李曉亮，余小蘭，戚志強(qiáng)，杜公福，楊 衍*

（1.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所，海南 儋州 571737；2.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所，海南 ?？?571101；3.海南省熱帶生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 ?？?571101）

海南以紅壤為主［1］，有機(jī)質(zhì)含量低［2］，保水保肥能力差，導(dǎo)致肥料利用率低。而且土壤有機(jī)質(zhì)缺乏也不利于土壤孔隙結(jié)構(gòu)的形成，使得土壤對(duì)極端天氣的緩沖能力較差，進(jìn)而導(dǎo)致辣椒生長(zhǎng)易受季節(jié)性干旱影響［3-4］。此外，隨著海南農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，土地復(fù)種指數(shù)較高［5］，常年種植水稻和蔬菜作物，而很少施用有機(jī)肥，導(dǎo)致含量本就不高的土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)一步下降，不利于海南農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

氮是辣椒和玉米生長(zhǎng)中需求最多的養(yǎng)分，吸收量達(dá)到186 kg/hm2［6］。由于土壤有機(jī)質(zhì)含量低，土壤保肥能力差，農(nóng)民需要過(guò)量施用氮肥以保證養(yǎng)分供應(yīng)，農(nóng)戶(hù)平均氮肥投入達(dá)到357 kg/hm2［7］。然而，過(guò)量施用氮肥會(huì)提高蔬菜中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量，嚴(yán)重降低蔬菜品質(zhì)，且硝態(tài)氮在土壤中大量累積，促進(jìn)了氧化亞氮的排放，造成嚴(yán)重的大氣污染［8］。海南辣椒氮肥利用率為19.7%～26.9%，且氮肥利用率與有機(jī)氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的配比密切相關(guān)［9］。雖然，目前有機(jī)肥增施的相關(guān)研究較多，但是，在優(yōu)化施肥條件下，有機(jī)肥部分替代氮肥對(duì)辣椒生長(zhǎng)、品質(zhì)和土壤性狀影響的研究非常缺乏，有必要開(kāi)展相關(guān)研究，為有機(jī)肥的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究在海南省瓊海市的磚紅壤旱地開(kāi)展，前茬作物為玉米，收獲后秸稈還田，腐熟60 d后使用，土壤基本理化性狀為：pH值6.36，堿解氮42.92 mg/kg，有效磷56.75 mg/kg，速效鉀94.89 mg/kg，有機(jī)質(zhì)36.15 g/kg。辣椒品種為 “巨隴828”，該品種為用于鮮食的青果螺絲椒。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究采用羊糞有機(jī)肥替代氮肥，設(shè)置4個(gè)處理，分別是100%化肥（對(duì)照），有機(jī)肥替代20%氮肥（20%）、有機(jī)肥替代40%氮肥（40%）、有機(jī)肥替代60%氮肥（60%），每個(gè)處理設(shè)置4個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)84 m2。試驗(yàn)所用材料中羊糞有機(jī)肥含N 2%、P2O50.5%、K2O 1.3%，尿素含N 46%，硫酸鉀含K2O 50%，過(guò)磷酸鈣含P2O518%。每公頃辣椒N、P2O5、K2O投入量分別為421.5、120、397.5 kg。各處理具體肥料投入量詳見(jiàn)表1。

表1 不同處理的有機(jī)肥和化肥投入量（kg/hm2）

有機(jī)肥全部用于底肥，采取等量控制的原則，分配底肥和追肥量。4個(gè)處理總氮量相同，20%、40%、60%處理從總養(yǎng)分中減去有機(jī)肥所含養(yǎng)分，余下養(yǎng)分采用化學(xué)肥料補(bǔ)足。磷肥全部用于基肥，氮鉀養(yǎng)分按底肥30%、追肥70%的原則分配。坐果期追肥占追肥總量的30%，采摘期追肥占70%。追肥的尿素和硫酸鉀采取膜下滴灌的方式。辣椒于2017年10月14日種植，2018年3月14日收獲，于收獲期采集土壤及植株樣品，進(jìn)行各生理指標(biāo)測(cè)定。

1.3 樣品分析

記錄辣椒產(chǎn)量。在盛果期采集辣椒植株，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取3株，將根、莖、葉分別洗凈烘干并稱(chēng)重，粉碎后分析果實(shí)、葉片和莖稈中的氮磷鉀養(yǎng)分含量，同時(shí)采集0～20 cm土壤樣品，分析土壤物理、化學(xué)性狀。

所有樣品均采用鮑士旦［10］的分析方法進(jìn)行測(cè)定。土壤pH采用土水比為1∶10（m/v）進(jìn)行測(cè)定，采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量，采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤堿解氮，采用乙酸銨提取土壤，用火焰光度計(jì)測(cè)定速效鉀含量，采用氟化銨-鹽酸溶液提取土壤，并用鉬藍(lán)比色法測(cè)定土壤有效磷含量。植株養(yǎng)分采用硫酸-雙氧水消煮至透明，分別采用凱氏定氮儀、鉬黃比色法和火焰光度計(jì)測(cè)定植株全氮、全磷、全鉀含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

在SPSS 18.0中使用One-way ANOVA分析不同有機(jī)肥替代處理的土壤理化性狀、植株生物量、植株生長(zhǎng)指標(biāo)、果實(shí)品質(zhì)，采用Tukey’s HSD進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥替代氮肥對(duì)辣椒生長(zhǎng)的影響

有機(jī)肥替代氮肥對(duì)辣椒產(chǎn)量、單果重、果長(zhǎng)和果寬均無(wú)顯著影響。20%替代量不會(huì)影響辣椒的株高和冠幅，但是40%替代量會(huì)降低辣椒株高，60%替代量下的株高和冠幅均會(huì)降低（表2）。

表2 有機(jī)肥替代氮肥對(duì)辣椒生長(zhǎng)的影響

總體來(lái)說(shuō)，隨著有機(jī)肥替代量的增加，植物各組織的生物量逐漸下降。有機(jī)肥替代40%～60%的氮肥后，顯著降低了辣椒葉片和莖稈的生物量，雖然果實(shí)和根系生物量均有下降的趨勢(shì)，但是未達(dá)顯著水平（圖1）。此外，辣椒株高和冠幅也在替代40%氮肥處理時(shí)開(kāi)始下降（表2）。該結(jié)果表明40%替代量已經(jīng)不能滿(mǎn)足辣椒后期生長(zhǎng)的需求。

2.2 有機(jī)肥替代氮肥對(duì)植株養(yǎng)分吸收的影響

有機(jī)肥替代氮肥顯著降低了辣椒莖稈中的氮含量（圖2），對(duì)葉片、果實(shí)和根系中的氮含量（圖2），各器官內(nèi)的磷含量（圖3）以及葉片、莖稈、根內(nèi)的鉀含量無(wú)顯著影響（圖4），但提高了果實(shí)中的鉀含量（圖4）。

隨著有機(jī)肥替代量的增加，氮、磷的養(yǎng)分吸收效率逐漸降低，鉀的養(yǎng)分吸收效率呈先升高后降低的趨勢(shì)。氮、磷、鉀的養(yǎng)分收獲指數(shù)均隨有機(jī)肥替代量的增加而升高（表3）。

表3 有機(jī)肥替代氮肥對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收利用效率和收獲指數(shù)的影響 （%）

2.3 有機(jī)肥替代氮肥對(duì)土壤理化性狀和果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

土壤pH值隨有機(jī)肥替代量的增加而升高，不同有機(jī)肥替代處理對(duì)土壤堿解氮、有效磷、速效鉀無(wú)顯著影響，60%有機(jī)肥替代氮肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其他3個(gè)處理（表4）。

隨著有機(jī)肥替代氮肥比例的提高，辣椒果實(shí)中的Vc含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，并在替代比例為20%和40%時(shí)達(dá)到最高，與純化肥處理相比提高了約1倍（表4）。此外，20%、40%和60%有機(jī)肥替代氮肥處理均顯著降低了辣椒果實(shí)中的亞硝酸鹽含量，但是3個(gè)有機(jī)肥處理之間并無(wú)顯著差異（表4）。然而，有機(jī)肥替代氮肥并不會(huì)影響辣椒果實(shí)中的可溶性糖和可溶性蛋白含量（表4）。

表4 有機(jī)肥替代氮肥對(duì)土壤理化性狀和果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

3 討論

有機(jī)肥替代化肥是減少化肥用量、改良土壤的一項(xiàng)重要措施。在馬鈴薯上的研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥替代化肥可以提高馬鈴薯塊莖產(chǎn)量，提高氮肥利用效率，而單純施用有機(jī)肥則會(huì)降低產(chǎn)量［11］。與單純施用化肥相比，有機(jī)肥替代氮肥降低了中后期水稻葉面積衰減率，提高了結(jié)實(shí)率、葉面積指數(shù)、葉片葉綠素含量，同時(shí)早晚稻的產(chǎn)量分別提高4.86%～7.74%和1.27%～8.10%［12］。在優(yōu)化施肥的基礎(chǔ)上，增施有機(jī)肥、氨基酸發(fā)酵廢液等有機(jī)物料，則會(huì)顯著提高辣椒產(chǎn)量［13-14］。然而，本研究發(fā)現(xiàn)，在優(yōu)化辣椒養(yǎng)分投入量的基礎(chǔ)上，采用有機(jī)肥替代氮肥不會(huì)提高辣椒產(chǎn)量，而且40%氮肥處理的辣椒株高、冠幅以及葉片和莖稈生物量均顯著降低，表明40%的替代量已經(jīng)不能滿(mǎn)足辣椒后期生長(zhǎng)的需求（表2）。究其原因可能是由于本研究的養(yǎng)分投入量較為合理，沒(méi)有造成養(yǎng)分的過(guò)量投入，而且有機(jī)肥替代氮肥可以降低莖稈中氮含量（圖2）。同時(shí)本研究采取膜下滴灌的水肥一體化技術(shù)，有效提高了肥料利用效率，其中化肥處理的氮吸收效率達(dá)到72.06%（表3），而隨著有機(jī)肥替代比例增加，有機(jī)態(tài)的養(yǎng)分占比升高，反而會(huì)降低氮的吸收效率。

本研究中，有機(jī)肥替代氮肥對(duì)辣椒果長(zhǎng)、果寬和單果重等外觀品質(zhì)無(wú)顯著影響（表2），但是顯著提高了果實(shí)中的Vc含量，降低了硝酸鹽含量，從而提高了果實(shí)的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)（表4）。其他研究也發(fā)現(xiàn)，施用1200 kg/hm2菌糠有機(jī)肥后，Vc含量提高了85.7%，可溶性糖提高4.2倍，可溶性蛋白含量是對(duì)照的1.46倍［15］。施用45 t/hm2的豬糞和雞糞有機(jī)肥可以顯著提高辣椒可溶性蛋白和游離氨基酸含量，同時(shí)降低硝酸鹽含量［16］，其原因可能是由于有機(jī)肥中的養(yǎng)分主要以有機(jī)態(tài)存在，必須經(jīng)分解礦化后才能被作物吸收利用，不會(huì)導(dǎo)致硝態(tài)氮在植物體內(nèi)的快速積累［17］。此外，有機(jī)肥中富含多糖、有機(jī)酸、肽類(lèi)、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)成分，可以提高土壤對(duì)銨態(tài)氮的吸附能力，同時(shí)抑制了硝化作用［18-19］。辣椒品質(zhì)與有機(jī)肥種類(lèi)密切相關(guān)，牛糞處理的辣椒可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)含量顯著高于羊糞和雞糞處理［20］。此外，過(guò)量施用有機(jī)肥也會(huì)降低辣椒產(chǎn)量，影響品質(zhì)［14］。因此，有必要根據(jù)不同地區(qū)的生產(chǎn)條件，合理地選擇有機(jī)肥種類(lèi)，優(yōu)化其用量。

目前，施用有機(jī)肥能否提高土壤有機(jī)質(zhì)含量仍然有一些爭(zhēng)議。研究發(fā)現(xiàn)，合理施用化肥可以維持土壤有機(jī)質(zhì)含量，而長(zhǎng)期不施肥會(huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)礦化，含量下降［21］。通過(guò)氮磷鉀肥合理配施，可以提高土壤中殘留的根系生物量，從而提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。在土壤肥力較低的情況下，施用有機(jī)肥可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量［22］。本研究發(fā)現(xiàn)，與化肥處理相比，20%～40%替代量的土壤有機(jī)質(zhì)含量均無(wú)顯著差異，而60%替代量下的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其他3個(gè)處理（表4），該結(jié)果可能是由于本試驗(yàn)田的堿解氮含量較低，而60%處理的有機(jī)肥投入較多，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)礦化速率較慢，從而提高了該處理下的土壤有機(jī)質(zhì)含量（表4）；此外，施用有機(jī)肥提高了土壤pH值，而且60%替代處理的pH值最高（表4），在一定范圍內(nèi)，有機(jī)質(zhì)的礦化速率與pH值呈負(fù)相關(guān)，這也可能是導(dǎo)致60%替代處理下的有機(jī)質(zhì)含量高的原因。例如，在酸性土壤的茶園施用生物質(zhì)碳提高了土壤pH值，顯著降低了茶園土壤氮礦化量、凈氮礦化速率和凈硝化速率［23］。

4 結(jié)論

有機(jī)肥替代氮肥可顯著提高辣椒果實(shí)中Vc含量，降低亞硝酸鹽含量，提高土壤pH值和土壤有機(jī)質(zhì)含量。因此，在海南酸性土壤中使用有機(jī)肥替代氮肥，可以提高辣椒品質(zhì)、改良土壤，合理的替代比例為20%。