吳鳳芝，方振興，田罡銘，董吉德，高麗紅

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，哈爾濱 150030；2.甘肅永昌縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅 永昌 737200；3.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，北京 100193）

辣椒（Capsicum anmumL.）為茄科辣椒屬，是一種全球性蔬菜[1]。然而，受制于有限耕地、外部氣候條件及高產(chǎn)需求，辣椒長(zhǎng)期連作，土地過度利用現(xiàn)象普遍，加之化肥過量施用、工業(yè)污染等問題，土壤鹽漬化程度加劇，辣椒連作障礙屢見不鮮，導(dǎo)致辣椒幼苗易發(fā)生枯萎、爛根、生長(zhǎng)緩慢及新生枝發(fā)育不正常等現(xiàn)象，辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)下降，不利于辣椒產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展[2]。因此，如何采用綠色生態(tài)措施減輕連作障礙，是目前迫切需解決的問題。填閑栽培是指蔬菜等主栽作物收獲后，在休閑期種植具有特殊性狀填閑植物，作為輪作倒茬、綠肥等，是一種有效輪作模式[3]。不同種類作物及作物組合具有不同農(nóng)業(yè)生態(tài)收益，如減少土壤侵蝕，提高土壤質(zhì)量，增加土壤肥力，減少養(yǎng)分損失，控制雜草、病蟲害等[4]。填閑是減輕連作障礙的有效措施之一，但辣椒采用何種作物填閑及填閑后效果持續(xù)性尚不清楚，因此研究不同作物填閑后土壤是否具有促進(jìn)辣椒幼苗生長(zhǎng)作用十分重要。

以填閑、輪作為代表的農(nóng)業(yè)防治，可保留原有種植體系，改善栽培環(huán)境，減輕連作障礙[5]。彭亞靜等研究表明，將莧菜、茼蒿、甜玉米作為設(shè)施夏季休閑期的填閑作物，可促進(jìn)下茬主栽作物生長(zhǎng)，有效改善連作土壤微生物環(huán)境，對(duì)土壤修復(fù)具有特殊作用[6]。王哲昕等發(fā)現(xiàn)，填閑小麥顯著促進(jìn)黃瓜生長(zhǎng)[7]。陳子薇等研究發(fā)現(xiàn)，在連作西瓜土壤中施入一定量小麥殘茬，不僅促進(jìn)西瓜蔓長(zhǎng)伸長(zhǎng)，并在生長(zhǎng)后期顯著促進(jìn)西瓜生長(zhǎng)[8]。高晶霞等研究發(fā)現(xiàn)，玉米、萬(wàn)壽菊及芹菜秸稈腐解還田顯著促進(jìn)辣椒根系長(zhǎng)度、根表面積及根體積[9]。根系是植物重要的代謝和吸收器官，在植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用。植物根系形態(tài)特征（如根表面積、根體積、根長(zhǎng)、根系幾何構(gòu)型、根毛數(shù)量、根系分布水平和垂直深度等）和結(jié)構(gòu)特征均對(duì)養(yǎng)分吸收利用有直接影響。填閑增加土壤養(yǎng)分貯存和循環(huán)能力，可通過根系生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)一步促進(jìn)作物生長(zhǎng)。

在填閑栽培體系中，種植填閑作物可獲得對(duì)應(yīng)科屬的混合收益。Wan 等發(fā)現(xiàn)，在田間耕作間歇期混合填閑十字花科與豆科作物，既發(fā)揮十字花科作物減少硝酸鹽淋洗的作用，又增加豆科作物綠肥收益[10]。此外，混合種植具有種間促進(jìn)作用的填閑作物，提高填閑作用效率及收益。Blan?co-Canqui 等研究發(fā)現(xiàn)，禾本科作物黑麥草、甘蔗，十字花科作物蘿卜和豆科作物紅三葉草在休耕期混合填閑，與對(duì)照相比顯著促進(jìn)下茬作物生長(zhǎng)[11]。Blesh 等研究發(fā)現(xiàn)，休耕期開展混合作物填閑相較于單一作物填閑可提高下茬作物干物質(zhì)量[12]。禾本科作物高粱與水稻混合填閑后將秸稈粉碎入土也促進(jìn)甘蔗生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量[13]。而禾本科作物小麥作為世界第一大糧食作物，具有較強(qiáng)吸氮能力[14]，秸稈分解釋放入土后，調(diào)節(jié)氮肥釋放。

綜上，根據(jù)前人研究結(jié)果，選擇禾本科作物小麥、豆科作物蠶豆及十字花科作物大葉臭菜3種作物為試驗(yàn)材料。設(shè)置3種作物單獨(dú)填閑、兩種作物及3種作物混合填閑，研究填閑后土壤對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)的影響及其持續(xù)作用，以期為減輕辣椒連作障礙提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試?yán)苯罚–apsicum annuumL.）品種：“華煜”牛角椒。

供試填閑作物：小麥（Triticum aestivumL.）為“東農(nóng)125”；蠶豆（Vicia fabaL.）為“青14”；大葉臭菜（Diplotaxis tenuifoliaL.DC.）為“美味大葉臭菜”。

供試土壤：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施工程中心連作辣椒土壤，土壤基本化學(xué)性狀測(cè)定采用鮑士旦方法[15]：EC 值0.45 mS·cm-1（1∶5，W/V），pH 6.82（1∶5，W/V），速效磷105.9 mg·kg-1，NH4+-N 16.72 mg·kg-1，NO3--N 130.88 mg·kg-1，速效鉀222.2 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)56.48 g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 不同填閑作物對(duì)大棚連作辣椒產(chǎn)量的影響

本試驗(yàn)于2019 年3 月至2020 年12 月在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施工程中心大棚和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

試驗(yàn)共設(shè)8個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)（3個(gè)小區(qū)），隨機(jī)排列，每個(gè)重復(fù)面積為4.5 m2（5 m×0.9 m）。不同處理采用塑料膜隔離，防止各處理間相互影響（見表1）。

①填閑作物播種：在預(yù)試驗(yàn)基礎(chǔ)上，小麥填閑處理每小區(qū)播種量為34 g，蠶豆處理每小區(qū)播種量為420 g，大葉臭菜處理每小區(qū)播種量為3.96 g。兩種作物和3種作物混合處理播種量分別為相應(yīng)作物單作區(qū)的1/2和1/3，以滿足替代效應(yīng)。填閑作物播種方式均為條播，行距18 cm，其中填閑兩種作物以上處理采用條狀混播，混播時(shí)先將一種作物種子條播后再條播其他作物種子，其中對(duì)照處理空閑，填閑作物生長(zhǎng)期間無水肥管理。各填閑處理及時(shí)間安排見表1。

表1 田間、盆栽試驗(yàn)處理及代碼Table 1 Field and pot experiment treatment and code

②填閑作物收割及處理：根據(jù)前期小麥填閑試驗(yàn)結(jié)果，收割時(shí)期以小麥為標(biāo)準(zhǔn)，待小麥植株高達(dá)40 cm 時(shí)，按照五點(diǎn)取樣法在不同處理各小區(qū)測(cè)量填閑作物生物量（見表2），將填閑作物刈割置于地表，剪成10 cm段翻入土壤中，30 d后定植辣椒。

表2 填閑作物生物量（鮮重）Table 2 Biomass of cover crops(Fresh weight)

③辣椒定植與測(cè)產(chǎn)：辣椒常規(guī)育苗，待長(zhǎng)至六葉一心后定植上述表1處理中，每小區(qū)2行，每行14株，行距40 cm，株距35 cm，常規(guī)管理和測(cè)產(chǎn)。

1.2.2 不同作物填閑土壤對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)的影響

分別在2019 年與2020 年選取表1 田間試驗(yàn)中種植辣椒后土壤作盆栽試驗(yàn)。辣椒常規(guī)育苗，四葉一心定植到10 cm×10 cm營(yíng)養(yǎng)缽中，每個(gè)營(yíng)養(yǎng)缽裝入上述不同田間試驗(yàn)土壤400 g，每處理設(shè)3 次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)15 缽，隨機(jī)排列。分別在定植后10、20、30 d時(shí)，每個(gè)處理每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選取3 株辣椒幼苗測(cè)量株高和全株干鮮重，并在30 d 時(shí)測(cè)量辣椒幼苗根系形態(tài)指標(biāo)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

大棚辣椒產(chǎn)量測(cè)定：每重復(fù)全區(qū)測(cè)產(chǎn)，最后換算成每m2產(chǎn)量。

株高測(cè)定：米尺量取莖基部到植株生長(zhǎng)點(diǎn)長(zhǎng)度。

全株干鮮重測(cè)定：隨機(jī)取樣，每個(gè)重復(fù)選取3株長(zhǎng)勢(shì)一致辣椒幼苗，清洗后擦拭干凈，電子天平稱量鮮重，放入80 ℃烘箱烘干至恒重，稱重。

根系形態(tài)測(cè)定：使用根系分析儀（LA-S2400）掃描每個(gè)植株根長(zhǎng)、根尖數(shù)、根體積和根表面積。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)中原始數(shù)據(jù)均采用Microsoft OfficeExcel（2019）軟件整理，數(shù)據(jù)處理采用SAS 8.1 軟件中Tukey's honestly significant difference（HSD）test 作方差分析，采用GraphPad Prism 8軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同作物填閑對(duì)連作辣椒產(chǎn)量的影響

由圖1 可知，2019 年，小麥+蠶豆混合、小麥+大葉臭菜混合及小麥+蠶豆+大葉臭菜3 種混合填閑處理的辣椒產(chǎn)量顯著高于對(duì)照（P＜0.05）。2020年，除大葉臭菜及蠶豆+大葉臭菜混合填閑兩個(gè)處理外，其他填閑處理辣椒產(chǎn)量均顯著高于對(duì)照（P＜0.05）。

圖1 大棚不同作物填閑對(duì)辣椒產(chǎn)量的影響Fig.1 Effects of different cover crops on pepper yield in greenhouse

2.2 不同作物填閑土壤對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2.1 不同作物填閑對(duì)辣椒幼苗株高的影響

由圖2 可知，2019 年及2020 年辣椒定植10 d時(shí)，小麥+蠶豆混合、小麥+大葉臭菜混合及小麥+蠶豆+大葉臭菜混合填閑處理的辣椒植株株高顯著高于對(duì)照（P＜0.05）。2019 年辣椒定植20 d 時(shí)，除大葉臭菜及蠶豆+大葉臭菜混合填閑處理外，其余處理辣椒植株株高均顯著高于對(duì)照（P＜0.05）。2020年辣椒定植20 d、2019與2020 年辣椒定植30 d時(shí)，所有處理辣椒植株株高均顯著高于對(duì)照（P＜0.05）。

圖2 不同填閑土壤對(duì)辣椒幼苗株高的影響Fig.2 Effect of soil taken from pepper field covered by cover crops on plant height of pepper seedling

2.2.2 不同作物填閑對(duì)辣椒幼苗全株干鮮重的影響

在2019年辣椒定植10 d時(shí)，除蠶豆+大葉臭菜混合填閑處理外，其他處理辣椒幼苗全株鮮重均顯著高于對(duì)照（P＜0.05），除大葉臭菜及蠶豆+大葉臭菜混合填閑處理外，其他處理辣椒全株干重均顯著高于對(duì)照（P＜0.05）；20 d時(shí)，除大葉臭菜及蠶豆+大葉臭菜混合填閑處理外，其他處理辣椒全株鮮重均顯著高于對(duì)照（P＜0.05），除蠶豆+大葉臭菜混合填閑處理外，其他處理辣椒全株干重均顯著高于對(duì)照（P＜0.05）；30 d 時(shí)，除蠶豆、大葉臭菜、蠶豆+大葉臭菜混合填閑處理外，其他處理辣椒全株鮮重均顯著高于對(duì)照（P＜0.05）（見圖3A），除蠶豆+大葉臭菜混合填閑處理外，其他處理辣椒全株干重均顯著高于對(duì)照（P＜0.05）（見圖3C）。

2020年辣椒定植10 d時(shí)，除大葉臭菜、蠶豆+大葉臭菜混合填閑處理外，其他處理辣椒全株鮮重均顯著高于對(duì)照（P＜0.05，見圖3B），除大葉臭菜及小麥+蠶豆混合填閑處理外，其他處理辣椒全株干重均顯著高于對(duì)照（P＜0.05）；20及30 d時(shí)，除大葉臭菜、蠶豆+大葉臭菜混合填閑處理外，其他處理辣椒全株鮮重均顯著高于對(duì)照（P＜0.05），所有處理辣椒全株干重均顯著高于對(duì)照（P＜0.05，見圖3D）。

圖3 不同填閑土壤對(duì)辣椒幼苗全株干鮮重的影響Fig.3 Effects of different cover crops soils on dry and fresh weight of pepper seedlings

2.2.3 不同作物填閑土壤對(duì)辣椒幼苗根系生長(zhǎng)影響

2019 年和2020 年，除蠶豆+大葉臭菜混合填閑處理外，其他處理辣椒根長(zhǎng)均顯著高于對(duì)照（P＜0.05）（見圖4 A）；2019年，蠶豆、大葉臭菜、小麥+蠶豆及小麥+大葉臭菜混合填閑處理的辣椒根尖數(shù)均顯著高于對(duì)照（P＜0.05）。2020年，所有處理辣椒根尖數(shù)均顯著高于對(duì)照（P＜0.05，見圖4 B）。2019年和2020 年，除蠶豆+大葉臭菜混合填閑處理外，其他處理辣椒根體積均顯著高于對(duì)照（P＜0.05，見圖4C）；2019年和2020年，除蠶豆+大葉臭菜混合填閑處理外，其他處理辣椒根表面積均顯著高于對(duì)照（P＜0.05，見圖4D）。

圖4 不同填閑土壤對(duì)辣椒根長(zhǎng)、根表面積、根體積及根尖數(shù)的影響Fig.4 Effects of different cover cropssoils on root length,root surface area,root volume and root tip number of pepper seedling

2019年和2020年，除蠶豆+大葉臭菜混合填閑處理外，其他處理辣椒在0≤L＜0.5 mm、0.5≤L＜2 mm 內(nèi)根長(zhǎng)均顯著高于對(duì)照（P＜0.05，見表3）。2019年，除蠶豆+大葉臭菜混合填閑處理外，其他處理辣椒在2.0≤L＜3 mm 內(nèi)根長(zhǎng)均顯著高于對(duì)照（P＜0.05）。2020年，除大葉臭菜、蠶豆+大葉臭菜混合填閑處理外，其他處理辣椒在2.0≤L＜3 mm 內(nèi)根長(zhǎng)均顯著高于對(duì)照（P＜0.05）。

表3 不同填閑土壤對(duì)辣椒各級(jí)根長(zhǎng)的影響Table 3 Effects of different cover crops soils on the root number of pepper seedling

3 討論

3.1 不同作物填閑對(duì)土壤連作辣椒產(chǎn)量的影響

作物物種多樣性增加可提高其生物量和產(chǎn)量[16]。禾本科作物玉米、小麥和大豆輪作相較于大豆連作顯著提高大豆產(chǎn)量、結(jié)莢數(shù)、單株粒數(shù)[17]。利用小麥和大豆輪作及分蘗洋蔥套作栽培模式極顯著提高黃瓜產(chǎn)量[18]，此外，利用小麥、毛苕子與黃瓜輪作試驗(yàn)也極顯著提高黃瓜產(chǎn)量[19]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，利用不同作物填閑栽培辣椒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，小麥與蠶豆混合、填閑小麥與大葉臭菜混合及填閑小麥、蠶豆與大葉臭菜混合填閑處理在兩年試驗(yàn)中均顯著增加辣椒產(chǎn)量，這與課題組前期研究一致。另外，2020 年填閑對(duì)辣椒產(chǎn)量提高效果優(yōu)于2019 年且小麥、蠶豆填閑也顯著增加辣椒產(chǎn)量?？赡芴铋e并非短期收益，一段時(shí)間后方可顯現(xiàn)[20]。研究發(fā)現(xiàn)小麥混合填閑處理提高辣椒產(chǎn)量效果較好，證實(shí)小麥填閑增產(chǎn)收益，與課題組前期發(fā)現(xiàn)小麥填閑可保證黃瓜產(chǎn)量研究結(jié)果一致。

3.2 不同作物填閑土壤對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)的影響

謝華等研究表明，通過種植填閑作物，可促進(jìn)下茬主栽作物生長(zhǎng)。填閑小麥及青蔥均顯著增加黃瓜株高與莖粗[21]。填閑黑麥增加玉米地上部干重、葉綠素、和株高[22]。本研究結(jié)果表明，用小麥與蠶豆混合、小麥與大葉臭菜混合及小麥、蠶豆與大葉臭菜混合填閑土壤處理辣椒幼苗株高在各取樣時(shí)期均顯著高于對(duì)照，與前人研究結(jié)果一致。另外，吳鳳芝等研究發(fā)現(xiàn)，填閑可促進(jìn)作物生長(zhǎng)，施入一定量小麥、燕麥殘茬后，可提高連作土壤黃瓜全株干鮮重[23]；填閑毛苕子可促進(jìn)番茄地上部生物量[24]；小麥填閑可提高土壤養(yǎng)分促進(jìn)黃瓜幼苗全株干重[25]；填閑亞麻芥可促進(jìn)玉米生長(zhǎng)[11]。本研究表明，選用小麥、小麥+蠶豆、小麥+大葉臭菜混合及小麥、蠶豆+大葉臭菜混合填閑后種植辣椒土壤培育的辣椒幼苗全株干、鮮重均顯著高于對(duì)照，與前人研究結(jié)果一致。此外，本研究發(fā)現(xiàn)，小麥填閑處理效果較好，可能因小麥殘茬或根系分泌物對(duì)土壤環(huán)境起正向積極作用。另外，蠶豆與大葉臭菜混合填閑處理效果較差，可能因兩種作物之間存在競(jìng)爭(zhēng)性相互作用。李乃薈等研究發(fā)現(xiàn)，茼蒿、芥菜和三葉草等作物混合填閑對(duì)黃瓜全株干重?zé)o影響[26]。由此可知，植物多樣性高填閑效果并不一定好。

3.3 不同作物填閑土壤對(duì)辣椒幼苗根系形態(tài)特征的影響

填閑植物種植不僅有效降低營(yíng)養(yǎng)成分累積，還可有效改良土壤養(yǎng)分分布和結(jié)構(gòu)，且對(duì)下茬作物根系生長(zhǎng)產(chǎn)生積極影響。彭春瑞等研究發(fā)現(xiàn)秸稈覆蓋還田促進(jìn)花生和大豆根系發(fā)育，增加根系生物總量和深層根系數(shù)量[27]；混合填閑三葉草、芥菜和豌豆等作物改善植株根系結(jié)構(gòu)特征，提高植株根系覆蓋度[28]。本研究中，選用小麥、小麥+蠶豆混合、小麥+大葉臭菜混合填閑及小麥、蠶豆與大葉臭菜混合填閑后辣椒幼苗根長(zhǎng)、根表面積及根體積均顯著高于對(duì)照，與前人研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)盆栽用土為田間試驗(yàn)結(jié)束前取各處理種植辣椒后的土體，再種植辣椒發(fā)現(xiàn)，仍可促進(jìn)其幼苗生長(zhǎng)。結(jié)果顯示，填閑影響多茬作物生長(zhǎng)，填閑效果具有持續(xù)性。

4 結(jié)論

小麥與蠶豆混合、小麥與大葉臭菜混合及小麥、蠶豆與大葉臭菜混合填閑處理均顯著提高連作辣椒產(chǎn)量；小麥+蠶豆混合、小麥+大葉臭菜混合及小麥、蠶豆與大葉臭菜混合填閑后種植辣椒的土壤，均顯著提高下茬辣椒幼苗株高、全株干鮮重、根長(zhǎng)及根尖數(shù)，填閑效果具有持續(xù)性。