華北農(nóng)學報·2018，33( 2) : 195-201收稿日期:2017 11 02基金項目:國家科技支撐計劃項目(2014BAD14B04);土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室開放課題( Y20160019)作者簡介:閆秋艷(1983 )，女，山西襄汾人，助理研究員，博士，主要從事設施栽培及植物營養(yǎng)研究。通訊作者:段增強(1964 )，男，安徽合肥人，研究員，碩士，博士生導師，主要從事植物營養(yǎng)和環(huán)境科學研究。土壤溫度對不同施肥方式下辣椒生長及土壤理化性質(zhì)的影響閆秋艷1，2，董 飛1，段增強2，李 汛2，王嬡華2，湯 英2(1山西省農(nóng)業(yè)科學院小麥研究所，山西臨汾 041000;2中國科學院南京土壤研究所，土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室，江蘇南京 210008)摘要:為了探討土壤溫度和肥料利用率間的關系，進一步提升冬春季設施辣椒生產(chǎn)力。通過大田小區(qū)試驗，設計土壤溫度(對照不加溫、加溫土壤)和施肥方式(不施肥CK、常規(guī)尿素施肥N60 和常規(guī)尿素減N24)2 個因素對辣椒生長、養(yǎng)分吸收和土壤理化性狀的影響。結(jié)果表明，土壤不加溫條件下，常規(guī)尿素施肥處理比CK辣椒植株總干質(zhì)量、株高、成活率和產(chǎn)量不同程度增加，在較高氮肥用量的 N60 處理中增加程度較高;土壤加溫條件下，N60 和 N24 處理對辣椒生長的促進作用更明顯，產(chǎn)量最高，且2個施肥處理間差異不顯著。土壤加溫有助于氮素養(yǎng)分的持續(xù)釋放，在開花期處于低峰狀態(tài)，這與加溫條件下辣椒植株對養(yǎng)分的需求量較大有關;結(jié)果期，不加溫條件堿解氮含量有所降低，但加溫條件下持續(xù)升高。2種溫度條件下，速效磷和速效鉀含量隨生育期延長呈增加趨勢，其中，CK處理在結(jié)果期明顯增加，可能是由于氮元素虧缺狀態(tài)下磷鉀元素補充供應。土壤適宜加溫使脲酶活性持續(xù)增加。因此，提高土壤溫度比增施氮肥更有利于辣椒養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量提高，使肥料得到有效發(fā)揮，有助于設施蔬菜增產(chǎn)增效。關鍵詞:辣椒;土壤溫度;施肥方式;生長;速效養(yǎng)分中圖分類號:S6413 文獻標識碼:A 文章編號:1000 7091(2018)02 0195 07doi:107668/hbnxb201802027Effect of Soil Temperature on Soil Physical-chemical Propertiesand Pepper Growth in Different Fertilizer TreatmentsYAN Qiuyan1，2，DONG Fei1，DUAN Zengqiang2，LI Xun2，WANG Aihua2，TANG Ying2(1 Institute of Wheat，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Linfen 041000，China;2 Institute of Soil Science，Chinese Academy of Sciences，State KeyLaboratory of Soil and Sustainable Agriculture，Nanjing 210008，China)Abstract:In order to explore the relation of soil temperature and fertilizer utilization，and improve pepper pro-ductivity of anti-season A field experiment was carried out to study the effects of soil temperature ( no heating andheating) and different fertilizer treatments ( no fertilizer ( CK)，conventional urea fertilizer ( N60)，conventional40% urea fertilizer ( N24) on pepper growth，nutrient uptake and soil physico-chemical properties The resultsshowed that under no heating soil plots，plant dry weight，height，plant survival rate and yield increased inordinate-ly under conventional urea fertilized treatments compared with CK，stronger level of increased was obtained underN60 treatment Heating soil enhanced this promoted action and hold higher yield in N60 and N24 treatments withno significant difference Soil heating increased the nutrient release with growth period，while a relative lower peakin flowering stage，it was possible that elevating soil temperature improved nutrient need and uptake In fruit stage，alkali-hydrolyzable nitrogen content decreased under no heating condition，and increased under heating conditionIrrespective of soil temperatures，available phosphorus and potassium content showed increased trend with growthstage，higher content under CK treatment in fruit stage It was possible more potassium and phosphate supplementa-196 華 北 農(nóng) 學 報 33 卷tion under nitrogen deficiency Suitable warming soil temperature improved urease activity in most fertilizer treat-ments Therefore，nutrient uptake and pepper yield can be mostly improved by soil heating compared with applica-tion of nitrogen fertilizer It's favorable to obtain high fertilizer efficiency absorption and yield increase in protectedvegetableKey words:Capsicum annuum L;Soil temperature;Fertilization mode;Growth;Available nutrient全球CO2上升導致全球氣候變暖，預計20 世紀末，地球表面溫度將升高1 4 5 8 1。大氣變暖將會間接影響土壤養(yǎng)分循環(huán)。溫度是調(diào)節(jié)和控制許多生態(tài)學過程的關鍵因素。由于很多生物地球化學過程與氣候變化之間存在著反饋關系，它們對溫度變化響應的研究就顯得尤為重要2 3。在1975 年，侯光炯院士指出，可以將土溫的日變化幅度大小作為評價土壤肥力的數(shù)字化指標4。土壤微氣候環(huán)境(溫度和濕度)在調(diào)節(jié)土壤元素的礦化和有效性上起到重要作用5。因此，研究設施土壤環(huán)境因素與養(yǎng)分之間的關系，對應對全球氣候變化有著重要的作用。在冬春季設施蔬菜生產(chǎn)中，根區(qū)溫度對作物生長的影響比氣溫更大6。土壤溫度可直接影響植物的生長，也可通過對光合作用、水分代謝、礦質(zhì)營養(yǎng)和植物激素等的作用間接影響植物生長7。根區(qū)低溫環(huán)境下設施內(nèi)作物光合作用等生理活動受到抑制，導致生長延緩和產(chǎn)量降低。土壤溫度還可以直接影響土壤養(yǎng)分的有效性，如有機質(zhì)的分解、礦物質(zhì)的風化、養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化等都伴隨著熱量的吸收和釋放8。因此，肥料的施用量及利用率與土壤溫度有著密切的關系。在冬春季反季生產(chǎn)上，通過地膜覆蓋9、根區(qū)加溫系統(tǒng)10等已經(jīng)實現(xiàn)對土壤溫度的調(diào)控作用，這對抵抗冬春季低地溫有積極作用。辣椒( Capsicum annuum L)是我國種植面積較大、供應期較長的蔬菜之一。近年來，保護地栽培面積也不斷擴大，在我國已基本實現(xiàn)了周年供應11。然而，秋冬茬辣椒易受到低地溫的限制，對辣椒生產(chǎn)造成不同程度影響，導致辣椒減產(chǎn)。此外，溫室蔬菜生產(chǎn)中由于過多得施用肥料，造成溫室土壤養(yǎng)分積累以致次生鹽漬化等，使肥料利用率降低12。因此，研究土壤溫度與施肥耦合效應至關重要。目前，有關土壤溫度對設施蔬菜影響的研究主要側(cè)重于作物生理生化指標7，9，12，土壤溫度與肥料利用之間的關系研究尚缺。因此，本研究針對溫室冬季反季節(jié)栽培施肥及其利用率問題進行探討，以加溫和不加溫土壤為對比，研究不同土壤溫度下不同施肥方式對辣椒生長的影響，并對辣椒不同生長時期土壤理化性狀進行監(jiān)測，以期為冬季溫室反季節(jié)辣椒高效栽培提供參考。1 材料和方法11 供試大棚和土壤試驗在江蘇省蘇州市太倉陸渡鎮(zhèn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園大棚內(nèi)進行。大棚規(guī)格(8 連棟大棚，大棚長40 m、寬8 m、高5 m)。供試土壤為潮土，沙壤土，基本理化性狀為pH值831，EC 值467 33 S/cm，堿解氮595 mg/kg，速效磷 35 97 mg/kg，速效鉀 104 24mg/kg。種植年限約15 年，大棚常年以種植小白菜為主。試驗前，整地，30 cm 深度耕地。每單棟大棚分為4 畦，每半畦為一處理小區(qū)，小區(qū)面積 24 m2(長16 m ×寬15 m)。采用裂區(qū)區(qū)組設計，每小區(qū)為一個重復，共3 個重復。12 供試幼苗和培養(yǎng)以辣椒品種洛椒巨早306 為試驗材料。選取飽滿、整齊一致的辣椒種子，于2012 年9 月7 日播種到含有泥炭和蛭石( 2 1，V/V) 混合基質(zhì)的育苗盤中。2012 年10 月15 日，幼苗4 片真葉后，選取整齊一致的辣椒幼苗定植，采用5 點法定植(圖1)，每個小區(qū)定植約 90 株辣椒，定植株距 50 cm，行距30 cm。13 試驗設計試驗設置土壤溫度和肥料處理2 個因素。土壤溫度采用地熱線(寧波市鄞州東海畜牧器械廠生產(chǎn)，長120 m，功率為1 000 W)加熱的方式。地熱線鋪設方式如圖1 所示。利用定時器和溫控器調(diào)節(jié)溫度。試驗設對照不加溫和加溫20 共2 個溫度水平。大棚內(nèi)氣溫和濕度均在自然狀態(tài)下，其溫度變化規(guī)律如圖2 所示。辣椒苗定植7 d 后進行不同土壤溫度處理。每個溫度下均設3 個肥料水平，分別為:對照( CK)，不施氮肥;常規(guī)尿素施肥處理( N60)，氮肥用量按照辣椒全生育期需求量和文獻確定，施氮肥(尿素) N 900 kg/hm2，其中，40% 基施( N 360kg/hm2)，追肥3 次，每次追肥180 kg/hm2;常規(guī)尿素減氮施肥處理(N24):40%的尿素常規(guī)施肥，即施氮肥(尿素)N 360 kg/hm2，其中40%基施(N 144 kg/hm2)，2 期 閆秋艷等: 土壤溫度對不同施肥方式下辣椒生長及土壤理化性質(zhì)的影響 197圖1 土壤加熱方式示意Fig1 Flow chart of the heating method for soils圖2 冬季處理晝夜空氣和土壤溫度日變化規(guī)律Fig2 Day and night changes of air and soil temperature in winter treatment追肥3 次，每次追肥72 kg/hm2。N60 和N24 處理在開花期后結(jié)果期前各追肥1 次，其余2 次在結(jié)果期后追施。所有肥料處理的磷鉀肥用量都相同，磷肥為過磷酸鈣，用量為1 031 3 kg/hm2，鉀肥為硫酸鉀，用量為660 kg/hm2，全部基施。定植前15 d 施入肥料，精耕0 20 cm土壤，使肥料與土壤混勻。14 測量項目及方法141 辣椒干物質(zhì)量測定 分別在辣椒生長的苗期和開花期采取辣椒苗，每處理取3 株，取樣后用純凈水洗干凈，用紗布將植株擦干，將辣椒苗分為根系、莖、葉片4 個部分，105 烘箱殺青 30 min，于75 烘干24 h后，稱重。142 土壤基本理化性狀及酶活性 分別于辣椒生長的苗期、開花期和結(jié)果期采集土樣。按照“S”曲線采取0 20 cm的混合土樣。土壤自然風干，研磨過2 mm 篩備用。土壤基本理化性狀參照魯如坤13相關方法進行測定。土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定14。15 數(shù)據(jù)分析采用Excel 2003 作圖和SPSS 17 0 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。2 結(jié)果與分析21 土壤溫度對不同施肥方式下辣椒苗期不同組織生物量的影響從表1 可以看出，苗期不加溫土壤，除了 N60處理比對照根系鮮質(zhì)量略有降低外，大多施肥處理比對照辣椒根系、莖、葉片和總鮮質(zhì)量增加。與對照不施肥處理相比，施肥均使辣椒根系、莖、葉片和總干質(zhì)量增加。加溫20 土壤，施肥使根系、莖、葉片和總鮮質(zhì)量和干質(zhì)量增加。加溫比不加溫對根系干物質(zhì)量的增加作用顯著。各施肥處理下，加溫比不加溫處理均使辣椒苗總鮮質(zhì)量增加，CK、N60和N24 分別增加12 89%，26 52%和23 69%。相同施肥處理下，加溫比不加溫均使辣椒苗不同組織和總干質(zhì)量增加，其中，對根系的影響處理間差異較大，對莖的影響除加溫和不加溫的 CK 處理均最低外，其余處理間無顯著差異。對葉片干質(zhì)量的影響除不加溫土壤的CK處理最低外，其余處理間無顯著差異?？偢少|(zhì)量在相同施肥處理下，CK、N60 和N24198 華 北 農(nóng) 學 報 33 卷加溫比不加溫分別增加 12 79%，26 94% 和3222%。從表1 還可以看出，開花期2 種土壤溫度條件下，辣椒根系、莖、葉片和總干質(zhì)量的影響大都表現(xiàn)為N60 N24 CK。相同施肥處理下，加溫比不加溫使辣椒根系、莖、葉和總鮮質(zhì)量大部分增加。加溫比不加溫使相同施肥處理CK、N60 和N24 的辣椒苗總鮮質(zhì)量分別增加1012%，3794%和7631%，總干質(zhì)量分別增加230%，2005%和6590%。表1 土壤溫度對不同施肥方式下辣椒幼苗期(生長30 d后)和開花期(生長75 d后)不同組織生物量的影響Tab1 Effect of soil temperature on different organ biomass of pepper seedling (30-day-old) and flowering(75-day-old) growth periods in different fertilizer treatments g/株生長期Growthstage土壤溫度Soiltemperature施肥Fertilizer鮮質(zhì)量Fresh weight 干質(zhì)量Dry weight根系Roots莖Stalks葉片Leaves總鮮質(zhì)量Totalfresh weight根系Roots莖Stalks葉Leaves總干質(zhì)量Totaldry weight苗期 不加溫 CK 155b 278b 836b 1269 014d 031c 090b 1 36cSeedling stage N60 154b 342a 1109ab 1604 016bcd 042abc 118ab 176bN24 166ab 422a 935ab 1523 015cd 039abc 103ab 158b加溫20 CK 156b 300a 977ab 1433 015cd 034bc 104ab 153bN60 210a 422a 1398a 2030 023a 046ab 154a 224aN24 191ab 417a 1276ab 1883 021ab 050a 138ab 209a開花期 不加溫 CK 771c 1880c 4206de 6857 102bc 224c 437b 764dFlowering stage N60 837abc 2584abc 5188cde 8610 119abc 415a 571ab 1106bcN24 735c 2005bc 3802e 6542 107c 368bc 499b 764d加溫20 CK 794bc 2055bc 4701cde 7551 106bc 237c 439b 782dN60 1128ab 3444a 7305a 11877 165a 415a 747a 1328aN24 1164a 3436a 6935ab 11535 164a 417a 685a 1268b注:同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著( P 005)。表2 同。Note:Values followed by different letters within a column indicated significant differences at P 005 The same as Tab222 土壤溫度對不同施肥方式下辣椒株高、植株成活率和產(chǎn)量的影響從表2 可以看出，不加溫土壤，辣椒株高、植株成活率和產(chǎn)量在施肥( N60 和 N24) 處理中略高于CK，其中N60 處理的辣椒株高和公頃產(chǎn)量顯著高于N24 和CK。加溫土壤，施肥處理N60 和 N24 比CK各項指標均顯著增加，產(chǎn)量增加最明顯，且 N60 和N24處理間差異不顯著;相同施肥處理下，加溫比不加溫辣椒成活率增加，苗數(shù)增多，單株產(chǎn)量和公頃產(chǎn)量均增加。其中CK、N60 和N24 處理加溫比不加溫公頃產(chǎn)量分別增加211%，456%，696%。表2 土壤溫度對不同施肥方式下辣椒植株成活率、單株產(chǎn)量和公頃產(chǎn)量的影響Tab2 Effect of soil temperature on plant survival rate，yield per plant andyield per hectare of pepper in different fertilizer treatments土壤溫度Soil temperature施肥Fertilizer株高/cmPlant height植株成活率/%Survival rate單株產(chǎn)量/kgYield per plant公頃產(chǎn)量/( kg/hm2)Yield per hectare不加溫 CK 352c 7910c 0259c 11 6550cNo heating N60 363b 8046c 0309b 13 9230bN24 354c 8039c 0262c 11 8050c加溫20 CK 368b 8593b 0314b 14 1165bHeating at 20 N60 392a 8951a 0451a 20 2845aN24 384a 8938a 0445a 20 0250a23 土壤溫度對不同施肥方式下土壤理化性狀的影響從圖3 可以看出，2 種溫度條件下，施肥均使土壤pH值降低，N60 處理 pH 值降低程度較 N24 大。加溫使同施肥處理下土壤 pH 值降低更明顯;隨著辣椒苗生育期的延長，各處理土壤 pH 值多表現(xiàn)為下降的趨勢。從幼苗期到開花期，CK處理在2 種溫度下pH值變化不大，到結(jié)果期明顯降低; EC 值在CK處理下隨著生育期的延長均略有增加，在加溫條件下整體高于不加溫條件，施肥使土壤 EC 值明顯增加，氮肥施用量越大，EC 值增加越明顯。同施肥條件下，加溫比不加溫使苗期和結(jié)果期 EC 值增2 期 閆秋艷等: 土壤溫度對不同施肥方式下辣椒生長及土壤理化性質(zhì)的影響 199加;堿解氮含量在不加溫條件下表現(xiàn)為隨生育期的延長先略升高后降低的趨勢，在加溫條件下表現(xiàn)為從苗期到開花期N60 和CK略有降低，N24 升高，結(jié)果期均增加。生育中期，加溫條件下土壤堿解氮在各施肥處理下有個低谷期，低于不加溫土壤的同施肥處理;速效磷隨生育期延長，在各處理間的變化趨勢不一致。N60 和CK處理在2 種土壤溫度條件下基本呈升高趨勢，尤其在加溫條件下，升高較明顯。N24 處理的速效磷含量在2 種溫度條件下持續(xù)降低;2 種溫度條件下，與 CK 比，N60 和 N24 處理使辣椒幼苗期和開花期速效鉀含量增加，但結(jié)果期，CK處理的速效鉀含量高于施肥處理;不加溫條件下，從幼苗期到開花期，除 N60 處理脲酶活性升高外，N24 和CK處理降低，結(jié)果期脲酶活性在各處理下均增加。加溫條件下，脲酶活性在各施肥處理中隨生育期延長表現(xiàn)為持續(xù)上升的趨勢。開花期，脲酶活性在加溫條件下表現(xiàn)較高。圖3 土壤溫度對不同施肥方式下辣椒幼苗期、開花期和結(jié)果期土壤基本理化性狀的影響Fig3 Effect of soil temperature on soil physical and chemical properties of pepperseedling growth period in different fertilizer treatments3 討論與結(jié)論土壤低溫是我國冬季日光溫室栽培過程中出現(xiàn)的主要不利環(huán)境條件之一15。本研究對土壤溫度的觀測結(jié)果表明，冬季土壤溫度的回升較慢，幅度也較小，造成土壤溫度與氣溫相差較大。適宜提高地溫，可以保障設施蔬菜正常生長16。本研究表明，根區(qū)溫度的提高顯著增加了辣椒的株高、干物質(zhì)量和產(chǎn)量，減少了辣椒漚根及病株的數(shù)量、黃葉等現(xiàn)象的發(fā)生，顯著提高了植株存活率。加溫區(qū)辣椒苗達到“滿天星”時期早于不加溫區(qū)，縮短大田生育期，提早結(jié)果。適宜土壤溫度促進植物根的擴展，顯著增加單位根長養(yǎng)分的吸收作用17。另外，土壤溫度升高使植物根系的代謝活動隨著土壤溫200 華 北 農(nóng) 學 報 33 卷度的增加而加快，促進了細胞分裂和生長激素的分泌，從而促進根系體積和吸收面積的增加，有利于根系吸收更多的水分和養(yǎng)分，繼而促進植物地上部生長18。土壤加溫的作用首先表現(xiàn)在對根系生物量積累上增加，這為辣椒地上部生長提供了基礎。在辣椒幼苗期和開花期，施肥處理在不同土壤溫度下的表現(xiàn)不一致。不加溫土壤，N60 和 N24 處理沒有顯著達到對辣椒苗生長的促進作用。山西省農(nóng)業(yè)科學院小麥研究所設施栽培逆境生理課題組前期對黃瓜的研究表明，提高根區(qū)溫度比增加肥料濃度更能增強肥料利用效率并促進作物生長19。然而，在土壤加溫條件下，施肥量的高低決定了辣椒生長的優(yōu)劣，加溫土壤比不加溫土壤使施肥處理N60 和N24 辣椒單株產(chǎn)量和公頃產(chǎn)量均提高456%和696%，CK提高211%。本研究顯示，2 種土壤溫度條件下，對照 CK 處理的pH值從幼苗期到開花期幾乎不變，而施肥處理N60 和N24 使pH 值隨生育期延長持續(xù)降低，說明尿素追肥對pH 值影響較大。Silber 等20研究指出，施氮量比土壤溫度和水分對 pH 值降低影響更顯著，可能是因為 NO3增加，使酸中和容量減小，pH值降低。施肥在一定程度上對土壤 EC 值的貢獻較大。速效養(yǎng)分含量對土壤鹽分組成起著關鍵作用。從試驗結(jié)果可以看出，在生育中期，速效養(yǎng)分含量尤其是堿解氮和速效磷含量處于低峰狀態(tài)，這可能與生育中期辣椒對養(yǎng)分吸收需求量強有關21。但在結(jié)果期，不加溫土壤速效養(yǎng)分的增加潛力明顯低于加溫土壤，可能是由于適宜的土壤溫度條件促使養(yǎng)分的持續(xù)釋放，而在不加溫土壤中，養(yǎng)分處于一個鈍化的狀態(tài)22。結(jié)果期，速效磷和速效鉀在CK處理中較高，可能與 CK 處理不施氮肥，磷鉀肥釋放量加大有關。土壤增溫可能會在一定程度上促進土壤呼吸，釋放更多的CO2，主要來源于微生物作用下有機物質(zhì)的分解和化學氧化釋放，土壤肥力高，作物生長旺盛，且CO2含量與同時期辣椒產(chǎn)量有一定的正相關關系23。脲酶活性與土壤氮素轉(zhuǎn)化存在密切的關系，土壤加溫使脲酶活性增加，使更多的有機氮轉(zhuǎn)化為有效氮24。本研究結(jié)果顯示，加溫比不加溫土壤使辣椒不同生長時期土壤脲酶活性大多增加。土壤溫度升高易于增加土壤酶活性(除過氧化氫酶)，可能是由于土壤酶作為一種活性蛋白，在一定溫度范圍內(nèi)，其催化活性往往隨溫度的增加而增加，土壤溫度升高通過影響酶動力學直接影響土壤酶活性25。其次，溫度升高可能通過影響土壤微生物和土壤動物群落組成結(jié)構(gòu)、微生物生物量和呼吸作用間接影響土壤酶活性26。因此，提高土壤溫度比增施氮肥更能提高辣椒植株產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收，使肥料得到有效發(fā)揮，一方面是適宜溫度下根系量的增加;另一方面是肥料有效性增加，速效養(yǎng)分含量提高。這種互助關系使得適宜溫度條件下植株生長迅速，性狀較優(yōu)。適宜提高冬春季設施土壤溫度，有助于設施蔬菜增產(chǎn)增效。參考文獻:1 Allen R J，Sherwood S C The impact of natural versusanthropogenic aerosols on atmospheric circulation in thecommunity atmosphere modelJ Climate Dynamics，2011，36(9/10):1959 19782 傅國海，楊其長，劉文科，等 根區(qū)溫度對設施作物生理生態(tài)影響的研究進展J 中國蔬菜，2016，1( 10):20 273 易建華，賈志紅，孫在軍 不同根系土壤溫度對烤煙生理生態(tài)的影響J 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2008，16( 1):62 664 曾希柏 土壤肥力生物熱力學及其理論進展J 土壤通報，1996(6):273 2765 尹 翠，孫利鑫，董 艷，等 根區(qū)土壤加溫對塑料大棚內(nèi)紅地球葡萄生長發(fā)育和品質(zhì)的影響J 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