水溶肥中鎂不同含量對辣椒產量、品質和根系發育的影響

馬存金 陳劍秋 李曰鵬

摘要：采用盆栽的方法，研究鎂元素在水溶肥中不同添加量對辣椒產量、品質和根系發育的影響。以線椒8819品種為試驗材料，設置鎂元素不同添加量為0、0.25%、0.50%、1.00%、2.00%、4.00%（均以MgO計），整盆取樣并進行各指標測定。試驗結果表明：在低添加量（0～2.00%）下，鎂元素的添加促進了辣椒的生長發育及產量和品質的提升，隨著鎂元素含量的增加，辣椒生長各指標[株高、莖粗、葉綠素含量（以SPAD計）、凈光合速率]、果實產量、果實品質、根系形態指標和根系生理活性指標均呈先升后降的趨勢，其中以鎂元素添加量為1.00%的處理效果最好;當鎂元素添加量達到4.00%時，各指標均低于對照，說明高添加量鎂元素對辣椒的生長發育產生了抑制作用。綜上，在鎂元素添加量為0～2.00%范圍內，鎂元素的添加促進了辣椒的生長發育及產量、品質的提高，其中以鎂元素添加量為1.00%的處理效果最好，超過4.00%后對辣椒生長發育及產量、品質的提高產生了抑制作用。

關鍵詞：辣椒;鎂含量;水溶肥;生長指標;產量;根系發育;形態指標;生理活性指標;品質;鎂元素添加量

中圖分類號：S641.306 ??文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）13-0179-04

鎂是植物必需的中量營養元素，是植物體內葉綠素和許多酶的重要組成成分，在植物體的光合作用、酶的活化、碳水化合物與蛋白質合成、脂肪代謝等諸多方面均有重要作用[1]。隨著化肥用量增加和有機肥用量的減少，高產耐肥品種大面積種植以及復種指數不斷提高，鎂元素不斷攜出土壤，同時土壤又長期缺少鎂肥補充，因而土壤中鎂元素逐漸耗竭，作物的缺鎂現象在各地不斷出現，并已成為限制作物產量和品質提高的一個重要因素。據系統研究[2]發現，我國目前缺鎂土壤0.26億hm2，要補充984萬t MgO，約占亞洲鎂肥料用量的1/4。隨著鎂肥料研究的深入、推廣應用工作的展開，鎂肥料的研發逐步加強，鎂肥料的產銷量和施用量大幅提高[3]。

植物根系的生長發育不僅受到遺傳基因的控制，而且強烈地受到生長環境如養分、水分狀況等諸多因素的影響[4]。礦質元素的生物有效性可直接影響到植物根系的生長、分布和功能[5]，鎂作為植物必需的一種礦質元素，可直接或間接地影響根系的生長狀況和活力水平，進而影響地上部的生長及作物最終產量和品質[6]。有研究表明，適量的鎂不僅能夠促進植株根系的形態建成和活力提高，建成強大的根系[7]，增強作物對礦質元素的吸收，加強生長發育進程，還能提高葉綠素的含量，增加光合作用的強度，促進植株體內碳水化合物的合成與轉化[8]。鎂素不僅能增加作物根系生物量、根尖數、根系體積和表面積[9]，促進水分和養分的吸收，還能提高作物果實產量和品質[10]。

國內對于鎂肥料的研究與應用起步較晚，目前鎂肥料的功效還未被充分認識，盡管有許多學者也研究了鎂元素對作物生長發育的作用[11-12]（主要是對大田水稻、煙草、大豆等作物研究報道），但研究相對較少，且多數研究重點放在水培、底肥或復合肥等方面[13-14]，而關于鎂肥沖施對辣椒根系發育和果實產量和品質的影響研究較少，故本研究在溫室條件下，采用盆栽方法，精確研究不同鎂添加量對辣椒根系發育、產量和品質的影響，旨在為進一步探明鎂元素在水溶肥中的合理添加量，并為其在肥料中的應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2016年8月5日至11月24日在金正大生態工程集團股份有限公司國家緩控釋肥工程技術研發中心溫室中進行。供試作物為線椒8819;所用鎂為MgSO4，鎂含量為33%（以MgO計），國藥集團化學試劑有限公司生產提供;供試肥料15-15-15水溶肥配方（N 15%、P 15%、K 15%），尿素、磷酸二銨和硝酸鉀或其他原料試劑進行配制，鎂按水溶肥料的質量比進行添加，如MgO 1%即表示100 g水溶性肥料添加MgSO4 3.03 g（=100 g×1%/33%）左右;土壤為山東省臨沭縣當地土壤，含有機質11.04 g/kg、全氮0.80 g/kg、堿解氮60.10 mg/kg、速效磷27.35 mg/kg、速效鉀113.55 mg/kg、交換性鎂66.65 mg/kg，pH值6.30。

1.2 試驗設計

試驗以盆栽的方式進行，共設6個處理，即設置水溶肥中鎂不同添加量為0、0.25%、0.50%、1.00%、2.00%、4.00%（均以MgO計），每個處理均重復4次。每盆（體積為4.3 dm3）裝土共5 kg，2017年8月18日將均勻一致的辣椒苗移栽于盆中，之后澆足等量水，等緩苗生長穩定后沖施配制的水溶肥料（添加不同含量鎂元素），每隔15 d沖施1次，500倍稀釋進行沖施，每次每盆300 mL（水溶肥為0.6 g/盆，含量為2 g/L），共沖施3次。其間注意澆水與觀察記錄，2017年12月14日整盆收獲并進行各指標測量。

1.3 測定項目與方法

收獲時先將地上部取下后再進行根系取樣，并將地上部與根系分開，測定根系發育、產量和品質等指標。根系取樣采用整盆取樣法，將土壤全部倒出后，再裝入0.42 mm孔徑網袋，低壓水沖洗根系，剔除雜質，迅速吸干根系樣品表面水分，測定根系氯化三苯基四氮唑（TTC）還原強度、吸收面積及活躍吸收面積，測定根系形態指標（根長、根表面積、根尖數、根系體積等），各指標測定完成后置于80 ℃烘箱中烘干并稱質量。

根系鮮質量及干質量的測定采用稱量法;選取粗細均勻的根系，采用氯化三苯基四氮唑（TTC）還原法[15]測定根系活力，根系TTC還原總量（μg/h）=根系TTC還原強度[μg/（g·h），鮮根]×根系鮮質量（g）;采用亞甲基藍吸附法[16]測定根系總吸收面積及活躍吸收面積;把待測樣品均勻平鋪于儲水玻璃槽中，使樣品漂浮在水面上，用EPSON根系掃描儀掃描各處理根系圖片并分析，測定根系長度（m）、根表面積（m2）、根系體積（cm3）和根尖數等指標，再計算出根長密度（m/m3）與單位土體內的根表面積（m2/m3）。

株高測量植株莖底部至頂尖的距離;莖粗使用游標卡尺測定;葉綠素含量（SPAD）使用葉綠素儀進行測定;凈光合速率采用CIRAS-II型便攜式光合儀（PP-system）、UK測定，采用開放式光路，于晴天10：00時測定，測定同一葉位葉片凈光合速率，以LED為光源，PAR=1 600 μmol/（m2·s），CO2濃度=360 μmol/mol。果實產量采用稱量法，果實維生素C含量的測定方法采用二氯靛酚（DPI）進行氧化還原滴定。辣椒紅素含量的測定參考GB 1886.34—2015《食品安全國家標準 食品添加劑 辣椒紅》的方法;辣椒素含量的測定參考 GB/T 21266—2007《辣椒及辣椒制品中辣椒素類物質測定及辣度表示方法》。

1.4 數據分析

數據采用SPSS 19.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理辣椒生長的變化

由表1可以看出，在0～4.00%范圍內，隨著鎂添加量的增加，辣椒的株高、莖粗、SPAD和凈光合速率呈先增加后降低的趨勢，均于1.00%處理達到最大;但當添加量達到4.00%時，株高、莖粗、SPAD和凈光合速率與對照基本沒有差異，其中SPAD和凈光合速率甚至低于對照，說明在0～2.00%范圍內，鎂的添加有利于辣椒合成葉綠素，進而促進葉片的光合作用和有機物質的積累，促進辣椒生長發育，但當添加量大于4.00%時，過量的鎂元素破壞了辣椒葉綠素形成，影響植株光合作用，進而抑制辣椒的生長發育。

2.2 不同處理辣椒產量的變化

由表2可得，隨著鎂添加量的增加，辣椒單株掛果數量及質量均呈現先上升后下降趨勢，于1.00%達到最大，其果實增產29.85%;當添加量達到4.00%后，單株掛果數量及質量均低于對照，但與對照無顯著差異。其中2.00%和0.50%兩處理辣椒單株掛果數量及質量無明顯差異;0.25%、4.00%和對照3個處理間無顯著差異。說明在0～2.00%范圍內，鎂的添加均促進了葉綠素的合成，影響葉片光合作用及其產物積累，進而促進辣椒果實的發育，從而提高產量;但當添加量大于4.00%時，過量鎂元素對辣椒葉片和果實的發育產生抑制作用，可能與過量鎂元素對植株產生鹽害或導致鉀的吸收減少（鉀鎂拮抗）有關。

2.3 不同處理辣椒根系的變化

2.3.1 不同處理辣椒根系形態的變化 由表3可以看出，在試驗處理添加量范圍內，辣椒根系各形態指標（根長密度、根表面積、根系體積、根尖數）均呈先升后降的趨勢，且均于 1.00% 處理達到峰值，之后迅速下降。在0～2.00%范圍內，鎂元素的添加提高了葉片的光合作用，增加了光合產物向根部的運輸，促進了辣椒根系的發育，表現為根長密度、根表面積、根系體積較大，根尖數增多;當添加量達到4.00%以上時，根系各形態指標均低于對照，說明鎂元素添加量超過4.00%后對辣椒產生鹽害，影響了葉綠素的合成和光合產物的積累，對辣椒根系產生明顯的抑制作用，不利于辣椒優良根系的建成。

2.3.2 不同處理辣椒根系生理活性的變化 根系TTC還原強度、TTC還原總量、根系吸收面積（總吸收面積與活躍吸收面積）都是反映根系吸收性能的重要指標，都能在一定程度上客觀地反映根系活力狀況[7]。由表4可以看出，隨著鎂元素添加量增加，辣椒根系TTC還原強度、TTC還原量、吸收面積及活躍吸收面積均呈現先升后降的趨勢，均于1.00%處理達到最大，之后迅速下降。在0～2.00%條件下，鎂元素添加有利于光合產物向根部運輸，從而提升辣椒根系的活力，表現為根系TTC還原強度、還原量較高，吸收面積及活躍吸收面積較大，生理活性高;在較高添加量（達到4.00%）條件下，根系各生理活性指標均低于對照，說明鎂元素在水溶肥中高濃度添加對辣椒產生鹽害，對辣椒根系活性產生抑制作用，根系活力下降，不利于辣椒強大根系的建成。

2.4 不同處理辣椒果實品質的變化

由表5可得，隨著鎂元素添加量增加，辣椒維生素、辣椒紅素及辣椒素含量均呈現先升后降的趨勢，均于1.00%處理達到最大。在0～2.00%條件下，鎂元素添加能促進葉片光合作用提高和有機物質的積累和轉化，進而有利于辣椒維生素、辣椒紅素及辣椒素含量的提高，表現為辣椒維生素、辣椒紅素及辣椒素含量較高，果實品質相對較高;但當鎂元素添加量達到4.00%時，辣椒各品質指標均低于對照，說明高添加量鎂元素沖施可能是對辣椒產生了鹽害，影響了葉片的光合作用與有機物的積累，并對辣椒品質產生不良作用，辣椒品質下降，不利于辣椒果實品質的提升。

3 結論與討論

根系的發育和代謝狀況與地上植株關系密切，它的生長情況直接制約著地上部的生長情況和產量[17]。根系活力泛指根系的吸收、合成、氧化和還原能力等[6]，是一種客觀反映根系生命活動的生理指標;而根系吸收能力強的作物在根系形態上表現為根系長度、體積、分布密度和有效吸收面積較大[18]。根系形態結構和活力大小直接影響植株地上部的營養狀況。研究發現，在一定濃度范圍內，Mg2+與根系平均直徑、根體積、根表面積、根尖數、總根長成正比，一定程度上促進根系的生長[9]。同時，適量的鎂能使根系活力旺盛[19]，有利于植株根系充分吸收水分和養分;而在低濃度鎂元素供應下，根系長度、體積和分布密度等指標均明顯增大，空間分布和根系構型更加合理[20]，有利于其建成強大的根系，保障植株的生長發育。本研究結果表明，在0～2.00%范圍內，鎂元素的添加促進了葉片葉綠素合成及其光合作用，有利于將葉片制造的有機物運往根部，從而促進了辣椒根系的發育。隨著鎂元素添加量的增加，辣椒根系各形態指標和生理活性指標均呈先升后降的趨勢，且均于1.00%處理達到峰值，表現為根長密度、根表面積、根系體積較大，根尖數增多，根系生理活性（辣椒根系TTC還原強度、TTC還原量、吸收面積及活躍吸收面積）明顯增強;當添加量達到 4.00%時，根系各指標均低于對照，說明鎂元素添加量超過4.00%后對辣椒根系產生抑制作用。由此可見，鎂元素低添加量有利于提高葉片光合作用，制造更多的有機物，從而促進辣椒根系的生長發育，而高添加量對辣椒產生鹽害，對根系形態及生理活性產生抑制作用，不利于辣椒優良根系的建成。

辣椒具有極高的食用及藥用價值，富含維生素C、維生素β-胡蘿卜素、葉酸、辣椒素等，其中維生素C的含量在蔬菜中居第1位，而辣椒中的辣椒素還具有抗炎及抗氧化作用。鎂是作物生長發育不可缺少的營養元素，當鎂營養不足時，植物的葉綠素含量下降，光合強度降低，碳水化合物、脂肪、蛋白質等合成受阻，產量和品質下降[21]。已有文獻指出，鎂素對提高茄果類蔬菜、果樹及大田等作物的產量和品質均有較明顯的效果[22]。前人研究發現，施鎂處理與對照相比，水稻碳水化合物供應更加充足，有效穗增多，結實率、千粒質量提高，進而產量提高[23]。鎂素主要集中在作物的籽粒和果實中，對作物品質的影響很大[24]。研究表明，施鎂可以明顯增加稻米蛋白質和氨基酸含量[25]，提高煙葉總糖、還原糖含量[26]，進而改善作物品質。本研究結果顯示，在0～2.00%范圍內，鎂元素的添加促進了辣椒產量和品質的提高，與以上前人的研究結論基本一致：鎂元素的添加有利于提高葉片葉綠素含量和光合作用，制造更多的有機物，從而提高產量和品質。隨著鎂元素添加量的增加，辣椒根系產量和和品質均呈先升后降的趨勢，且均于1.00%處理達到峰值，表現為單株掛果數量和質量、辣椒維生素含量、辣椒紅素含量及辣椒素含量最高，果實產量和品質相對較高;但當鎂元素添加量達到4.00%時，辣椒各指標均低于對照，說明鎂元素高添加量沖施對辣椒產生鹽害，對辣椒產量和品質產生不良作用，辣椒產量和品質下降，不利于辣椒果實產量和品質的提升。

綜上，鎂元素在0～2.00%范圍內沖施能提高辣椒葉綠素合成及其光合作用，促進辣椒根系發育和果實產量、品質的提高，其中添加量以1.00%效果最佳，超過4.00%后對辣椒葉片、根系及果實的發育產生抑制作用。因此，在實際應用中應科學施用含鎂肥料，合理把握其用法用量。

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