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不同栽培模式對連作大棚青椒產量、品質和土壤細菌多樣性的影響

2025-02-27 00:00:00謝英添刁衛平鄭佳秋吳文麗束秀玉李長根尤春
中國瓜菜 2025年2期
關鍵詞:產量

摘 " "要:為優化大棚連作青椒的栽培模式,選取連續種植3 a(6茬)的大棚青椒作為研究對象,通過田間試驗,對比分析了6種不同的種植模式對青椒產量、品質及土壤細菌多樣性的影響,并初步探討了這三者之間的相關性。研究結果顯示,在施基肥+翻耕+原點定植(T4)的種植模式下,青椒的單株鮮質量、單株干質量及產量均達到最高,分別為337.53 g、78.77 g、3 506.65 kg·667 m-2,相較于施基肥+翻耕+非原點定植(對照組T3)分別提高了22.71%、20.24%和28.91%;其次是不施基肥+免耕+原點定植模式(T6),其他處理組的鮮質量、干質量及產量均低于對照組5.06%~27.26%、13.10%~21.45%和7.55%~19.33%。在土壤細菌的OTUs、ACE、Shannon指數方面,T6與T4處理組普遍高于其他處理組,相較于對照組,增幅為1.14%~4.11%。在品質方面,不施基肥+免耕+非原點定植模式(T5)下的青椒品質最優。不同種植模式下優勢菌群基本相似,主要包括變形菌門、放線菌門、厚壁菌門、擬桿菌門、酸桿菌門。通過Pearson相關性分析表明,Alpha多樣性指數與辣椒產量呈正相關,與品質指標呈負相關。綜合考量多種因素,施用基肥、翻耕及原點定植(T4)或不施用基肥、免耕及原點定植(T6)是推薦的兩種種植模式。

關鍵詞:青椒;栽培模式;產量;品質;土壤細菌多樣性

中圖分類號:S641.3 文獻標志碼:A 文章編號:1673-2871(2025)02-098-09

Effects of different cultivation patterns on yield, quality and soil bacterial diversity of continuous cropping green pepper in greenhouse

XIE Yingtian1, DIAO Weiping2, ZHENG Jiaqiu3, WU Wenli1, SHU Xiuyu1, LI Changgen1, YOU Chun4

(1. Yancheng Agricultural Technology Vocational College, Yancheng 224051, Jiangsu, China; 2. Institute of Vegetable, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, Jiangsu, China; 3. Jiangsu Coastal Area Institute of Agricultural Science, Yancheng 224002, Jiangsu, China; 4.Yancheng Institute of Vegetables, Yancheng 224002, Jiangsu, China)

Abstract: In order to optimize the cultivation model for continuous cropping of greenhouse green pepper, a green pepper greenhouse with 3 years of continuous planting(6 stubble)was selected as the research object. Through field experiments, the influence of 6 different planting modes on the yield, quality and soil bacterial diversity of green pepper was relatively analyzed, and the correlation between these three factors was preliminarily explored. The results showed that under the planting mode of applying base fertilizer + tillage + origin planting(T4), the total fresh mass, total dry mass, and yield of green pepper reached the highest, which were 337.53 g, 78.77 g and 3 506.65 kg · 667 m-2, respectively. Compared to the control group(base fertilizer + tillage + non-origin planting)(control T3), these increased by 22.71%, 20.24% and 28.91%, respectively. Secondly by the no-base fertilizer + no-tillage + origin colonization mode(T6), the fresh mass, dry mass and yield of other treatment groups were 5.06%-27.26%, 13.10%-21.45% and 7.55%-19.33% lower than those of the control group. In terms of OTUs, ACE and Shannon index of soil bacteria, the T6 and T4 treatment groups were generally higher than those of other treatment groups, with an increase of 1.14% to 4.11% compared to the control group. In terms of quality, the quality of green pepper under no base fertilizer + no-tillage + non-origin planting mode(T5)is optimal. The dominant microbial communities were basically similar in different planting patterns, including Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes, Firmicutes, Bacteroidetes, and Aciobacterium. Pearson correlation analysis showed that Alpha diversity index was positively correlated with pepper yield and negatively associated with quality index. Considering various factors comprehensively, the application of base fertilizer, tillage and origin the application of base fertilizer, tillage and origin planting with or without base fertilizer, no tillage and origin planting are the two recommended planting modes.

Key words: Green pepper; Cultivation mode; Yield; Quality; Soil bacterial diversity

2023年中央一號文件指出,要發展現代設施農業,鼓勵地方對設施農業建設給予信貸貼息[1]。設施蔬菜作為農業的重要組成部分,與露地蔬菜生產相比,受天氣變化影響小、蔬菜生長周期短、產量高、效益好[2],截至2022年,設施蔬菜(含食用菌)栽培面積為226多萬hm2[3]。由于設施蔬菜栽培面積有限、地域品牌效應、生產成本相對較高以及菜農掌握的生產技術知識單一等,設施蔬菜連作現象普遍發生[4-5]。例如,浙江省46.2%以上的規模化蔬菜生產基地種植年限超過10年,河南省設施蔬菜連作年限平均在5年以上,最長達30年[6-7]。近幾年,隨著《關于打好農業面源污染防治攻堅戰的實施意見》[8]的頒布,強調要減量施用化肥以及國務院辦公廳先后印發《關于堅決制止耕地“非農化”行為的通知》[9]、《關于防止耕地“非糧化”穩定糧食生產的意見》[10]的相繼出臺,全國各地相繼啟動耕地“非糧化”整治行動[11],這對設施蔬菜生產提出了更高的要求。

青椒作為江蘇省東臺市特色蔬菜品種之一,也是國家地理標志產品,常年種植青椒面積占全國總種植面積的0.8%,設施栽培面積超過當地設施蔬菜栽培面積的30%[12],其連作現象也極為普遍。當地種植戶在前茬青椒收獲后,常規處理方式是對青椒大棚進行高溫悶棚,667 m2施500~1000 kg羊糞有機肥和25~30 kg復合肥深翻細耙后,定植青椒。并667 m2施20~25 kg復合肥進行追肥,穴施在株間或者行間,青椒植株周圍養分含量高。而設施青椒的化肥利用率較低[13-14],羊糞的肥效一般為1年左右,因此需要考慮是否可以繼續利用前茬青椒定植坑中以及周邊殘留的養分為后茬青椒開花坐果前提供適量養分,從而達到減量施肥以及提高肥料利用率的雙重目標。通過查閱文獻資料發現,在設施青椒栽培中利用前茬作物殘留的肥效進行相關試驗的研究鮮有報道。

筆者以連作3 a的大棚青椒為研究對象,設置6種栽培模式,比較不同栽培模式對青椒的生長與產量、品質指標、土壤細菌多樣性指標的影響,并進一步探究其內在聯系,以期為優化連作狀態下大棚青椒的栽培模式提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗地點為鹽城農業科技職業學院試驗基地,試驗大棚為3 a連作大棚,南北走向,長33 m,寬6 m。青椒品種為薄衣天使,早熟性突出,薄皮大果,由綿陽市綿蔬種業科技有限公司提供。前茬青椒于2022年7月15日收獲,整個生育期667 m2施用約800 kg羊糞有機肥和復合肥(硫酸鉀型N、P2O5、K2O質量比為15∶15∶15)55 kg。7月17日采用藥劑熏蒸結合高溫悶棚的方式進行棚內消毒,試驗采用隨機區組設計,7月26日進行6種栽培模式處理,其中處理3為對照組,具體試驗處理見表1。青椒幼苗于7月30日定植,采用高壟種植,每壟種植2行,株距約35 cm,行距約45 cm,每個小區面積8.25 m2,3次重復。后期各處理組667 m2施30 kg復合肥進行追肥,10月15日開始采收,每隔5~7 d采收1次,于12月3日拉秧。

1.2 土壤樣品的采集與分析

2022年12月3日進行土壤采樣,使用取土器在青椒主根附近5 cm處采集耕層0~20 cm混合土樣,每個小區按照“S”形隨機多點混合取樣,樣品采集后去除植物殘體、石塊等雜質,按照四分法取約500 g土壤,用干冰保存送往南京奧維森基因科技有限公司進行基因測序。

1.3 方法

1.3.1 青椒生長指標、產量以及構成因素的測定 2022年12月3日,采用隨機取樣法,每個處理取5株,采集后立刻送往實驗室用自來水沖洗干凈葉片和根系,用濾紙吸干水分后,用百分位天平稱量單株青椒莖、葉片和根系鮮質量。然后放入烘箱105 ℃殺青30 min后,在70 ℃條件下烘干至恒質量,分別稱取各部分干質量。

青椒產量按照每個小區計產,根據小區產量折算成667 m2產量。單果質量、掛果數作為構成青椒產量的重要因素[15],在每次采收青椒時稱量記錄。

1.3.2 青椒品質指標的測定 青椒品質指標包括蛋白質含量、維生素C含量、可溶性糖含量和有機酸含量。其中,采用考馬斯亮藍法測定蛋白質含量,采用鉬藍比色法測定維生素C含量,采用蒽酮比色法和0.1 mol·L-1 NaOH滴定法分別測定可溶性糖含量和有機酸含量[16]。

1.3.3 土壤細菌多樣性指標測定 土壤細菌多樣性指標包括Alpha多樣性(OTUs、Chao1指數、ACE指數、香農-威納指數、辛普森多樣性指數)、土壤細菌群落主成分分析、細菌群落組成和細菌群落豐度等。

采用試劑盒提取純化土壤樣本的基因組DNA;使用Nanodrop 2000檢測DNA質量和濃度。選擇針對細菌16S rRNA基因的V3和V4區進行PCR擴增,引物序列分別為338F (5'-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3')和806R (5'-GGACTACHVGGGTWTCTA AT-3')。最后合成帶有barcode序列的通用引物在ABI9700 PCR儀上進行擴增。

1.4 數據分析

采用EXCEL 2021和SPSS 18.0對試驗數據進行統計及差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對青椒生長的影響

由表2可知,青椒根部鮮質量T4gt;T6gt;T1gt;T5gt;T3gt;T2,最高值T4比最低值T2高27.68%;莖部鮮質量T3gt;T4gt;T6gt;T2gt;T5gt;T1,最高值T3比最低值T1顯著高42.58%;葉部鮮質量T4gt;T6gt;T3gt;T2gt;T5gt;T1,最高值T4比最低值T1顯著高44.40%;青椒根部干質量T4gt;T6gt;T1gt;T3gt;T5gt;T2,最高值T4比最低值T2高34.82%;莖部干質量T3gt;T4gt;T2gt;T6gt;T5gt;T1,最高值T3比最低值T1高37.84%;葉部干質量T4gt;T6gt;T2gt;T5gt;T3gt;T1,最高值T4比最低值T1顯著高45.74%;6種處理青椒根部干、鮮質量之間的差異未達到顯著水平,但是對葉片的鮮質量和干質量產生的影響較大,且達到了差異顯著水平。

2.2 不同處理對青椒產量與品質的影響

由表3可知,T4處理下青椒667 m2產量最高,達到了3 506.65 kg,與T1、T2、T3、T5達到了差異顯著水平,與T6雖有差異,但未達到顯著水平。T4處理下單株掛果數和單果質量分別高于其他處理9.49%~25.70%、3.22%~17.65%,T4單株掛果數與T1、T2、T5達到了差異顯著水平。

由圖1所示,不同處理下所獲得的青椒維生素C含量和蛋白質含量有所差異,T5處理下維生素C含量比其他組高1.58%~17.05%;T4處理下蛋白質含量比其他各組高7.49%~57.27%,但差異均未達到顯著水平。就可溶性糖含量和有機酸含量而言,T5分別比其他組高26.11%~69.21%和21.42%~30.44%,且T5與T1、T6可溶性糖含量達到顯著差異水平,T5與T3有機酸含量達到顯著差異水平。

2.3 不同處理對土壤微生物多樣性指標的影響

2.3.1 各處理細菌群落OTUs數分布情況 由圖2-A可知,18個土壤樣品的稀釋曲線隨著序列數的增加趨于平緩,說明樣本取樣合理,能夠較為真實地反映6個處理組的細菌群落情況。經平臺測序后,對97%的相似水平下的OTUs進行生物信息統計分析,所有處理組共產生10 208個OTUs,經過抽平處理后最終剩余9716個OTUs。由圖2-B~D可以看出,不同處理組T1、T2、T3、T4、T5、T6所占有的OTUs總數分別為3554、3406、3635、3766、2942、3851,特有的OTUs總數分別為346、305、241、246、293、341,各處理組公共的OTUs總數為534。由圖2-D可知,T6所占的OTUs數量最多,分別比T1、T2、T3、T4、T5高7.70%、11.56%、5.62%、2.22%、23.61%,雖然與T1、T2、T3、T4差異不顯著,但與T5達到顯著差異水平。

2.3.2 各處理土壤細菌Alpha多樣性指數 由表4可知,不同栽培模式對土壤細菌群落多樣性存在一定影響。其中,Chao1指數表現為T6gt;T3gt;T4gt;T1gt;T2gt;T5,T6、T3、T4、T1的細菌群落物種豐富度差異較小,T2和T5分別與其他處理組均達到顯著差異水平;ACE指數的表現與Chao1指數相似;香農-維納指數表現為T4gt;T6gt;T3gt;T2gt;T1gt;T5,T4不同細菌群

落分布均勻度高,除T6、T3外,T4與其他組香農-維納指數均表現出了顯著差異;各處理組的辛普森多樣性指數差異較小。

2.3.3 各處理組土壤細菌群落主成分分析 通過對18個土壤樣本的OTUs豐度進行主成分分析(PCA,principal component analysis),初步評估了不同栽培模式對土壤細菌群落結構的影響。PC1與PC2兩個主成分對OTUs豐度的差異貢獻率分別為18.03%和12.4%。從圖3可知,基肥施用情況、翻耕條件和定植方式都會對土壤細菌群落構成造成不同程度的影響。T1~T2重復樣本在PC1上的平均距離遠高于T1~T5重復樣本距離,同時T5~T1距離比T5~T6近,可以初步說明在不施用基肥的情況下,是否原點定植比翻耕對土壤細菌群落結構影響大;T1~T2樣本在PC1平均距離大于T1~T3,并且T2~T4的平均距離也遠低于T2~T1,說明在翻耕條件下,是否原點定植比施用基肥對群落構成影響更為明顯。

2.3.4 各處理組對土壤細菌群落組成的影響 如表5所示,門水平下,縱向比較各處理組相對豐度超過5%的菌群,共得到6種菌群。其中,各處理組中的變形菌門(Proteobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、放線菌門(Actinobacteria)和綠彎菌門(Chloroflexi)的相對豐度雖有差異,但差異未達到顯著水平。T5與T1、T6,T4與T6處理組酸桿菌門(Acidobacteria)相對豐度達到顯著差異水平。T5和T6擬桿菌門(Bacteroidetes)相對豐度差異達顯著水平。

若將相對豐度不小于10%的類群視為優勢菌群,各處理門水平優勢菌群較為相似,但略有不同。除T4處理含有2種優勢菌群外,其他處理組均含有3種。變形菌門是每個處理組相對豐度最高的優勢菌群,均超過33%;酸桿菌門與厚壁菌門分別是4個處理組的優勢菌群,相對豐度范圍為10%~14%;放線菌門是T1與T6的優勢菌群,相對豐度范圍為10%~12%;而擬桿菌門是T6特有的優勢菌群。

2.3.5 土壤細菌多樣性與產量、品質指標的相關性分析 對不同處理下土壤細菌群落的多樣性指數與產量、品質指標進行相關性分析(表6),結果表明,香農-維納指數與產量和單株掛果數高度相關,與單果質量中度相關;Chao1指數、ACE指數與產量、單株掛果數和單果質量均為中度相關;辛普森多樣性指數與產量、單株掛果數為中度相關,與單果質量極低相關。土壤細菌Alpha多樣性指數與青椒各項品質指標整體上呈負相關,Chao1指數、ACE指數、香農-維納指數與維生素C含量、可溶性糖含量和有機酸含量呈中高度負相關,與蛋白質含量相關性較弱;辛普森多樣性指數與有機酸含量呈高度負相關,與其他3種品質指標呈低中度負相關。

3 討 論

3.1 不同處理對青椒生長、產量與品質的影響

本試驗研究結果顯示,在大棚青椒連作狀態下,除T6外,施用基肥的試驗組產量普遍高于未施基肥試驗組,這與王麗英等[17]、戚興超[18]、曾子凡[19]的研究結論相似,即使用動物源有機肥料與化學肥料配施可以顯著提高設施茄果類蔬菜產量。而同樣肥料處理條件下,原點定植比非原點定植要高約786.5 kg·667 m-2,這可能與原定植坑周圍的養分水平、土壤性狀或微生物情況有關。

在第二茬青椒不施基肥情況下,結合免耕和原點定植新模式,667 m2產量高達2 971.30 kg。國內外關于免耕技術在大田作物方面的研究報道較多,如免耕結合秸稈覆蓋還田可以提高水稻[20]、小麥[21-22]、玉米[23]、馬鈴薯[24]產量,在蔬菜方面的研究,如使用免耕技術進行蠶豆露地種植可增產23%[25],也有研究表明免耕技術對作物周年產量無顯著影響[26],甚至會降低產量[27]。免耕技術在設施蔬菜栽培方面研究甚少,可能原因是傳統農戶在設施蔬菜生產過程中普遍存在過量施用化肥的問題,導致土壤板結、土傳病害嚴重的現象,需要進行翻耕。但隨著國家相關政策的頒布實施和技術推廣,規模化種植戶重新調整施肥結構,重施有機肥,減少化肥的施用,如本試驗中農戶667 m2施用羊糞有機肥達500~1000 kg,設施土壤性狀得到改良。浙江省農業科學院發明了一種大棚黃瓜換茬時的免耕栽培方法,每667 m2可減少勞動用工6 d,有機肥利用率提高20%~30%,并且黃瓜定植成活率也高于常規栽培模式,省時省力,因此免耕技術在設施蔬菜生產中的應用具有一定的可研究性[28]。

各處理組的4項品質指標差異各不相同,雖然不施基肥+免耕+非原點定植下得到的果實品質最佳,但其產量低。

3.2 不同處理對土壤細菌Alpha多樣性與細菌群落結構的影響

土壤微生物多樣性往往受諸多因素影響,如作物類型、土壤質地、土壤養分水平、土壤水分狀況、pH、通氣情況等[29-32]。前人試驗結果顯示,不同種植田間管理措施對土壤細菌群落的結構組成或多樣性變化所造成影響的結論存在較大差異。對于露地栽培系統,楊亞東等[33]、何海鋒等[34]研究發現,施肥對細菌數量和群落結構的影響較小;王興松等[35]、石廣萍等[36]、胡媛媛等[37]、李霞等[38]對煙草、玉米、水稻進行田間試驗,發現不同施肥處理下優勢菌種的組成基本不變,但是不同優勢種相對豐度會有所改變;不同施肥處理可以改變土壤細菌多樣性,這可能與施肥引起土壤的有機質含量和pH值發生變化有關。周佳等[39]、劉雨靜等[40]發現,旋耕、免耕、粉壟、深翻等不同耕作方式對水稻、玉米的土壤細菌群落相對豐度影響較為顯著。

相較于露地栽培系統,設施栽培系統的細菌多樣性、群落組成更易受外在因素的影響。如劉曉梅等[41]、杜思瑤等[42]、王雪玉等[43]發現,在設施茄果和葉菜栽培中施用有機肥、生物炭等有機物料可以增加土壤的細菌多樣性,改變土壤菌落組成。這可能與有機物料引起的碳源變化有關[44]。種植年限、不同種植模式、耕作方式也會影響設施土壤中細菌的豐富度和土壤細菌多樣性[42,45-47],總體上呈現隨著設施種植年限的增加,細菌多樣性指數呈現遞減趨勢;在設施栽培條件下,輪作相較于連作更有利于土壤細菌多樣性和穩定性的提高;免耕與多數耕作方式相比,可以提高土壤中細菌的多樣性。

本試驗中探討了免耕、施用基肥或原點定植與否對連作大棚青椒土壤細菌數量、多樣性指數、菌落組成、優勢種情況的影響。試驗結果顯示,不能明確判斷3種因素中某種因素對土壤細菌相關指標具有顯著的正面效應,但是可以確定3種條件之間存在一定的相互作用,其中是否為原點定植較為關鍵,而三者之間的互作關系對設施青椒產量、品質、土壤細菌多樣性的影響有待進一步研究。

4 結 論

筆者從減量施肥和降低人工成本的角度出發,為連作大棚青椒設計了6種不同栽培模式,并從產量、品質和土壤細菌多樣性3個層面進行綜合評估。其中,以施基肥+翻耕+原點定植(T4)模式獲得產量最高,其次是不施基肥+免耕+原點定植(T6)模式。根據當地青椒平均價格估算,雖然T4處理667 m2產值最高,但除去羊糞有機肥、復合肥以及施肥與翻耕的人工成本,其收益與T6相近,并且T4與T6的土壤細菌數量、細菌群落多樣性指數最高。雖然不施基肥+免耕+非原點定植(T5)模式下青椒品質最高,但其產量與土壤細菌性多樣性指數均較低。

由此可知,在大棚青椒連作狀態下,施基肥+翻耕+原點定植和不施基肥+免耕+原點定植是建議推薦的兩種栽培模式。筆者就6種栽培模式進行了1年的試驗研究,后續將繼續進行2年以上的連續試驗,以確保試驗結果的穩定性,方可推廣。并且連作年限與Alpha多樣性指數變化的關系也有待進一步研究。

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