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氨基酸肥料对日光温室辣椒生长、产量及品质的影响

辣椒(Capsicum annuum L.),属茄科(Solanaceae),一年生或多年生蔬菜,产自南美洲,我国各地均有种植。辣椒是人们经常食用的蔬菜之一,其生产价值和效益居蔬菜作物之首[1-2]。辣椒是餐桌上重要的调味品,其含有丰富的维生素C与抗氧化物质,可以有效控制心脏病及冠状动脉硬化,降低胆固醇并预防癌症及其他慢性疾病,促进血液循环。辣椒中含有的辣椒素,能加速新陈代谢起到燃烧体内脂肪的效果,从而起到减肥作用。这种物质还可以促进荷尔蒙分泌,对皮肤有很好的美容保健功能,在医疗与化工领域具有非常大的作用[3]。

氨基酸肥料作为一种新型有机肥,正被人们广泛使用。肥料中含有的氨基酸是生命的起源物质,也是组成蛋白质的基本单位,其分子中具有氨基和羧基的一类有机化合物[4],是生命机体营养、生存和发展的重要物质,在物质代谢调控、信息传递方面扮演着重要角色[5]。氨基酸作为构成蛋白质的最小分子,易被作物吸收[6-7],可提高作物抗逆性[8],提高葡萄[9-10]、大豆[11]、番茄[12]、茄子[13]等作物的光合效率,增加产量,改善品质。它也是土壤中主要的有机氮化合物,能够改善土壤理化性状,提高保水保肥和透气性能,起到保护和改良土壤的作用。本试验以辣椒华美105为试材,研究两种氨基酸肥料对辣椒生长、产量及果实品质的影响,为日光温室辣椒生产中氨基酸肥料的合理施用提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点位于甘肃省靖远县,属黄土高原沟壑区,海拔1 300~3 017 m,地理坐标E 104°13′~105°15′,N 36°~37°15′,属于温带干旱半干旱气候,年均气温8.9 ℃,降水量240 mm。供试地土壤偏碱性,全氮1.43 g/kg、全磷2.21 g/kg、全钾7.24 g/kg、碱解氮16.3 mg/kg、速效钾148.21 mg/kg、速效磷114.66 mg/kg、pH值7.15、EC值248.3 μs/cm。

1.2 试验材料

供试辣椒品种为华美105,螺丝型羊角椒,由酒泉市华美种子有限责任公司提供。该品种耐低温弱光能力较强,味香辣,丰产性好,适宜设施保护地越冬栽培。供试两种氨基酸肥料由甘肃绿能农业科技股份有限公司生产提供,其中一种为动物源氨基酸肥料,由动物蛋白发酵制成,其中氨基酸≥100 g/L 、微量元素(Mn+Zn)≥20 g/L、有益微生物≥1.0×106 个/mL;另一种为植物源氨基酸肥料,由植物蛋白发酵制成,其氨基酸≥100 g/L,微量元素(Mn+Zn)≥20 g/L,有益微生物≥1.0×106 个/mL。基肥施用硫酸钾型复合肥(N∶P2O5∶K2O=30∶5∶5,总养分≥40%)和磷酸二铵(N∶P2O5∶K2O=18∶46∶0,总养分≥64%,海藻酸的质量分数≥500 mg/kg)。追肥为氮磷钾复合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶5∶25,总养分≥45%,含硝态氮≥6%)及中量元素水溶肥(Ca≥90 g/L,Mg≥10 g/L)。

1.3 试验设计

试验采用随机区组设计,设置7个处理,以不施氨基酸肥料为对照(CK),增施动物源氨基酸肥料270 kg/ hm2(T1)、405 kg/hm2(T2)、540 kg/hm2(T3)和植物源氨基酸肥料270 kg/hm2(A1)、405 kg/hm2(A2)、540 kg/hm2(A3)。小区面积9.25 m2,重复5次,化肥用量与当地传统用量一致。

于2021年11月13日定植辣椒,采用“单垄双行覆膜”栽培模式。2022年1月18日开始使用氨基酸肥料处理辣椒,每15 d处理一次,共10次,浇水时将氨基酸肥料随水冲施入垄沟。田间管理与当地传统种植模式一致。试验各处理施肥量见表1。

表1 试验各处理施肥量 (kg·hm-2)

Table 1 Test the amount of fertilizer applied for each treatment

处理

Treatments

NP2O5K2OCaMg

动物源氨基酸肥料

Animal amino acid fertilizer

植物源氨基酸肥料

Plant amino acid

fertilizer

CK666.75423.75412.55.40.6--T1666.75423.75412.55.40.6270-T2666.75423.75412.55.40.6405-T3666.75423.75412.55.40.6540-A1666.75423.75412.55.40.6-270A2666.75423.75412.55.40.6-405A3666.75423.75412.55.40.6-540

1.4 测定指标与方法

在氨基酸肥料处理前每个小区选取长势相同的9株辣椒做标记,在处理后每隔30 d测定已标记辣椒的株高和茎粗。在辣椒盛果期,选取长势一致的叶片,测定荧光和光合参数;选取具有典型商品性状的果实测定横径、纵径、单果质量、可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C及硝酸盐含量等指标。

1.4.1 生长指标

采用钢卷尺、电子游标卡尺、电子秤分别测量辣椒的株高、茎粗、果实横、纵径和果质量。株高测定茎基部至生长点的高度;茎粗测定茎基部的直径;果实横径测量果实中段的宽度;果实纵径测量萼片着生点到果尖的长度。

1.4.2 光合参数测定

在盛果期,晴天上午九时,每个植株选取长势相同的叶片,重复5次,使用光合仪(CIRAS-2,英国)测定蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)。

1.4.3 叶绿素荧光参数

使用叶绿素荧光成像仪(IMAPING-PAM,德国)测定盛果期叶片的最大光化学效率(Fv/Fm)、非光化学淬灭系数(NPQ)、光化学淬灭系数(qP)和光下PSII的实际光化学效率(ΦPSⅡ )。

1.4.4 果实品质

选取盛果期具有商品性状的果实测定品质指标,VC含量采用2,6-二氯酚靛酚钠染色法测定,可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250溶液法测定,可溶性糖采用蒽酮-硫酸比色法测定,硝酸盐含量采用水盐酸比色法测定[14]。

1.4.5 产量

在辣椒采收期,按小区分批次记产,统计总产量。

1.5 数据分析

使用IBM SPSS Statistics 26.0进行统计学分析,Excel 2021进行制图和数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 氨基酸肥料处理对辣椒生长指标的影响

2.1.1 氨基酸肥料处理对辣椒株高的影响

氨基酸肥料处理下不同时期辣椒株高见图1。经氨基酸肥料处理30 d后辣椒株高均显著高于CK,各氨基酸肥料处理间差异不显著。处理60 d后T1、T2、T3、A3显著高于CK,T1、T2、T3、A1、A2、A3较CK分别提高10.83%、13.75%、20.89%、4.62%、5.1%、13.27%。动物源氨基酸肥料T处理的株高在相同质量浓度下均高于植物源氨基酸肥料A处理,高出5.93%~8.23%。

图1 氨基酸肥料处理对辣椒株高的影响

Figure 1 Effect of amino acid fertilizer treatment on plant height of pepper plant

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2.1.2 氨基酸肥料处理对辣椒茎粗的影响

如图2所示,氨基酸肥料对辣椒茎粗的影响,其变化趋势与株高相似。在氨基酸肥料处理30 d后较CK均有所提高。经处理60 d后辣椒的茎粗均显著高于CK。随着各处理间肥料质量浓度的提高,植株的茎粗不断增大。两种肥料对比,动物源氨基酸肥料处理辣椒茎粗较相同质量浓度梯度下植物源氨基酸肥料处理提升更大。

图2 氨基酸肥料处理对辣椒茎粗的影响

Figure 2 Effect of amino acid fertilizer treatment on stem thickness of pepper plants

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2.2 氨基酸肥料处理对辣椒果实外观品质的影响

如表2所示,经处理的辣椒果质量、果实横、纵径显著高于CK。氨基酸肥料处理间,随着肥料质量浓度的提高,对果质量、果实横、纵径的促进作用有所下降。T1、T2、T3、A1、A2、A3果质量较CK分别提升25.6%、17.6%、16.8%、20.2%、13.9%、7.5%,T1、T2、T3果质量较A1、A2、A3在同一质量浓度下提升4.5%、3.2%、8.6%。整体来看,两种肥料对果实的横、纵径、果质量的提升在同一质量浓度以T处理更优。

表2 氨基酸肥料处理对辣椒果实外观品质的影响

Table 2 Effects of amino acid fertilizer treatment on the appearance and quality of pepper fruit

处理

Treatments

单果质量/g

Single fruit quality

果实纵径/cm

Fruit longitudinal diameter

果实横径/mm

Fruit diameter

CK44.13±0.90 d22.50 ±0.70 d18.95±0.47 dT155.47±1.79 a27.93±0.68 a26.92±0.85 aT251.93±0.95 b26.33±0.40 bc24.28±0.96 bT351.56±0.74 b26.23±0.26 bc22.77±0.84 bcA153.06±0.81 ab27.66±0.37 ab23.38±0.33 bcA250.30±1.14 bc26.50±0.41 abc22.58±0.53 bcA347.46±0.52 c25.43±0.33 c21.27±0.57 b

Different lowercase letters in the same column indicate significant differences between treatments (P<0.05).

2.3 氨基酸肥料处理对辣椒叶片光合作用的影响

氨基酸肥料处理对盛果期辣椒叶片光合作用的影响见图3。氨基酸肥料可提高辣椒叶片的净光合速率,随着肥料质量浓度的增加,净光合速率呈现上升的趋势,T1、T2、T3、A2、A3较CK显著提升,其中以T3处理提升最大,较CK提升了32.34%。氨基酸肥料也可显著降低叶片胞间CO2浓度,随着两种氨基酸肥料质量浓度的增加,胞间CO2浓度呈现出下降的趋势,两种肥料均以540 kg/hm2用量较低,两种肥料在同一质量浓度对比下以动物源氨基酸肥料更低。氨基酸肥料处理也可提升叶片的气孔导度,T1、T2、T3、A2、A3处理对较CK有显著提升。氨基酸肥料可显著提升叶片蒸腾速率,随着氨基酸肥料质量浓度的提高呈现出上升的趋势,以T3处理提升最大,较CK提升了39.42%。

图3 氨基酸肥料处理对辣椒叶片光合作用的影响

Figure 3 Effect of amino acid fertilizer treatment on photosynthesis of pepper leaves

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2.4 氨基酸肥料处理对辣椒叶片荧光参数的影响

氨基酸肥料处理对盛果期辣椒叶片荧光参数的影响如图4所示。经氨基酸肥料处理辣椒叶片的Fv/Fm、ΦPSⅡ 均显著高于CK,随着肥料质量浓度的增大Fv/Fm、ΦPSⅡ呈现上升趋势。在经过氨基酸肥料处理后NPQ均显著低于CK,其中两种肥料均以540 kg/hm2处理较低,T3最低。在经过氨基酸肥料处理后T1、T2、T3、A2、A3的qP均显著高于CK,其变化趋势与Fv/Fm、ΦPSⅡ相似。两种肥料相比,动物源氨基酸肥处理对辣椒叶片荧光参数的提升较大。

图4 氨基酸肥料处理对辣椒叶片荧光参数的影响

Figure 4 Effect of amino acid fertilizer treatment on leaf fluorescence parameters of pepper

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2.5 氨基酸肥料处理对辣椒果实品质的影响

由表3可知,氨基酸肥料处理可以显著提高辣椒果实的VC、可溶性糖、可溶性蛋白含量,并降低硝酸盐含量。随着肥料质量浓度的增大,辣椒果实的 VC、可溶性糖、可溶性蛋白、硝酸盐的含量呈逐渐上升的趋势。T1、T2、T3较A1、A2、A3的VC含量分别提升6.3%、7.01%、16.1%,可溶性糖、可溶性蛋白含量的变化趋势与VC相似。整体看来,两种肥料处理相比,T处理对果实品质的提升更具有优势。

表3 氨基酸肥料处理对辣椒果实品质的影响

Table 3 Effects of amino acid fertilizer treatment on fruit quality of pepper

处理

Treatments

VC含量/(mg·g-1)

VC content

可溶性糖/%

Soluble sugar

可溶性蛋白/(mg·g-1)

Soluble protein

硝酸盐/(mg·kg-1)

Nitrate salt

CK0.99±0.01 e2.99±0.03 d1.10±0.06 d460.53±21.15 aT11.18±0.01 c3.36±0.05 c1.40±0.01 c341.01±4.78 cT21.22±0.01 b3.66±0.05 b1.63±0.02 b379.39±19.77 bcT31.37±0.01 a4.06±0.06 a1.75±0.03 a396.93±5.80 bA11.11±0.01 d3.22±0.08 c1.37±0.01 c357.46±10.80 bcA21.14±0.01 d3.34±0.03 c1.59±0.03 b381.58±17.41 bcA31.18±0.01 c3.70±0.04 b1.65±0.01 b401.32±3.80 b

2.6 氨基酸肥料处理对辣椒产量及经济效益的影响

由表4可知,氨基酸肥料可显著提高辣椒产量和经济效益。两种氨基酸肥料对辣椒产量均有不同程度的提升,T1、T2、T3、A1、A2、A3较CK产量提升了7.61%~13.02%;T1、T2、T3较A1、A2、A3总产值分别提升了2.26%、2.08%、0.55%。综合来看,两种肥料均以270 kg/hm2用量对产量和经济效益提升较高,在同一质量浓度下对比以T处理更优。

表4 氨基酸肥料处理对辣椒产量及经济效益的影响

Table 4 Effects of amino acid fertilizer treatment on pepper yield and economic benefits

处理

Treatments

产量/(kg·hm-2)

Yield

增产率/%

Yield increase rate

总产值/(元·hm-2)

Total output value

增产值/(元·hm-2)

Increase in production value

CK88 736.24±812.75 d351 395.50±3 218.50 dT1100 291.56±477.73 a13.02397 154.58±1 891.80 a45 759.08T297 724.51±140.75 bc10.12386 989.08±5 57.37 bc35 593.57T396 022.76±522.34 bc8.21380 250.14±2 068.45 bc28 854.64A198 074.24±1 133.08 ab10.52388 373.98±4 486.99 ab36 978.48A295 727.12±341.49 bc7.87379 079.39±1 352.29 bc27 683.89A395 496.37±1 135.70 c7.61378 165.64±4 497.38 c26 770.14

The average price of chili peppers in Jingyuan County,Gansu Province from January to June 2022 is 3.89 yuan/kg.

3 讨论

本试验结果表明,氨基酸肥料处理可以促进辣椒植株生长,提高叶片光合效率,改善果实品质并提高产量。张夫道等[15]研究指出,在水稻中外源氨基酸可直接参与转化为植株体内的其他氨基酸,如谷氨酸等,谷氨酸本身对于植物根部有天然的促进作用,刺激根端分生组织细胞的分裂与增长,使幼苗发根快,次生根增多[16],根量增加,根系伸长,最终会使作物吸收水分和养分的能力大大增强,进而提高产量。有研究表明[17],植物根系吸收氨基酸是在活跃的离子泵上进行的,根系上具有特定的氨基酸载体,且低浓度更有益于吸收。在本试验中,经过氨基酸肥料处理过辣椒的株高、茎粗、产量均显著高于对照,说明氨基酸肥料促进了植株生长,提高了产量,但低质量浓度更有益于产量的提升,可能与辣椒生长过度有关,也可能是质量浓度过高不利于吸收。

李萍等[18]与张妮等[19]在葡萄、辣椒中的研究表明,氨基酸肥料处理显著降低了叶片胞间CO2浓度(Ci),提高了叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs),这一结果与本试验相似。在本试验中,氨基酸肥料提高了光合速率,可能是肥料中的甘氨酸可以促进植株叶绿素含量的积累,提高作物对二氧化碳的吸收利用,为光合作用增加动力,使光合作用更加旺盛。

叶绿素荧光参数是用于描述植物光合作用机理和光合生理状况的变量或常数值,反映植物“内在性 ”的特点,它描述的是叶片光合作用过程中光系统对光能的吸收、传递、耗散、分配等方面的作用[20-22]。有试验研究[23-24]表明在叶绿素荧光参数的变化中,Fv/Fm值越高,叶片PSⅡ原初光能转化效率越高;qP值越大,光适应状态下PSⅡ进行光化学反应的能力越强;NPQ值越小,植物通过热耗散消耗的能量越小。本试验中,各氨基酸肥料处理下的辣椒叶片叶绿素荧光参数Fv/Fm和qP值均高于CK,而NPQ值低于CK,可能是因为氨基酸提高了叶片PSⅡ反应中心的光合效率,使反应中心受体侧的活性得到明显的刺激,提高传递链电子受体接受电子的能力,促进电子传递速率上升,保证辣椒叶片光合作用的高效运行,促进光合产物的合成,此结果与成学慧,杨兰雅等在草莓与桃树的研究结果相似[25-26]。

在蔬菜栽培过程中,优质的肥料与适宜的浓度往往是提升产量与品质的重要因素,蔬菜果实中的VC、可溶性糖、可溶性蛋白的含量是反应农产品口感、营养价值的主要指标,硝酸盐含量是反应农产品安全性的重要指标。有研究表明[27-29],氨基酸肥料可提升果实中的VC、可溶性糖、可溶性蛋白的含量,因为氨基酸肥料中微量元素提升了土壤中有机质、全氮、速效磷、速效钾的含量[30],改善了土壤的理化性状,促进了植物的生长发育。肥料中的氨基酸是构成蛋白质的最小分子,可以直接参与植物体的蛋白质、维生素、碳水化合物的合成过程[31],从而使植物体有机物增加,生物量提高,进而提高农作物产量和品质。在本试验中,两种氨基酸肥料不同程度地提高了辣椒果实的VC、可溶性蛋白、可溶性糖的含量,随着肥料质量浓度的增大而升高,但在保证高品质,高经济效益的同时,低质量浓度处理相对较好,此外氨基酸肥料也可显著降低果实中硝酸盐的含量,可能是氨基酸提高了植物体内硝酸还原酶和谷氨酸脱氢酶的活性,从而抑制了硝酸盐在植物体内的积累,这一研究与李磊等[32]在氨基酸水溶肥促进辣椒果实品质的研究结果相似。

两种氨基酸肥料比较,动物源氨基酸肥在同一质量浓度下明显比植物源氨基酸肥料更优,可能因为动物蛋白发酵制成的氨基酸肥料比植物蛋白发酵制成的在脯氨酸、甘氨酸、亮氨酸等含量更高[33]。陈奋奇等[34]的研究表明,脯氨酸可以提高酶活性,降低玉米幼苗体内活性氧的积聚,从而减少丙二醛含量,并稳定细胞膜结构,提高环境适应性。杨永志等[35]在火龙果的研究中发现,甘氨酸作为小分子有机氮物质,易于被植物吸收利用,可以促进火龙果根系生长及地上部营养吸收,提高植物养分吸收量。武隆楷等[36]的研究表明,甘氨酸能提高土壤微生物活性,提升土壤肥力,提高了黄瓜茎粗、叶片数,增加了生物积累量,也提高了黄瓜叶片净光合速率,酶活性,降低丙二醛含量,提高了产量。张建超等[37]研究表明,亮氨酸可以促进细胞内蛋白质的合成,改善机体性能,维持机体生理功能的稳定。前人结果与本试验相似,在本试验中动物源氨基酸肥较植物源氨基酸肥在株高茎粗、光合速率、产量上表现更佳。总之,动物源氨基酸肥比植物源氨基酸肥料在促进植株生长,品质,产量及光合特性等方面优势更大。

4 结论

氨基酸肥料处理可有效促进辣椒植株的生长,增强光合作用,提高果实品质及产量,在保证高品质高产的同时,在常规施肥的基础上增施270 kg/hm2浓度的氨基酸肥料较好,两种肥料相比,动物源氨基酸肥更优。

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