律。

由圖2可以看出，在辣椒結果前期、中期與末期，不同處理對辣椒葉片生長潛在活性（Fv/Fo）的影響也以W2F2為最高，分別為2.95、3.08和2.87，均顯著高于其他處理，除了W1F1、W2F2、W3F3處理外，剩余處理Fv/Fo的大小表現出中期>末期>前期的變化規律，與最大量子產額的變化保持一致。

2.2 不同處理對辣椒生長與產量的影響

從表2可以看出，W2F2的水肥用量組合溫室辣椒的株高、莖粗、單株結果數、單株產量和667 m2產量等性狀的數值最高，分別為123.54 cm、1.78 cm、37.75個、1.65 kg和4 075.50 kg，其中株高、莖粗、667 m2產量均顯著高于其他處理。從植株高度上來看，W3F1最低，其值為102.65 cm，與W3F1相比，采用W2F2的水肥用量組合株高顯著提高20.35%。辣椒的莖粗、單株結果數與單株產量等性狀指標，W3F3最低，分別為1.18 cm、29.86個和1.31 kg；與W3F3相比，W2F2辣椒的莖粗、單株結果數、單株產量分別顯著提高50.85%、26.42%、25.95%，這說明采用W2F2的水肥用量組合，有利于促進辣椒植株生長與產量提高。

辣椒生長發育受到外界水、肥、氣、熱等因子影響。從表3可以看出，水分對辣椒株高、莖粗、單株結果數、單株產量和667 m2產量等性狀的影響都呈顯著性差異，而施肥對其性狀的影響均呈極顯著差異，水肥互作對辣椒莖粗、單株結果數、單株產量和667 m2產量有極顯著影響，對株高有顯著影響。

2.3 不同處理對辣椒品質的影響

由表4可以看出，W2F2處理的辣椒可溶性糖、可溶性固形物、維生素C、可溶性蛋白質、游離氨基酸含量等品質指標均最高，分別為67.53 mg·g-1、10.46%、4.46 mg·g-1、1.86 mg·g-1、325.43 μg·g-1，其中可溶性糖、可溶性蛋白質、游離氨基酸含量均顯著高于其他處理；而W3F3處理的辣椒可溶性糖、可溶性固形物、維生素C、可溶性蛋白質、游離氨基酸含量等指標均最低，分別為54.36 mg·g-1、8.57%、3.27 mg·g-1、0.84 mg·g-1、238.62 μg·g-1。與W3F3相比，W2F2各指標分別顯著提高24.23%、22.05%、36.39%、121.43%、36.38%，說明在W2F2水肥配比條件下，辣椒的品質指標最優。

從表5可以看出，灌水對辣椒可溶性糖、可溶性固形物和可溶性蛋白質含量有極顯著影響，對維生素C與游離氨基酸含量有顯著影響；不同施肥水平對可溶性糖、維生素C、游離氨基酸含量有極顯著影響，對可溶性固形物、可溶性蛋白質含量有顯著影響；水肥互作對維生素C與可溶性蛋白質含量有極顯著影響，對可溶性糖含量有顯著影響，而對可溶性固形物與游離氨基酸含量的影響不顯著。

3 討論與結論

筆者試驗采用田間持水量65%～80%的W2處理與理論施肥量F2（N 330 kg·hm-2+P2O5 180 kg·hm-2+K2O 285 kg·hm-2）組成的W2F2水肥用量組合，結果表明，辣椒葉片最大量子產額（Fv/Fm）和PSⅡ潛在活性（Fv/Fo）均高于其他處理，這說明由不同的水肥用量與基質耦合共同組成的生長環境，營養配比組分在數量上存在較大差異，從而導致植株根系對養分與水分的吸收能力不同。采用W2F2處理，更有利于辣椒植株對水分與養分的吸收，水肥耦合產生了疊加作用；而由較高灌水量（W1）與較低灌水量（W3）組成的水肥處理組合（W1F1、W1F2、W1F3、W3F1、W3F2、W3F3），因水肥組分營養失調使辣椒生長的基質環境產生逆境脅迫，導致植株對水分與養分的吸收產生生理障礙，具體反映為Fv/Fm與Fv/Fo數值大小存在較大差異，這與陳修斌等[14]在番茄上的研究結果相一致。

不同用量的水肥配比處理是通過水肥間的促進效應來達到提高作物生長與產量的效果，合理的灌水與施肥能夠高產與增收[15]。本試驗中以W2F2處理的辣椒株高、莖粗顯著高于其他處理，究其原因主要是該處理下的辣椒保持較強的光化學效率與生理代謝水平，植株生長發育加快，促進了植株高度的增加與莖的加粗生長，水肥的互作效應對株高與莖粗的影響呈顯著與極顯著差異。由于辣椒光合效率的提高，營養物質的貯藏與轉化增加，因此W2F2處理在單株結果數、單株產量和667 m2產量等性狀數值上也高于其他處理，說明合理水肥配比，有“以水促肥，以肥調水”的作用，能達到水肥高效利用的目的。水肥交互作用對辣椒結果數量、單株產量和667 m2產量均有不同程度的影響，這與張富倉等[16]的研究結論相一致。在所有處理中，以W2F2條件下的辣椒產量最高，這表明該處理最適合于辣椒對營養元素的吸收，其他配比由于水肥的用量不同，導致營養與水分配比失衡，從而使營養元素之間產生拮抗作用，影響了辣椒對營養元素的吸收，進而表現出植株形態性狀與產量的差異，這與陳倫壽等[17]的研究結論相吻合。

可溶性糖含量是光合作用的重要產物，在物質代謝中有著重要作用，果實的可溶性固形物與可溶性糖含量也存在一定關系[18-19]。筆者的研究中，以中等施肥水平組成的水肥處理組合（W1F2、W2F2、W3F2）的可溶性固形物、可溶性糖含量均高于由較高施肥水平和較低施肥水平組成的水肥處理組合，說明由于水肥組成的用量不同，導致其營養成分的積累有較大差異。維生素C含量是衡量辣椒品質的重要指標，灌水或施肥過多、過少都會引起辣椒果實維生素Ｃ含量的差異?？扇苄缘鞍踪|和游離氨基酸含量可以反映植株體內氮素代謝水平，水肥配比失衡時會導致氮素代謝發生障礙，本研究中以W2F2處理的辣椒維生素C含量最高，可溶性蛋白質和游離氨基酸含量均顯著高于其他處理，說明W2F2處理的水肥環境促進了辣椒從基質中吸收水分與養分的能力，植株保持較高的代謝水平，增加果實營養物質的貯藏與轉化，從而提高品質，這與李恭峰等[20]、曾化偉等[21]的研究結果一致。

筆者的試驗結果表明，采用W2F2組成的水肥處理，辣椒葉片保持較高的光化學效率與生理代謝水平，株高、莖粗等農藝性狀與667 m2產量表現最優，果實中可溶性糖、可溶性固形物、維生素C、可溶性蛋白質和游離氨基酸含量也高于其他處理。這一研究結果，可為本地區戈壁溫室辣椒基質栽培中實現水肥科學調控及高產優質化生產提供理論指導。

參考文獻

[1] 沈亞楠，仇夢夢，岳耀杰．中國北方土地沙漠化災害危險性評價[J]．干旱區研究，2017，34（1）：174-184．

[2] 馬麗榮，梁偉，趙有彪．基于農業供給側改革視角下甘肅省戈壁農業發展展望[J]．甘肅農業科技，2019（7）：83-88．

[3] OZBAHCE A，TARI A F．Effects of different emitter space and water stress on yield and quality of processing tomatio under semi-arid climate conditions[J]．Agricultural Water Management．2010．97（9）：1405-1410．

[4] 陳修斌，蔣夢婷，尹鑫，等．水氮配施對綠洲溫室黃瓜氮素代謝及產量品質的影響[J]．土壤與作物，2021，10（1）：79-90．

[5] 李琨，郁繼華，頡建明，等．不同灌水下限對日光溫室有機生態型無土栽培辣椒生長指標的影響[J]．甘肅農業大學學報，2011，46（2）：41-44．

[6] 李培．無土栽培不同基質與施肥配方對辣椒產量及品質的影響[D]．長沙：湖南農業大學，2008．

[7] 陳修斌，尹鑫，劉珍伶，等．水氮合理配合對旱區溫室番茄土壤酶活性與水氮利用效率的影響[J]．西北農業學報．2019，28（6）：972-980．

[8] 李翊華，張芬琴，陳修斌，等．溫室水肥耦合對甜椒生長和果期葉片光合特性的影響[J]．江蘇農業學報，2015，31（2）：415-421.

[9] 陸軍勝，鄒海洋，張富倉，等．水氮供應對溫室辣椒生長、產量和品質的影響[J]．西北農業學報，2018，27（8）：1192-1201．

[10] 李靜，張富倉，江明杰，等．水氮供應對溫室黃瓜氮素吸收及土壤硝態氮分布的影響[J]．灌溉排水學報，2017，36（3）：52-58．

[11] 韋澤秀，梁銀麗，周茂娟，等．水肥組合對日光溫室黃瓜葉片生長和產量的影響[J]．農業工程學報，2010，26（3）：69-74．

[12] KRAUSE G H，WEIS E．Chlorophyll fluorescence and photosynthesis[J]．Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology，1991，42：313-349．

[13] 高俊鳳．植物生理學實驗技術[M]．西安：世界圖書出版公司，2000：153-196．

[14] 陳修斌，楊彬，許耀照，等．兩種有機肥對荒漠溫室番茄光合特性與產量品質的影響[J]．甘肅農業大學學報，2019，54（2）：89-95．

[15] HEBBAR S S，RAMACHANDRAPPA B K，NANJAPPA H V，et al．Studies on NPK drip festination in field grown tomato（Lycopersicon esculentum Mill．）[J]．European Journal of Agronomy，2004，21（1）：117-127．

[16] 張富倉，高月，焦婉如，等．水肥供應對榆林沙土馬鈴薯生長和水肥利用效率的影響[J]．農業機械學報，2017，48（3）：270-278．

[17] 陳倫壽，陸景陵．蔬菜營養與施肥技術[M]．北京：中國農業出版社，2002．

[18] 左文博，吳靜利，楊奇，等．干旱脅迫對小麥根系活力和可溶性糖含量的影響[J]．華北農學報，2010，25（6）：191-193．

[19] 王天奎．番茄高可溶性固形物代謝途徑中相關基因的克隆和分析[D]．陜西楊凌：西北農林科技大學，2007．

[20] 李恭峰，高亞新，李欣然，等．增施硫酸鉀對日光溫室水果辣椒生長與果實品質的影響[J]．中國瓜菜，2022，35（5）：68-73．

[21] 曾化偉，張恩讓，譚亮萍，等．土壤水分含量與施氮量對辣椒產量與品質的影響[J]．安徽農業科學，2007，35（12）：3614-3617．