黃腐酸與化肥配施對設施辣椒根區土壤環境及氮磷鉀利用效率的影響

張曉宇,高原,劉彩娟,李劍,艾希珍,2,畢煥改,2*

黃腐酸與化肥配施對設施辣椒根區土壤環境及氮磷鉀利用效率的影響

張曉宇1,高原1,劉彩娟1,李劍3,艾希珍1,2,畢煥改1,2*

1. 山東農業大學園藝科學與工程學院, 山東 泰安 271018 2. 作物生物學國家重點實驗室, 山東 泰安 271018 3. 山東云農智德檢驗檢測有限公司, 山東 泰安 271000

本文以‘長劍’辣椒為試材，研究黃腐酸（FA）肥料替代部分化肥對設施辣椒根區環境、氮代謝、不同器官中的氮磷鉀含量及其利用效率的影響。試驗包括5個處理，分別為CK：100%化肥，不加黃腐酸肥料；T1：減施45%化肥+600 kg·hm-2黃腐酸肥料；T2：減施30%化肥+600 kg·hm-2黃腐酸肥料；T3：減施15%化肥+600 kg·hm-2黃腐酸肥料；T4：不減施化肥+600 kg·hm-2黃腐酸肥料。結果表明，與CK相比，T1、T2、T3和T4處理的根區土壤酶活性和微生物數量多顯著增加，但T1處理的根系活力較CK顯著下降，T3處理的顯著增加，T2和T4處理則與CK無差異；T3和T4辣椒葉片葉的全氮、蛋白氮和非蛋白氮含量明顯高于CK，而T1、T2與CK差異不顯著；T3的可溶性蛋白質含量顯著高于CK，T1明顯低于CK，而T2和T4與CK差異不顯著。T3、T4的游離氨基酸含量分別比CK高36.4%和40.9%，T1、T2雖然低于T4，但顯著高于CK。硝酸還原酶(NR)活性以T3處理最高，T1、T2和T4其次，均顯著高于CK。T2、T3、T4處理的谷氨酸合成酶（GOGAT）分別比CK高33.4%、39.8 %、25.6%，T1與CK差異不顯著。T1、T2、T3、T4的谷氨酰胺合成酶（GS）活性依次升高，且均顯著高于CK。谷氨酸脫氫酶（GDH）活性以T3處理最高，明顯大于CK，T1、T2、T3均與CK無顯著差異；T1、T2、T3和T4辣椒不同器官中的氮、磷、鉀含量多高于CK。與CK相比，T1、T2、T3和T4處理的氮素利用效率增加37.2%～62.2%，磷素利用效率增加38.6%～69.5%，鉀素利用效率增加24.7%～56.8%。在本試驗條件下，黃腐酸與減施不同比例的化肥配施可改善根區土壤環境，促進氮代謝進而增加元素利用效率，且以T3處理即FA與減施15%化肥配施的效果最好。

辣椒; 施肥; 元素利用效率

設施蔬菜生產多屬于反季節栽培，栽培過程中過量施肥現象突出，且以速效性化學肥料為主，例如尿素、磷酸二氫鉀等，加之，設施栽培茬口密集，連作嚴重，因此長期大量施用種類單一的化學性肥料不僅會加重氮、磷、鉀等元素的流失、污染環境、降低其利用效率，更是導致設施土壤板結、有機質含量下降，次生鹽漬化、酸化的主要原因[1-3]，反而引起設施蔬菜生長發育不良，產量和品質大幅下降，成為限制設施蔬菜安全優質高效生產的重要限制因子。

黃腐酸（Fulvic Acid，FA）是腐殖酸中一種灰褐色、粉末狀芳香族類物質，極易溶于水。加之，其結構較為特殊，含有羧基、酚羥基和醌基等多種活性官能團，具有較強的絡合、螯合和表面吸附能力，可以提高元素的固定，增加元素利用效率，促進土壤中土壤酶活性和微生物的構成，有效改良土壤的結構[4,5]。研究發現，增施黃腐酸可顯著增加土壤中≥0.25 mm的土壤團粒數量，增加土壤團粒結構的穩定性，顯著改善土壤的物理性質[6]。同時，黃腐酸鹽的緩沖能力強，能夠在土壤中產生離子交換作用，從而提高酸性土壤的pH，降低堿性土壤的pH。因此，黃腐酸可被加工成改善土壤理化性質的改良劑。鄭懷云等[7]的試驗中研究發現，在黃瓜栽培過程中噴施黃腐酸液，可顯著降低其含鹽量和pH值。而在設施番茄種植過程中增施黃腐酸鉀肥料，可顯著減低設施土壤的容重，約下降4%左右，且隨著黃腐酸鉀用量的增多其作用效果顯著增加[8]。研究發現，腐殖酸類肥料可顯著提高冬小麥栽培地塊的土壤肥力，其機制是腐殖酸可顯著增加土壤中有益微生物數量和土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性[9]，葉協鋒等[10]在研究腐殖酸肥料在烤煙上的應用效果時也得出了相似的結果。進一步研究發現，增施黃腐酸可顯著提高土壤中速效氮、磷、鉀和有機質含量，養分含量明顯增加[11]，且當黃腐酸與控釋尿素配合施用時不僅可以促進小麥對氮的吸收，還可以提高拔節期小麥對磷元素的需求，顯著提高元素的利用效率[12]。柳瑞等[13]研究指出，增施稻稈生物炭減施氮肥可以有效保持土壤養分，降低硝態氮的流失，提高水稻的氮素利用率。那么，在增施黃腐酸的基礎上減施一定量的化肥是否還可以有效改良土壤，提高肥料利用效率？目前還不是很清楚。基于此，本文以設施主栽蔬菜辣椒（L.）為試材，在增施黃腐酸的基礎上，分別減施45%、30%、15%和0%的速效化肥總量，研究不同處理下根區土壤環境、土壤酶和土壤微生物、氮代謝以及氮磷鉀利用效率的變化，為設施辣椒栽培過程中化肥減量和黃腐酸的高效利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗設計

試驗于2017-2018年在山東農業大學試驗站進行，供試辣椒品種為‘長劍’，在2018年3月6日定植于日光溫室內，供試土壤的基本理化性質如下：pH值7.0，EC值0.3 ms/cm，堿解氮75 mg/kg，速效磷71 mg/kg，速效鉀135 mg/kg。

試驗共設5個處理，以600 kg·hm-2黃腐酸肥料作為底肥，分別為CK：100%化肥，不加黃腐酸肥料；T1：減施45%化肥+600 kg·hm-2黃腐酸肥料；T2：減施30%化肥+600 kg·hm-2黃腐酸肥料；T3：減施15%化肥+600 kg·hm-2黃腐酸肥料；T4：不減施化肥+600 kg·hm-2黃腐酸肥料，供試小區面積為9 m2，重復3次。

供試用黃腐酸肥料（黃腐酸≥20 %、有機質≥45 %、Ca+Mg≥4 %），由山東泉林嘉有肥料有限責任公司提供，所用化肥為尿素（N 46.4 %），磷酸二氫鉀（P2O552 %，K2O 34 %），硝酸鉀（NO314.5 %，K2O 45.5 %）。黃腐酸肥料作為基肥一次性施用，化肥作為追肥分3次施入，從門椒坐果開始每20 d施一次，常規管理。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 土壤肥力和理化性質在結果的盛期，用土鉆取辣椒根區0～20 cm土樣，自然風干后磨碎過篩用于EC和pH值的測定。pH值采用雷磁pH計測定（土水比1:2.5），EC值采用電導法測定。環刀法測定土壤容重，并按照下式計算土壤總孔隙度：總孔隙度=（93.947-32.995×容重）×100%。

1.2.2 根系活力參照李合生等[14]TTC（氯化三苯基四氮唑）法測定根系活力。

1.2.3 土壤酶活性蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法，磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法，過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定，脲酶活性采用關松蔭的[15]靛酚比色法測定。

1.2.4 根區土壤微生物數量土壤微生物數量參照張麗榮等[16]的稀釋平板法進行測定。稱取10 g土樣放入90 mL無菌水中，后置于震蕩箱中震蕩10 min，靜置30 s得土壤原液，稀釋到不同濃度后均勻涂抹到牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基、馬丁氏瓊脂培養基（真菌）和改良高氏1號（放線菌）培養基，培養后分別統計細菌、真菌和放線菌數量。

1.2.5 氮含量及氮代謝相關酶活性盛果期取辣椒功能葉片，參照鮑士旦[17]的方法測定葉片的全氮、蛋白氮和非蛋白氮含量，王學奎[18]的磺胺比色法測定硝酸還原酶活性，茚三酮比色法測定游離氨基酸含量，考馬斯亮藍G-250染色法測定可溶性蛋白質含量。

谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶活性參照王小純等[19]方法測定，谷氨酸脫氫酶活性按照湯章城[20]方法測定。

1.2.6 辣椒各器官中氮、磷、鉀含量將辣椒根、莖、葉、果在烘箱中烘干后，磨碎過60目篩，稱取0.1 g樣品，采用H2SO4-H2O2法消煮，分別采用凱式定氮法、鉬銻抗比色法和火焰光度法測定各器官的全氮、全磷和全鉀含量。

1.2.7 肥料利用率的計算以不施肥的為空白對照，按照下式分別計算元素利用效率。

氮肥利用率（%）=（施氮植株氮吸收量-不施氮植株氮吸收量）/氮肥施用量×100

磷肥利用率（%）=（施磷植株氮吸收量-不施磷植株磷吸收量）/磷肥施用量×100

鉀肥利用率（%）=（施鉀植株氮吸收量-不施鉀植株鉀吸收量）/鉀肥施用量×100

1.3 數據處理

文中數據均為3～5次重復的平均值，用Microsoft Excel軟件處理數據，Sigma Plot軟件作圖，DPS軟件對數據進行單因素方差分析，并運用Duncan檢驗法對差異顯著性（<0.05）進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 增施黃腐酸減施化肥對辣椒土壤理化性質的影響

從表1可以看出，與CK相比，T1和T2處理顯著增加了土壤容重，降低了土壤孔隙度，但T3、T4處理對容重和土壤孔隙度影響不大，與CK無顯著差異；辣椒根區的電導率以T1最低，T4和T2其次，三者均明顯低于CK，T3最高，且顯著高于對照。pH值以T1最高，其余處理間無顯著差異（表1）。可見，本試驗條件下，增施600 kg·hm-2黃腐酸肥料對土壤的理化性質影響不大，但各處理的容重、孔隙度、電導率和pH值均在辣椒正常生長范圍。

表 1 不同處理下根區土壤理化性質

注：表中數據為各重復均值±標準差(=3)，不同小寫字母標識表示處理間差異顯著(<0.05)，下同。

Note: All values shown are mean±SD (=3). Different small letters indicate that mean values are significantly different between treatments (<0.05),the same below.

2.2 增施黃腐酸減施化肥對辣椒根區土壤酶活性的影響

從圖1A可以看出，與CK相比，T1、T2、T3和T4處理的過氧化氫酶（CAT）活性分別增加10.1%、2.7%、12.2%和6.1%。T3、T4處理的蔗糖酶活性最高，二者差異不大，但均顯著高于CK；T1處理的蔗糖酶活性明顯低于CK，T2與CK差異不顯著（圖1B）。T3處理顯著提高了脲酶活性，較CK增加了21.3%，T1和T4處理略高于CK，T2略低于CK，但差異均未達顯著水平（圖1C）。

堿性磷酸酶活性變化趨勢與CAT相似，即表現為T3>T1>T4>T2>CK，且差異顯著（圖1D）；與CK相比，T1、T2、T3和T4酸性磷酸酶的活性分別比CK提高15.6%、3.3%、26.2%和25.4%，但T2與CK差異不顯著（圖1E）。可見，增施黃腐酸肥料可提高辣椒根區土壤酶活性，且以 T3效果最佳。

圖 1 黃腐酸肥料與化肥配施對辣椒根區土壤酶活性的影響

2.3 增施黃腐酸減施化肥對辣椒根際土壤微生物的影響

從圖2A可以看出，T3和T4處理的真菌數量顯著高于CK，T1、T2處理的真菌數量雖略有提高，但與CK差異不顯著或無差異；與CK相比，各處理的放線菌和細菌均顯著增加，其中T1、T2、T3和T4的放線菌數量分別增加35.1%、36.1%、96.9%和78.4%，細菌數量分別增加43.6%、29.5%、58.0%和38.3%，且處理間差異顯著（圖2B，C），這說明增施黃腐酸肥料有利于增加設施辣椒根區土壤中微生物數量，且與減施15%的化肥配施時效果最佳。

圖 2 黃腐酸肥料與化肥配施對辣椒根區土壤微生物的影響

2.4 增施黃腐酸減施化肥對辣椒根系活力的影響

T3處理的根系活力比CK增加30.7%，T2和T4處理與CK差異不顯著，而T1處理顯著降低了根系活力，較CK下降了23.9%（圖3）。這說明增施黃腐酸肥料減施45%量的速效化肥不利于根系生長，活力顯著下降。

圖 3 黃腐酸肥料與化肥配施對辣椒根系活力的影響

2.5 對辣椒葉片氮代謝的影響

2.5.1 對氮含量的影響植株體內氨基酸和蛋白質主要來源于氮代謝。從表2可以看出，與CK相比，T3和T4處理的全氮、蛋白氮和非蛋白氮含量顯著增加，T1和T2處理無顯著變化；T1處理的可溶性蛋白含量顯著低于CK，T3處理的顯著高于CK，但T2和T4處理與 CK無差異；四個處理的游離氨基酸含量均顯著增加，分別較CK增加13.6、27.3、36.4和40.9個百分點。

表 2 黃腐酸肥料與化肥配施對辣椒葉片氮含量的影響

2.5.2 對氮代謝相關酶活性的影響與單施化肥相比，黃腐酸與不同量速效化肥配施處理的NR活性、GS活性、GOGAT活性和GDH活性多顯著增加或與CK相比無差異，這說明增施黃腐酸減施15%～45%速效化肥仍可保持較高的氮代謝關鍵酶活性，且以T3處理綜合表現最好，其NR、GS、GOGAT和GDH活性分別較CK增加55.8%、62.6%、39.8%和100.8%（圖4）。

圖 4 黃腐酸肥料與化肥配施對辣椒葉片氮代謝相關酶活性的影響

2.6 對辣椒各器官氮磷鉀吸收量的影響

從圖5可以看出，與單施速效化肥相比，增施黃腐酸的T4處理根、莖、葉和果中的全氮含量均顯著增加，在此基礎上減施15%～45%的速效化肥后對莖中的全氮含量無影響，根和葉中的全氮含量出現下降，但仍顯著高于或與CK差異不顯著；T1、T2和T3處理果中的全氮含量與T4相比均顯著下降，但除T1處理顯著低于CK外，T2和T3處理與CK相比無差異。

與CK相比，T1處理根中的全磷含量無顯著變化，T2、T3和T4處理下根中的全磷含量分別增加20.6%、38.1%和40.4%；各處理莖中的磷含量無顯著差異；T1、T2、T3、T4處理葉片中的全磷含量分別比CK高39.7%、24.1%、37.9%、41.4%；果實中全磷含量除T4處理顯著低于單施化肥處理外，其余三個處理的全磷含量均顯著高于CK，且以T3處理最高（圖6）。

圖 5 黃腐酸肥料與化肥配施對辣椒各器官全氮含量的影響

圖 6 黃腐酸肥料與化肥配施對辣椒各器官全磷含量的影響

與CK相比，T1處理根中的全鉀含量顯著增加，T2和T3處理無變化，T4處理的則顯著下降；與根中鉀含量不同的是，T1、T2、T3和T4處理莖中的全鉀含量分別較CK增加了4.2%、6.8%、6.8%和4.2%，達顯著水平；葉片中的全鉀含量以T3處理的最高，其次為T4處理，且二者均高于CK，T1和T2處理次之，但與CK相比無差異；與單施化肥相比，T1、T2和T3處理顯著增加了果實中的全鉀含量，而T4處理下的全鉀含量卻無變化（圖7）。這說明增施黃腐酸肥料可促進設施辣椒對氮、磷、鉀的吸收，減施15%～30%化肥與不減施的T4相比差異不顯著或促進作用增強。

圖 7 黃腐酸肥料與化肥配施對辣椒各器官全鉀含量的影響

2.7 對氮磷鉀利用效率的影響

增施黃腐酸肥料顯著增加了氮、磷、鉀利用效率。與CK相比，T1處理的氮、磷、鉀利用效率分別增加13.15%、9.84%、10.96%，T2分別增加11.53%、9.22%、8.38%，T3分別增加10.42%、8.66%、6.94%，T4分別增加7.86%、5.81%和4.77%（表3）。說明增施黃腐酸肥料可以促進植株對氮、磷、鉀的吸收，增加肥料利用效率。

表 3 黃腐酸肥料與化肥配施對辣椒氮磷鉀利用效率的影響

3 討論

土壤環境是保證植物正常生長的根本，土壤孔隙度、土壤容重、EC和pH值等均是反應土壤環境健康與否的重要指標。研究發現，黃腐酸液體肥可以改善土壤結構，增加土壤中團聚體數目，有效改善土壤化學性質，使土壤pH保持在一個合理的水平[21-23]。本試驗中，以T3處理的土壤孔隙度最大，通透性最好，T1、T2和T4處理的孔隙度和EC值低于對照，但均在辣椒生長合理的范圍內，這說明黃腐酸替代部分化肥是可行的。根系活力是判斷根系生長狀況的一個重要指標，根系活力越高對水分和營養成分的吸收能力就越強。本試驗中，T3處理的根系活力顯著高于CK，這與前人研究結果一致，即黃腐酸浸種或與磷肥配施可以顯著增加根系長度和活力[24,25]；T2和T4處理的根系活力與CK無差異，但T1顯著低于CK，這可能是由于T1處理下化肥施用量太少導致土壤容重增加孔隙度降低的原因。

土壤酶是土壤中活躍的有機成分之一，是土壤中微生物活性的總和，在土壤養分循環以及植物生長所需養分的供給過程中起著重要作用，常作為評價土壤肥力高低的重要指標[26-28]。本研究結果表明，增施黃腐酸肥料后可以顯著增加土壤中過氧化氫酶活性、蔗糖酶活性、酸性磷酸酶活性、堿性磷酸酶活性和脲酶活性，與前人研究結果一致[29]，且在此基礎上減施15～45%化肥總量仍可保持黃腐酸對酶活性的促進效應，且多以T3處理的土壤酶活性最高。土壤微生物也是反映土壤肥力的重要指標之一。劉佳歡等[30]研究指出，增施黃腐酸肥料可以顯著增加小麥根際土壤微生物數量和多樣性。本試驗中，黃腐酸與不同量化肥配施處理下的細菌、真菌和放線菌數量顯著高于常規施肥處理，這可能是因為黃腐酸肥料中含有豐富的有機質，進而刺激了根區土壤酶活性，也促進了微生物的繁殖，從而加速有機質分解[31]，最終改善辣椒根區的土壤環境。

增施黃腐酸可以提高植物對氮、磷、鉀元素的利用效率[32,33]。研究表明，與單施氮肥處理相比，黃腐酸與氮肥配施處理下的氮素利用效率可增加8.0%～10.5%，黃腐酸與磷肥配施處理下的磷素利用效率較單施磷肥處理增加1倍以上[34,35]。在本試驗中，黃腐酸肥料與不同量化肥配施后，辣椒植株根、莖、葉和果中的氮、磷、鉀含量都有不同程度的升高，且利用效率顯著增加，這是因為黃腐酸作為一種優良的絡合劑，可以促進土壤酶活性增加，減少土壤對磷酸根和鉀素的吸附，進而提高磷、鉀素利用效率[36,37]；同時，顯著上調氮代謝關鍵酶硝酸還原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合成酶（GOGAT）、谷氨酸脫氫酶（GDH）活性，加速氮代謝進程，促進氮素吸收，這與龐強強等[38]的研究結果一致，可能是辣椒各器官中氮積累增加，氮素利用效率提高的主要原因。

4 結論

綜上所述，增施600 kg·hm-2黃腐酸減施速效化肥，仍可改善設施辣椒土壤環境，提高氮磷鉀利用效率，其中以黃腐酸與減施15%量化肥配施的表現效果最好，建議在設施辣椒栽培過程中推廣應用。

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Effects of Combining Application of Fulvic Acid and Chemical Fertilizers on Soil Environment and Nitrogen, Phosphorus and Potassium Utilization Efficiency of Pepper in Greenhouse

ZHANG Xiao-yu1, GAO Yuan1, LIU Cai-juan1, LI Jian3, AI Xi-zhen1,2, BI Huan-gai1,2*

1.271018,2.271018,3.271000,

The 'Changjian' pepper was used as the material and a field experiment was designed to study the effect of fulvic acid fertilizer replacing some of the chemical fertilizer on the root soil environment, nitrogen metabolism, the contents of nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) in different organs as well as their utilization efficiency of pepper in solar-greenhouse. There were five treatments, includingcontrol (100% chemical fertilizer and no fulvic acid fertilizer), T1 (reduce chemical fertilizer 45%+600 kg·hm-2fulvic acid fertilizer), T2 (reduce chemical fertilizer 30%+600 kg·hm-2fulvic acid fertilizer), T3 (reduce chemical fertilizer 15%+600 kg·hm-2fulvic acid fertilizer), T4 (100% chemical fertilizer+600 kg·hm-2fulvic acid fertilizer) respectively. The results showed that enzyme activities and microbial quantity in rhizosphere soil of T1,T2,T3,T4 treatments mostly increased compared with the control. Root activity was distinctly lower in T1 while significantly higher in T3 than in the control; no differences were observed in root activity between T2,T4 and the control. The contents of total nitrogen, protein nitrogen, non-protein nitrogen was significantly higher in T3 and T4 leaves, whereas, no distinct difference was observed in above parameters among T1, T2 and the control leaves. The soluble protein content was distinctly higher in T3 leaves, while significantly lower in T1 leaves than in the control leaves; no obvious differences were found in soluble protein content among T2, T4 and the control leaves. The free amino acid content in T3 and T4 leaves increased by 36.4% and 40.9% respectively compared with the control plants. T1 and T2 leaves showed significantly lower content of free amino acid than T4 leaves, but they revealed distinctly higher content than the control plants. The nitrate reductase (NR) activity was higher obviously in T3, T1, T2 and T4 than in control plants. The glutamate synthase (GOGAT) activity also increased by 33.4%, 39.8%, 25.6% in T2, T3 and T4 plants compared with the control plants, but no significant difference was observed between T1 and control plants. The glutaminase (GS) activity of T1, T2, T3 and T4 decreased gradually, and all higher than those of the control. The glutamate dehydrogenase (GDH) of T3 was the highest among all treatments, and apparently higher than that of the control. However, no significant difference was found in GDH activity among T1, T2, T3 and the control.The nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) contents in different organs of T1, T2, T3 and T4 plants were mostly higher than those of the control and the utilization efficiency of N in T1, T2, T3 and T4 increased by 37.2%～62.2%, utilization efficiency of P increased by 38.6%～69.5% and utilization efficiency of K increased by 24.7%～56.8%, respectively. Under the condition of this experiment, the application of fulvic acid fertilizer combined with different reduced chemical fertilizer improved root soil environment, promoted nitrogen metabolism and increased element utilization efficiency and T3 treatment, the reduce chemical fertilizer 15% and combined application of fulvic acid fertilizer, showed the best results.

Pepper; fertilization; element utilization efficiency

S641.3

A

1000-2324(2021)06-0893-010

2021-07-16

2021-07-27

山東省重點研發項目(2019GNC106047);山東省現代農業產業技術體系建設專項(SDAIT-05-10);山東“雙一流”獎補資金 (SYL2017YSTD06);山東省重大科技創新工程項目(2019JZZY010707,2019JZZY010715)

張曉宇(1997-),女,碩士研究生,專業方向:蔬菜栽培生理. E-mail:18864805565@163.com

通訊作者:Author for correspondence. E-mail:bhg@sdau.edu.cn