生物炭和有機肥施用對辣椒生產及土壤肥力的影響

中圖分類號：S641.3；S158.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2025）03-0022-08

引用格式：杜姣，黃揚基，張玉平，等.生物炭和有機肥施用對辣椒生產及土壤肥力的影響[J].湖南農業科學，2025（3）：22-29

DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2025.003.005

Effects of Applying Biochar and Manure on Pepper （Capsicum spp.） Production and Soil Fertility

DU Jiao1，HUANG Yang-ji'，ZHANG Yu-ping123，PENG Jian-wei1.23，LUO Gong-wen （1.Collegeofesocs，aAiclualUesitys48，C;2.nrocalKybator PolutionControlandAgricultralResources Use，Changsh4O8，RC;3.NatioalEngineringResearchCenterforfcent Utilization ofSoil and Fertilizer Resources， Changsha ， PRC）

Abstract：Thisstudyaims toclarifytheefects ofapplying pig manure and/orbiocharonsoilfertilityandpepper（Capsicum spp.） productivityandthepotentialofaplyingmanureonthebasisofchemicalfertilizerreductioninpepperproduction.Fourtreatments were designed， including pure chemical fertilizer （NPK）， chemical fertilizer+biochar （ N P K + B） ）， manure compost nitrogen replacing 20 % chemical fertilizer nitrogen （NPKM），and manure compost nitrogen replacing 20 % chemical fertilizer nitrogen+biochar （NPKM ）. The results showed that compared with NPK，NPKM and NPKM increased the pepper yield by 3 1 % ，reduced the incidenceo1asdealoolltetplantsstuakedalolngtdd thenitratecontentoffuits.ComparedwithNK，NKBsigncantlyicreasedthetotalnrogn，totalpospous，dlable nitrogenisoilndireasdteainContenoffruits.Multipleplatgrowthritsndsilrtilityidicatorsweesiicatly correlated withthefruityield，fruitqualityanddiseaseincidence.Insummarytheapplicationofpigmanureandbiocharcould improvesoilfertilitywhiledecreasingthe incidenceof typicalsoil-borne diseases，thusimproving thefruityieldand qualityand promoting the green， safe， and sustainable development of the pepper industry.

Key words：pepper （Capsicum spp.）; biochar; manure; productivity; disease prevention and control; soil fertility

辣椒（CapsicumannuumL.）既是蔬菜也是香料作物，起源于中南美洲，栽培歷史悠久且遺傳多樣性豐富[1。近年來，全球辣椒種植面積及產量穩步增長，中國辣椒產業也得到飛速發展，自2015年以來，我國辣椒種植面積穩定在213.33萬 以上[2-3]。然而，在辣椒生產過程中仍然存在過量施用化肥和偏施氮肥等現象。長期偏施化肥易導致土壤退化、有機質和肥料利用率下降，進而降低作物的產量和品質。如過量施用氮肥將嚴重影響辣椒的生長及養分的吸收，不僅會造成辣椒減產，還會降低辣椒果實中的糖分、蛋白質及維生素等營養物質含量并使其硝酸鹽和亞硝酸鹽含量升高[4。過量的硝酸鹽進入人體后易還原成亞硝酸鹽進而導致高鐵血紅蛋白癥，且亞硝酸鹽還可能會進一步反應生成亞硝胺這種強致癌物質。此外，隨著辣椒生產規模的不斷擴大，高強度生產模式帶來的問題也不斷凸顯。例如，隨著種植面積和年限的增加，土壤中病原菌增多導致辣椒土傳病害日益嚴重[5]。因此，合理施肥以提高土壤肥力并保持土壤健康是辣椒綠色可持續生產的關鍵舉措之一。

畜禽糞便是生產有機肥料的主要原料，我國每年產生畜禽糞便資源量約20億t，約占全國有機肥料資源量的 40 % ；畜禽糞便有機肥多用于菜田施肥，約占總量的2/3左右[。有機肥既能提供作物生長所需的大量元素和微量元素，還富含腐殖酸和氨基酸等營養物質，是農業生產的重要肥源，其與化肥配施能夠保持農業生態系統物質與能量的平衡[，有助于增加土壤養分、提高土壤肥力和維持土壤生態化學計量平衡，使種植土壤中的營養成分符合科學比例[8]。Zhang等[指出，施用有機肥可以提高蔬菜葉片的光合色素含量以促進光合作用，從而提高農作物的產量。施用生物炭同樣能起到改善土壤環境、提升土壤肥力、重塑土壤微生物群落并增加微生物多樣性等作用[10-11]。吳立東等[12]研究表明，有機肥與化肥配施能有效促進辣椒生長、提高辣椒產量并改善辣椒品質。柴冠群等[13]認為，硝態氮肥和生物炭配施不僅能增加辣椒中維生素C含量，還可以促進辣椒產量提高。顧美英等[14]研究發現，施用有機肥和生物炭可以顯著降低土壤中潛在的病原菌豐度和土傳真菌病害發生風險。

目前關于有機肥和生物炭在辣椒生產上聯合施用的研究報道相對較少，且相關施肥方式對土壤肥力、辣椒抗病效果、辣椒果實產量和品質等方面的影響尚不明確。因此，研究通過田間試驗，探究豬糞和生物炭單獨或聯合施用對辣椒生長發育、果實產量、果實品質、土壤肥力和常見病害防控效果等的影響，旨在為有機肥料在辣椒生產上的科學施用提供依據。

1材料與方法

1.1 試驗地概況與試驗材料

試驗地位于湖南農業大學土肥高效利用國家工程中心實驗站（ ， ），屬于典型的亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均降水量約為1550m m ，年平均氣溫約為 1 7 % 。土壤基礎pH值為6.28，有機質含量為 3 1 . 5 4 g / k g ，全氮含量為 1 . 2 2 g / k g ，全磷含量為 0 . 8 1 g / k g ，堿解氮含量為 8 9 . 8 8 m g / k g ，速效磷含量為 。選取的試驗田因長期種植辣椒致使土傳病害時有發生。

供試辣椒品種為‘皺辣2號’。供試生物炭主要由水稻秸稈在 下炭化而成，其基礎性質如下： 值為7.90，有機碳 ，全氮 8 . 7 6 g / k g ，全磷 4 . 3 8 g / k g ，全鉀 5 7 . 0 0 g / k g 。供試有機肥主要以豬糞為原料， 值7.18，全氮 1 1 . 1 4 g / k g ，全磷10.78g/ k g ，全鉀 2 6 . 5 0 g / k g ，有機質 4 8 0 . 0 0 g / k g 。

1.2 試驗設計

試驗共設4個處理，分別為：NPK（CK），純化肥； ，化肥 + 生物炭；NPKM，豬糞堆肥有機氮代替 20 % 化肥氮； N P K M + B ，豬糞堆肥有機氮代替 20 % 化肥氮 + 生物炭。每個處理重復3次，采用隨機區組排列，共計12個小區，單個小區面積為 （ ），整地后起壟種植，辣椒株距為 3 5 c m 。供試肥料包含尿素（ N? 4 6 % ）、鈣鎂磷肥（ ）和硫酸鉀（ ）。整個生育期內，單個處理下 N 、 、 總用量分別為57.50、30.13、 。豬糞堆肥用量為 1 0 3 2 . 3 2 ，生物炭用量為 。NPKM和 B處理以等氮量為基礎，用豬糞堆肥代替 20 % 的化肥氮。鈣鎂磷肥、有機肥和生物炭均做底肥一次性施用。 、NPKM和 N P K M + B 處理中因生物炭和有機肥中含有磷鉀元素，在投入鈣鎂磷肥和硫酸鉀肥時需按照施人總量調整施用量。施用尿素和硫酸鉀時以施用總量的 40 % 作底肥，剩余用量均分后分別在辣椒開花期和盛果期作追肥施用。試驗于2023年5月上旬開始種植辣椒，并于8月中旬收獲。

1.3 測定項目與方法

1.3.1植株生長性狀與葉綠素的測定在辣椒成熟期，每個小區隨機選取長勢一致的植株3株作為樣本，用刻度尺和游標卡尺測定樣本的株高、莖粗、葉長及葉寬。在 9 ： 0 0-1 1 ： 0 0 時段內使用SPAD儀測量樣本葉片中的葉綠素含量，每株樣本選取5片葉片，取3株樣本的平均值。測定均在取樣當天完成。1.3.2植株干重和鮮重的測定測定地上部生長性狀和葉綠素后，于當天分別收獲辣椒地上部和根部，洗凈樣本后用濾紙吸干水分，稱取鮮重。然后將樣本置于烘箱中，以 1 0 5 % 殺青 3 0 m i n 后調至 7 0 % 烘干至恒重，稱取干重。

1.3.3土壤理化性質指標的測定收獲時去除樣本根部大塊土壤后晃動根部，在去除根部松散土壤后使用無菌刷收集殘留土壤。將土攘樣本取回后放置在陰涼通風處風干，將風干土過20目和100目篩保存，用于測定土壤理化性質相關指標。全氮（TN）全磷（TP）和全鉀（TK）分別采用半微量凱氏定氮法、 消煮-鉬銻抗比色法和NaOH熔融-火焰光度計法測定。堿解氮（AN）采用堿解擴散法測定，速效磷（AP）采用碳酸氫鈉浸提－鉬銻抗比色法測定，速效鉀（AK）采用醋酸銨浸提－火焰光度法測定。

1.3.4根系構型和根系活力指標的測定收獲植株后洗凈樣本并將根部分離，使用國產NUScan700平板掃描儀采集根系圖像，利用圖像分析軟件（Delta-TSCAN，Delta-TDevicesLtd，Cambridge，U.K.）分析處理采集圖像，記錄根系的總長度、表面積、體積和平均直徑。根系活力采用紅四氮唑（TTC）法測定[15]

1.3.5植株養分含量的測定稱量干重之后，將辣椒地上部、根系和果實分別使用小型粉碎機粉碎，過 0 . 2 5 m m 篩后用 消解，采用凱氏定氮儀測定全氮含量，鉬銻抗比色法測定全磷含量，火焰分光光度計法測定全鉀含量。辣椒地上部、根系和果實養分吸收量為各部位養分含量與其干重的乘積，植株總養分吸收量為所有部位養分吸收量之和。1.3.6果實品質指標的測定于辣椒盛果期，選取長勢一致、果實飽滿且無病蟲害的3株植株，測定其品質指標。采用蒽酮法測定可溶性糖含量，考馬斯亮藍G-250溶液法測定可溶性蛋白含量，紫外分光光度法測定硝酸鹽含量，2.6-二氯酚靛酚鈉染色法測定維生素C含量。

1.3.7果實產量的測定從辣椒掛果期至最后一次取樣，分批采摘成熟果實，累計各批次產量以得到小區果實總產量。

1.3.8植株病毒病及根腐病發病情況統計在辣椒生長期間，定期調查并統計各小區辣椒的發病情況。

自辣椒發病起，每3d按式（1）統計1次植株發病率。

植株發病率 Σ= Σ （病株數/調查總株數） × 1 0 0 %

1.4 數據處理

采用MicrosoftExcel2019軟件進行數據計算和整理；使用SPSS27.0軟件進行統計分析；采用Duncan's新復極差法進行差異顯著性檢驗；使用MicrosoftExcel2019和Origin2021繪制圖表；使用RStudio軟件繪制相關性熱圖。

2 結果與分析

2.1施用生物炭和有機肥對辣椒產量及典型病害發病率的影響

試驗結果表明，NPK和 處理的辣椒產量無顯著差異，兩者均低于NPKM和 N P K M + B 處理，其中 Δ N P K + B 產量最低；與NPK相比，NPKM和NPKM + B 的產量分別增加 3 1 . 1 8 % 和 3 1 . 1 9 % （圖1A）， 、NPKM和NPKM + B 的辣椒病毒病發病率分別降低 4 9 . 8 0 % 、 5 0 . 0 0 % 和 3 8 . 0 9 % ，差異顯著（圖1B）， 和 N P K M + B 的辣椒根腐病發病率分別降低 4 5 . 3 9 % 和 2 1 . 3 5 % （圖1C）。

2.2施用生物炭和有機肥對辣椒地上部特性的影響

從表1可知， 、NPKM和 N P K M + B 處理的辣椒葉片葉綠素含量、葉長、葉寬、莖粗、株高、地上部鮮重和干重指標數值均高于NPK處理。

2.3施用生物炭和有機肥對辣椒地下部特性的影響

由表2可見，與NPK處理比較，NPKM+B處理增加了辣椒根系活力， 和NPKM處理均使辣椒根系活力降低。 、NPKM和 處理的根系鮮重、干重、根總長、根直徑、根體積和根表面積較NPK均有所增加。

2.4施用生物炭和有機肥對辣椒果實品質的影響

試驗結果顯示，與NPK處理相比， 、NPKM和 處理果實中的硝酸鹽含量分別顯著降低了 2 9 . 2 5 % 、 2 6 . 5 9 % 和 3 5 . 5 2 % （圖2A）；NPKM + B 果實中的維生素C含量較其他處理顯著增加，其中較NPK增長 1 5 . 3 2 % （圖2B）。辣椒果實中可溶性糖含量（圖2C）和可溶性蛋白質含量（圖2D）在各處理間無顯著差異。

2.5施用生物炭和有機肥對辣椒植株養分吸收量的影響

如圖3所示，與NPK相比， N P K+B 、NPKM和NPKM 處理辣椒植株地上部、根系和果實中的氮、磷和鉀吸收量均有所增加；其中，地上部氮吸收量分別增加了 8 5 . 1 2 % 、 7 7 . 1 7 % 和 9 6 . 3 7 % ，磷吸收量分別增加了 6 2 . 3 2 % 、 5 8 . 0 0 % 和 9 5 . 1 1 % ，鉀吸收量分別增加了 9 9 . 8 0 % 、 67 . 1 9 % 和 9 5 . 5 2 % ；根系氮吸收量分別增加了 1 6 . 1 3 % 、 1 2 . 9 1 % 和 2 6 . 5 1 % ，磷吸收量分別增加了 4 7 . 4 8 % 、 6 4 . 9 9 % 和 7 4 . 5 7 % ，鉀吸收量分別增加了 1 4 . 8 6 % 、 3 1 . 3 7 % 和 6 . 6 5 % ；果實氮吸收量分別增加了 9 . 9 9 % 、 7 0 . 2 6 % 和 9 0 . 8 5 % ，磷吸收量分別增加了 4 9 . 5 2 % 、 91 . 2 4 % 和 1 1 1 . 2 4 % ，鉀吸收量分別增加了 2 7 . 3 5 % 、 6 0 . 8 0 % 和 6 8 . 4 2 % 。

2.6施用生物炭和有機肥對土壤養分含量的影響

從圖4可知，與NPK相比，NPKM 處理的土壤全氮、全磷和堿解氮含量均顯著上升，增幅分別為 1 0 . 2 0 % 、 1 5 . 8 7 % 和 7 . 8 9 % 。全鉀含量指標下，NPK+B、NPKM和 較NPK分別增加了 7 . 7 8 % 4 . 8 4 % 和 0 . 9 0 % 。有效磷含量指標下， 、NPKM和 N P K M + B 較NPK分別降低了 3 2 . 0 8 % ！ 2 6 . 9 1 % 和 4 . 0 1 % 。速效鉀含量指標下， 和 N P K M + B 較NPK分別增加了 2 8 . 1 4 % 和 1 6 . 1 3 % 。

2.7辣椒產量、發病率、果實品質、植株氮磷鉀吸收量與植株生長特性及土壤肥力的相關性分析結果顯示，辣椒產量與根體積呈顯著相關關系；病毒病發病率與土壤速效磷含量、根總長、根體積、根表面積、地上部干重、根系干重及葉片葉綠素含量均呈極顯著相關，與葉片長度顯著相關；根腐病發病率與土壤速效鉀含量呈極顯著相關（圖5A）。

果實維生素C含量與根系活力呈極顯著相關；果實硝酸鹽含量與根總長、根體積、根表面積、葉綠素含量、葉片長度及地上部干重均呈極顯著相關，與土壤速效磷含量及根系干重呈顯著相關（圖5B）。

植株生物量、葉片葉綠素含量、葉片長度、地上部干重和根系干重均呈極顯著相關；植株磷吸收量與根長、根體積、根表面積、葉片葉綠素含量、地上部干重和根系干重均呈極顯著相關，與葉片長度呈顯著相關關系（圖5C）。

此外，由于果實可溶性糖與蛋白質含量在各處理間無顯著差異，故未對其進行相關性分析。

3 討論與結論

施用有機肥和生物炭基肥可以促進農作物生長發育，優化施肥方式能夠促進辣椒生長并提高其產量和經濟效益[16-18]，研究中相關性分析結果顯示，辣椒產量與根體積呈顯著正相關，說明可通過施用有機肥促進根系生長發育，進而提高作物產量。試驗中，聯合施用生物炭和有機肥后，辣椒產量顯著提高了 31 % 以上，驗證了前人結論。

棘椒病毒病的癥狀因病毒種類不同而有所差異，主要表現為花葉、蕨葉、矮化、黃化、壞死和頂枯等，通常發生在辣椒生長中后期，嚴重時會導致植株落葉、落花及落果。而辣椒根腐病多發生于定植后，發病初期病株枝葉特別是頂部葉片出現萎蔫，傍晚至次日早晨恢復，反復數日后葉片全部萎蔫但仍保持綠色[19]。由相關性分析可知，辣椒病毒病發病率與土壤速效磷含量、根總長、根體積、植株生物量和葉片葉綠素含量等指標均極顯著相關。單獨或聯合施用生物炭和有機肥對辣椒的葉綠素含量、生物量、葉長、葉寬和根系構型等存在積極影響，這與張向前等[2的研究結果一致。由此可知，施用生物炭和有機肥能夠有效促進植株生長發育，增強植株抗病能力，同時減少土壤中病原菌數量，從而抑制病害發生[21-23]。試驗中，生物炭單獨或與有機肥耦合施用明顯降低了棘椒病害發生率；其中，病毒病發病率降低了 3 8 % 以上，根腐病發病率降低了 21 % 以上。

蔬菜是一種易于富集硝酸鹽的作物，人類攝入的硝酸鹽 80 % 以上來源于蔬菜。吳瑕等[24]的研究表明，小白菜硝酸鹽含量與干重、株高、根總長和土壤速效磷均極顯著相關；夏巖石等[25]研究表明，冬季廣州菜心硝酸鹽含量與葉長和葉綠素含量顯著相關。生物炭和有機肥的施用，特別是聯合施用，能夠有效提高辣椒品質[18.26-27]。本研究發現，辣椒果實維生素C含量與根系活力呈極顯著相關，說明生物炭和有機肥的施用能夠通過增強根系活力來提高果實維生素C含量。試驗中，聯合施肥后辣椒果實中硝酸鹽含量顯著降低，維生素C含量顯著升高，與前人結論基本一致。

作物根系形態與氮磷高效吸收密切相關[28]，發育良好的根系是促進作物養分高效吸收的重要途徑[29]。試驗中，辣椒植株中鉀、氮的吸收量與根總長、根體積、根表面積及葉長等均呈極顯著相關關系，磷吸收量與根總長、根體積和根表面積等極顯著相關，驗證了前人結論。此外，生物炭和有機肥的施用提高了辣椒地上部和地下部的氮、磷、鉀吸收量，且聯合施用效果更為明顯。

有機肥與減量化肥配施對改善辣椒園土壤肥力具有積極作用[30]。研究表明，用商品有機肥替代2 5 % 的化肥養分，既能減少化肥用量并培肥地力，又能實現節本增效[31]。劉鑫裕等[32]發現，生物炭與磷肥配施可有效增加土壤養分含量，提高土壤酶活性，并促進作物對養分的吸收。試驗中，生物炭和含磷有機肥聯合施用使土壤全氮、全磷及堿解氮含量顯著提高，與前人研究結果相符。

綜上所述，試驗結果表明，施用生物炭和有機肥對降低典型土傳病害發生率、提高果實產量、品質及提升土壤肥力具有一定的積極作用，且兩者聯合施用效果最佳。生物炭和有機肥可以通過改變植株生長特性并提高養分吸收量來促進植株生長發育，從而提高辣椒產量并改善果實品質。科學配施生物炭與有機肥有利于辣椒綠色、安全和可持續生產。

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（責任編輯：彭靜瀾）