董思瓊，田軍倉，2，3*，沈 暉，2，3，閆新房，2，3，朱永福

（1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，寧夏銀川 750021；2.寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心，寧夏銀川 750021；3.旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用教育部工程研究中心，寧夏 銀川 750021）

辣椒是寧夏地區(qū)栽培的主要蔬菜之一，水資源短缺與水肥利用效率低是限制辣椒產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素[1]。不合理的灌水施肥不僅造成水資源和肥料的浪費(fèi)，還導(dǎo)致辣椒發(fā)病率高、產(chǎn)量和品質(zhì)下降[2]。水肥的耦合效應(yīng)對植物可產(chǎn)生協(xié)同、疊加和拮抗三種結(jié)果或現(xiàn)象[3]。因地制宜協(xié)調(diào)水肥，使其產(chǎn)生協(xié)同作用，以達(dá)到“以水促肥”和“以肥促水”的目的，對節(jié)約水肥資源、增加產(chǎn)量、改善品質(zhì)和保護(hù)環(huán)境具有重要的意義[4]。再生水作為一種合理且可持續(xù)性替代水源，富含N，P，K 等營養(yǎng)元素且水源穩(wěn)定，將其用于農(nóng)田灌溉，對緩解水資源短缺、節(jié)肥具有重要的意義[5]。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對再生水灌溉條件下作物產(chǎn)量和品質(zhì)等方面進(jìn)行了較多研究[6—9]，得出短期再生水灌溉，對作物生長、增產(chǎn)具有一定促進(jìn)作用并且無不利影響；學(xué)者們開展了灌溉水量和肥料施用量對辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究，證實了水肥耦合對節(jié)約水肥資源與提高辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)的作用效果[10—14]。但在滴灌再生水條件下水肥耦合對辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)影響及確定水肥最優(yōu)組合的研究鮮見報道。因此，本試驗在不同再生水灌溉水質(zhì)條件下，探索辣椒產(chǎn)量、品質(zhì)和果實重金屬含量對水肥耦合的響應(yīng)規(guī)律，旨在獲取再生水膜下滴灌辣椒最適宜水肥耦合組合，為寧夏中衛(wèi)地區(qū)再生水滴灌辣椒水肥管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗在寧夏水投中衛(wèi)水務(wù)有限公司再生水灌溉示范基地（北緯37°30′31.22″，東經(jīng)105°13′7.6″）進(jìn)行。試驗田土壤干容重為1.46 g/cm3，田間持水率為23.51%，辣椒全生育期降雨量為174.30 mm。再生水為中衛(wèi)市第一污水處理廠生活污水二級處理水，自來水為中衛(wèi)市生活用自來水。再生水水質(zhì)符合《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084—2005），水質(zhì)指標(biāo)見表1，土壤理化性質(zhì)見表2。

表1 灌溉水質(zhì)指標(biāo)

表2 土壤理化性質(zhì)

1.2 試驗設(shè)計

采用正交試驗方法，設(shè)置灌溉水質(zhì)S、灌溉定額W、追肥量F 三個因素，每個因素設(shè)3 個水平，共計9 個處理，每個處理重復(fù)3 次，共設(shè)27 個小區(qū)，選擇L9（34）正交表。正交試驗方案如表3 所示。

表3 正交試驗方案

1.3 試驗實施方案

供試?yán)苯菲贩N為綠龍十號，于2020 年5 月26日種植，9 月30 日拉秧。各處理面積為11 m2，其中壟面寬70 cm，壟溝寬50 cm，每壟種植2 行，每穴2株，株距35 cm，行距40 cm，小區(qū)間用塑料膜防滲。灌溉方式為膜下滴灌，每行辣椒內(nèi)側(cè)布置一條滴灌帶，滴頭間距30 cm，滴頭流量為3 L/h。

氮磷鉀施肥量依據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量法和調(diào)查研究確定。辣椒種植前施基肥：復(fù)合肥料（N∶P2O5∶K2O=25∶6∶9）600 kg/hm2（總養(yǎng)分大于40%），有機(jī)肥1 215 kg/hm2（N+P2O5+K2O≥5%，有機(jī)質(zhì)≥45%）。5 月25日和5月26 日，即辣椒定植前和定植期各灌水1 次，灌水定額為240 m3/hm2；生育期共灌水13 次，追肥10次，其中苗期-開花期灌水2 次，1 次隨水追肥；結(jié)果初期灌水3 次，其中2 次隨水追肥；結(jié)果中期灌水6次，每次均隨水追肥；結(jié)果后期灌水2 次，其中1 次灌水追肥。追肥肥料選用以色列海法牌全水溶肥料（N∶P2O5∶K2O∶Ca=15∶5∶35∶25），灌水和施肥時期依據(jù)辣椒生育期需水和需肥規(guī)律確定。采用文丘里施肥器隨水追肥，灌溉量由水表控制。

1.4 觀測項目及方法

（1）產(chǎn)量的測定：收獲期每隔12 d 左右采摘一次，按處理號分別統(tǒng)計匯總。

（2）品質(zhì)及重金屬測定：2020 年8 月25 日于每小區(qū)采摘辣椒果實制作混合樣，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測定不同處理樣品的維生素C、可溶性蛋白、辣椒素、辣椒素類物質(zhì)總量、硝酸鹽與重金屬鉻、鉛、砷含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計方法

采用Excel 和SPSS 26 版本軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計算和統(tǒng)計性分析，采用Origin 2018 版本軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對產(chǎn)量的影響

由極差分析（表4）可知，三因素對辣椒產(chǎn)量影響的主次順序為灌溉定額W＞追肥量F＞灌溉水質(zhì)S。由方差分析可知，灌溉水質(zhì)、灌溉定額和追肥量對辣椒產(chǎn)量影響分別為不顯著（P＞0.05）、極顯著（P＜0.01）和顯著（P＜0.05）。由圖1 可知，S1辣椒產(chǎn)量分別比S2和S3高3.18%和12.67%，產(chǎn)量隨著灌溉定額的增加而增加，隨著追肥量的增加先增加后減少。再生水中含有大量的氮、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)，再生水灌溉與適量追肥能較好地提高辣椒產(chǎn)量，追肥過多或過低均不利于辣椒增產(chǎn)。加大灌溉量能使作物從土壤中吸收更多的養(yǎng)分，促進(jìn)作物生長，進(jìn)而提高產(chǎn)量。

圖1 各因素水平辣椒產(chǎn)量趨勢圖

各因素初始最優(yōu)組合為S1W3F2，參考組合為S1W2F2，參考組合與最優(yōu)組合不一致。其中S 和F 因素一致，僅W 因素不一致，從W 水平辣椒產(chǎn)量趨勢圖（圖1）來看，W2和W3水平辣椒產(chǎn)量差異不明顯且考慮經(jīng)濟(jì)、成本因素，取W 的最優(yōu)水平為W2，故確定最優(yōu)組合為S1W2F2，即灌溉水質(zhì)為再生水、灌溉定額為2 820 m3/hm2、追肥量為900 kg/hm2時辣椒植株產(chǎn)量最高，為85.47 t/hm2。

2.2 不同處理對辣椒品質(zhì)的影響

2.2.1 維生素C 各處理品質(zhì)和極差結(jié)果見表4。由極差分析（表4）可知，三因素對辣椒維生素C 影響的主次順序為追肥量F＞灌溉水質(zhì)S＞灌溉定額W。由方差分析可知，灌溉水質(zhì)、追肥量和灌溉定額對辣椒維生素C 含量影響均極顯著（P＜0.01）。S1維生素C 含量分別比S2和S3低5.80%和21.69%，辣椒維生素C 含量隨著灌溉定額的增加先增加后減少，隨著追肥量的增加先增加后減少。

各因素初始最優(yōu)組合為S1W2F2，參考組合為S1W2F2，參考組合與最優(yōu)組合一致，確定最優(yōu)組合為S1W2F2，該組合辣椒維生素C 含量最高，為117.00 mg/100 g。

2.2.2 可溶性蛋白 由極差分析（表4）可知，三因素對辣椒可溶性蛋白影響的主次順序為追肥量F＞灌溉水質(zhì)S＞灌溉定額W。由方差分析可知，灌溉水質(zhì)、灌溉定額和追肥量對辣椒可溶性蛋白含量影響均顯著。S1可溶性蛋白含量分別比S2和S3高23.34%和7.73%，可溶性蛋白含量隨著灌溉定額的增加先增加后減少，隨著追肥量的增加先增加后減少。

各因素初始最優(yōu)組合為S1W2F2，參考組合為S1W2F2，參考組合與最優(yōu)組合一致，確定最優(yōu)組合為S1W2F2，該組合辣椒可溶性蛋白含量最高，為1.3%。

2.2.3 辣椒素 由極差分析（表4）可知，三因素對辣椒素影響的主次順序為追肥量F＞灌溉定額W＞灌溉水質(zhì)S。由方差分析可知，灌溉水質(zhì)、灌溉定額和追肥量對辣椒中辣椒素含量的影響分別為不顯著、顯著和極顯著。S1辣椒素含量分別比S2和S3高6.39%和10.94%，辣椒中辣椒素含量隨著灌溉定額的增加先增加后減少，隨著追肥量的增加先增加后減少。

各因素初始最優(yōu)組合為S1W2F2，參考組合為S1W2F2，參考組合與最優(yōu)組合一致，確定最優(yōu)組合為S1W2F2，該組合辣椒中辣椒素含量最高，為0.060 g/kg。

2.2.4 辣椒素類物質(zhì)總量 由極差分析（表4）可知，三因素對辣椒素類物質(zhì)總量影響的主次順序為追肥量F＞灌溉水質(zhì)S＞灌溉定額W。由方差分析可知，灌溉水質(zhì)、灌溉定額和追肥量對辣椒中辣椒素類物質(zhì)總量影響分別為不顯著、不顯著和極顯著。S1辣椒類物質(zhì)總量分別比S2和S3高4.57%和10.98%，辣椒中辣椒素類物質(zhì)總量隨著灌溉定額的增加先增加后減少，隨著追肥量的增加先增加后減少。

表4 不同處理辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)及極差和方差分析結(jié)果

各因素初始最優(yōu)組合為S1W2F2，參考組合為S1W2F2，參考組合與最優(yōu)組合一致，確定最優(yōu)組合為S1W2F2，該組合辣椒中辣椒素類物質(zhì)總量最高，為0.088 g/kg。

2.3 不同處理對辣椒食用安全性的影響

2.3.1 硝酸鹽 由極差分析（表5）可知，三因素對辣椒中硝酸鹽影響的主次順序為灌溉定額W＞追肥量F＞灌溉水質(zhì)S。由方差分析可知，灌溉水質(zhì)、灌溉定額和追肥量對辣椒中硝酸鹽含量影響分別為不顯著、顯著和不顯著。S1辣椒中硝酸鹽含量分別比S2和S3高12.94%和26.86%，辣椒中硝酸鹽含量隨著追肥量的增加而增加，隨著灌溉定額的增加而減少。

各因素初始最優(yōu)組合為S3W3F1，參考組合為S2W3F1，參考組合與最優(yōu)組合不一致。從主次順序看，W為首要因素，取W 的最優(yōu)水平為W3；類似的取F的最優(yōu)水平為F1；因S 為最次因素，考慮S2和S3水平硝酸鹽含量相近且遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值，取S 的最優(yōu)水平為S2。故確定最優(yōu)組合為S2W3F1，即灌溉水質(zhì)為混合水（1∶1）、灌溉定額為3 600 m3/hm2、追肥量為600 kg/hm2時辣椒中硝酸鹽含量最低，為183.60 g/kg。

2.3.2 重金屬 各處理中均未檢出重金屬鉛和鉻。由表5 可知，重金屬砷檢出值為0.010 0～0.027 7 mg/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無公害蔬菜安全要求》（GB 18406.1—2001）規(guī)定限值。由極差分析可知，三因素對辣椒中重金屬影響的主次順序為灌溉定額W＞灌溉水質(zhì)S≈追肥量F。由方差分析可知，灌溉水質(zhì)、灌溉定額和追肥量對辣椒中的重金屬砷含量影響分別為不顯著、顯著和不顯著。辣椒中重金屬砷含量隨著灌溉定額、追肥量及灌溉水中再生水比例的增加而增加。

表5 不同處理辣椒硝酸鹽和重金屬砷含量及極差和方差分析結(jié)果

各因素初始最優(yōu)組合為S3W1F1，參考組合為S1W1F1，參考組合與最優(yōu)組合不一致。從主次順序看W 為首要因素，取W 的最優(yōu)水平為W1；類似的取F的最優(yōu)水平為F1；因S 為最次因素，考慮S1水平重金屬砷含量遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值，取S 的最優(yōu)水平為S1。故確定最優(yōu)組合為S1W1F1，即灌溉水質(zhì)為再生水、灌溉定額為2 040 m3/hm2、追肥量為600 kg/hm2時辣椒中重金屬砷含量最低，為0.010 mg/kg。且S1W1F1組合辣椒硝酸鹽和重金屬含量遠(yuǎn)小于《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無公害蔬菜安全要求》（GB 18406.1—2001）規(guī)定限值，符合安全要求。

3 結(jié)論

（1）三因素影響辣椒產(chǎn)量的順序依次為灌溉定額＞追肥量＞灌溉水質(zhì)；產(chǎn)量隨著灌溉定額和灌溉水中再生水比例的增加而增加，隨著追肥量的增加先增加后減少；確定最優(yōu)組合為S1W2F2時辣椒產(chǎn)量最高，為85.47 t/hm2。

（2）三因素影響辣椒維生素C、可溶性蛋白和辣椒素類物質(zhì)總量的順序依次為追肥量＞灌溉水質(zhì)＞灌溉定額。各因素最優(yōu)組合為S1W2F2時辣椒維生素C、可溶性蛋白、辣椒素和辣椒素類物質(zhì)最高，辣椒品質(zhì)較好。

（3）各處理辣椒果實中均未檢出重金屬鉛和鉻，各處理中的硝酸鹽和重金屬砷含量均遠(yuǎn)小于《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量 無公害蔬菜安全要求》標(biāo)準(zhǔn)要求。灌溉定額對辣椒果實中的硝酸鹽和重金屬砷含量影響顯著，灌溉水質(zhì)和追肥量影響不顯著。

（4）綜上所述，在降雨量為174.30 mm、基肥為復(fù)合肥料900 kg/hm2、有機(jī)肥1 215 kg/hm2條件下，灌溉定額為2 820 m3/hm2，追肥量為900 kg/hm2，灌水定額為180 m3/hm2，灌水次數(shù)為15 次，追肥次數(shù)為10 次，此組合辣椒產(chǎn)量高、品質(zhì)好且硝酸鹽低于標(biāo)準(zhǔn)限值，重金屬砷（鉛、鉻未檢出）含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值。