張福建 陳 昱 楊 磊 李 捷 張新龍 范淑英 楊有新 吳才君,*

(1 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，江西 南昌 330045；2 江西省棉花研究所，江西 九江 332105)

辣椒(CapsicumannuumL.)是我國南北各地廣泛栽培的蔬菜，隨著我國辣椒產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，辣椒種植集約化和規(guī)模化水平日益提高，連作障礙不可避免[1]。同時(shí)，由于常年單一種植，導(dǎo)致土壤質(zhì)量退化、土壤養(yǎng)分失衡和病蟲害增多等問題日益凸顯，導(dǎo)致減產(chǎn)減收，甚至造成絕收。研究發(fā)現(xiàn)辣椒連作3年可造成產(chǎn)量下降30%～50%[2]。前人研究表明，在土壤中施用生石灰和生物質(zhì)炭可以顯著增加作物產(chǎn)量[3-4]，改善土壤環(huán)境，從而減輕連作障礙的危害[5-7]。施用生石灰可以改良土壤酸堿性，提高土壤交換性Ca含量，增加玉米和小麥產(chǎn)量[8]。在大棚番茄土壤中添加生石灰可以提高土壤pH值，其中生石灰用量為2 325 kg·hm-2時(shí)對25～50 cm土層土壤pH值的影響較大，較施用前的土壤pH值增加了0.58個(gè)單位[9]。此外，生石灰在滅除土壤致病微生物及部分地下害蟲方面也發(fā)揮著重要作用。楊曉等[10]研究增施生石灰對紅花大金元生長的影響，發(fā)現(xiàn)生石灰施用量為1 200～1 800 kg·hm-2可以有效促進(jìn)煙株生長，增強(qiáng)對黑脛病、青枯病等土傳病害的防控效果。

生物質(zhì)炭是在無氧狀態(tài)下進(jìn)行高溫裂解處理得到的一種富炭物質(zhì)。施用生物質(zhì)炭可以增加土壤養(yǎng)分吸附能力，改善土壤肥力[11-12]。劉卉等[13]研究施用生物炭對煙草生長的影響，發(fā)現(xiàn)生物炭施用量為3 750 kg·hm-2時(shí)，烤煙植物學(xué)性質(zhì)得到改善，煙株根系發(fā)達(dá)，干物質(zhì)積累增大，氮肥利用率顯著提高。利用不同用量秸稈生物炭處理在一定范圍內(nèi)對辣椒疫病有防控效果，其中以1.33%(每盆鮮土550 g)防控效果最好[14]。目前，生石灰和生物質(zhì)炭已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)各領(lǐng)域，并且取得了較好的效果[15-16]。然而，關(guān)于組合施用生石灰和生物質(zhì)炭對緩解辣椒連作障礙方面的研究尚鮮見報(bào)道。本試驗(yàn)通過研究施用生石灰和生物質(zhì)炭對連作辣椒生長發(fā)育的影響，旨在為施用生石灰和生物質(zhì)炭緩解辣椒連作障礙，實(shí)現(xiàn)辣椒可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試?yán)苯菲贩N為螺絲大帝，購自九江市農(nóng)戶市場。

供試輔料：生物質(zhì)炭是以谷殼為主料，購自江西上高縣圣牛米業(yè)公司；生石灰購自九江市生石灰銷售市場。

供試土壤：選擇江西省棉花研究所試驗(yàn)田地勢平坦、肥力均勻并連續(xù)種植5年的辣椒保護(hù)地，土壤基本理化性質(zhì)為堿解氮189 mg·kg-1、有效磷18.2 mg·kg-1、速效鉀193.3 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)21.6 g·kg-1、土壤pH 值7.1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年2-9月在江西省棉花研究所蔬菜試驗(yàn)基地進(jìn)行，采用大田種植。辣椒于2月中下旬在大棚中育苗，4月26日按株行距30 cm×50 cm移栽定植；在辣椒定植前，先將生石灰和生物質(zhì)炭按照處理設(shè)置(表1)，均勻撒于連作土中再整地作畦，防止局部土壤過堿或未施到。定植后進(jìn)行常規(guī)管理，試驗(yàn)期間不噴灑任何藥劑，人工除草。試驗(yàn)設(shè)8個(gè)處理(表1)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)排列，共劃分24個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為6.0 m2，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，以不加任何生物質(zhì)炭和生石灰為對照(CK)。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 生長指標(biāo) 分別于辣椒定植15、30、60、90 d對不同處理的辣椒株高、莖粗、壯苗指數(shù)和葉面積等指標(biāo)進(jìn)行采樣測定。株高(cm)利用卷尺測定；莖粗(mm)利用游標(biāo)卡尺測定；葉面積(cm2)利用網(wǎng)格法測定；生物量(g)利用電子天平測定。按照公式計(jì)算壯苗指數(shù)[17]：

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Test design /(kg·m-2)

壯苗指數(shù)=(莖粗/株高+根干重/地上部干重)×總干重

(1)。

1.3.2 果實(shí)特征及產(chǎn)量 待辣椒收獲后，每個(gè)處理隨機(jī)選取5株辣椒，采摘全部成熟果實(shí)用電子天平和卷尺測量單果長、單果莖粗、單株結(jié)果數(shù)、單株產(chǎn)量和總產(chǎn)量，并記錄其果實(shí)性狀指標(biāo)。

1.3.3 辣椒疫病發(fā)病率 在辣椒生育期內(nèi)統(tǒng)計(jì)不同處理辣椒疫病發(fā)病株數(shù)，得出發(fā)病率，按照公式計(jì)算病情指數(shù)[18]：

發(fā)病率=染病株數(shù)/調(diào)查總株數(shù)×100%

(2)

病情指數(shù)=100×∑(各級病葉數(shù)×各級代表值)/(調(diào)查總?cè)~數(shù)×最高級代表值)

(3)。

1.3.4 土壤理化指標(biāo) 在整地作畦前，隨機(jī)多點(diǎn)采集辣椒保護(hù)地0～20 cm深度土壤，混拌成混合基礎(chǔ)土樣；在生產(chǎn)結(jié)束時(shí)(定植90 d)，對每個(gè)處理每個(gè)重復(fù)多點(diǎn)采集0～20 cm深度土壤混合。土壤養(yǎng)分參考鮑士旦[19]的方法測定。土壤pH值利用FE28 pH計(jì)[梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司]測定，其水土比為5∶1。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析，分析方法采用Duncan法；GraphPad軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用生石灰和生物質(zhì)炭對連作辣椒生長的影響

由圖1可知，T2和T4在定植15和30 d的株高與CK存在顯著差異，其他處理與CK均無顯著性差異，但定植60、90 d時(shí)僅T4與CK差異顯著。從辣椒莖粗來看，定植15 d時(shí)，除T3外，各處理間莖粗無顯著差異；定植30 d時(shí)，T2、T4和T5均顯著高于CK，分別增加了17.94%、21.76%和16.76%；定植60 d時(shí)，T4顯著高于其他處理；定植90 d時(shí)，僅T4與CK間差異顯著。組合施用生物質(zhì)炭和生石灰處理(T3、T4和T5)在定植30和60 d辣椒植株的壯苗指數(shù)均顯著高于CK，但定植90 d時(shí)，僅T4與CK差異顯著，較CK增加15.29%。各處理間葉面積差異較小，僅在定植30 d時(shí)，T7顯著高于其他處理，表明施用生石灰和生物質(zhì)炭對辣椒葉片葉面積的增大總體上無明顯影響。

注：不同小寫字母表示相同定植時(shí)間的不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。Note: Different lowercase letters indicate significant difference among different treatments with the same clonization time at 0.05 level. The same as following.圖1 不同處理對連作辣椒生長的影響Fig.1 Effect of different treatment on the growth of continuous cropping pepper

2.2 施用生石灰和生物質(zhì)炭對連作辣椒植株鮮重和干重的影響

由圖2可知，施用生物質(zhì)炭和生石灰在不同程度上影響了辣椒植株鮮重和干重。單施生物質(zhì)炭處理(T2)下，整個(gè)生育期內(nèi)的辣椒植株地上部鮮重和干重與CK間均無顯著差異。單施生石灰處理(T6、T7和T8)下，隨著生石灰濃度的增加，辣椒植株地上部鮮重和干重在生育期內(nèi)整體呈下降趨勢，而其根系鮮重和干重在定植60和90 d時(shí)與CK均無顯著差異。組合施用生物質(zhì)炭和生石灰處理(T3、T4、T5)下，定植90 d時(shí)，T4的辣椒植株地上部鮮重和干重均顯著高于T3和T5，且T3、T4和T5處理與CK間均差異顯著；從辣椒植株根系鮮重和干重看，在定植60和90 d時(shí)，T4和T5間存在顯著差異，定植60 d時(shí)，T3與CK差異顯著，而T5與CK間無顯著差異(P>0.05)。

2.3 施用生石灰和生物質(zhì)炭對連作辣椒產(chǎn)量性狀的影響

由表2可知，各處理對辣椒的單果長和單果莖粗均無顯著影響。施用生物炭和(或)生石灰處理的辣椒單株結(jié)果數(shù)均顯著高于CK，表明施用生物質(zhì)炭和生石灰可以增加辣椒的座果率。單施生物質(zhì)炭或生石灰處理對辣椒單株產(chǎn)量和總產(chǎn)量影響不顯著；組合施用生物質(zhì)炭和生石灰處理下，僅T4的單株產(chǎn)量和總產(chǎn)量較CK顯著增加，均增加了23.37%。

圖2 不同處理對連作辣椒植株鮮重和干重的影響Fig.2 Effect of different treatments on fresh and dry weight of continuous cropping pepper

處理Treatment單果長Fruit length/cm單果莖粗Fruit width/cm單株結(jié)果數(shù)Fruit number單株產(chǎn)量Single plant yield/g總產(chǎn)量Yields/(kg·hm-2)CK20.34±0.91a3.62±0.02a14.04±0.44b132.18±5.03b8 811.15±335.40bT220.27±0.65a3.51±0.17a15.87±0.54a144.37±7.82ab9 623.70±521.55abT320.45±0.12a3.66±0.10a16.36±0.58a156.57±7.34ab10 436.70±489.15abT420.68±0.50a3.74±0.09a16.49±0.58a163.07±6.81a10 870.35±454.20aT520.15±0.27a3.44±0.12a16.30±0.17a144.46±3.15ab9 630.00±210.15abT620.35±0.94a3.59±0.13a16.48±0.50a153.94±15.50ab10 261.65±1 032.90abT720.37±1.59a3.53±0.09a15.62±0.44a143.61±12.02ab9 573.00±801.00abT820.29±0.73a3.62±0.13a15.85±0.28a148.85±6.35ab9 922.50±423.00ab

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。江西省九江地區(qū)2017年2-9月期間降雨量較大，辣椒生產(chǎn)受其影響，產(chǎn)量偏低。

Note:Each value in the table represents mean ±standard error. Different lowercase letter in the same column indicates significant difference at 0.05 level. The same as following.In Jiujiang region of Jiangxi Province, the rainfall was high from February to September 2017, and the production of pepper was affected by the rainfall, and the yield was on the low side.

圖3 不同處理對連作辣椒疫病發(fā)病率及病情指數(shù)的影響Fig.3 Effect of different treatments on incidence and disease index of continuous cropping pepper blight

2.4 施用生石灰和生物質(zhì)炭對辣椒疫病發(fā)病率及病情指數(shù)的影響

由圖3可知，定植30 d時(shí)，辣椒疫病發(fā)病達(dá)到高峰，CK發(fā)病率為31.94%、病情指數(shù)為18.26，均顯著高于其他處理。單施生物質(zhì)炭處理(T2)的辣椒疫病發(fā)病率顯著高于單施生石灰(T6、T7和T8)。T3、T4、T5下，隨著生石灰施用量的增加，對辣椒疫病發(fā)病率防控效果越好，其中，T5的發(fā)病率和病情指數(shù)均最低，分別為8.33%和3.47，對病害的控制作用顯著。

2.5 施用生石灰和生物質(zhì)炭對連作辣椒土壤養(yǎng)分的影響

由表3可知，不同處理對辣椒土壤養(yǎng)分指標(biāo)有不同程度的影響。單施生物質(zhì)炭(T2)的土壤養(yǎng)分含量較CK均顯著增加；單施生石灰處理(T6、T7和T8)對土壤養(yǎng)分均有顯著影響，其中，T6的土壤養(yǎng)分(除有效磷含量外)均高于T7、T8和CK。組合施用生物質(zhì)炭和生石灰處理下，T4的土壤有效磷和速效鉀含量均顯著高于T3、T5和CK；T5的有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量均顯著高于T3、T4處理，分別為42.90 g·kg-1和196.00 mg·kg-1。各處理有機(jī)質(zhì)含量依次表現(xiàn)為T6>T2>T5>T4>CK>T3>T8>T7。各處理的土壤pH值無顯著差異，在6.36～6.75之間。

表3 不同處理對連作辣椒土壤性狀的影響Table 3 Effect of different treatments on soil properties of continuous cropping pepper

3 討論

近年來，連作障礙日益加劇，造成蔬菜生長發(fā)育不良，產(chǎn)量品質(zhì)降低，嚴(yán)重制約了蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[20]。本研究中，在辣椒連作土壤中添加生石灰和生物質(zhì)炭對辣椒的生長發(fā)育影響較大，其中單施生石灰或生物質(zhì)炭對辣椒的株高、莖粗、壯苗指數(shù)和葉面積的促進(jìn)效果存在較大差異，其中，組合施用生石灰和生物質(zhì)炭處理(T4)對辣椒生長的促進(jìn)作用最為明顯，這可能是由于生石灰和生物質(zhì)炭的協(xié)同效應(yīng)加速了二者的分解速度，進(jìn)而有利于被植物利用。植物鮮重反映了植株的自然狀態(tài)，干重則代表植物干物質(zhì)的積累，在一定程度上可以反映生物量。研究表明，植物生物量可以反映其同化產(chǎn)物的積累量，與產(chǎn)量呈正相關(guān)，并隨著植物的生長進(jìn)程，其相關(guān)系數(shù)也逐漸增加[21-22]。本研究中，施用生石灰和生物質(zhì)炭可以在不同程度上增加辣椒植株的鮮重和干重，其中單施生物質(zhì)炭處理(T2)并沒有顯著增加辣椒植株的鮮重和干重，這可能是由于生物質(zhì)炭在施入土壤后，需要經(jīng)過一段時(shí)間進(jìn)行降解轉(zhuǎn)化成有機(jī)質(zhì)才能被植物利用[23]。單施生石灰處理下，隨著施用生石灰濃度的增加，表現(xiàn)出對辣椒生長抑制作用。組合施用生物質(zhì)炭和生石灰對辣椒植株鮮重和干重的增加效果明顯，其中，以T4的效果最佳；組合施用生物質(zhì)炭和生石灰處理下，辣椒的單株產(chǎn)量和總產(chǎn)量也顯著增加。這與郭小鷗等[24]在番茄上的研究結(jié)果基本一致?？赡苁怯捎谕寥乐刑砑由液蜕镔|(zhì)炭提高了土壤中養(yǎng)分含量和有益微生物活性，從而改善了土壤環(huán)境所致[25-26]。

土傳病害是導(dǎo)致連作障礙的主要原因，土壤真菌多數(shù)是致病菌，與土傳病害的發(fā)生直接相關(guān)[27]。研究表明，生石灰和生物質(zhì)炭能夠改變細(xì)菌豐度，提高細(xì)菌/真菌比值[28-29]。唐明等[30]研究發(fā)現(xiàn)施用生石灰后土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量增加，真菌數(shù)量減少。施用生物炭可激發(fā)草莓葉片水楊酸和茉莉酸等抗性系統(tǒng)的基因表達(dá)，以達(dá)到抑制真菌病害的目的[31]。研究表明，辣椒疫病為真菌性土傳病害，其病原菌辣椒疫霉侵染速度快，能在短時(shí)間內(nèi)造成病害爆發(fā)，造成巨大損失[32-33]。本研究中，無論是單施生物質(zhì)炭或生石灰，還是組合施用生物質(zhì)炭和生石灰均能顯著緩解辣椒疫病的發(fā)生率，但單施生物質(zhì)炭對辣椒疫病防控效果低于單施生石灰，而組合施用生物質(zhì)炭和生石灰處理(T3、T4和T5)則表現(xiàn)為隨著施用量的增加，對辣椒疫病抑制效果越好，這與上述T4對辣椒生長發(fā)育及產(chǎn)量表現(xiàn)最佳不符，可能是生物質(zhì)炭和生石灰組合施用量影響了土壤中的病原菌數(shù)量，表現(xiàn)為施用量低對土壤中病原菌影響有限；施用量高則殺死了土壤中的有害病原菌，進(jìn)而減輕了土傳病害的發(fā)生。

連作障礙復(fù)雜多樣，但主要原因還是來自土壤[34]。因此，防治蔬菜連作障礙，改善植株的根際環(huán)境至關(guān)重要。已有研究表明，在土壤中施用生石灰和生物質(zhì)炭可以提高土壤堿解氮和速效磷等含量，改善土壤養(yǎng)分狀況[35-36]。如在番茄地里施用生物質(zhì)炭可以提高土壤有機(jī)碳、堿解氮、速效鉀等含量，促進(jìn)作物座果率[37]；將稻草、生石灰和活性炭組合配施可以顯著改善土壤環(huán)境，提高番茄產(chǎn)量和品質(zhì)[24]。本研究中，施用生石灰和生物質(zhì)炭對辣椒土壤中養(yǎng)分含量的增加均有促進(jìn)作用。單施生物質(zhì)炭(T2)和單施生石灰(T6)的土壤各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)均高于CK，特別是對土壤有機(jī)質(zhì)的增加有顯著作用。這可能是由于生物質(zhì)炭本身有機(jī)質(zhì)含量較高，促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)含量的升高[38]。而施用量低的T6較其他處理高，可能是由于處理時(shí)間短，高施用量的生石灰還未完分解，且過量會引起土壤板結(jié)，使固氮菌的生長和結(jié)瘤遭到抑制。組合施用生物質(zhì)炭和生石灰中，T4的有效磷和速效鉀含量高于T3和T4，T5的有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量高于T3和T4，這可能與不同施用量組合對土壤中各養(yǎng)分的影響不同有關(guān)。施用生石灰和生物質(zhì)炭對土壤pH值無顯著影響，可能是生石灰和生物質(zhì)炭已經(jīng)對連作土壤進(jìn)行了改良，并將土壤pH值維持在恒定水平，其機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，在辣椒連作土中施用適量生石灰和生物質(zhì)炭在一定程度上可以促進(jìn)辣椒生長發(fā)育和產(chǎn)量的提高，調(diào)控土壤養(yǎng)分狀況，減輕土傳病害的發(fā)生率，從而改善辣椒根際土壤環(huán)境，特別是組合施用生物質(zhì)炭和生石灰中，以T4對辣椒的整個(gè)生育期的生長性狀及產(chǎn)量表現(xiàn)為最佳，T5對辣椒疫病防控效果最好。但產(chǎn)生上述現(xiàn)象是否是生物質(zhì)炭和生石灰協(xié)調(diào)作用的結(jié)果還有待進(jìn)一步研究。