閆秋艷，董 飛，段增強，李 汛，王嬡華，湯 英

(1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 小麥研究所，山西 臨汾 041000；2.中國科學(xué)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)

全球CO2上升導(dǎo)致全球氣候變暖，預(yù)計20世紀(jì)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(xué)過程的關(guān)鍵因素。由于很多生物地球化學(xué)過程與氣候變化之間存在著反饋關(guān)系，它們對溫度變化響應(yīng)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(biāo)[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(shè)施土壤環(huán)境因素與養(yǎng)分之間的關(guān)系，對應(yīng)對全球氣候變化有著重要的作用。

在冬春季設(shè)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(shè)施內(nèi)作物光合作用等生理活動受到抑制，導(dǎo)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(fēng)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(guān)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(CapsicumannuumL.)是我國種植面積較大、供應(yīng)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(yīng)[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(dǎo)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(yīng)至關(guān)重要。

目前，有關(guān)土壤溫度對設(shè)施蔬菜影響的研究主要側(cè)重于作物生理生化指標(biāo)[7，9，12]，土壤溫度與肥料利用之間的關(guān)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

1.1 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8.31，EC值467.33 μS/cm，堿解氮59.5 mg/kg，速效磷35.97 mg/kg，速效鉀104.24 mg/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1.5 m)。采用裂區(qū)區(qū)組設(shè)計，每小區(qū)為一個重復(fù)，共3個重復(fù)。

1.2 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。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置土壤溫度和肥料處理2個因素。土壤溫度采用地?zé)峋€(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?zé)峋€鋪設(shè)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(shè)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(shè)3個肥料水平，分別為：①對照(CK)，不施氮肥；②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 360 kg/hm2)，追肥3次，每次追肥180 kg/hm2；③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)，

圖1 土壤加熱方式示意Fig.1 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Fig.2 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。

1.4 測量項目及方法

1.4.1 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。

1.4.2 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(fēng)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(guān)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]。

1.5 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

2.1 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。總干質(zhì)量在相同施肥處理下，CK、N60和N24加溫比不加溫分別增加12.79%，26.94%和32.22%。

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10.12%，37.94%和76.31%，總干質(zhì)量分別增加2.30%，20.05%和65.90%。

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Tab.1 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

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。表2同。

Note：Values followed by different letters within a column indicated significant differences atP< 0.05. The same as Tab.2.

2.2 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(biāo)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21.1%，45.6%，69.6%。

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Tab.2 Effect of soil temperature on plant survival rate，yield per plant and yield per hectare of pepper in different fertilizer treatments

2.3 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Fig.3 Effect of soil temperature on soil physical and chemical properties of pepper seedling growth period in different fertilizer treatments

3 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(shè)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(dá)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度的增加而加快，促進了細(xì)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(chǔ)。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(dá)到對辣椒苗生長的促進作用。山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所設(shè)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45.6%和69.6%，CK提高21.1%。

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(guān)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(guān)[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(guān)。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(xué)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(guān)關(guān)系[23]。

脲酶活性與土壤氮素轉(zhuǎn)化存在密切的關(guān)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(xué)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(guān)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(shè)施土壤溫度，有助于設(shè)施蔬菜增產(chǎn)增效。

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