海南有機肥替代氮肥對辣椒生長和品質的影響

李曉亮，余小蘭，戚志強，杜公福，楊 衍*

（1.中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所，海南 儋州 571737；2.中國熱帶農業科學院環境與植物保護研究所，海南 海口 571101；3.海南省熱帶生態循環農業重點實驗室，海南 海口 571101）

海南以紅壤為主［1］，有機質含量低［2］，保水保肥能力差，導致肥料利用率低。而且土壤有機質缺乏也不利于土壤孔隙結構的形成，使得土壤對極端天氣的緩沖能力較差，進而導致辣椒生長易受季節性干旱影響［3-4］。此外，隨著海南農業的快速發展，土地復種指數較高［5］，常年種植水稻和蔬菜作物，而很少施用有機肥，導致含量本就不高的土壤有機質進一步下降，不利于海南農業的可持續發展。

氮是辣椒和玉米生長中需求最多的養分，吸收量達到186 kg/hm2［6］。由于土壤有機質含量低，土壤保肥能力差，農民需要過量施用氮肥以保證養分供應，農戶平均氮肥投入達到357 kg/hm2［7］。然而，過量施用氮肥會提高蔬菜中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量，嚴重降低蔬菜品質，且硝態氮在土壤中大量累積，促進了氧化亞氮的排放，造成嚴重的大氣污染［8］。海南辣椒氮肥利用率為19.7%～26.9%，且氮肥利用率與有機氮、銨態氮、硝態氮的配比密切相關［9］。雖然，目前有機肥增施的相關研究較多，但是，在優化施肥條件下，有機肥部分替代氮肥對辣椒生長、品質和土壤性狀影響的研究非常缺乏，有必要開展相關研究，為有機肥的應用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究在海南省瓊海市的磚紅壤旱地開展，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，有機質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 試驗設計

本研究采用羊糞有機肥替代氮肥，設置4個處理，分別是100%化肥（對照），有機肥替代20%氮肥（20%）、有機肥替代40%氮肥（40%）、有機肥替代60%氮肥（60%），每個處理設置4個重復，每個重復84 m2。試驗所用材料中羊糞有機肥含N 2%、P2O50.5%、K2O 1.3%，尿素含N 46%，硫酸鉀含K2O 50%，過磷酸鈣含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表1。

表1 不同處理的有機肥和化肥投入量（kg/hm2）

有機肥全部用于底肥，采取等量控制的原則，分配底肥和追肥量。4個處理總氮量相同，20%、40%、60%處理從總養分中減去有機肥所含養分，余下養分采用化學肥料補足。磷肥全部用于基肥，氮鉀養分按底肥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，進行各生理指標測定。

1.3 樣品分析

記錄辣椒產量。在盛果期采集辣椒植株，每個小區隨機取3株，將根、莖、葉分別洗凈烘干并稱重，粉碎后分析果實、葉片和莖稈中的氮磷鉀養分含量，同時采集0～20 cm土壤樣品，分析土壤物理、化學性狀。

所有樣品均采用鮑士旦［10］的分析方法進行測定。土壤pH采用土水比為1∶10（m/v）進行測定，采用重鉻酸鉀外加熱法測定土壤有機質含量，采用堿解擴散法測定土壤堿解氮，采用乙酸銨提取土壤，用火焰光度計測定速效鉀含量，采用氟化銨-鹽酸溶液提取土壤，并用鉬藍比色法測定土壤有效磷含量。植株養分采用硫酸-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測定植株全氮、全磷、全鉀含量。

1.4 數據處理

在SPSS 18.0中使用One-way ANOVA分析不同有機肥替代處理的土壤理化性狀、植株生物量、植株生長指標、果實品質，采用Tukey’s HSD進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 有機肥替代氮肥對辣椒生長的影響

有機肥替代氮肥對辣椒產量、單果重、果長和果寬均無顯著影響。20%替代量不會影響辣椒的株高和冠幅，但是40%替代量會降低辣椒株高，60%替代量下的株高和冠幅均會降低（表2）。

表2 有機肥替代氮肥對辣椒生長的影響

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

2.2 有機肥替代氮肥對植株養分吸收的影響

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

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

表3 有機肥替代氮肥對氮、磷、鉀養分吸收利用效率和收獲指數的影響 （%）

2.3 有機肥替代氮肥對土壤理化性狀和果實營養品質的影響

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

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

表4 有機肥替代氮肥對土壤理化性狀和果實營養品質的影響

3 討論

有機肥替代化肥是減少化肥用量、改良土壤的一項重要措施。在馬鈴薯上的研究發現，有機肥替代化肥可以提高馬鈴薯塊莖產量，提高氮肥利用效率，而單純施用有機肥則會降低產量［11］。與單純施用化肥相比，有機肥替代氮肥降低了中后期水稻葉面積衰減率，提高了結實率、葉面積指數、葉片葉綠素含量，同時早晚稻的產量分別提高4.86%～7.74%和1.27%～8.10%［12］。在優化施肥的基礎上，增施有機肥、氨基酸發酵廢液等有機物料，則會顯著提高辣椒產量［13-14］。然而，本研究發現，在優化辣椒養分投入量的基礎上，采用有機肥替代氮肥不會提高辣椒產量，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%的替代量已經不能滿足辣椒后期生長的需求（表2）。究其原因可能是由于本研究的養分投入量較為合理，沒有造成養分的過量投入，而且有機肥替代氮肥可以降低莖稈中氮含量（圖2）。同時本研究采取膜下滴灌的水肥一體化技術，有效提高了肥料利用效率，其中化肥處理的氮吸收效率達到72.06%（表3），而隨著有機肥替代比例增加，有機態的養分占比升高，反而會降低氮的吸收效率。

本研究中，有機肥替代氮肥對辣椒果長、果寬和單果重等外觀品質無顯著影響（表2），但是顯著提高了果實中的Vc含量，降低了硝酸鹽含量，從而提高了果實的營養品質（表4）。其他研究也發現，施用1200 kg/hm2菌糠有機肥后，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照的1.46倍［15］。施用45 t/hm2的豬糞和雞糞有機肥可以顯著提高辣椒可溶性蛋白和游離氨基酸含量，同時降低硝酸鹽含量［16］，其原因可能是由于有機肥中的養分主要以有機態存在，必須經分解礦化后才能被作物吸收利用，不會導致硝態氮在植物體內的快速積累［17］。此外，有機肥中富含多糖、有機酸、肽類、氨基酸等營養成分，可以提高土壤對銨態氮的吸附能力，同時抑制了硝化作用［18-19］。辣椒品質與有機肥種類密切相關，牛糞處理的辣椒可溶性糖和可溶性蛋白質含量顯著高于羊糞和雞糞處理［20］。此外，過量施用有機肥也會降低辣椒產量，影響品質［14］。因此，有必要根據不同地區的生產條件，合理地選擇有機肥種類，優化其用量。

目前，施用有機肥能否提高土壤有機質含量仍然有一些爭議。研究發現，合理施用化肥可以維持土壤有機質含量，而長期不施肥會導致土壤有機質礦化，含量下降［21］。通過氮磷鉀肥合理配施，可以提高土壤中殘留的根系生物量，從而提高土壤有機質含量。在土壤肥力較低的情況下，施用有機肥可以提高土壤有機質含量［22］。本研究發現，與化肥處理相比，20%～40%替代量的土壤有機質含量均無顯著差異，而60%替代量下的土壤有機質含量顯著高于其他3個處理（表4），該結果可能是由于本試驗田的堿解氮含量較低，而60%處理的有機肥投入較多，導致有機質礦化速率較慢，從而提高了該處理下的土壤有機質含量（表4）；此外，施用有機肥提高了土壤pH值，而且60%替代處理的pH值最高（表4），在一定范圍內，有機質的礦化速率與pH值呈負相關，這也可能是導致60%替代處理下的有機質含量高的原因。例如，在酸性土壤的茶園施用生物質碳提高了土壤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 結論

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